PS-InSAR技术在北京平原区地面沉降监测中的应用研究.pdf

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1、第34卷，第7期光谱学与光谱分析Vo1．34，No．7，pp1898—19022014年7月SpectroscopyandSpectralAnalysisJuly，2014PS-InSAR技术在北京平原区地面沉降监测中的应用研究顾兆芹，宫辉力卜，张有全h，卢学辉，王洒，王荣。，刘欢欢1．首都师范大学资源环境与旅游学院三维信息获取与应用教育部重点实验室，北京1000482．中国科学院成都山地灾害与环境研究所，四川成都6100413．北京市水文地质工程地质大队，北京100095摘要北京市近6O年长期超量开采地下水已经引起了严重的地下水水位下降和

2、大范围地面沉降，截止到2009年最大累计沉降量达到1096Hlm，并以30~60ITlIn·Y速率扩展，严重威胁城市规划建设和人民交通安全。相对于传统的水准测量、分层标等地面沉降监测手段，永久散射体干涉测量技术(PInSAR)可以快速获取高分辨率的地表形变细节信息。利用PS-InSAR技术和2003年12月一2o09年3月Envisat卫星29景ASAR影像监测北京平原区地面沉降发展情况，发现北京平原区沉降漏斗已连成一片，沉降梯度变化较大地区主要分布在北京第四系凹陷区，覆盖面涉及朝阳、昌平、顺义、通州等区县，并有东移外扩趋势，平谷县境内出现

3、新的沉降中心。沉降分布受前门一良乡一顺义、黄庄一高丽营、南口一孙河等主要断层控制，地面沉降与地下水水位变化具有明显相关性，呈现季节性下降(3月一6月)与回弹(11月一3月)趋势，并受弱透水层应力应变本构关系(弹性一塑性一黏弹性)影响。关键词地面沉降；永久散射体干涉测量技术；北京；应力一应变分析中图分类号：P237文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2014)07—1898—05有效缓解降低这些影响[8]，提高形变监测精度，已成功应用引言于城市地面沉降监测l9_11l。选取北京平原区为典型研究区，采用PS-

4、InSAR技术获北京市约三分之二的供水来自地下水，近6O年长期超取北京平原区的地表形变信息，进而通过分析长时间序列干采，诱发区域地面沉降呈快速增长趋势，沉降中心最大累计涉测量形变信息，结合地下水埋深、水准测量、土工试验数沉降量>1000mill，累计沉降>300rnlTl的地区达到1300据，揭示北京平原区地面沉降的时空演化演化特征，初步探krn2，并以30~60men·Y的速率扩展，严重威胁城市安讨不均匀地面沉降成因机理。全。针对过量开采地下水引发的地面沉降问题，国内外学者永久散射体干涉测量算法先后开展了大量的研究工作。相对于传统的大地监

5、测方法例如水准测量、分层标、GPS等技术，合成孑L径雷达干涉测量在传统差分干涉测量(D-InSAR)基础上，永久散射体干(InSAR)技术可以大范围获取高时、空分辨率的地表形变细涉测量算法基于相位幅度离散特征和干涉相位空间相关特节信息，其监测精度可以达到厘米级[1]。这些优势有助于揭性，通过校正大气延迟、轨道误差、残余地形误差，选取示北京地区地质现象，探索地面沉降发生、发展的机理¨2J。SAR影像中相位稳定、相干性高的像素-PS点，进而提取长传统差分干涉测量技术(D-InSAR)由于时间去相干、空间去时间序列形变信息，数据处理流程如图1。相

6、干、大气延迟、噪声等因素影响，其应用范围受到一定的首先根据影响ASAR图像去相干的主要因子(几何去相限制『3“]。在D-InSAR技术基础上发展起来的永久散射体干、时间去相干、多普勒质心去相干)选取最佳主图像。进而(PS)技术L5。]，其相位和幅度在较长时间内相对稳定，可以采用二轨法差分干涉测量算法将主辅图像配准、重采样、干收稿日期：2013—06—18。修订日期：2014—03—05基金项目：国家自然科学基金项目(41130744，41171335，41201376)，国家(973)计划前期研究专项课题(2012CB723403)，北京市

7、自然科学基金项目(8133050)，北京市科委项目(Z1311000D5613022)资助作者简介：顾兆芹，女，1985年生，首都师范大学资源环境与旅游学院博士研究生e-mail：guzhaoqin@gmail．COrn*通讯联系人e-mail：gonghl@263．corn；zhangyouquan1361@gmail．corn[1]第7期光谱学与光谱分析1901与地下水水位埋深线对比分析发现：地面沉降变化与地下水化。从图7中可以看出，地下水水位在季节性周期变化中持波动呈现一定的相关性。随着地下水水位的季节性周期性变续下降，反复荷载、卸载

8、作用下的弱透水层一直持续压缩。化，沉降呈现明显的下降(3月一6月)与回弹(11月一3月)当地下水水位的回弹时候，弱透水层并没有回弹反而以逐渐趋势，如图7。减小的速率持续压缩；当地