PHP Uploader - By Phenix-TN & Mr.Anderson
Linux iZwz91hdhujjzqy9icuvwuZ 5.4.0-31-generic #35-Ubuntu SMP Thu May 7 20:20:34 UTC 2020 x86_64
okokok/www/wwwroot/aircn/new_wordpress/wordpressokokok
Warning: Use of undefined constant itongtong - assumed 'itongtong' (this will throw an Error in a future version of PHP) in /www/wwwroot/aircn/new_wordpress/wordpress/wp-content/themes/newsbulk/header.php(29) : runtime-created function on line 1

32.jpg

【摘要】PS-InSAR(Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar),永久散射体合成孔径雷达干涉测量)具有非接触、大范围、全天候、高精度等诸多特点,具有较好的区域观测优势。本文用2015年6月3日至2016年3月26日的23景Sentinel-1A卫星数据对处于自重沉降期的华北某高填方机场进行沉降分析,并与同时期的水准监测数据进行比对,发现两者在时间序列上的演化特征具有高度的相关性。

【关键词】合成孔径雷达干涉测量  高填方机场  沉降监测

0.引言

近几年来,基于民航强国建设构想,我国机场建设飞速发展,但随着土地资源日益紧张,机场选址也伴随越来越大的挑战,在全国范围内出现了许多填方高度超过20m的高填方机场。《民用机场高填方工程技术规范》规定高填方机场土石方工程填筑完成后,到其上建设道面等构(建)筑物施工之间,宜经过1~2个雨季的自重沉降期。这期间需要进行持续的沉降监测,监测的结果作为确定道面等构(建)筑物建造时间的重要参考依据[1]。由于机场高填方工程体量较大,如重庆机场填方高度高达164m,巨大的填方工程对监测的实施也提出了更高的要求。传统的水准测量方式对人力的需求较高,测点布设的总量也受到环境及成本的限制,对填方体的变形监测难以做到全面覆盖。合成孔径雷达干涉测量可以大范围、高密度获取监测对象的表面变形信息,弥补传统监测方式在覆盖范围上的不足,提供更加精细化的监测成果供有关工程技术人员参考。

本文利用PS-InSAR技术分析华北某高填方机场自重沉降期获取的23景Sentinel-1A卫星数据,研究其发展过程,对高填方机场沉降观测研究具有重要意义。

1.PS-InSAR技术原理及处理流程

使用PS-InSAR技术获取地表沉降变形的信息,首先要累积观测对象所在区域的多幅卫星影像数据,并对其进行差分干涉处理,得到具有时序关系的干涉影像对,通过一定的算法规则,从中提取出在观测时间段内不受时间、空间失相关和大气延迟效应影响的高相干性的点作为监测变形的信息点,通过这些点在卫星影像上的相位分析出地面沉降变化的数据[2]。通常,在所有的K景卫星影像中选取时间和空间相干性最好的一景作为主影像,并与剩余的K-1景影像形成K-1干涉对。通过预先准备好的观测区域DEM数据进行去平地效应,再经过时间及空间形变估算等一系列方法,最终提取出对应位置的地表形变信息[3]。

33.jpg

图1  PS-InSAR技术流程图

2.研究数据

本次研究所获取的数据为欧空局2015年6月3日至2016年3月26日的23景Sentinel-1A卫星数据,并使用SRTM 30m分辨率DEM数据。根据对时间、空间基线的分析,选取2015年11月3日的卫星影像作为主影像,空间基线表如表1所示:

表1  空间基线表

34.jpg

如图2时空干涉基线图所示,23景卫星影像在时间基线上的范围为-144天~144天,空间基线在-100m~150m,从图中可以看出,选取的主影像在基线的计算结果上最小,集中度较高,有利于提高后续干涉处理时结果质量。

35.jpg

图2  时空干涉基线图

形成的22幅干涉图如图3所示。利用幅度和相位残差稳定性双阈值方法选取观测对象区域中的PS点,并根据行程的干涉图获取这些PS点的差分干涉相位,再去除大气及卫星轨道影响产生的误差,最终获取变形数值量。

36.jpg

图3 观测区干涉图

3.监测结果分析

将提取出的PS点进行地理位置定位,得到信息点在地理坐标系中的坐标位值,并与光学卫星影像进行叠图,可以清晰直观的看到该高填方机场范围内在观测时间段中的沉降分布情况,如图4所示。

37.jpg

图4 观测对象沉降结果

该机场填方区水准测量监测中设置有A1、A2、A3三个监测点,其位置分布如下图5所示[4],选取PS-InSAR监测成果中对应位置的三个PS点B1、B2、B3与A1、A2、A3的水准测量结果进行对比[5]。由于水准测量起始时间与卫星观测时间不同,本次研究仅针对二者观测有重叠的时间段,并以水准测量时序为时间轴,其结果如图6所示。

38.jpg

图5 机场填方范围及水准测量点位置

39.jpg

(a)

40.jpg

(b)

41.jpg

(c)

图6 PS点与水准点监测结果对比

从以上分析结果可知:

(1)沉降的分布区域与填方区的分布总体一致,主要发生在跑道西北端及中间部分区域,且越靠近跑道端部其沉降量越大,最大值为-93mm,这与填方工程中实际沿跑道中线向跑道端部方向填方高度逐步增加的规律一致。

(2)从上图中可以看出,B1、B2、B3这三个PS点反映的总沉降值分别为53.7mm、38.5mm、23.27mm,与三个水准监测点A1、A2、A3沉降值58.9mm、43.6mm、24.9mm基本一致。对应三个位置上,PS点与水准点监测结果显示其沉降发展趋势也保持了高度的一致性。

(3)相较于水准测量,利用PS-InSAR技术进行机场高填方工程的监测,其监测的覆盖范围、测点密度都要更高,且PS-InSAR技术监测结果与水准测量的结果印证良好,证明了PS-InSAR技术用于机场高填方工程的有效性和适用性。

4.结语及展望

PS-InSAR凭借其本身的技术特性,可以对高填方机场自重沉降期进行长时间全覆盖观测,本次研究表明其监测成果与水准测量具有高度相似,其准确性可以与水准测量互相验证。此外,PS-InSAR技术能够在水准测量没有布置监测点的位置获取大量的监测信息,克服水准测量在点位布置、测量实施上受到的不利因素限制,全面反映填方体表面的变形情况。

除在自重沉降期外,对于高填方机场而言,运营期的监测也需要得到关注,PS-InSAR技术是一种非接触式的测量,在运行期间可以避免对机场运行的影响,也可以快速获取大量的监测信息,有着广阔的应用前景。

参考文献

[1]《民用机场高填方工程技术规范》(MH/T 5035-2017)

[2]邵九明,李金平,陆好健.PS-InSAR技术在昆明市地面沉降监测中的应用[J].河南城建学院学报,2017,26(05):45-49.

[3]祁晓明. PS-InSAR技术在西安地区的变形监测研究[D].长安大学,2009.

[4]罗汀,刘引,韩黎明,任庚,陈军,姚仰平.高填方机场工后沉降监测及数据分析[J].中国民航大学学报,2017,35(03):27-32.

[5]侯森,任庚,韩黎明,魏弋锋,周正飞.承德机场高填方地基工后沉降预测[J].地下空间与工程学报,2017,13(S1):279-284.

来源:民航总院,作者:王招冰

作者 一潼

发表回复