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多时相Sentinel-1A InSAR的连盐高铁沉降监测分析.docx
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多时相Sentinel-1A InSAR的连盐高铁沉降监测分析.docx
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摘要:多时相 技术具有探测大范围毫米级地表形变的能力,已被广泛应用于地面沉降监测。近几
年,应用多时相 技术监测以高铁为代表的大尺度人造线状地物形变备受关注。本文将 波段
数据用于高铁沿线路基形变监测,应用相位稳定性分析和改进的 技术来增加相干性点的密度和形
变参数解算的稳定性。采用研究区时间跨度为 个月的 景 数据,对连(云港)盐(城)
高铁及其沿线区域进行多时相 分析,并利用同时期连续的北斗导航卫星系统(
,)观测数据对线性沉降速率和时序位移分别进行监测分析,进而对比验证二者的沉
降监测结果。研究结果表明:利用 波段的 数据能够获取毫米级的线性形变速率和时序位移
序列, 与 二者平均时序位移均方根误差为 ,与 监测结果相比取得很好的一致性,
且连盐高铁线路整体表现稳定。
关键词:时序 北斗导航卫星系统••••连盐高铁••••沉降监测••••
Monitoring and analysis of subsidence along Lian-Yan railway
using multi-temporal Sentinel-1A InSAR
Abstract!"##$##%&"###'#()*%%&"+
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近年来,随着我国经济发展和城市化进程的不断加快,我国高铁事业得到了快速发展。445
年是我国铁路投资最集中、强度最大的时期,截至 4 年年末,我国高铁运营里程为 64447,占世
界高铁里程总量的 889
:;
。虽然高铁为人口产业集聚、要素流动、时空压缩和地方高铁新城的涌现提供了
一系列有利条件,但是在建造长距离轨道线路的过程中,脆弱的工程地质环境、纵横交错的地表构筑物载
荷和地下水的过度开采等自然和人为因素,极易引发区域地表沉降和不均匀的纵向变形,给高铁安全运营
带来了极大的隐患,甚至造成严重的经济损失和不良社会影响。高铁线路通常呈线性走向分布,具有距离
长、跨度大、分布不均等特点
:;
。在设计、施工和运营监测过程中,线路需要进行形变监测。而常规单一
的形变测量手段,如水准测量、<= 测量
:;
和三维激光扫描,主要依赖监测站点的重复观测,对观测环
境条件要求高,需要耗费大量的人力物力,难以监测高铁沿线大跨度、长时间的沉降趋势情况,从而给高
铁的运营和维护带来极大的困难。
合成孔径雷达干涉测量(#$##%&"###'#,*作为近些年发展迅猛的大
地测量手段,具有监测范围大、时空分辨率高,可利用数据源多,可以全天时全天候观测的优点,在形变
监测方面具有独特的优势。文献:6;利用 ('$$#*手段进行地表沉降监测,并融合
< 技术获取三维形变场信息。但是常规 方法易受时空去相关和大气延迟误差的影响,形变监
测的精度和可靠性受到限制。为此,多时相 (""#,)*技术在
的基础上逐渐发展起来,如永久散射体干涉测量("#&###$##,*技术
:8;
和小基线集(++,*技术
:5;
。它克服了常规 中的时空去相关和大气效应
问题,在监测人工线状地物形变上具有独特的优势,展现出极具潜力的应用前景。文献:4;利用 8 景
)##> 数据,通过 技术获得了上海轨道交通的形变结果;文献:;利用相同的数据源和
处理方法对上海宝山区 、 号地铁线进行监测,揭示了地铁沿线沉降的时空格局;文献:;利用天津地
区某条铁路沿线的水准数据对时序 监测结果进行验证,二者结果取得很好的一致性;文献:;利用
相同的方法对京津线进行监测,获取了京津线在运营过程中的沉降情况;文献:;对青海省内 < 高速
公路进行 监测,并探讨了冻土季节性解冻现象对公路沉降的影响;文献:6;利用 > 波段的
??7' 数据,联合 与 技术对北京至石家庄的高铁展开监测,验证了
?? 数据能够获取亚毫米级线性形变速率。
应用多时相 技术监测人工线状地物(如铁路、高速公路*虽取得了一些研究成果,但大多都是
宏观的对监测结果进行解释,加以定性的分析,对 监测结果进行定量评价的较少,同时就应用的
卫星数据源来说大都是 > 波段的数据,应用 波段数据的案例鲜少。因此,本文以刚开始运营的连
云港至盐城的高铁作为研究对象,获取研究区 4 年 月45 年 5 月期间共 景 波段
数据,利用 ) 技术进行处理分析。此外,采用同时期内的 观测数据进行对比验证,探究应
用 波段 数据的多时相 技术在高铁形变监测的应用能力。由结果可知,利用 波段的
数据能够获取毫米级的线性形变速率和时序位移序列,与 监测结果相比取得很好的一致
性,且连盐高铁线路整体表现稳定。但在与 监测站验证过程中也发现,利用 波段 数据探测出
的高相干性点在线路空间分布上具有不均匀性,在一些横向形变明显区域很难获得高相干性点。
1 研究区与数据集 1.1 SAR 数据集
连盐高铁位于江苏省东北部,是我国沿海铁路的一部分,于 4 年 月 日正式开建,4 年
月 8 日竣工运营。该铁路连接连云港与盐城两个沿海城市,全长 7,设计速度为 447@%。高
铁区域位置如图• 所示。
图• 研究区地理位置 A <#"%&&$%''.B"#&
图选项•
连盐高铁位于我国苏北平原,沿线分布众多城镇,人口分布密集,平均每平方千米 844C44 人。在
过去的几十年中,苏北平原地下水面临着过量开采的问题,地面沉降现象也因此变得严重起来。地下水开
采和重大工程建设一直是引起该区域地表沉降的主要因素,特别是在过去 6 年,沿海城镇化的加速与扩
张加剧着部分地区地表沉降,对人工线状构筑物带来了极大的影响。而高铁对轨道的稳定程度又要求极高,
地表轻微的形变就会给高铁运营带来较高的潜在风险。为此,本文收集了高铁建成后检测阶段共 景
)? 成像模式的 数据,具体时间跨度为 4 年 月 4 日至 45 年 5 月 日。 数据可以免费从
欧空局下载,入射角为 8D,影像覆盖区域约为 4E647
,像元分辨率在距离向是 6,方位向是
4。由于研究区在影像中相对较小,因而本文只对裁剪后的影像进行处理,裁剪区域长约 47,宽约
87,面积约为 447
。表• 列出了影像的获取日期以及时空基线分布情况。选取 4 年 月 8
日获取的影像作为主影像,其他从影像均配准并重采样到主影像上。
表• 数据获取时间以及干涉对参数 )+ $&2'#'
"##
日期
垂直基
线@
时间基
线@'
日期
垂直基
线@
时间基
线@'
日期
垂直基
线@
时间基
线@'
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4
5
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4
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4
5
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4
8 4
44
8
454
48
55 5
44
6
8 5
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8
F
4 4
454
4
44
4
445
4
6
454
6
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8
445
5
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454
65 4
44
68
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4
64 8
4546
5
8
44 44 8 4548 56
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- jxchztp92022-03-27用户下载后在一定时间内未进行评价,系统默认好评。
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