利用小基线集InSAR技术的延安新区地面抬升监测与分析.docx
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2022-11-30
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黄土高原是中华文明重要的发源地，是黄河流域的重要组成部分，同时也是生态环境
脆弱、土地资源严重短缺及地质灾害最为频繁的地区之一
[1]
。近年来，随着"一带一路"倡议
和城镇化建设步伐的加快，城市发展空间不足的问题愈加突出，严重制约了黄土高原城市
化建设和社会经济发展
[2-3]
。因此，为了缓解黄土丘陵沟壑地区土地资源短缺的问题，平山
造城、治沟造地等一系列黄土重大工程正在加快实施，如建设延安新区
[3]
、兰州新区
[4]
等。
一方面，平山造城工程为城市发展提供了大量的建设用地，有效减小了城市发展空间严重
不足的问题；另一方面，大规模的削山造地显著改变了原有的地形地貌、工程地质和水文
地质条件，打破了长期的地质平衡环境，同时又具有高填方、深开挖、建设环境复杂等特
点
[5]
，使得新区工后地面沉降和抬升现象广泛分布
[6]
。地面抬升特别是局部的差异抬升会在
地表浅表部土层产生拉应力，降低土体的强度和变形特性
[7]
，严重时还可能造成建筑物地
基隆起、基础和墙体开裂等次生灾害。此外，由于工程早期人们对深开挖引起的地面抬升
变形认识不足，使得延安新区的城市规划建设主要分布在挖方区，工后地面抬升将直接影
响分布其上的建筑和道路等工程的建设和安全。因此，研究延安新区地面抬升的空间分布
及其影响因素对于新区的长期稳定、规划建设和持续发展具有重要的现实意义。
地表形变监测可以为揭示城市地表变形的时空动态演化规律以及灾变防控提供重要的
数据支撑。传统的地表形变监测如水准测量、GPS 等虽然具有较高的精度
[8]
，但是由于新
区建设条件复杂、挖填方体厚度起伏较大，基于单点的高精度地表形变监测受高成本和低
空间分辨率的限制，难以全面反映区域性的形变情况。合成孔径雷达干涉测量
(interferometric synthetic aperture radar，InSAR)是一种新近发展的空间对地观测技术，
具有全天时、全天候、空间分辨率高、监测范围广、监测精度高等特点
[9-10]
，近年来已广泛
应用于城市地表形变监测
[11]
、地震形变监测
[12]
、滑坡隐患早期识别和长期监测
[13]
等领域，
并逐渐成为重要的技术手段
[14-16]
。基于多个主影像的小基线集合成孔径雷达干涉测量技术
(small baseline subset InSAR，SBAS-InSAR)有效克服了传统雷达差分干涉测量技术
(differential InSAR，D-InSAR)由于基线过长导致的时空失相干
[17]
，同时减缓了数字高程模
型(digital elevation model，DEM)误差和大气延迟相位
[18]
的影响，提高了形变监测的精度
和时间分辨率
[19]
。大量国内外相关研究结果证实了 SBAS-InSAR 技术在城市地表覆盖变化
以及植被覆盖区的地表形变监测方面具有较好的适用性和可靠性
[4, 6]
。
目前，针对延安新区工后地表形变的研究主要集中于地面沉降，例如湿陷沉降机理
[20]
、沉降变形规律及预测
[21]
、区域沉降变形监测
[6]
等。然而，对于延安新区的挖方区，前人
研究相对较少，尤其是对于挖方区的地面抬升还未有学者进行过深入、系统的研究，对于
抬升现象、抬升规律以及影响因素的认识还不够深刻。此外，挖方区作为延安新区城市化
发展的主要建设场地，地面抬升严重影响了新区城市的基础建设和持续发展。基于此，本
文利用 SBAS-InSAR 技术对覆盖新区的 2016-05—2019-10 期间的 53 景升轨 Sentinel-1A
数据集进行处理，获取新区工后长期地面形变信息，并侧重对地面抬升空间分布规律及其
影响因素进行详细分析，以期为新区城市规划建设和持续发展提供科学依据。
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