地面沉降InSAR监测关键技术及工程化应用

地面沉降灾害对我国经济社会的稳定与可持续发展构成极大的威胁，防治形势十分严峻。目前采用的技术手段（分层标、水准测量、GPS测量等）由于监测点密度低、施测周期长等问题仅能对少量有限区域内的地面沉降实施监测，难以满足我国大面积区域地面沉降防治与风险管理工作的需求。21世纪初，国际上InSAR技术快速发展，在地面沉降监测中展现出极大的应用潜力，具有快速、准确、覆盖范围广的优势，但我国在该领域的研究则刚起步，应用基本属于空白。 快速查明地面沉降发生与发展状况，进而开展短周期、高精度的连续监测是有效实现地面沉降防治与风险管理的关键。本项目旨在通过攻关研究，解决地面沉降InSAR监测与工程化应用关键技术问题，建立地面沉降InSAR监测技术体系，提升我国地面沉降调查、监测与风险管理能力和技术水平。 主要创新成果：（1）提出和实现了以“相干目标短基线InSAR时序分析”为核心的多模型、多参数地面沉降信息提取技术，突破了InSAR技术受相干性和大数据量的限制。（2）提出和实现了多轨道、长条带InSAR地面沉降监测成果集成与工程化应用技术，解决了不同轨道下空间参考基准和形变场参考基准的统一，攻克了应用InSAR技术开展大面积区域性地面沉降同步监测的关键难题。（3）提出了利用精密水准测量、角反射器技术相结合的地面沉降场InSAR监测基准控制方法，建立了融合精密水准测量的InSAR测量精度检验及地面沉降信息后处理分析方法，实现了InSAR与地面测量的集成统一，有效提升了监测成果的精度，扩大了InSAR技术的应用范围。（4）提出和建立了地面沉降InSAR调查与监测工作方法与技术流程，制定了地面沉降InSAR监测技术要求，为InSAR技术发展成为我国区域性地面沉降监测主流技术奠定了基础，极大地提升了快速查明和监测全国地面沉降状况的工作的能力和技术水平。 应用和推广情况：（1）应用InSAR技术首次开展了华北平原、长江三角洲地区、汾渭谷地全覆盖InSAR工程化监测，快速查明了三大地面沉降区大型复合沉降漏斗和典型单一沉降中心的分布特征、沉降速率和时空变化状况，突破了以往独立行政区划对地面沉降监测工作的局限，实现了区域地面沉降InSAR监测成果“一张图”，总体精度优于 /-5mm，填补了我国地面沉降防治与风险管理工作基础数据的空白。（2）开展了京津、京沪等高速铁路，南水北调工程东线，西气东输工程长三角段，上海磁悬浮轨道交通工程，天津滨海新区，曹妃甸新区等一批重大工程区地面沉降InSAR调查和监测，为重大工程区的地质灾害风险管理提供了有效的技术服务。（3）利用InSAR技术开展了三峡库区滑坡（新滩、树坪等）、矿山开采沉陷（唐山、兖州等）、油田地表形变（大港、东营等）、城市地裂缝（西安）、地震形变场等多尺度、多类型地表形变监测应用，全面提升了InSAR技术的应用能力和水平。 本项目实施过程中通过一系列InSAR技术培训和研讨为国土资源部和国内40多个相关单位培养了一批地面沉降InSAR监测的专业技术人才，依托项目工作培养博士5名，硕士8名，发表论文30余篇，其中8篇被EI收录，5篇被CPCI收录，9篇被CSCD收录。 2100433B

本项目建立了一套综合传统地面沉降测量和InSAR技术测量的监测方法，为灾害监测提供了一条新的途径，满足了经济建设和社会发展的需要。开展InSAR技术监测地面沉降应用研究，为政府以及城市建设的有关部门和研究单位提供准确、及时的地面沉降基础资料进行城市的规划和治理保护，为政府决策、城市发展提供提供了决策依据。 2100433B

项目建立并完善了汾渭盆地重点地区地裂缝、地面沉降、活动断层的GPS监测网络；获得了2013至2014年度汾渭盆地重点地区地裂缝、地面沉降GPS监测成果；基于多类InSAR技术获取了汾渭盆地地裂缝和地面沉降年度形变信息，分析了地面沉降、地裂缝及活动构造的形变分布特征；研究了多项InSAR新技术，特别是针对地裂缝、活动断裂以及城市高楼区域地面沉降的高精度监测问题，提出了融合升降轨SAR数据获取地裂缝二维形变场技术，揭示了活动构造断裂对盆地内地表形变的控制作用；建立了地裂缝与构造断裂活动关系模型，揭示出地裂缝与构造断裂活动的内在关系；构建区域有限元动力学模型，获得了汾渭盆地地质灾害多发区域的构造动力学机制；建立了地裂缝断块掀斜成因模型对西安地裂缝开展了数值模拟研究，揭示出汾渭盆地地裂缝灾害的根本力源机制。 项目成果为地方政府减灾、防灾决策、城市规划建设、重大工程勘察设计，施工与安全运营等提供了重要的科学依据，特别是在西安地铁、大同-西安高铁等工程建设中发挥了重要作用。,项目建立并完善了汾渭盆地重点地区地裂缝、地面沉降、活动断层的GPS监测网络；获得了2013至2014年度汾渭盆地重点地区地裂缝、地面沉降GPS监测成果；基于多类InSAR技术获取了汾渭盆地地裂缝和地面沉降年度形变信息，分析了地面沉降、地裂缝及活动构造的形变分布特征；研究了多项InSAR新技术，特别是针对地裂缝、活动断裂以及城市高楼区域地面沉降的高精度监测问题，提出了融合升降轨SAR数据获取地裂缝二维形变场技术，揭示了活动构造断裂对盆地内地表形变的控制作用；建立了地裂缝与构造断裂活动关系模型，揭示出地裂缝与构造断裂活动的内在关系；构建区域有限元动力学模型，获得了汾渭盆地地质灾害多发区域的构造动力学机制；建立了地裂缝断块掀斜成因模型对西安地裂缝开展了数值模拟研究，揭示出汾渭盆地地裂缝灾害的根本力源机制。 项目成果为地方政府减灾、防灾决策、城市规划建设、重大工程勘察设计，施工与安全运营等提供了重要的科学依据，特别是在西安地铁、大同-西安高铁等工程建设中发挥了重要作用。 2100433B

D-InSAR技术作为一种沉降监测范围大、快速、准确、低成本的兴新技术日益得到世界各国学者的重视，已经成为对地观测领域的前沿研究项目之一。本项目以上海地区丰富的地面监测资料为基础，开展适合上海地区微小形变阶段的InSAR技术研究，根据研究中所出现的问题，总结了适合上海微量沉降地区的InSAR技术测量精度的较为系统的验证工作方案及工作流程，并在实际验证过程中得到有效应用。同时，结合实际沉降现状，在国内首次提出以应用为前提的“点对点”、“点对面”、“面对面”等多方法、多数据、多技术融合的解译结果评价方法。 本项目属于地质环境与灾害防治领域，开展利用InSAR 技术监测地面沉降应用研究，为城市发展、政府决策及时提供地质信息。主要成果如下： 1、初步建立了应用D-InSAR技术监测地面沉降的理论和方法。取得了D-InSAR数据处理与分析在短时间序列的数据集上应用多子视相关算法提取稳定点目标的关键技术突破。 2、研究提出了一套适合上海微量沉降地区的InSAR技术测量精度的较为系统的验证工作方案及工作流程，并在实际验证过程中得到有效应用。 3、结合上海地区地面沉降现状，在国内首次提出以应用为前提的“点对点”、“点对面”、“面对面”等多方法、多数据、多技术融合的解译结果评价方法。研究成果在国内外首次运用高精度一等水准测量数据进行实地验证和对比评价，取得了在微量沉降地区InSAR技术监测地面沉降的实际应用，为下步应用InSAR技术地面沉降长期监测提供技术依据。 2100433B