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基于InSAR监测北京市地铁开发对地面沉降的影响

作　者: 马翔旭
导　师: 王彦兵
学　校: 首都师范大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 地面沉降 D-InSAR PSInSAR 北京地铁 GAMMA 多尺度
分类号: P642.26
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

地面沉降是一种地面缓慢降低的环境地质现象,它集中于城市范围内,分布较广危害性大。我国是地质灾害多发的国家,地面沉降、滑坡等以地表形变为直接特征的地质灾害给国家和人民带来了严重的危害。近些年来,随着人类社会的不断进步,经济的飞速发展以及人口的不断增多,城市的建设对地表的破坏逐渐增多,地面沉降对城市的影响也就越来越大。在引起地面沉降的原因中,施工而导致的地面沉降已大大超过了由于自然因素而导致的沉降,地面沉降实际上已是一种受城市经济活动影响的人为地质灾害。我国目前已有96个城市和地区发生了不同程度的地面沉降。城市地表、地下各类建筑物已经因为地面沉降遭到不同程度的破坏,严重地区甚至出现地表开裂现象。可见地面沉降对城市安全的影响之大,而随着北京市地铁轨道交通的日臻完善,大量的地铁建设工程在北京开工建设,这些工程也会导致地面不均匀沉降。为避免不必要的灾害发生,监测地铁建设区域的地表沉降变得尤为重要。本文应用InSAR技术,结合2010年4月至2012年2月的15景TerraSAR数据,对北京市城区地铁建设地区的地面沉降进行实验研究,首先利用D-InSAR提取大范围沉降信息,找出北京市区内沉降严重的地段,即北京市新建地铁6号线东四-朝阳门建设段,结合地铁开工建设时间地点,再应用PSInSAR技术监测该地铁建设周边小范围沉降,分析沉降量变化,并对比新建地铁6号线朝阳门地铁站周边与早已建成的的地铁2号线建国门地铁站周边沉降量,发现施工对地表的破坏要大于地铁铁路的安全运营对地表的影响。监测地点地铁六号线朝阳门站监测沉降结果达到了年均20mm/a,2010年至2012年累计沉降量为50mm,沉降量虽然在安全可控范围,但是对地表的破坏也应该严加注意,避免不必要的灾害发生,防治城市生活隐患。对比两种监测方法得到的沉降区域的范围和沉降量,既达到了进行多尺度的北京地铁建设区域的沉降分析的目的,也起到了监测结果相互验证的作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
图目录  9-10
表目录  10-11
第一章绪论  11-19
  1.1 选题背景  11-13
    1.1.1 地面沉降监测的重要性  11
    1.1.2 监测地表形变的方法  11-13
  1.2 InSAR监测地面沉降现状  13-14
    1.2.1 InSAR技术的发展  13
    1.2.2 国内外研究现状  13-14
  1.3 北京地铁建设现状  14-15
  1.4 沉降监测数据和处理软件  15-16
    1.4.1 主要SAR卫星系统  15-16
    1.4.2 处理软件  16
  1.5 研究内容及结构安排  16-19
    1.5.1 研究内容  16-17
    1.5.2 结构安排  17-19
第二章北京市地面沉降的监测流程  19-24
  2.1 研究区域概况  19-20
  2.2 实验数据  20-21
  2.3 本文研究流程  21-24
    2.3.1 沉降信息提取  21-22
    2.3.2 地铁周边沉降研究  22
    2.3.3 关键问题  22
    2.3.4 处理流程  22-24
第三章 D-InSAR监测北京市地面沉降  24-30
  3.1 D-InSAR形变测量的工作原理和影响因素  24-25
    3.1.1 D-InSAR的原理  24
    3.1.2 D-InSAR技术监测地表形变的主要影响因素  24-25
  3.2 D-InSAR提取北京市沉降信息  25-29
    3.2.1 主图像选取和图像配准  25-27
    3.2.2 干涉图和相干图的生成  27
    3.2.3 差分干涉图生成  27-28
    3.2.4 形变图生成及其地理编码  28-29
  3.3 小结  29-30
第四章 PSInSAR监测北京地面沉降  30-35
  4.1 永久散射体(PSInSAR)理论基础、原理和技术流程  30-32
    4.1.1 PSInSAR工作原理和优势分析  30-31
    4.1.2 PSInSAR技术流程  31-32
  4.2 PSInSAR提取北京市沉降信息  32-34
    4.2.1 PS点的选取  32-33
    4.2.2 干涉图的生成  33
    4.2.3 回归分析  33-34
    4.2.4 形变信息的提取  34
  4.3 小结  34-35
第五章地铁建设对沉降的影响  35-55
  5.1 D-InSAR沉降分析  35-40
    5.1.1 沉降位置分析  35-36
    5.1.2 研究区域累计沉降量变化  36-37
    5.1.3 分析地铁开发对沉降的影响  37-40
  5.2 PSInSAR沉降分析  40-51
    5.2.1 PSInSAR形变信息  40-41
    5.2.2 年均形变速率  41-43
    5.2.3 分析地铁开发对沉降的影响  43-51
  5.3 对比分析验证  51-55
    5.3.1 沉降位置对比  51
    5.3.2 同时期累计沉降量对比  51-53
    5.3.3 三维图、侧视图  53-54
    5.3.4 监测结果验证和指导意义  54-55
第六章结论与展望  55-58
  6.1 主要工作及结论  55-56
  6.2 问题与展望  56-58
参考文献  58-61
致谢  61

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