1、第32卷 第3期 测 绘 工 程Vo l.32No.32023年5月Eng i ne e r i ngo fSu r vey i ngandMapp i ng May2023DOI:10.19349/k i.i s sn1006-7949.2023.03.006基 于SNAP-S t aMPS方 法 的 高 速 公 路沿 线 地 面 沉 降 监 测李 文 慧,王 志 伟,赵 月,王 翔(山 东 建 筑 大 学 测 绘 地 理 信 息 学 院,济 南250101)摘 要:准 确 监 测 高 速 公 路 不 同 程 度 的 沉 降 是 确 保 高 速 公 路 正 常 运 营 以 及 可 持 续 发
2、 展 的 基 础 性 工 作。文 中 以 黄 河三 角 洲 高 速 公 路 及 沿 线 为 研 究 区,基 于SNAP-S t aMPS方 法,采 用2019年8月 至2022年1月 的37景Sen t i ne l-1A数据,对 该 地 区 地 面 沉 降 监 测 的 基 础 上,提 取 东 营 港 疏 港、东 吕、荣 乌3条 高 速 公 路 及 沿 线 地 面 沉 降 信 息,识 别 出 高 速公 路 的 隐 患 路 段 并 对 沉 降 原 因 进 一 步 分 析,为 道 路 的 维 护 提 供 基 础 数 据 支 撑。研 究 结 果 显 示,东 营 港 疏 港 高 速 沉 降最 为 严
3、重,平 均 沉 降 速 率 为-74.16mm/a;东 吕 高 速 沉 降 较 为 平 缓,沉 降 速 率 为-7.9mm/a;荣 乌 高 速 未 发 现 明 显沉 降。因 此 证 明SNAP-S t aMPS方 法 能 有 效 监 测 高 速 公 路 沿 线 的 灾 害 隐 患。关 键 词:哨 兵 应 用 平 台;斯 坦 福 永 久 散 射 体 合 成 孔 径 雷 达 干 涉 测 量;哨 兵 一 号;高 速 公 路;地 面 沉 降中 图 分 类 号:P237 文 献 标 识 码:A 文 章 编 号:1006-7949(2023)03-0036-08G r o u n d s u b s i
4、d e n c e m o n i t o r i nga l o ngh igh w ays b a s e d o nS N A P-S t a M P S m e t h o dLIWenhu i,WANGZh iwe i,ZHAOYue,WANGXi ang(SchshandongJ i an zhuUn i ve r s i t y,Schoo lo fSu r vey i ngandGe o-i n f oma t i c s,J i nan250101,Ch i na)A b s t r a c t:Ac cu r a t emon i t o r i ngo fd i f f
5、e r en tdeg r e e so fh i ghways e t t l emen ti sf undamen t a lt oensu r ep r ope rope r a t i ona swe l la ssus t a i nab l edeve l opmen to fh i ghways.I nt h i spape r,t heYe l l owRi ve rDe l t aexp r e s swayandi t sr ou t e sa r et akena st hes t udya r e aba s edont heSNAP-S t aMPSme t hod,
6、37s c ene so fSen t i ne l-1Ada t af r omAugus t2019t oJ anua r y2022a r eus edt oex t r a c tg r ounds e t t l emen ti n f o rma t i ono fDongy i ngpo r td r edg i ng,Dong l u,andRongwuh i ghwaysanda l ongt heh i ghways,ba s edont her e a l i z a t i ono fg r ounds e t t l emen tmon i t o r i ngi n
7、t hea r e a,t oi den t i f yt heh i ddenp r ob l emso ft heh i ghway.Thes t udyr e su l t sshowt ha tDongy i ngGangshugangh i ghway,Dong l uandRongwuh i ghwaysandt heg r ounds e t t l emen ti n f o rma t i ona l ongt heh i ghwayswe r eex t r a c t ed,andt heh i ddenp r ob l emso ft heh i ghwayswe r
8、ei den t i f i ed.Thes e t t l emen tc aus e sa r ef ur t he rana l y z edt op r ov i deba s i cda t asuppo r tf o rr aodma i n t enanc e.Ther e su l t so ft hes t udyshowedt ha tt hes e t t l emen to fDongy i ngGangshugangh i ghwaywa st hemos ts e r i ous,wi t hanave r ages e t t l emen tr a t eo f
9、-74.16mm/a;t hes e t t l emen to fDong l uh i ghwaywa smo r emode r a t e,wi t has e t t l emen tr a t eo f-7.9mm/a;andnos i gn i f i c an ts e t t l emen twa sf oundi nRongwuh i ghway.The r e f o r e,i ti sp r ovedt ha tSNAP-S t aMPSme t hodc ane f f e c t i ve l ymon i t o rt hed i s a s t e rpo t
10、 en t i a la l ongt heh i ghway.K e y w o r d s:SNAP;S t aMPS;Sen t i ne l-1A;h i ghway;g r oundsubs i denc e收 稿 日 期:2022-06-30基 金 项 目:国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目(D42171113);山 东 省 自 然 科学 基 金 资 助 项 目(ZR2020QD049;ZR2021QD155);山 东 建筑 大 学 博 士 基 金 资 助 项 目(X18097)第 一 作 者 简 介:李 文 慧(1995-),女,硕 士 研 究 生通 信 作 者 简
11、介:王 志 伟(1988-),男,副 教 授,博 士.高 速 公 路 是 我 国 地 区 经 济 发 展 和 文 化 交 流 的纽 带,但 是 受 地 震、地 面 沉 降 等 地 质 灾 害 的 影 响,易出 现 路 基 沉 陷、坍 塌、裂 缝、坑 槽 等 问 题 1,引 发 公 路事 故,危 害 人 民 生 命 和 财 产 安 全。2021年 国 务 院 发布 国 家 综 体 交 通 网 规 划 纲 要,要 求 强 化 交 通 基 础设 施 预 防 性 养 护、维 护 安 全 评 估 系 统,及 时 消 除 安全 隐 患。因 此,加 强 高 速 公 路 网 的 监 测 与 治 理 已 成为
12、保 证 高 速 公 路 正 常 建 设 与 运 营 的 重 要 任 务 2。合成 孔 径 雷 达 干 涉 技 术(i n t e r f e r ome t r i cs yn t he t i cap-e r t u r er ade r,I nSAR)作 为 一 种 新 兴 的 空 间 对 地 观测 技 术,具 有 高 分 辨 率、大 范 围、长 时 间 跨 度 地 面 沉降 量 获 取 的 能 力,可 以 实 现 对 大 范 围 道 路 网 的 沉 降监 测 2,但 是 前 期 研 究 中 没 有 兼 顾 影 像 幅 宽 大 与 影像 获 取 时 间 间 隔 短 的 要 求,从 而 无
13、法 直 接 反 映 空 间跨 度 大 与 沉 降 量 大 的 高 速 公 路 的 沉 降 情 况。2014年 欧 空 局 发 射 的Sen t i ne l-1A卫 星 可 以 获取 双 极 化、大 幅 宽、短 重 访 周 期 的 哨 兵 数 据 3。将Sen t i ne l-1A数 据 与 哨 兵 数 据 应 用 平 台(s en t i ne l sapp l i c a t i onp l a t f o rm,SNAP)和 斯 坦 福 永 久 散 射 体合 成 孔 径 雷 达 干 涉 测 量(S t an f o r dme t hodf o rpe r-s i s t en ts
14、c a t t e r i ng,S t aMPS)时 序 分 析 方 法 相 结 合,可 以 提 高 非 城 镇 研 究 区 点 目 标 的 空 间 分 布 密 度,大大 增 加I nSAR技 术 在 非 城 镇 区 域 的 适 应 性 与 可 行性,实 现 大 区 域、短 时 间 间 隔 的 时 序 地 面 沉 降 监测 4-5。2018年,Mi cha e lFoume l i s等 人 6基 于SNAP-S t aMPS方 法 利 用Sen t i ne l-1A数 据 对 罗 马都 市 区 道 路 沉 降 情 况 进 行 监 测,监 测 结 果 与 同 时 期水 准 监 测 数 据
15、一 致。研 究 表 明,利 用Sen t i ne l-1A数据 有 助 于 开 展 道 路 工 程 地 面 沉 降 监 测 工 作 7。黄 河 三 角 洲 地 区 是 我 国 陆 地 形 成 时 间 最 短 的 地区 之 一,黏 土 状 沉 积 物 固 结、特 殊 的 地 质 构 造 8-9、地下 资 源 开 采 10以 及 建 筑 物 荷 载 11等 因 素,都 造 成 了不 同 程 度 的 地 面 沉 降。尽 管 前 期 已 经 开 展 了 应 用I nSAR技 术 监 测 黄 河 三 角 洲 地 区 沉 降 的 研 究 工 作,但大 多 数 都 是 针 对 海 岸 沿 线 以 及 油
16、气 开 采 区 等 整 体 沉降 分 析,没 有 针 对 高 速 公 路 网 的 沉 降 细 节 的 研 究 与 分析。利 用SNAP-S t aMPS方 法,通 过 对 覆 盖 黄 河 三 角洲 区 域37景Se n t i n e l-1A数 据 进 行 处 理,利 用SAR影像 上 的 稳 定 散 射 点 作 为 永 久 散 射 体(p e r s i s t e n ts c a t t e-r e r,PS)进 行 时 间 序 列 分 析,获 取 黄 河 三 角 洲 地 区 的地 面 沉 降 信 息,进 一 步 提 取 东 营 港 疏 港、东 吕、荣 乌3条 高 速 公 路 及 沿
17、线 的 沉 降 信 息 并 分 析 其 沉 降 原 因,为 治 理 高 速 公 路 地 面 沉 降 提 供 基 础 数 据。1 S N A P-S t a M P S方 法SNAP-S t aMPS方 法 采 用 振 幅 离 差 阈 值 法 和 相干 系 数 法 来 选 取PS点 12。这 种 方 法 所 选 取 的 高 稳定 性、高 信 噪 比、强 散 射 特 性 的PS点 不 仅 能 够 有 效 减小 时 空 去 相 关 问 题 在 相 位 解 缠 的 过 程 中 带 来 的 负 面影 响 以 及 大 气 延 迟 的 影 响,提 高 监 测 精 度,而 且 还 可以 提 高 非 城 镇 研
18、 究 区 点 目 标 的 空 间 分 布 密 度。获 取 覆 盖 研 究 区 域 的N+1景 影 像,根 据 影 像的 时 间 基 线、空 间 基 线 和 多 普 勒 质 心 频 率 基 线3种基 线 临 界 值 和 绝 对 值 最 优 的 原 则,选 取 一 景 影 像 作为 主 影 像,其 他 影 像 作 为 辅 影 像,将 所 有 的 辅 影 像 分别 与 主 影 像 进 行 配 准 并 作 干 涉 处 理。进 一 步 利 用 精密 轨 道 数 据 和 外 部SRTMDEM去 除 地 形 相 位 13,得到N个 差 分 干 涉 对,各 像 素 的 干 涉 相 位 为:i n t,x,i=
19、Wt opo,x,i+de f,x,i+o r b,x,i+a tm,x,i+no t,x,i.(1)式 中:i n t,x,i为 干 涉 相 位;t opo,x,i为 残 余 地 形 相 位;de f,x,i为 形 变 相 位;o r b,x,i为 轨 道 误 差 相 位;a tm,x,i为大 气 相 位;no t,x,i为 噪 声 相 位;W 表 示 缠 绕 14。PS点 在 选 取 时,先 根 据 衡 量 像 元 点 的 相 位 噪 声水 平 的 振 幅 离 差 指 数D A选 取PS候 选 点。设 定 一个 振 幅 阈 值T A,比 较D A和T A的 大 小,若D A小 于T A时,
20、则 表 明 该 像 元 在 进 行 干 涉 测 量 处 理 期 间 保 持了 振 幅 稳 定 性,则 选 定 该 像 元 为PS候 选 点。振 幅离 差 指 数D A可 以 表 示 为 单 视 复 数 影 像(s i ng l el ookc omp l ex,SLC)集 合 中 每 个 像 元 的 振 幅 值 的 标 准 差 A与 相 位 平 均 值A之 比 14。D A=AA.(2)随 后 分 析PS候 选 点 相 位 稳 定 性,根 据 相 位 稳 定 性值,对 点 目 标 重 新 定 权 15,并 经 过 多 次 迭 代 筛 选 出PS点 目 标,选 定 为 最 终PS点 集。可 表
21、示 为:=1MNi=0expj(i n t,x,i-i n t,x,i-h,x,i).(3)式 中:N为 干 涉 图 的 数 量;i n t,x,i为 第x个 点 目 标 在第i个 干 涉 对 上 去 除 平 地 相 位 和 经 过 地 形 相 位 纠 正后 的 相 位;i n t,x,i为i n t,x,i的 均 值;h,x,i为 残 余 相 位估 计 值。利 用 上 述 方 法 获 得 最 终PS点 后,对 地 形 相 位误 差 进 行 校 正 处 理,去 除 残 余 相 位。然 后 利 用 三 维相 位 解 缠 算 法 进 行 相 位 解 缠,将PS点 的 相 位 值 恢复 到 绝 对
22、值,获 取 连 续 变 化 的 干 涉 相 位。对 解 缠 后的 相 位 先 在 时 间 域 上 做 高 通 滤 波 去 除 噪 声 相 位 和大 气 相 位,再 在 空 间 域 上 做 低 通 滤 波 获 取 并 去 除 大气 延 迟 相 位,最 终 获 得 形 变 相 位 16。2 研 究 区 概 况 及 数 据 处 理2.1 研 究 区 概 况黄 河 三 角 洲 地 区 是 黄 河 水 携 带 的 泥 沙 固 结 压实 形 成 的 新 生 大 陆,超 过60%的 区 域 为 发 育 软 土7 3 第3期 李 文 慧,等:基 于SNAP-S t aMPS方 法 的 高 速 公 路 沿 线
23、地 面 沉 降 监 测层,发 育 地 区 地 面 沉 降 现 象 严 重。近 年 来,黄 河 三角 洲 的 高 效 生 态 经 济 不 断 推 进 并 落 实,日 益 频 繁 的人 类 经 济 活 动(地 下 水 开 采、石 油 开 采 等)更 是 加 剧了 研 究 区 域 内 地 质 灾 害 的 发 生。研 究 区 内 有 东 营港 疏 港 高 速、东 吕 高 速 和 荣 乌 高 速3条 主 要 高 速 公路,东 营 港 疏 港 高 速 全 长114.24km,途 经 利 津 县、河 口 区、黄 河 三 角 洲 综 合 训 练 基 地 到 达 东 营 港;东吕 高 速 全 长546.228k
24、m,横 跨 整 个 利 津 县;荣 乌 高速 全 长1820km,横 跨 河 口 区、垦 利 区 和 东 营 区。研 究 区 及 高 速 位 置 分 布 情 况 如 图1所 示。图1 研 究 区 域 分 布注:图1 底 图 是 基 于 国 家 测 绘 地 理 信 息 局 标 准 地 图 服 务 网 站 下 载 的 审 图 号 为GS(2019)3333 号,底 图 无 修 改。图1 高 速 路 线 是 基 于 国家 测 绘 地 理 信 息 局 标 准 地 图 服 务 网 站 下 载 的 审 图 号 为 鲁SG(2021)D26 号,底 图 无 修 改。2.2 数 据 处 理本 次 实 验 数
25、据 是 从 欧 空 局 官 网(h t t ps:/s c i hub.c ope rn i cus.eu/)获 取 的37景Sen t i ne l-1A影 像 和 相 应 的 精 密 轨 道 数 据。Sen t i ne l-1A采 用C波 段 雷 达 遥 感 影 像,能 够 监 测 到 地 面 的 微 小 变 化,也 可 以 不 受 云 雨 天 气 影 响 全 天 候 的 获 取 可 靠 的 地面 沉 降 监 测 数 据。为 去 除 地 形 对 干 涉 相 位 的 影 响,采 用30m分 辨 率 的SRTMDEM去 除 地 形 相 位。Sen t i ne l-1A数 据 的 具 体 参
26、 数 如 表1所 示。表1 S e n t i n e l-1 A数 据 主 要 参 数参 数 参 数 值卫 星轨 道 高 度:693km;太 阳 同 步 轨 道;重 访 周 期:12d;发 射 日 期:2014 年4 月雷 达 传 感 器波 段:C 波 段(5.6cm);极 化 方 式:VV;发 射 角:20 45 成 像 模 式i n t e r f e r ome t r i cwi deswa t h(IW);分 辨 率:5m20m;覆 盖 范 围250km250km;斜 距 单 视 复 数 影像(SLC)获 取 时 间 2019 年8 月2022 年1 月数 量 37 景 基 于SN
27、AP-S t aMPS方 法 地 面 沉 降 监 测 数 据 处理 的 主 要 过 程 包 含 干 涉 图 生 成 和 时 间 序 列 分 析 两部 分。具 体 处 理 流 程 如 图2所 示。图2 S N A P-S t a M P S处 理 流 程1)干 涉 图 生 成。本 次 实 验 选 择2020年9月20日 获 取 的 影 像 作 为 公 共 主 影 像,其 它 影 像 作 为 辅 影像,将36景 辅 影 像 分 别 与 主 影 像 配 准 并 进 行 干 涉 处理。干 涉 影 像 的 时 空 基 线 分 布 如 图3所 示,最 大 时间 基 线 为408d,最 大 空 间 基 线
28、为130.89m。通 过8 3 测 绘 工 程 第32卷主 辅 影 像 的 复 共 轭 相 乘,得 到 了 覆 盖 研 究 区 的36幅干 涉 图。利 用 外 部DEM去 除 地 形 相 位,得 到 去 平地 和 地 形 相 位 的 差 分 干 涉 图。图3 研 究 区S e n t i n e l-1 A数 据 时 空 基 线2)时 间 序 列 分 析。去 除 平 地 效 应 和 地 形 相 位之 后,最 关 键 的 步 骤 是 选 取 在 长 时 间 内 保 持 相 位 稳定 的PS点。首 先 采 用 振 幅 离 差 阈 值 法 选 择PS候选 点,将 振 幅 离 差 指 数 阈 值 设
29、置 为0.4,选 取PS候选 点。然 后 根 据 相 干 系 数迭 代 计 算 每 幅 干 涉 图 中 每 个 候 选 点 的 噪 声 相 位 值,去 除 受 相 位 稳 定 的PS点 影 响 而 表 现 为 高 相 干 点 的PS点 和 相 位 噪 声 低 的PS点,最 终 得 到2226076个PS点。利 用 选 取 的 所 有PS点 构 建De l aunay三 角 网,计 算 空 间 邻 近PS点 的 相 位 差 值 进 行 时 间 一 维 解缠,采 用 加 权 最 小 二 乘 相 位 解 缠 算 法 进 行 空 间 二 维相 位 解 缠,取 得PS点 的 解 缠 相 位。通 过 在
30、时 间 域的 高 通 滤 波 去 除 大 气 相 位 误 差 影 响,通 过 空 间 域 的低 通 滤 波 去 除 残 余 相 位 误 差 影 响,最 后 根 据 形 变 相位 与 形 变 量 的 线 性 关 系 计 算 得 到 每 个PS点 的 形 变速 率 和 时 间 序 列 形 变 量。为 了 更 加 直 观、清 晰、准 确 分 析 研 究 区 内 高 速公 路 地 面 沉 降 情 况,本 文 将 地 面 沉 降 结 果 进 行 地 理编 码,叠 加 到 建 筑 物、道 路、高 速 公 路 等 光 学 影 像 图上,并 提 取 各 高 速 公 路 网 沿 线1km缓 冲 范 围 区 的P
31、S点 进 行 地 面 沉 降 时 间 序 列 分 析。3 实 验 沉 降 结 果 及 分 析通 过 数 据 处 理 后,获 取 了 研 究 区 内2019年8月2022年1月 地 表 沉 降 速 率 结 果,如 图4(a)所示。首 先,研 究 区 域 内 的 所 有PS点 集 中 分 布 在 城 图4 研 究 区 沉 降 速 率 以 及 各 沉 降 中 心 对 应 光 学 影 像注:图4 底 图 是 基 于 国 家 测 绘 地 理 信 息 局 标 准 地 图 服 务 网 站 下 载 的 审 图 号 为GS(2019)3333 号,底 图 无 修 改。9 3 第3期 李 文 慧,等:基 于SNA
32、P-S t aMPS方 法 的 高 速 公 路 沿 线 地 面 沉 降 监 测市 区 域,农 田 地 区 分 布 较 稀 疏,河 流 水 库 等 积 水 区域 内 基 本 没 有PS点 分 布,说 明 选 取 的PS点 比 较 可靠;其 次,通 过 分 析 整 个 研 究 区 的 地 面 沉 降 趋 势 与分 布 情 况,发 现 研 究 区 内 存 在4个 沉 降 较 为 严 重 的区 域(A、B、C、D)且 分 布 不 均 匀。A沉 降 区 位 于 河口 区 仙 河 镇,四 周 分 布 黄 河 故 道 口 的 新 生 陆 地、桩西 油 田、孤 东 油 田 以 及 孤 北 水 库,平 均 沉
33、降 速 率 为-108.22mm/a;B沉 降 区 位 于 融 合 村,附 近 分 布 面积 较 小 的 盐 场,平 均 沉 降 速 率 为-80.36mm/a;C区 位 于 垦 利 区 下 镇 二 十 村 至 广 北 水 库 卤 水 开 发 区,平 均 沉 降 速 率 为-97.03mm/a;D区 紧 邻 广 南 水库,占 据 赵 咀 盐 场、南 塔 盐 场、许 家 盐 场 以 及 广 北 盐场,平 均 沉 降 速 率 为-89.67mm/a。通 过 查 阅 文 献发 现,上 述 区 域2016年1月2017年5月 平 均 沉降 速 率 分 别 为:-286.3mm/a、-82.5mm/a、
34、-118.7mm/a、-80mm/a 10;2019年112月 平均 沉 降 速 率 分 别 约 为:-103mm/a、-47mm/a、-121mm/a、-209mm/a 15,表 明 上 述4个 区 域 发生 区 域 性、持 续 性 的 地 面 沉 降。本 次 实 验 获 取 的 沉 降分 布 情 况 与 已 有 研 究 中 的 沉 降 分 布 基 本 保 持 一 致。地 面 发 生 持 续 性 沉 降 必 然 会 对 上 覆 地 的 高 速公 路 产 生 影 响。为 更 加 直 观 准 确 地 分 析 区 域 性 地面 沉 降 对 高 速 公 路 的 影 响,在 研 究 区 高 速 公 路
35、 沿 线1km内 建 立 缓 冲 区,提 取 缓 冲 区 内 的PS点 进 行 分析,结 果 如 图5所 示。东 营 港 疏 港 高 速 有 一 段 沉 降速 率 明 显 较 大 的 沉 降 区,东 吕 高 速 在 道 路 中 段 有 一段 沉 降 速 率 较 为 平 缓 的 沉 降 区 域,而 荣 乌 高 速 沉 降速 率 整 体 比 较 稳 定,没 有 明 显 沉 降,因 此,本 文 主 要选 取 东 营 港 疏 港 高 速 以 及 东 吕 高 速 对 道 路 中 沉 降量 较 大 的 区 域 作 进 一 步 分 析。图5 研 究 区 高 速1 k m缓 冲 区 沉 降 速 率图6 东 营
36、 港 疏 港 高 速 沿 线 沉 降 速 率 剖 面3.1 东 营 港 疏 港 高 速东 营 港 疏 港 高 速 以 集 贤 立 交 为 起 点,东 营 港 开发 区 为 终 点。沉 降 速 率 剖 面 如 图6所 示,其 沉 降 是非 均 匀 沉 降,沉 降 速 率 较 大 的 是 图6的 红 色 框 内 区域,不 均 匀 沉 降 里 程 达 到33.85km,最 大 年 平 均 沉降 速 率 达 到74.16mm/a。0 4 测 绘 工 程 第32卷结 合 研 究 区 沉 降 速 率 如 图7(a)所 示,可 以 看出,东 营 港 疏 港 高 速 沉 降 区(对 应 图6红 色 框 内 区
37、域)主 要 是 受 河 口 区 仙 河 镇 与 孤 岛 镇 东 北 部 的 大 面积 沉 降 影 响 而 产 生 不 均 匀 沉 降。其 中,河 口 区 仙 河镇 以 及 东 营 港 经 济 开 发 区 区 间 段 内 的 沉 降 速 率 在-6.98-74.16mm/a之 间,明 显 比 西 南 部 区 段沉 降 严 重;而 南 半 部 分 高 速 公 路 沉 降 速 率 处 于-6.233.92mm/a之 间,未 发 生 明 显 沉 降。图7 东 营 港 疏 港 高 速 沿 线 沉 降 速 率 图 及 沉 降 中 心1内P S点 分 布 图 进 一 步 选 取 公 路 线 上 部 分PS点
38、(图7(b)中 红色 三 角)进 行 时 间 序 列 分 析,以 便 了 解 对 应PS点 的累 计 沉 降 量 以 及 沉 降 趋 势。其 中,所 有PS点 的 累计 形 变 量 是 以2019年8月9日 为 时 间 参 考 点,时 间跨 度 为2019年8月 到2022年1月,结 果 如 图8所示。从 图8可 以 看 出,P7、P8、P9点 一 直 处 于 沉 降状 态,累 计 沉 降 量 达 到-62mm;其 他PS点 在2019年8月 至2020年2月 期 间 相 对 较 为 稳 定,之 后 开 始呈 现 不 同 程 度 的 沉 降,并 且 沉 降 影 响 范 围 呈 现 出 向西 南
39、 和 东 北 两 方 向 扩 大 的 趋 势。分 析 后 发 现,该 沉降 区 卤 水 浓 度 适 宜 开 采,各 企 业 为 追 求 原 盐 和 溴 元素 化 合 物 的 提 取,集 中 开 采、过 量 开 采 致 使 该 区 域范 围 内 卤 水 水 位 持 续 下 降。此 外,该 区 域 内 还 分 布有 桩 西 油 田、仙 河 镇 油 田 以 及 孤 岛 油 田,开 发 时 间超 过40a,长 时 间、高 强 度 的 油 气 开 采 会 使 储 油 层 压力 下 降,油 气 区 和 黏 土 层 压 缩,导 致 地 面 沉 降;而 且石 油 开 采 过 程 中 也 会 抽 取 地 下 水
40、 进 行 回 填,但 回 填的 水 与 石 油 的 结 构 密 度 与 回 填 材 料 量 的 不 同 也 会对 地 基 承 受 力 产 生 影 响,在 自 然 压 实 过 程 中 也 会 导致 地 面 发 生 沉 降。图8 东 营 港 疏 港 沉 降 区 内P S点 时 间 序 列 形 变3.2 东 吕 高 速东 吕 高 速 沉 降 速 率 剖 面 如 图9所 示,平 均 沉 降速 率 为0.74-7.9mm/a。东 吕 高 速 大 部 分 路 段较 为 稳 定,没 有 明 显 沉 降 区 域,仅 有 图9蓝 色 框 内 区域 沉 降 速 率 相 对 较 大,沉 降 路 段 总 长4.5km
41、,最 大沉 降 速 率 达 到-7.9mm/a。进 一 步 结 合 东 吕 高 速 沿 线 沉 降 速 率(图10(a)可 知,东 吕 高 速 路 段 沉 降 区 主 要 位 于 利 津 县 买 河 村附 近。选 取 沉 降 区 域 内5个PS点(如 图10(b)红 色三 角 形 所 示)进 行 累 计 沉 降 量 时 序 分 析,如 图11所1 4 第3期 李 文 慧,等:基 于SNAP-S t aMPS方 法 的 高 速 公 路 沿 线 地 面 沉 降 监 测示,P15、P16、P17累 计 沉 降 量 小 于5mm,仅 有P18点 累 计 沉 降 量 达 到-12.92mm,为 整 条
42、路 累 计 沉 降量 最 大 的 位 置。其 沉 降 的 主 要 原 因 是P18的 选 点处 路 段 靠 近 黄 河 水 域,水 域 周 围 土 地 含 水 量 较 高,相 比 于 其 他 地 面 更 容 易 发 生 变 化,使 得 该 区 域 监 测结 果 时 序 形 变 量 震 荡 幅 度 大,进 而 导 致 时 序 沉 降 量值 大。图9 东 吕 高 速 沿 线 沉 降 速 率 剖 面图1 0 东 吕 高 速 沿 线 沉 降 速 率 图 及 东 吕 高 速 沉 降 区 内P S点 分 布图1 1 沉 降 区2 P S点 时 间 序 列 形 变4 结 束 语以 黄 河 三 角 洲 地 区
43、 的 高 速 公 路(东 营 港 疏 港 高速、东 吕 高 速、荣 乌 高 速)沿 线1km缓 冲 区 作 为 研究 区,采 用2019年8月2021年1月 共37景Sen-t i ne l-1A卫 星SAR影 像,利 用SNAP-S t aMPS方 法进 行 地 面 沉 降 时 序 分 析,获 得 高 速 公 路 的 时 序 沉 降和 平 均 沉 降 速 率。研 究 发 现,东 营 港 疏 港 高 速 河 口区 仙 河 镇 路 段 存 在 一 处 较 为 严 重 的 沉 降,沉 降 区 总长 度33.85km,平 均 沉 降 速 率 为-74.16mm/a,并且 沉 降 范 围 有 持 续
44、扩 大 的 趋 势;东 吕 高 速 利 津 县 买河 村 的 路 段 出 现 一 段 总 长 为4.5km的 沉 降 区,平 均沉 降 速 率 为-7.9mm/a;荣 乌 高 速 整 体 未 发 生 沉降。结 果 表 明,SNAP-S t aMPS方 法 可 以 监 测 空 间跨 度 大 的 高 速 公 路 的 地 面 沉 降,能 够 准 确 识 别 道 路灾 害 隐 患 点,为 后 续 高 速 公 路 安 全 与 养 护 工 程 提 供2 4 测 绘 工 程 第32卷数 据 支 持,对 可 能 出 现 的 危 险 进 行 提 前 预 警。参 考 文 献:1 刘 冰,张 永 红,吴 宏 安,等
45、.时 间 序 列I nSAR技 术 辅 助下 的 北 京 市 高 速 公 路 网 沉 降 监 测 应 用J.测 绘 通 报,2018(2):120-125.2 张 学 东,葛 大 庆,肖 斌,等.多 轨 道 集 成PS-I nSAR监 测高 速 公 路 沿 线 地 面 沉 降 研 究:以 京 沪 高 速 公 路(北 京-河 北)为 例J.测 绘 通 报,2014(10):67-69.3 欧 阳 伦 曦,李 新 情,惠 凤 鸣,等.哨 兵 卫 星Sen t i ne l-1A数 据 特 性 及 应 用 潜 力 分 析J.极 地 研 究,2017,29(2):286-295.4 TIWARIA,D
46、WIVEDIR,DIKSHITO,e ta l.As t udyonme a su r i ngsu r f a c ede f o rma t i ono ft heLAqu i-l ar eg i onus i ngt heS t aMPSt e chn i queJ.I n t e r na t i ona lJ ou r na lo fRemo t eSens i ng,2016,37:4819-830.5 MANCINIF,GRASS IF,CENNIN.Awo r k f l owba s edonSNAP-S t aMPSopen-s ou r c et oo l sandGNS
47、Sda t af o rPS I-ba s edg r oundde f o rma t i onus i ngdua l-o r b i ts en t i ne l-1da t a:a c cu r a cya s s e s smen twi t he r r o rp r opa-ga t i onana l y s i sJ.Remo t eSens i ng,2021,13:753.6 FOUMELI SM,e ta l.ESASNAP-S t aMPSi n t eg r a t edp r o c e s s i ngf o rSen t i ne l-1pe r s i s
48、t en ts c a t t e r e ri n t e r f e r-ome t r yC.2018IEEEI n t e r na t i ona lGe o s c i enc eandRemo t eSens i ngSympo s i um,Va l enc i a,Spa i n,2018:1364-1367.7 DELGADOJM,FOUMELI SM,STEWARTC,e ta l.Me a su r i ngu r bansubs i denc ei nt her omeme t r opo l i-t ana r e a(I t a l y)wi t hSen t i
49、 ne l-1SNAP-S t aMPSpe r s i s-t en ts c a t t e r e ri n t e r f e r ome t r yJ.Remo t eSens i ng,2019,11(2):129.8 张 金 芝,黄 海 军,毕 海 波,等.SBAS时 序 分 析 技 术 监 测现 代 黄 河 三 角 洲 地 面 沉 降J.武 汉 大 学 学 报(信 息 科学 版),2016,41(2):242-248.9 VADIVELSKP,KIMD,KIMYC.Time-s e r i e sI n-SARana l y s i sandpo s t-p r o c e s
50、 s i ngus i ngI SCE-S t aMPSpa ckagef o rme a su r i ngb r i dged i sp l a c emen t sJ.Ko r e-anJ ou r na lo fRemo t eSens i ng,2020,36(4):527-534.10 程 霞,张 永 红,邓 敏,等.Sen t i ne l-1A卫 星 的 黄 河 三 角 洲近 期 地 表 形 变 分 析J.测 绘 科 学,2020,45(2):43-51.11ZHANGJZ,HUANGHJ,BIHB.Landsubs i denc ei nt hemode r nYe l l
