[發明專利]一種地面沉降影響因素定量分析方法及系統

有效

• 申請號: 201811173791.2
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109388887B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 周超凡;陳蓓蓓;宮輝力;李小娟;高明亮;郭琳;史珉
• 申請（專利權）人: 首都師范大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F119/14
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

本發明提出了一種地面沉降影響因素定量分析方法，該方法包括：選取區域中對應的動載荷數據對象，建立動載荷應力場，以所述動載荷應力場的場勢值定量化所述動載荷應力場分布情況；對所述區域的遙感影像進行輻射校正，基于土壤調節植被指數、修正的歸一化水體指數和歸一化建筑指數，構建IBI指數模型；選取所述區域的多個影響因子，利用機器學習的方式，獲取各影響因子的影響程度。本發明從大數據角度出發，將影響地面沉降的多個因素綜合在一起進行考慮，更加客觀地反應地面沉降中的各影響因素的貢獻。

技術領域

本發明涉及地面沉降的定量計算領域，尤其涉及一種通過大數據確定地面沉降的各影響因素在地面沉降中的影響程度的定量分析方法及系統。

背景技術

地面沉降作為地下空間開發利用及演化的地表響應，它由自然因素和人為因素共同作用下發生，是一種地面標高損失的環境地質現象。地面沉降多元場由地表形變場、地下水滲流場和動靜載荷應力場構成。地面沉降的發生是不可逆的，當地面沉降嚴重時，會誘發一系列地質環境災害發生，形成災害鏈。據資料顯示，目前，全世界范圍內，包括中國在內的150多個地區已經發生了地面沉降，地面沉降已經引起了國際社會的大力關注，聯合國教科文組織地面沉降組、國際水文科學協會、地質科學國際聯合會和美國地質調查局等國際組織團體已開展了一系列的研究，共同探討地面沉降監測技術與防治問題。地面沉降已經成為全球性、多學科交叉的復雜環境地質問題，定量計算地下水滲流場、動靜載荷應力場和地質背景對地表形變場的貢獻，即確定不同的影響因素在地面沉降中的權重，為區域地面沉降調控和治理提供科學依據是十分必要的。

目前，國內外眾多專家學者對地表形變場監測、地下水滲流場和動靜載荷應力場分析等方面開展了大量的研究。近20多年來，InSAR技術已經成為一種全新的對地觀測技術，對比傳統的技術，如水準測量、分層標基巖標測量和全球定位系統(GPS)等測量技術，該技術監測范圍廣、監測精度高(可達到毫米級)、并且可以全天候監測，現已被專家學者廣泛應用于地面沉降監測研究中。目前主要的時序InSAR技術方法有：干涉圖疊加法(Stacking)、永久散射體干涉測量技術(Persistent scatterer interferometry，PSI)、小基線干涉測量方法(Small Baseline Subset，SBAS-InSAR)、最小二乘技術方法(LeastSquare，LS)、相干目標技術方法(Coherence Target/Coherence Point Target，CPT-InSAR)、臨時性相干點測量方法(Temporal Coherence Point，TCP-InSAR)和干涉點目標分析方法(IPTA)。部分專家學者利用Stacking技術探測天津、珠江三角洲、西安地裂縫、古交礦區、徐州沛北礦區、青藏高原東北緣老虎山斷裂帶的地表形變速率場；Stacking技術屬于傳統的干涉方法，它基于面進行觀測，在使用Stacking技術時，要保證試驗區整體上有較好的相干性，至少要有一片連續的相干區域。然而，在實際應用中，Stacking技術方法挑選的僅僅是少量相干性好的干涉圖來用于疊加分析和形變信息提取，而大量相干性較低的干涉圖被丟棄。這樣全部的雷達數據得不到充分利用，累積觀測時長也受到了限制。PSI技術最早由意大利的Ferretti等人提出，PSI技術是識別出PS點，也稱為永久散射體，通常為裸露的巖石、建筑物、道路等相位較穩定的點，通過對所選取的PS點進行時空濾波等處理，獲取PS點處相對穩定可靠的形變估算結果，這種技術可以很好的克服傳統差分干涉測量(D-InSAR)技術中的相位失相關和大氣延遲等因素的影響，研究學者選取JERS-1、ERS 1/2、ENVISAT ASAR、RADARSAT-1/2和TerraSAR-X等SAR數據，利用PSI技術對區域地表形變場信息進行獲取；由于PSInSAR的優勢，國際上眾多學者開展了深入研究，2002年和2004年，Berardino等人和Lanari等人提出了一種新的時序InSAR測量方法—小基線集干涉測量(SBAS-InSAR)技術，該方法是以PSI為基礎，不僅能克服空間時間失相關和大氣延遲等因素的影響，并且相對于PSI技術，SBAS-InSAR技術對缺乏強后向散射特征，但在短時間間隔內保持較好相干性的像元進行識別，利用此方法可以獲得更為連續的形變信息，從而更加適用于長時間緩慢形變的地表監測中。2012年，Canova等人利用SBAS-InSAR技術和ERS 1–2數據監測地面沉降，發現地表形變速率在奧古斯塔地區達到18mm/year，在錫拉庫扎地區達到6mm/year，在維拉斯蒙多地區達到5mm/year，在普廖洛地區達到4.5mm/year。2014年，Chaussard等人利用SBAS-InSAR技術獲取整個墨西哥中部地區地表形變場信息，發現在墨西哥城市觀測到的地面沉降速率超過30cm/yeari。2016年，Sowter等人利用間歇SBAS-InSAR技術(ISBAS)處理143對小基線對，獲取衛星視線向地表形變場信息。