Tecnología InSAR de medición y seguimiento de la deformación de la superficie

El monitoreo de la deformación de la superficie es el trabajo básico para la prevención y alerta temprana de desastres geológicos. En la actualidad, la frecuente ocurrencia de deslizamientos de tierra, hundimientos de terrenos, fisuras y hundimientos de terrenos en nuestro país ha aumentado gradualmente la amenaza al entorno de los asentamientos humanos. Los métodos tradicionales de reconocimiento terrestre están limitados por deficiencias como un rango de monitoreo pequeño, una densidad de puntos baja y un período de estudio prolongado, y su capacidad para monitorear las características macroscópicas y la evolución espaciotemporal de los peligros geológicos es limitada. Desde finales de la década de 1990, la tecnología de interferometría de radar de apertura sintética ha sido ampliamente investigada y aplicada en varios tipos de monitoreo de deformación de superficies. Tiene las ventajas de ser rápida, precisa, de alta precisión, amplia cobertura, etc., cambiando los métodos de medición anteriores con punto bajo. Densidad, ciclo de trabajo largo, altos requisitos de medición y otras deficiencias.

El núcleo de la tecnología InSAR es utilizar observaciones de fase para obtener las características geométricas y cambiar la información del objetivo. Dado que la fase de interferencia es extremadamente sensible a pequeñas deformaciones, las deformaciones de nivel milimétrico se reflejarán en la fase de interferencia. Por lo tanto, se puede obtener información de deformación de alta precisión mediante el procesamiento de interferencia diferencial utilizando la fase de interferencia obtenida de observaciones orbitales repetidas.

Desde el año 2000, con el apoyo del Ministerio de Tierra y Recursos, el Ministerio de Ciencia y Tecnología y otros departamentos, el centro espacial ha llevado a cabo investigaciones teóricas sobre la tecnología InSAR apoyándose en proyectos como el Land and Encuesta de Recursos, el Fondo de la Industria de Bienestar Público del Ministerio de Tierras y Recursos y el Plan 863, métodos e investigación de aplicaciones, formando un sistema de tecnología de monitoreo y encuesta InSAR de múltiples escalas y tipos que tiende a mejorar. A través de la investigación de tecnología clave de InSAR, la demostración de aplicaciones, la verificación de logros y la aplicación de ingeniería, el sistema ha resuelto una serie de problemas de deformación del suelo, como la extracción de información de hundimiento del suelo, seguimiento transversal, mapas múltiples y mapeo de monitoreo de hundimiento del suelo a gran escala en condiciones. de baja coherencia y volumen de datos limitado La tecnología clave aplicada en la ingeniería de monitoreo InSAR ha establecido un conjunto de métodos y sistemas tecnológicos InSAR para resolver el monitoreo sincrónico de hundimientos del suelo en grandes áreas. Por primera vez en China, la tecnología InSAR se utilizó sistemáticamente para llevar a cabo un monitoreo de ingeniería de hundimiento de terreno regional a gran escala, y se obtuvieron datos de monitoreo de hundimiento de terreno de alta precisión y cobertura total en la llanura del norte de China, el delta del río Yangtze y el Cuenca del río Weifen, llenando el vacío en los datos básicos de los estudios de hundimiento del terreno. Las aplicaciones de ingeniería muestran que la precisión de la tecnología de series temporales InSAR para objetivos coherentes es mejor que 3 ~ 5 mm, y la variación general del monitoreo regional es mejor que 65438 ± 0 cm, lo que satisface las necesidades del monitoreo de subsidencia del terreno. La investigación y aplicación de la tecnología InSAR han mejorado las capacidades y el nivel técnico de monitoreo de la deformación del terreno de mi país, especialmente el monitoreo regional de hundimientos del terreno, y han logrado importantes beneficios sociales y económicos.

2. Ámbito de aplicación y ejemplos de aplicación

Los resultados de la investigación se han aplicado a varios tipos de monitoreo de deformación de la superficie, como hundimientos del suelo, deslizamientos de tierra, hundimientos de trenes de alta velocidad y yacimientos petrolíferos. deformación del suelo y hundimiento minero. Desde 2004, el monitoreo de ingeniería InSAR se ha llevado a cabo en la llanura del norte de China, el delta del río Yangtze y la cuenca del río Weifen, superando las limitaciones anteriores de las divisiones administrativas independientes en el monitoreo de hundimiento de la tierra, creando un "mapa único" de monitoreo de hundimiento de la tierra regional. resultados y llenar el vacío en el monitoreo de hundimientos del suelo en mi país. Hay un vacío en los datos básicos sobre la prevención de hundimientos y la gestión de riesgos.

Al mismo tiempo, en respuesta a los requisitos de estabilidad del suelo de los grandes proyectos, InSAR realiza estudios de hundimiento del suelo en una serie de áreas de proyectos importantes, como el ferrocarril de alta velocidad Beijing-Tianjin, Beijing-Shanghai. , la línea este del Proyecto de Desvío de Agua de Sur a Norte y la sección del Delta del Río Yangtze del Gasoducto de Oeste a Este se llevaron a cabo y monitorearon, brindando servicios técnicos efectivos para la gestión del riesgo de desastres geológicos en las principales áreas de ingeniería. Aplicaciones de monitoreo de deformaciones de superficies de múltiples escalas y tipos, como deslizamientos de tierra en el área del embalse de las Tres Gargantas (Xintan, Shuping, etc.). ), hundimiento de la minería del carbón (Tangshan, Yanzhou, etc.), deformación del suelo de los campos petroleros (Dagang, Dongying, etc.), fisuras del suelo urbano (Xi'an), campos de deformación sísmica, etc., se han llevado a cabo uno tras otro. mejorar integralmente las capacidades de aplicación y el nivel de la tecnología InSAR.

Figura 1 Mapa de tasa de hundimiento de monitoreo InSAR del área de hundimiento de la llanura del norte de China (2008 ~ 2010)

1. Lograr una cobertura total de las tres principales áreas de hundimiento del país.

Al utilizar la tecnología InSAR para realizar estudios y monitoreo de hundimiento de tierras regionales y a gran escala en la llanura del norte de China, el delta del río Yangtze y la cuenca del río Weifen, el área acumulada supera los 20 × 104 km2, logrando el monitoreo InSAR de mi las tres principales zonas de hundimiento del país por primera vez. Cobertura total.

(1) Resultados del monitoreo InSAR de hundimientos de tierra en la llanura del norte de China

El rango de monitoreo es de 14×104 km2 y cubre Beijing, Tianjin, Shijiazhuang, Tangshan, Zhengzhou y otras ciudades. así como el delta del río Amarillo (Figura 1).

Los resultados del seguimiento muestran que desde 2004, las tasas de hundimiento urbano de las principales ciudades de la llanura del norte de China con graves hundimientos del suelo (Tianjin, Beijing (Figura 2, Figura 3), Cangzhou, etc.). ) se ha desacelerado, generalmente menos de 30 mm, los principales centros de asentamiento se concentran principalmente alrededor de estas ciudades, principalmente en varias zonas de desarrollo; La tasa de asentamiento anual del centro de asentamiento es generalmente superior a 40 ~ 50 mm y tiene una tendencia de expansión continua. El área de asentamiento en el cruce de las regiones administrativas provinciales muestra una tendencia de desarrollo contiguo, con una tasa de asentamiento grande y un amplio rango; ; el centro de asentamiento y la gran infraestructura (ferrocarril y La distribución de carreteras) está estrechamente relacionada con el desarrollo económico regional.

Figura 2 Hundimiento acumulado en Beijing de 2007 a 2010.

Figura 3 Subsidencia acumulada en Laiguangying, Beijing

(2) Resultados del monitoreo InSAR de la subsidencia del terreno en el delta del río Yangtze.

El área de monitoreo es de aproximadamente 6×104 km2 y cubre Shanghai (Figura 4 y Figura 5), ​​Suxichang, Jiangsu y Yangtaitong en la región de Hangjiahu en Zhejiang. Se ha identificado la distribución del hundimiento del suelo en varias regiones desde 2006 y se han obtenido datos de monitoreo continuo en Shanghai, Suzhou, Wuxi, Changzhou y Hangjiahu. Se ha descubierto que muchas áreas de hundimiento rápido y a gran escala, como Jinshan y. Pinghu, en el cruce de Shanghai y Zhejiang, tiene una tasa máxima de subsidencia anual de 40. El monitoreo muestra que la amplitud y el alcance general del hundimiento en el delta del río Yangtze es menor que el de la llanura del norte de China. La disminución general en la tasa de hundimiento de la tierra se ha desacelerado y las áreas de hundimiento rápido todavía se concentran en las principales zonas de desarrollo en todo el país. .

Figura 4 Hundimiento acumulativo del terreno monitoreado por InSAR en Shanghai (septiembre de 2003-2010)

Figura 5 Hundimiento acumulativo en la ciudad de Huacao (septiembre de 2003-2010)

(3) Resultados del monitoreo InSAR de la subsidencia del terreno en el área de Weifen

Figura 6 Mapa de tasa de subsidencia del terreno de la cuenca de Taiyuan (2007 ~ 2010).

Tomando el área de Datong-Taiyuan-Linfen (Figura 6) y Xi'an como principales áreas de trabajo, se identificó el desarrollo y distribución del hundimiento del terreno que cubre casi 4×104 km2 en el área de Weifen, y Se hicieron nuevos descubrimientos en Yuci. En áreas de rápido hundimiento como Qingxu y Linfen, la tasa máxima de hundimiento anual es de 50 ~ 70 mm. Se ha completado el seguimiento continuo del proceso de hundimiento del terreno en la ciudad de Taiyuan desde 2005 (Figura 7), y se han comprendido en detalle las características de cambio espaciotemporal de los principales centros de hundimiento.

Figura 7 Mapa de distribución de las principales áreas residenciales en la principal zona urbana de la ciudad de Taiyuan

2. Servir eficazmente a la construcción de importantes infraestructuras nacionales a lo largo del ferrocarril de alta velocidad.

Servir activamente en la construcción de importantes infraestructuras nacionales y utilizar la tecnología InSAR para llevar a cabo estudios y monitoreo de hundimientos del terreno a lo largo de vías férreas de alta velocidad. Utilizando datos SAR del satélite ENVISAT de la ESA (resolución 20 m), se llevó a cabo por primera vez en China el estudio InSAR y el seguimiento del hundimiento del terreno a lo largo del ferrocarril de alta velocidad Beijing-Tianjin. Se obtuvieron los resultados del seguimiento del hundimiento del terreno desde 2004 hasta el presente. Dentro de un rango de 5 km a lo largo del ferrocarril de alta velocidad Beijing-Tianjin, se descubrieron dos embudos de hundimiento principales, Beijing y Tianjin, a lo largo del ferrocarril de alta velocidad (Figuras 8 y 9). Al mismo tiempo, los datos SAR de alta resolución alemanes TerraSAR-X (resolución de 3 m) se utilizaron por primera vez para llevar a cabo un monitoreo preciso de áreas clave de hundimiento a lo largo del ferrocarril de alta velocidad Beijing-Tianjin. Datos de monitoreo continuo desde febrero hasta. Se obtuvieron en octubre de 2009, sirviendo eficazmente al monitoreo del departamento de ferrocarriles de Beijing y Tianjin, evaluación de estabilidad e investigación de contramedidas de los cimientos del ferrocarril de alta velocidad.

3. Realizar activamente diversas prácticas de ingeniería y monitoreo de desastres geológicos.

Basado en el monitoreo InSAR de hundimientos del suelo regionales, desastres de múltiples escalas y formas, como investigación de hundimientos mineros, monitoreo de la deformación del suelo en campos petroleros, monitoreo de la actividad de deslizamientos de tierra, detección de fisuras en el suelo urbano y campo de deformación sísmica. La extracción se ha llevado a cabo, la detección y el monitoreo del campo de deformación del suelo han logrado buenos resultados. Tomando el área minera de Kailuan en Tangshan como área de investigación (Figuras 10 y 11), se llevó a cabo el monitoreo InSAR del hundimiento minero en áreas mineras de carbón y la estabilidad del suelo en ciudades mineras, lo que demuestra que la tecnología InSAR puede detectar el alcance y la intensidad de la minería en un momento oportuno. manera y cumplir con los requisitos para el monitoreo dinámico de la necesidad de hundimiento minero. En la actualidad, se ha utilizado ampliamente en las principales zonas mineras de carbón, como Datong, Yanzhou, Huainan, Xuzhou y el norte de Anhui. Desde 2002, el seguimiento continuo de los cambios en la actividad de los deslizamientos de tierra de Xintan y de Lianziya en la región de las Tres Gargantas ha demostrado que el deslizamiento de tierras de Xintan se ha estabilizado. Se llevó a cabo un seguimiento InSAR de la deformación de la superficie causada por la extracción de petróleo y se descubrieron las condiciones de hundimiento y elevación del suelo de los campos petrolíferos de Daqing y Dongying.

Figura 8 Mapa de tasas de hundimiento del terreno del ferrocarril de alta velocidad Beijing-Tianjin (2007-2009)

Figura 9 Perfil de hundimiento del terreno a lo largo del ferrocarril de alta velocidad Beijing-Tianjin desde 2007 a 2009.

Figura 10 Interferograma InSAR de hundimiento minero en el área minera de Kailuan (7 de junio de 2009 al 36 de junio de 2009)

La tecnología InSAR se ha utilizado ampliamente en las principales áreas de hundimiento del terreno y en varios tipos. de áreas de hundimiento de tierra en mi país. Su aplicación en el monitoreo de desastres por deformación del suelo muestra sus ventajas únicas en el campo del monitoreo de desastres geológicos. Durante el período del "Duodécimo Plan Quinquenal", la tecnología InSAR se utilizará en la investigación de zonas geológicas propensas a desastres, la construcción de importantes zonas económicas (aglomeraciones urbanas), la vigilancia de importantes zonas de desarrollo de recursos minerales, la vigilancia de importantes Las áreas de desarrollo y utilización de aguas subterráneas y el monitoreo de la lenta deformación de la superficie en las principales áreas de ingeniería juegan un papel importante. Basado en el trabajo de monitoreo de hundimiento del terreno regional nacional, centrándose en la construcción de infraestructura nacional importante, confiando en la tecnología InSAR para llevar a cabo un monitoreo de la deformación del suelo a gran escala, brindando monitoreo de la estabilidad del suelo y evaluación de riesgos, y sirviendo a la planificación, construcción y operación de proyectos. Existe una demanda obvia de aplicaciones en minería, petróleo, conservación de agua y otros campos, especialmente el monitoreo de hundimientos mineros en áreas mineras de carbón y hundimientos del suelo en ciudades industriales y mineras, lo que promoverá que la tecnología InSAR se convierta en un método de monitoreo diario.

Figura 11 Mapa de tasa de hundimiento lento de la antigua zona de Goaf en Tangshan (2004 ~ 2009)

El desarrollo de satélites de radar de alta resolución y tecnologías relacionadas promoverá aún más la detección precisa de peligros geológicos mediante el monitor InSAR. La nueva generación de satélites de radar de alta resolución, como TerraSAR-X y Cosmo-skymed, proporcionarán ricas fuentes de datos para la aplicación refinada de la tecnología InSAR. Se convertirá en una realidad el uso de datos SAR de alta resolución para realizar un seguimiento refinado de grandes proyectos e infraestructuras, como ferrocarriles de alta velocidad, carreteras, presas y grandes edificios individuales. Desempeñará un papel más importante en la investigación y el seguimiento de desastres geológicos en muchos campos, como los recursos terrestres, la minería, el transporte y los proyectos de conservación del agua.

En tercer lugar, promover la transformación de los métodos

Los resultados de la investigación se han utilizado en el monitoreo y la prevención de hundimientos de tierras en la llanura del norte de China, el monitoreo de hundimientos de tierras y la gestión de riesgos en el delta del río Yangtze. y la vigilancia y prevención de hundimientos de tierras en China. Se promovió y aplicó en proyectos planificados, y en 2011 se llevó a cabo un estudio geológico nacional de hundimientos de tierras. Este artículo tiene como objetivo utilizar la tecnología InSAR para investigar y monitorear el hundimiento del terreno y el hundimiento minero en llanuras, cuencas, deltas y áreas costeras en el centro y este de mi país, para comprender en detalle la situación actual del hundimiento del terreno en mi país y proporcionar información. para la gestión de aguas subterráneas, planificación urbana y diseño de construcción de infraestructura en mi país.

Los resultados del monitoreo InSAR del hundimiento de la tierra en la llanura del norte de China y el delta del río Yangtze han guiado de manera efectiva el diseño y la construcción de redes de monitoreo terrestre en varias regiones. Al cooperar con estaciones ambientales geológicas provinciales y municipales como Beijing, Tianjin y Shanghai, llevamos a cabo inspecciones detalladas y monitoreo de áreas clave de hundimiento de interés en cada región para atender directamente las necesidades locales. Además, también proporcionó datos técnicos y resultados a unidades y organizaciones como el Tercer Instituto de Diseño del Ministerio de Ferrocarriles, la Rama Tangshan del Instituto General de Investigación de Ciencias del Carbón, el Instituto de Estudios de Ingeniería Shandong Lubei y el Cuarto Instituto de Hidrogeología e Ingeniería Geológica. Equipo de Hebei.

En junio de 2010, el Servicio Geológico de China emitió un comunicado "La aplicación de la tecnología InSAR en la investigación y el seguimiento del hundimiento de la tierra en China tiene efectos notables" en forma de informe especial sobre el estudio geológico, en el que se presentan los resultados de Investigación y desarrollo de tecnología InSAR y experiencia avanzada. A principios de 2011, se celebró en Beijing el mayor "Seminario de capacitación en tecnología de monitoreo InSAR y deformación de superficies" en China, patrocinado por el Servicio Geológico de China y realizado por el Centro de Remotaría Aeroespacial. Más de 120 personas de departamentos de calidad y monitoreo ambiental, universidades, institutos de investigación científica y otras instituciones de todo el país participaron en esta capacitación, y se invitó a expertos de Italia, Alemania, Canadá y otros países e instituciones a dar conferencias especiales.

Los principales métodos de promoción y transformación incluyen intercambios de conferencias, formación técnica, consulta técnica, etc.

Unidad de soporte técnico: Centro de Detección Remota y Exploración Geofísica Aérea de Tierras y Recursos de China.

Persona de contacto: Ge Xiaoli

Dirección: Instituto de Tecnología de Teledetección, No. 31 Xueyuan Road, distrito de Haidian, Beijing.

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