SBAS-InSAR技术下的白鹤滩库区典型隧道边坡形变监测研究.pdf
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1、第 卷 第 期贵州大学学报(自然科学版)年月 ()文章编号 ():技术下的白鹤滩库区典型隧道边坡形变监测研究郭峻杞,喜文飞,史正涛,杨志全,杨正荣(云南师范大学 地理学部,云南 昆明 ;云南省高校高烈度地震山区交通走廊工程地质病害早期快速判识与防控重点实验室,云南 昆明 ;昆明理工大学 公共安全与应急管理学院,云南 昆明 ;昆明理工大学 应急管理部地质灾害风险防控与应急减灾重点实验室,云南 昆明 )摘要:水库库区大型隧道开挖会对山体产生一定的扰动,引起山体形变,造成滑坡等地质灾害,其形成的库区涌浪可扩散至上下游数公里,严重影响大坝安全。针对单一轨道合成孔径雷达(,)数据在深切峡谷地区形变监测中
2、因几何畸变导致识别不准确的问题,采用小基线集差分干涉测量技术(,)、联合 景升轨和 景降轨 影像进行数据处理,获得研究区 年月至 年月的地表雷达视线向(,)形变速率,选取白鹤滩库区典型隧道边坡进行形变特征分析。结果显示:)白鹤滩水电站库区出现异常形变,蓄水前后隧道边坡的年平均形变量在 以上,边坡稳定性遭到一定程度破坏;)隧道边坡下缘与隧道上方位置形变趋势基本一致。采用 技术及升降轨 影像联合互补的方法,可以有效克服单一轨道数据在深切峡谷地区形变监测中因阴影、叠掩、透视收缩等几何畸变导致的识别不准确问题,其结果可用于白鹤滩库区隧道边坡滑坡灾害的早期识别,为区域性地质灾害防治管理提供科学依据。关键
3、词:形变监测;技术;隧道边坡;滑坡灾害中图分类号:;文献标志码:库区大型隧道由于开挖面大、挖掘线路长,岩体的抗剪性能削弱,使隧道边坡的稳定性遭到破坏,一旦在库区形成滑坡灾害,其产生的涌浪将比滑坡本身造成更大的破坏,影响范围可辐射至上下游数公里,给人类生命安全和经济发展造成重大损失 。因此,对库区隧道边坡进行形变监测研究具有重要意义。目前的库岸滑坡灾害监测方法主要有 类。第 类是传统的监测方法,如利用精密水准仪和全站仪等仪器进行野外实地测量。此技术操作简单并且精度较高,但在实际使用中存在一些不足的地方:在地质条件复杂的高原山区,人工野外测量工作量大且工作环境危险、监测范围小且成本较高等 。第 类
4、是基于光学遥感数据的监测方法。光学遥感可识别大范围滑坡并取得了良好的效果,通过融合多种卫星遥感数据,根据光谱、纹理等地质形态变量提取滑坡位置和边界,以评估分析滑坡特征和影响因素 。与传统的野外调查方法相比,光学遥感影像克服了效率低下、工作环境危险等弊端,并且可较直观地提取滑坡信息和特征,但它易受天气等客观条件的影响,在云雾较多的地区难以获取较为可靠的地面形变信息。第 类是基于合成孔径雷达干涉测量技术(,)的滑坡监测方法。技术不受天气条件影响,可获取高精度、大范围、全天候的地表形变数据,在大区域滑坡监测与识别中可以取得良好的效果,并在其他地质灾害研究领域有着较广的发展应用前景。技术首先用于滑坡识
5、别是在 年,等 利用 数据采用差分干涉测量技术(收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目();云南省重点研发计划项目();云南省科技厅面上项目();云南省阿瑟夫汉院士工作站资助项目()作者简介:郭峻杞(),男,在读硕士,研究方向:地面沉降监测研究,:通讯作者:喜文飞,:,)对法国某滑坡进行监测,最早证明了 技术在滑坡领域研究的可行性。等 采用永久散射体差分干涉测量技术(,),融合多种 数据对三峡地区进行了滑坡识别,并对永久散射体(,)和库区水位变化时间进行了相关性分析。赵蓓蓓等 采用 技术(,小基线集差分干涉测量),结合全球卫星导航系统(,)地表位移数据对三峡库区滑坡进行了动态监测。但在地
6、质条件复杂的山区,单一轨道 数据成像易受地形地貌等因素影响,导致在监测中出现区域缺失等问题,使结果缺乏一定的可靠性 。白鹤滩水电站位于四川省凉山州宁南县和云南省昭通市巧家县交界处,属典型的深切峡谷区,年 月 日水电站正式开始蓄水,电站运行期间水位将在 之间上下波动 。在库区蓄水和降雨等多因素作用下,库区隧道边坡稳定性遭到破坏,一旦发生滑坡灾害将直接威胁上下游居民的生命财产安全。因此,论文利用 技术,联合 景升轨和 景降轨 数据对白鹤滩库区典型隧道边坡进行形变监测研究,为白鹤滩库区隧道边坡滑坡等地质灾害提供防灾减灾的技术支持。技术 技术可以获取厘米甚至毫米级高精度地表形变情况,与传统 技术相比,
7、有更高的时间采样率;与 技术相比,能够用更少的数据得到较为可靠的测量结果 。假设获取同一地区的 幅 影像,选取其中一幅作为主影像,将其他 影像配准到这幅影像上,根据组合条件,干涉像对 的取值范围为(),()()对从影像 和主影像()获取的影像生成的第 幅(,)差分干涉图,其方位向坐标 和距离向坐标 的像素的干涉相位表示为(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)()式中:为波长;(,)和 (,)为和 时刻相对于 (,)的雷达视线方向的累积形变量;(,)为差分干涉图中残余的地形相位,(,)为大气延迟相位,(,)为去相干噪声。为了得到具有物理意义的沉降序列,两个获取时间之间的平均相位速度和时
8、间的乘积可表示为 ()第 幅干涉图的相位值可表示为,()()最后,通过对各个时间段之间速度的积分就可以获得各时间段的形变量 。研究区概况研究区位于白鹤滩水电站大坝以南约 处,长 ,宽 ,面积约 ,地处青藏高原东南部和云贵高原东北部,属于典型的深切峡谷区,地区断裂构造发育,山高谷深,降雨多集中在 月,约占全年总雨量的 ,导致该地区存在大量山体滑坡等地质灾害隐患 。如图 所示。技术下的数据处理研究数据来自欧空局(,)年 月 日至 年 月 日极化方式为 ,成像模式为 的 波段 单视复数(,)影像,其中升轨数据 景,降轨数据 景,数据参数如表 所示。引入哥白尼哨兵 精密轨道数据和日本宇宙航空研究开发机
9、构(,)空间分辨率为 的数字高程模型(,),以提高卫星轨道精度和去除地形相位。第 期郭峻杞 等:技术下的白鹤滩库区典型隧道边坡形变监测研究图 研究区位置 表 数据介绍 轨道极化方式成像模式波长 波段时间跨度升轨 降轨 采用 技术进行影像数据处理,经数据导入、裁剪,设置临界基线最大百分比和最大时间基线为 和 ,共生成 对升轨和 对降轨干涉像对。设置多视数为 能够较好地抑制斑点噪声,采用 解缠方法和 滤波方法进行干涉工作流处理,在调整剔除不理想的像对之后,生成较为理想的研究区干涉图,如图 所示。图 部分研究区干涉图()()为升轨,()()为降轨)()(),()()继续进行轨道精炼和重去平,经过第一
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