探讨 InSAR 技术在城市建筑物沉降监测中的精度

２０１５年６月　城市勘测　Ｊｕｎ．２０１５　Ｎｏ．３　第３期　文章编号：１６７２—８２６２（２０１５）０３—１１５－０５　Ｕｒｂａｎ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ＆Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　中图分类号：Ｐ２３７，ＴＵ１９６．２　文献标识码：Ａ　探讨ＩｎＳＡＲ技术在城市建筑物沉降监测中的精度　赵亿ｈ，钱乐　，杨魁　（１．天津市房屋安全鉴定检测中心，天津３００３８１；２．天津市测绘院，天津３００３８１；３．天津市遥感中心，天津３００３８１）　摘要：针对ＩｎＳＡＲ在城市建筑物沉降监测中的精度评估需求，以天津市市内六区同步采集的ＳＡＲ数据、水准数据为　例进行两者的差异性分析，提出采用距离加权法、沉降量指标来实现两者的时空一致性。在此基础上参考建筑物沉降　监测的规范，以渤海大楼为例来对比分析ＩｎＳＡＲ测量、水准测量的沉降量值，提出了ＩｎＳＡＲ技术可达到建筑物三级测　量精度指标。　关键词：建筑物沉降监测；ＩｎＳＡＲ；精度指标　１　引　言　ＩｎＳＡＲ数据处理、水准数据获取与处理、两者的融合对　随着天津社会经济的快速发展，城市建设日益增　比分析等关键技术与方法的研究工作。如图１所示：　多。在已有的沉降漏斗基础上进行基坑施工建设，将　Ｉ　Ｒ数据处理　对其周围一定安全距离内的建筑物产生影响，使其产　●　生倾斜，破坏其结构安全性。因此为保护基坑周边环　ｌ水准数据处理　●　境，需要对其１倍～３倍开挖深度范围甚至更大范围　ｌ　水准融合　内的建筑物实施动态监测…，以实现对建筑物的安全　图１技术路线　鉴定，保障基坑施工建设过程中的安全，同时也能对周　边居民的日常生活工作提供安全保障。　２．１　ＳＡＲ数据处理　目前，常规的城市建筑沉降监测一般采用重复精　对时间序列的ＳＡＲ影像选择主影像进行配准后，　密水准测量方法，布设一、二等水准网后通过严密的平　进行差分干涉图的生成和高相干点的提取，并建立三　差计算，最终求得微小建筑沉降变化值。这种野外作　角网。根据干涉图上相邻两高相干点之间的相位差，　业周期长、耗费大量人力物力并且外业人员工作辛苦，　建立两点之间线性形变速度增量和高程误差增量的线　作业时间受天气影响。　性模型。通过求解模型相干系数方程，得到形变速度　随着卫星遥感技术的发展，作为地面沉降监测重　和高程误差的增量值，并利用少量点的线性形变速度　要手段的ＩｎＳＡＲ监测技术逐渐走向成熟和应用。将　和高程误差，通过增量积分获得绝对量。在此基础上，　其应用于城市建筑沉降监测中具有长时间、大范围、快　对去除线性模型相位之后的残余相位进行离散点相位　速、准确的独特监测优势，从而克服水准测量的部分缺　解缠，通过时间和空问上的滤波处理，分离出非线性形　陷。但是将ＩｎＳＡＲ直接应用于城市建筑物沉降监测　变相位和大气影响相位。最后通过线性形变速率和非　的应用研究目前较少　Ｊ，且没有明确的精度指标。　线性形变相位计算得到长时间形变序列　Ｊ。　因此本文以高分辨率的ＴｅｒｒａＳＡＲ数据为例，以实测的　图２为实验区域的多幅ＴｅｒｒａＳＡＲ影像计算得到　高精度水准数据为参考，对两者的融合方法进行研究；　的平均振幅影像。ＳＡＲ影像的清晰度类似于可见光影　并以天津的标志性建筑物渤海大楼为例来分析ＩｎＳＡＲ　像，该研究区域低层、中层、高层等不同类型建筑物均　测量的精度。　清晰可见。图３为实验区域的整体沉降速率监测成　果，不同目标沉降速率的大小以不同的颜色分局表示。　２主要研究内容　结果显示整个研究区域的沉降分布特征比较清晰的，　本文主要针对ＩｎＳＡＲ技术在城市建筑物沉降监测　表现为：距离市内六区核心区（和平区）越近，沉降速　中精度评估的应用需求，开展同一区域相同时间段内的　率越小；距离市内六区核心区（和平区）越远，沉降速　收稿日期：２Ｏ１５—０３—０８　作者简介：赵亿（１９６６一），男，高级工程师，主要从事房屋安全鉴定工作。　基金项目：国土资源部公益性行业科研专项（２０１３１１０４５）　第３期　赵毅等．探讨ＩｎＳＡＲ技术在城市建筑物沉降监测中的精度　￡山／　蓍｝＝一盘跽　２　２　Ｉ　ｌ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　ｌ　ｌ　１１９　个。４号、５号点精度较差，主要原因是基坑施工所导　∞　∞　如　∞　肿　卯　加　劢　∞　４　结论　致的真实沉降量较大，而ＩｎＳＡＲ由于实验所采集的数　量有限难以完全反映。　将既有８个点参与统计分析可以得到渤海大楼的　均方差为１．１１　ｍｍ，低于建筑物二级测量０．７　ｍｍ的　本文主要针对ＩｎＳＡＲ在城市建筑物沉降监测中　的精度评估需求，基于ＩｎＳＡＲ测量与水准测量的时空　差异特性，提出采用距离加权法来实现两者空间位置　的一致性，采用最终沉降量作为精度评估指标来消除　两者时间节点的差异。并以位于正在施工基坑周围的　要求，高于建筑物三级沉降监测２．１　ｍｍ的要求。因　此对于渤海大楼，ＩｎＳＡＲ监测的精度达到建筑物三级　测量的指标。　渤海大楼沉降精度分析　表３　渤海大楼为例，参考相应建筑物沉降监测规范要求，对　比分析８个监测点上的ＩｎＳＡＲ测量、水准测量的沉降　Ｎｏ　１　水准沉降量／ｍｍ　ＩｎＳＡＲ沉降量／ｍｍ　沉降量差异／ｍｍ　一Ｏ．４３　０．４７　Ｏ．９Ｏ　量值，得到ＩｎＳＡＲ初步可以达到建筑物三级测量精度　指标的结论。　参考文献　２　３　４　５　６　７　８　０．７０　—１．４２　－６．１０　－９．９５　—１Ｏ．０２　－７．８１　－５．２６　０．１８　—１．５８　—７．７４　－７．８６　－９．２Ｏ　－６．８０　－５．０４　一０．５２　—０．１６　一Ｉ．６４　２．０９　Ｏ．８１　１．０１　０．２２　［１］　ＧＢ５０４９７—２００９．建筑基坑工程监测技术规范［ｓ］．　［２］　Ａ．Ｆｅｒｒｅｔｔｉ，Ｃ．Ｐｒａｔｉ，Ｆ．Ｒｏｃｃａ，Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ｒａｔｅ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｓｃａｔｔｅｒｅｒｓ　ｉｎ　ＳＡＲ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ　［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｇｅｏｓｃｉ．Ｒｅｍ．Ｓｅｎｓｉｎｇ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　２０００，　２０００：２２０２—２２１２．　［３］　Ａ．Ｆｅｒｒｅｔｔｉ，Ｃ．Ｐｒａｔｉ，Ｆ．Ｒｏｃｃａ，Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｓｃａｔｔｅｒｅｒｓ　ｉｎ　ＳＡＲ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ　Ｊ　Ｊ　Ｉ．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｇｅｏｓｃｉ．Ｒｅｍ．Ｓｅｎｓ—　ｉｎｇ，Ｊａｎｕａｒｙ　２００１，２００１：８～２Ｏ．　总体分析　最大误差：２．０９，最小误差：０．１６，均方差：１．１１　●　［４］　Ｃａｒｌｏ　Ｃｏｌｅｓａｎｔｉ，Ａｌｅｓｓａｎｄｒｏ　Ｆｅｒｒｅｔｔｉ，Ｃｌａｕｄｉｏ　Ｐｒａｔｉ，Ｆａｂｉｏ　Ｒｏｃｃａ．Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅｓ　ａｎｄ　ｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｍｏｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　＼　，　，＼　，＼　．　，　—＼　意号／　’　，｜　’　’　＼　，　＼，　摹　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｓｃａｔｔｅｒｅｒｓ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　６８（ｎｏ．１－２）：２ｏｏ３：３—１４．　、　。　［５］Ｃｕｒｌａｎｄｅｒ，Ｊ．Ｃ．ａｎｄ　Ｒ．Ｎ．ＭｃＤｏｎｏｕｇｈ．Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ａｐｅ￣ｕｒｅ　ｒａｄａｒ：ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ＆　Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．１９９１．　［６］　范洪冬．ＩｎＳＡＲ若干关键算法及其在地表沉降监测中的　应用研究［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０１０．　［７］　卢丽君．基于时序ＳＡＲ影像的地表形变检测方法研究与　图１　１　渤海大楼水准测量和ＩｎＳＡＲ测量的沉降误差分析　应用［Ｄ］．武汉：武汉大学，２００８．　［８］　ＪＧＪ８－２００７．建筑变形测量规范［Ｓ］．　Ｔｈｅ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ＩｎＳＡＲ　Ａｃｃｕｒａｃｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｕｒｂａｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｚｈａｏ　Ｙｉ　，Ｑｉａｎ　Ｌｅ　，Ｙａｎｇ　Ｋｕｉ　’　（１．Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｈｏｕｓｉｎｇ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ　Ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｓｔ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００３８　１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００３８　１，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００３８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ＩｎＳＡＲ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｒｂａｎ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ，ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＳＡＲ　ａｎｄ　ｌｅｖｅｌ　ｄａｔａ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｔｉａｎｊｉｎ．Ｔｈｅｎ　ａ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｗｅｉｇｈｔｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｓｕｂ－　ｓｉｄｅｎｃｅ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ　ｉｎ　ｂｏｔｈ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｓｐａｃｅ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ，ｔｈｅ　ＢｏＨａｉ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃｏｍｐａｒｅ　ｔｈｅ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＩｎＳＡＲ　ａｎｄ　ｌｅｖｅｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｔｈａｔ　ＩｎＳＡＲ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｃａｎ　ａ—　ｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｔｈｉｒｄ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｉｎｄｅｘ　ｉｎ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ＩｎＳＡＲ；ａｃｃｕｒａｃｙ　ｉｎｄｅｘ