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北京地区地面沉降监控关键技术及其工程应用

作者:914
发布时间
2011/08/04/ 17:37
来源
北京市科学技术委员会
点击:

摘要项目简介: 1. 所属科学技术领域 本项目属于水文地质学、遥感信息工程及地理学其他学科领域 2. 主要研究内容 针对北京市过量开采地下水而引起的区域地面沉降问题,开展地面沉降监

项目简介:

        1. 所属科学技术领域
        本项目属于水文地质学、遥感信息工程及地理学其他学科领域
        2. 主要研究内容
        针对北京市过量开采地下水而引起的区域地面沉降问题,开展地面沉降监测、机理、预测集成研究。
        1)SAR干涉测量改进方法研究
        提出了GPS观测网、气象观测网和MERIS数据建立区域大气校正模型,融入到PS-InSAR算法中,提高了PS算法大区域干涉测量精度与区域使用性。
        2)地面沉降形变场多类型、多尺度时空数据整合及监测网优化
研究了水准监测网(水准、分层标)、GPS监测网以及SAR干涉测量多源、多尺度时空数据清理;进行不同网度的GPS监测点、水准点布设,优化监测网形。
        3)多网监测数据在地面沉降机理及过程模拟中的应用
        在多网监测结果、含水层系统释水形变机理分析基础上,建立三维地下水-地面沉降耦合模型。结合南水北调客水进京工程,建立多目标约束下的地面沉降调控模型。
        4)地面沉降真三维信息系统研发
        自主开发了虚拟地面沉降真三维可视化系统,实现三维空间信息查询与分析。
        5)工程应用研究
        在上述技术手段支撑下,完成了首都地区地下水资源和环境调查评价、南水北调(北京段)环境地质问题调查评价等应用示范研究。
        3. 科学价值及同行引用评价情况
        集成InSAR、GPS、水准测量等技术手段,针对北京地区地面沉降问题,在地面沉降监测、三维耦合预测模型等方面取得成功应用。
        1)应用项目提供的多源监测数据与水文地质等监测信息相结合的方法,于北京市水文地质工程地质大队针对北京市应急地下水源地地区,制定地下水最优开采模式及调控方法。
        2)提出的InSAR、GPS监测与地面实测数据融合的技术方法,分别于中国测绘科学研究院等单位进行推广应用,针对北京地区进行地质灾害监测与机理研究。
        3)建立了区域地面沉降多层次、立体化监测网,成功应用于国家遥感中心等单位,针对城市生态环境进行全方位的监测与评估。
项目完成单位在项目执行过程中,参与制定4项行业技术规范与标准,获得2项发明专利,取得7项软件著作权,出版专著4部,发表SCI、EI论文50余篇。 

 

项目创新点:

        1. 首次研究提出了利用GPS观测网、气象观测网和近红外数据优化永久散射体(PS)干涉测量方法,解决了PS-InSAR算法在大区域形变监测中存在的累积大气延迟问题;提高了PS-InSAR技术大区域相位解缠的精度与区域适用性。学科分类:遥感信息工程。旁证材料:详细技术内容(2.1、2.2、2.6);实用新型专利“多模式微波信号反射增强器”,登记号:200920109825.1;实用新型专利“合成孔径雷达干涉测量验证平台”,登记号:200920109837.4。
        2. 首次开展了地面沉降形变场多类型、多尺度时空数据整合及监测网优化等方向的应用研究:系统研究了水准监测网(水准、分层标)、GPS监测网以及SAR干涉测量多源、多尺度时空数据清理;实现多类型、多尺度、多维度监测时空数据的整合,构建覆盖北京地区地面沉降空间形变场的立体监测系统,突破了现有区域动态监测网数据单一性、一致性瓶颈问题。在现有地面沉降监测网基础上,根据区域地质环境背景、地面沉降的地区差异和城市发展规划进行不同网度的GPS监测点、水准点布设,优化监测网形;采用地下水动态分区、数理统计方法对区域地下水监测网进行优化,优化地下水监测网布局及层位。学科分类:水文地质学、遥感信息工程、地理学其他学科。旁证材料:详细技术内容(2.1、2.3、2.6);出版专著:北京地质灾害,中国大地出版社,2008.9;计算机软件著作权“城市空间数据管理与服务平台”,登记号:2006SR00631;计算机软件著作权“地下水资源动态监测与模型分析系统”,登记号:2005SR00061;
        3. 首次针对(北京地区)地面沉降问题开展了测绘学与水文地质学交叉研究:综合多网监测数据,根据地面沉降缓变性与复杂性等特点,将宏观尺度SAR干涉、水准网监测结果与微观尺度的试验分析相结合,首次开展了干涉测量与水文地质交叉反演区域水文地质参数的研究,揭示了北京地区地面沉降的成因机制及含水层系统释水形变机理。建立了三维地下水-地面沉降耦合模型,实现了地面沉降预警预报。紧密结合南水北调客水进京工程、奥运应急供水工程及城际铁路工程建立了多目标约束下的地面沉降调控模型,在保证城市供水安全、地质安全的同时,为市政规划等部门提供了科学的依据。学科分类:水文地质学、遥感信息工程、地理学其他学科。旁证材料:详细技术内容(2.1、2.4、2.6);出版专著:专门水文地质学,科学出版社2006.5;北京地下水,中国大地出版社,2008.9;计算机软件著作权“地下三维空间数据管理与分析系统V1.0”,登记号:2006SR00364;计算机软件著作权“地下水空间数据管理与服务系统”,登记号:2006SR00365。
        4. 设计并研发了三维地面沉降决策支持系统,处于国内外领域前沿:集成了本项目中针对地面沉降科学问题而设计的海量三维数据存储数据库和子体工程应用系统,即虚拟地质环境真三维信息系统、地下水优化配置与地面沉降多维临界调控系统。实现了多类型、多尺度、多维度时空数据整合,三维空间信息查询与分析,含水岩组释水形变与演化物理过程表达,地下水优化配置,地面沉降临界调控。已经作为业务化运行系统成功应用于测绘、地勘与城市规划等部门。学科分类:水文地质学、遥感信息工程、地理学其他学科。旁证材料:详细技术内容(2.1、2.5、2.6);出版专著:地下水地理信息系统—设计、开发与应用,科学出版社,2006.10;计算机软件著作权“地下水资源空间分析与决策支持系统”,登记号:2005SR00062;计算机软件著作权“地下水资源属性与空间数据管理系统V1.0”,登记号:2005SR00060。 

 

社会经济效益:

        北京地区地面沉降监控关键技术及其工程应用项目提出了对地观测技术与常规监测技术相整合的技术体系;优化了城市地面沉降立体监测网,改进了干涉测量的技术方法;提高了城市环境灾害的防治能力;推动了测绘科学与水文地质交叉研究的共同发展。同时研究成果为解决当前地质灾害防治、地下水资源合理开发利用等问题提供技术保障,提升了测绘信息在城市环境灾害防治中的作用,而且通过项目的研究培养和锻炼了相关测绘科技人才与多学科交叉发展创新人才。 

       承担单位:首都师范大学
       地址:北京市海淀区西三环北路105号          
       网址:http://www.cnu.edu.cn/           邮箱:kjc@mail.cnu.edu.cn

       承担单位:北京市水文地质工程地质大队
       地址:北京市海淀区西四环北路123号          
       邮编:100195
       网址:www.bjswd.com     邮箱:Yechao103@yahoo.com.cn 

 

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责任编辑:宋蕊
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