里斯本的地表沉降监测——PS监测及结果验证
作者：互联网
1简介：
葡萄牙里斯本的Terrafirma是地面沉降严重的区域，每年沉降量有几十毫米，本文用两种大地测量技术——GNSS（全球导航卫星系统）和大地水准测量，对PS的结果进行验证。
2“LARANJEIRAS / CAMPO GRANDE”区域
在Terrafirma区监测到两个重要的塌陷区（Valadão等人，2005年; Heleno等人，2005；2008年，Heleno等），其中之一是在里斯本的 “Laranjeiras/ Campo Grande”区，该区域（下文中用Laranjeiras来表示）位于里斯本的西北边（图1）约4公里，后来途径一条地铁并以其作为地铁站的名字，在其附近监测到了严重沉降，最大达到了7毫米/年。急剧的沉降和周围形成了强烈的对比，看起来像一个方块。
图1 PS监测结果对里斯本区域（Heleno等，2010），红色区域是Laranjeiras
3人类的建设和地质原因
在1755年里斯本地震前之前，Laranjeiras是里斯本郊外的一个度假胜地，那里有温和的气候，温泉和小树林，后来里斯本的地震给该区域带来了很大的开发。有钱人在这里建了自己的房子，小别墅或庄园，这里有公园，湖水，丰富的果园和农田，菜园和花园（图2）。到了20世纪，这些农场被建成新的建筑（图4），这地方有了很多高楼大厦和城市的公共基础设施，变的很都市化（图3）。
图4 1985年到2002年的城市化发展（Heleno等绘制）
关于地质（图5，Moitinho-Almeida，1986），Laranjeiras四周是地质断层（南方）和冲积岩组成的排水网络（东部，东北部和西部），下面是裸露的冲积砂，粘土，石灰岩，和砂岩。该区域被裸露的断层围绕，沿其南部边界。
图5 Laranjeiras的地质情况，黑线是Laranjeiras范围，红线是地质断层
4 GNSS和大地测量的具体观测方法
在Laranjeiras，和更稳定的周边地区，有几个GNSS（全球导航卫星系统的连续站）和几个水准点（图6），用这些点来验证PSInSAR的结果（Heleno等）。
GNSS选择了FCUL和IST两个站（见图7）。FCUL站在里斯本大学，天线放置在建筑科学系（FCUL）的楼顶，IST站（在FCUL站的南-东南方向2.5公里远）在里斯本科技大学，在民用工程建筑工程学院（IST）的楼顶。IST是稳定的区域，没有沉降，所以选择IST作为参考站。
图6 GNSS站和Laranjeiras的水准站标记
这些GNSS站点数据（标准文件：每站每天每24小时的观测值是一个文件），使用BERNESE GPS 5.0软件（DACH等，2007年）处理，计算每天的坐标。在处理过程中必须考虑到卫星轨道，磁极位置的变化，大气，海洋负荷，和天线相位中心变化相关的参数，保证几毫米的精度。
图7 FCUL和IST的天线
关于测量的水准点，大部分属于里斯本市（CML），是有关部门为测图而布设的，有两个基准属于FCUL，一个属于葡萄牙地理研究所（IGP）。所有的基准点的高程都是以葡萄牙垂直基准面为参考的（在图6中的橙色和蓝色线上），所有开始和结束的点都在稳定的地区。橙色线上的参考点是南部的基准参考点，蓝色线上的参考点是北部的，所有点安装了小金属盘（图8）。
2009年，应用大地测量部国家重点实验室土木工程（LNEC）开展了水准测量工作，测量人员使用了一个自动水准仪（徕卡NA2，图9）带千分尺的，和2到3米的水准板（图10）。在测量期间，要将水准仪和三脚架放在阴影中遮挡住阳光直接照射。为了保持视线长度不超过30米，放了几个辅助点（不锈钢材质的）。如果测得的值太大（大于0.3mm），会进行重复测量，双向测量，在测量中算出了向前和向后的差异，这种方法可以保持闭合差小，低于公差值。每个水准线上记录的值都是用Network软件调整过的，是LNEC开发的软件。
图10 IGP水准测量的工作人员
5
为了在相同的时间段内用PS技术进一步监测，Terrafirma service的Heleno等人（2010）用欧空局的SAR卫星数据计算出了里斯本中心的沉降值（速度：mm /年）。用了三种不同的数据源进行了处理，如表1，第一列是处理的名称，第二列是所用的卫星，第三列是监测的时间范围，第四列是处理数据的数量，最后一列是所用的软件，Altamira的SPN和sarmap&Exelis VIS公司的SARscape，我们提出的处理（第1列），卫星的名称（第2栏）给出的名称；在图11是ERS和Envisat的处理结果。点表示基准点的位置，速率值为负代表在天底点方向的沉降。
|
名字 |
卫星 |
时间 |
图像数量 |
所用软件 |
|
Terrafirma |
ERS-1;ERS-2;ENVISAT |
1992-2006年 |
90 |
SPN |
|
ERS |
ERS-1 |
1993-1998年 |
37 |
SARscape |
|
Envisat |
Envisat |
2003-2010年 |
30 |
SARscape |
ERS处理（1993-1998）
图11 区域的平均位移速率
因为PS点、GNSS点和基准点不在同一地理位置，为了两个数据集的比较，对PS点值进行了内插用于，用克里格法进行了空间插值，这样可以估算出研究区域的所有点的位移速率。
6
表2中列出了用三种不同的方法观测的年份，两条基准线上的基准点在不同的年份进行了水准测量，大多数CML基准点是在1995年测量的，还有两个是在1970年测量的，FCUL基准点是FCUL的学生在2002年测量的，IGP基准点（教堂台阶上的点）是在1969年测量的，2009年的LNEC小组野外测量包含了CML、FCUL和IGP（图10）基准点。
表2 数据获取的年份
|
名字 |
年份 |
|
名字 |
年份 |
|
Terrafirma |
1992-2006年 |
|
GNSS |
2005-2007 |
|
ERS |
1993-1998年 |
|
Levelling |
IGP-1969 |
|
CML-1970，1995 |
||||
|
Envisat |
2003-2010年 |
|
FCUL-2002 |
|
|
LNEC-2009 |
所有雷达数据集获取的形变速率，都要从视线方向换算到垂直方向，入射角按照23°计算。
GNSS的数据是绝对高程，形变是垂直方向的位移，与2005年的5月25日（FCUL第一次数据获取的时间）相比的形变量，如图12。结果是，垂直形变和30个的平均值（NA），两年半的时间（2005年中到2007年末），清楚的表明FCUL站，垂直形变是11毫米，4.4毫米每年。这和PS得到的结果，从1992年到2006年，形变速率每年4毫米，是非常一致的。
从水准测量的数据，虽然测量得到的是绝对高程，但是由于不同的年份（1969年、1995年和2002年）测量到了参考高程，也可以直接计算出来平均的形变速率，在图13和14中描绘了水准测量线和GNSS的结果。
图12 GNSS形变（2005-2007）
图13 Laranjeiras 沉降速率
图14 Campo Grande沉降速率
PS监测的结果，表明了时间序列上的沉降速率变化，在1990-2000年之间的形变（图13和14中亮蓝色线），要比2000之后的（粉红色线）大很多，在这个时间跨度上直接和GNSS和水准测量的结果进行比较是比较困难的，GNSS的结果显示，在2005-2007年期间几乎是稳定的，在这段时间之后沉降速率是变化的。
7 结论
标签：PS,水准测量,Laranjeiras,里斯本,GNSS,监测,FCUL 来源： https://www.cnblogs.com/enviidl/p/16287873.html