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江苏:卫星遥感“紧盯”地面沉降

2020-04-21 10:03:18    来源: 中国自然资源报    作者:王玮 张瑞

随着城市化进程加快,不合理的人类活动加剧了城市地质灾害的发生。其中,地面沉降是我国诸多沿海地区共同面临的地质灾害。如何最大限度地降低地面沉降对经济社会的影响?近年来,江苏省在地理国情普查中利用卫星遥感技术探索地面沉降调查监测,取得了较好效果。

                                                                                 ——编者

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苏州东沙湖区域航飞监测图。资料图片

截至今年3月,江苏省基础地理信息中心承担的“江苏省合成孔径雷达(InSAR)地面沉降监测项目”,已开展了3期。项目利用卫星遥感技术累计获取全省2007年~2018年的地面沉降数据进行加工分析,取得了较好的社会和经济效益。

江苏是我国经济发达省份之一,也是长江三角洲地区地面沉降的重点监测区域之一。2013年,江苏省基础地理信息中心在全国率先开展了第一期江苏全省域沉降监测,将获取的2007年~2011年的相关卫星数据进行加工分析,形成了覆盖全省的高精度、高密度沉降监测成果,成为利用地理国情监测数据服务政府决策管理领域的“先行者”,具有重要的示范意义。

2015年和2018年,该中心又开展了两期(2012年~2019年)地面沉降监测。三期项目创新采用开源遥感卫星影像,结合新型影像处理技术,为进行大范围低成本地面沉降监测积累了丰富经验,同时也磨炼出一支出色的地面沉降监测队伍,为进一步服务自然资源“两统一”职责提供了强大的技术和人才支撑。

创新技术  形成全省地面沉降“一张图”

“江苏省地面沉降监测项目”取得较好成绩,首先得益于技术团队的大胆创新。

随着工业化、城市化进程的加速,地面沉降已成为影响经济社会可持续发展的典型环境地质问题和城市地质灾害。2013年,江苏省第一次地理国情普查工作,将地面沉降监测作为省级地理国情监测的重要内容。承担监测任务的江苏省基础地理信息中心技术团队在深思熟虑之后,决定突破传统,创新使用时间序列InSAR技术来开展覆盖全省域的地面沉降监测。

当时,国内尚没有利用该技术开展省域范围沉降监测的成熟经验。项目起步之初,技术团队进行了艰辛的摸索和尝试。为了丰富知识储备,大家积极参加相关培训,有的队员驻场北京的科研单位学习达一月之久,加班加点更是家常便饭。为了打通项目中的技术瓶颈,队员们查阅了大量的文献资料,并积极与行业专家、学者交流。从理论研究到影像监测,从试点探索到实地检验再到全省域应用,项目团队一步一个脚印,终于摸索出一套可行的省域监测方案,准确获取并处理出全省10.72万平方公里2007年~2011年精细化的地面沉降数据,监测精度符合全省沉降监测需求,成功实现了江苏省地面沉降“一张图”。这是江苏省首次利用卫星遥感技术开展省域大范围地面沉降监测,也打出了江苏省地理国情专项监测的特色招牌。

持续监测  支撑重要区域沉降趋势分析

一期项目顺利通过验收后,监测成果取得了良好的社会反响。技术团队意识到,获取长时间序列、高现势性的沉降监测数据并实时开展沉降趋势分析、成因分析,对自然资源监管及辅助政府决策尤为重要。

为此,项目组又持续开展了全省2012年~2015年的沉降监测,并针对省内高速公路、高铁、地铁、长江大桥等重要基础设施和徐州矿区、长江沿岸、沿海港区等重点区域开展了专题应用分析,形成了一系列专题应用产品。持续的沉降监测一定程度上提升了重要区域地面沉降监测、预报和防治水平,为重要基础设施的管理与维护提供了有力支撑。

在监测过程中,项目组处理的雷达影像累计近1600景。由于卫星的不断改进,项目使用的数据也在不断变化,试验数据更是达到数千景。为了实现准确的监测结果,队员们长时间盯着电脑、仔细记录并核对每一个监测数据。为了验证监测结果,他们多次到全省重点沉降区进行野外勘察,跑遍了江苏每个县市,搜集验证数据及资料,保证了数据的高准确度和强现势性。

在第三期监测项目中,团队使用了开源的某新型卫星影像作为全省2016年~2018年沉降监测的数据源。但是该类型数据精度要求高、处理难度大,对技术人员的能力提出了更高要求。对此,队员们迎难而上,通过不断探索与努力,成功获取全省约928万个监测点数据,同时还大幅度降低了获取成本,较前期节省了大量资金。 2017年,技术团队参与编制的测绘行业标准——《时间序列InSAR地表形变数据处理规范》荣获国家测绘科技进步一等奖。

深化应用  服务政府管理决策

随着监测项目的不断推进,项目组逐步积累了丰富的数据成果。如何进一步挖掘成果价值、有效推广应用成为下一步工作的关键。为进一步服务各级政府和行业部门管理决策,在上级主管部门的部署下,中心技术团队又承接了一个月内编制完成《江苏省地面沉降普查和监测专报》任务。

队员们一边构思专报的内容与结构安排,统计数据,字字斟酌,逐句完善;同时制作全省及13个大市的专题图件,反复建立色彩对比方案,设计整体版面布局。根据各方意见,《江苏省地面沉降普查和监测专报》先后修改了40多个版本,最终于2017年12月21日递交省政府,并获得省政府的肯定。随后,《江苏省地面沉降普查和监测专报》被下发至全省13个设区市。淮安、常州、盐城、徐州、南通等地高度重视,主动与江苏省基础地理信息中心对接,由中心沉降监测技术团队及时提供了相应的沉降应用咨询服务。

今年春节前,江苏省地质矿产局第五地质大队为了编制《徐州市地质环境监测规划(2020~2025)实施方案》,到该中心咨询徐州市的地面沉降状况。在了解基本需求后,团队根据徐州市近12年的地面沉降成果,分析了主要沉降中心时空分布特征和影响因素,并以成果共享的方式提供给了地质五队。“你们能够提供如此大范围、长时序、高密度、超精细的地面沉降成果,极大地增强了我们对徐州市地面沉降历史和现状的了解及把握程度,对于我们编制方案帮助真的很大!”该队负责人说。

近年来,技术团队还先后多次为江苏省住建、水利、交通、地质、煤矿等行业部门提供优质、专业的地面沉降咨询服务,为“强富美高”新江苏建设作出了积极贡献。

锻炼队伍  培育复合型创新人才

通过开展全省三期累计12年的InSAR地面沉降监测,中心不仅积累了丰富的数据成果,同时也培育了一支高层次、复合型、创新型的人才队伍。

他们年轻富有朝气。队员们平均年龄不到30岁,敢打敢拼敢闯,不管是技术研究、数据处理、结果分析还是成果应用,都不拘泥于已有的生产经验,而是反复探索新思路、新方法,不仅提高了数据处理效率,还拓宽了监测成果的适用范围。

他们态度专注认真。在数据筛选、影像处理、结果分析、报告编写、图集制作、展示平台搭建等每一个步骤、每一个环节,团队都精益求精。

他们专业技术强。队员们均为硕士研究生、注册测绘师,有着扎实的理论知识和较强的实践技能。近3年,项目组成员累计发表论文29篇,授权实用新型专利2项,申请发明专利4项、获得软件著作权8项;曾获国家测绘科技进步一等奖等多个奖项。

长风破浪正当时,不忘初心在路上。如今,新一轮的沉降监测任务已经开启,技术团队将全身心投入到服务自然资源“两统一”职责的征程中,充分发挥测绘地理信息技术优势,努力提升服务能力和保障水平,以实际行动推动江苏自然资源事业高质量发展。

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关键词: 卫星遥感
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