InSAR 표면 변형 조사 및 모니터링 기술

1. 내용 개요

표면 변형 모니터링은 지질재난 예방 및 조기경보를 위한 기본 작업입니다. 현재 우리나라에서 잦은 산사태, 지반침하, 지반균열, 지반침하 등 인간정주환경에 대한 위협이 점차 증가하고 있다. 전통적인 지상 측정 방법은 작은 모니터링 범위, 낮은 포인트 밀도, 긴 측정 기간 등의 단점으로 인해 지질학적 위험의 거시적 특성과 공간적, 시간적 진화 프로세스를 모니터링하는 능력이 제한됩니다. 1990년대 후반부터 InSAR(합성개구레이더간섭계) 기술은 신속성, 정확성, 고정밀성, 넓은 적용 범위 등의 장점을 가지며 다양한 표면 변형 모니터링에 널리 연구 및 적용되어 왔습니다. 점 밀도가 낮고 작업 주기가 길며 테스트 요구 사항이 높다는 단점이 있습니다.

InSAR 기술의 핵심은 위상 관측을 통해 표적의 기하학적 특성과 변화 정보를 얻는 것입니다. 간섭 위상은 작은 변형에 매우 민감하기 때문에 밀리미터 수준의 변형이 간섭 위상에 반영되므로 반복적인 궤도 관찰을 통해 얻은 간섭 위상을 이용한 미분 간섭 처리를 통해 고정밀 변형 정보를 얻을 수 있습니다.

2000년부터 국토자원부, 과학기술부 등 부처의 지원을 받아 항공원격센터는 국토자원조사 등의 사업을 바탕으로 InSAR 기술을 수행해왔다. , 국토부 공공 복지 산업 기금 및 863 계획에 대한 이론, 방법 및 응용 연구를 통해 재난 표면 변형에 대한 다중 규모 및 다중 유형 InSAR 조사 및 모니터링 기술 시스템이 형성되었습니다. InSAR 핵심기술 연구, 응용실증, 결과검증 및 엔지니어링 적용을 통해 InSAR 지반침하 정보 추출 문제와 교차선, 다중 영상 대규모 지반침하 InSAR 모니터링 문제를 저일관성 및 제한된 조건에서 체계적으로 해결하였습니다. 매핑과 같은 표면 변형 InSAR 모니터링의 엔지니어링 적용을 위한 일련의 핵심 기술은 대규모 토지 침하의 동기 모니터링을 위한 일련의 InSAR 방법 및 기술 시스템을 구축하기 위해 확립되었습니다. 우리나라 최초로 InSAR 기술을 체계적으로 활용하여 대규모 지역 지반 침하 엔지니어링 모니터링을 수행하고 화북 평야, 장강 삼각주에서 전체 범위의 고정밀 지반 침하 모니터링 데이터를 획득했습니다. , Fenwei Valley 및 기타 지역은 기본 지반 침하 조사의 기반을 마련합니다. 엔지니어링 응용 프로그램에 따르면 응집성 타겟 InSAR 타이밍 기술의 측정 정확도는 ±3-5mm보다 우수하고 지역 모니터링의 전체 편차는 ±1cm보다 우수하여 지반 침하 모니터링 요구 사항을 충족합니다. InSAR 기술의 연구와 적용은 우리나라의 표면 변형, 특히 지역적 지반 침하 모니터링 능력과 기술 수준을 향상시켰으며 상당한 사회적, 경제적 이익을 달성했습니다.

2. 적용 범위 및 적용 사례

연구 결과는 지반 침하, 산사태, 고속철도 침하, 유전 표면 등 다양한 유형의 표면 변형 모니터링에 적용되었습니다. 변형 및 광산 침강. 2004년부터 현재까지 화북 평원, 장강 삼각주 지역, 펜웨이 계곡에서 전면적인 InSAR 엔지니어링 모니터링을 수행하여 지반 침하 모니터링 작업에 있어 이전 독립 행정 구역의 한계를 극복하고 다음과 같은 목표를 달성했습니다. "지역 지반 침하 InSAR 모니터링 결과의 한 장의 그림" 그림은 우리 나라의 지반 침하 예방 및 위험 관리를 위한 기초 데이터의 공백을 메워줍니다.

동시에 주요 프로젝트의 지반 안정성 요구에 부응하여 북경-천진, 북경-상해 고속철도 등 다수의 주요 프로젝트 지역을 동선으로 추진하고 있다. 남-북 수로 전환 프로젝트와 서-동 가스 전송 프로젝트의 장강 삼각주 구간이 수행되었습니다. 침강 InSAR 조사 및 모니터링은 주요 엔지니어링 분야의 지질 재해 위험 관리를 위한 효과적인 기술 서비스를 제공합니다. 삼협저수지 지역의 산사태(신탄, 수핑 등), 광산 침하(당산, 옌저우 등), 유전 표면 변형(다강, 동영 등), 도시 지반 균열(시안) 및 지진 변형 분야 다양한 유형의 표면 변형 모니터링 응용 프로그램을 통해 InSAR 기술의 응용 기능과 수준이 종합적으로 향상되었습니다.

그림 1 중국 북부 평야의 지반 침하 지역에 대한 InSAR 모니터링 침하율 지도(2008-2010)

1. 국가

InSAR 기술을 사용하여 화북 평야, 장강 삼각주 및 펜웨이 계곡에서 대규모 및 지역 토지 침하 조사 및 모니터링을 수행합니다. 누적 면적은 20×104km2를 초과하여 전체 범위를 달성합니다. 우리나라의 세 가지 주요 침하 지역에서 처음으로 InSAR 모니터링을 실시했습니다.

(1) 화북 평원 지반 침하의 InSAR 모니터링 결과

모니터링 범위는 14×104km2이며 베이징, 텐진, 스자좡, 탕산, 정저우 및 기타 도시를 포괄합니다. 황하 삼각주 지역도 마찬가지입니다(그림 1). 모니터링 결과에 따르면 과거 심각한 지반 침하가 있었던 화북 평원의 주요 도시(천진, 베이징(그림 2, 그림 3), 창저우 등)에서는 2004년 이후 도시 침하율이 둔화되었으며, 일반적으로 30mm 미만이며 주로 다양한 개발 구역에 이러한 도시 주변에 많은 주요 침하 센터가 있습니다. 침하 중심지의 연간 정착률은 일반적으로 40-50mm를 초과하며 지속적인 확장 추세를 보이고 있습니다. 대규모 인프라(철도, 고속도로)와 밀접한 관련이 있음) 유통과 지역 경제 발전은 밀접한 관련이 있음.

그림 2 2007년부터 2010년까지 베이징의 누적 침하

그림 3 베이징 라이광잉의 누적 침하

(2) 양쯔강 지반 침하의 InSAR 삼각주 지역 모니터링 결과

모니터링 면적은 약 6×104km2로 상하이(그림 4, 그림 5), 장쑤성 수시창, 양타이통, 절강 항자후 지역을 포함한다. 2006년부터 각 지역의 지반침하 분포. 현재까지 상하이, 쑤저우, 우시, 창저우, 항자후 지역에서 지속적인 모니터링 데이터를 획득했으며, 상하이와 저장성 교차점에서 금산, 핑후 등 다수의 급속하고 대규모 침하 지역을 발견했으며, 연간 침하율은 40~50mm에 이릅니다. 모니터링에 따르면 장강삼각주 지역의 전반적인 침하폭과 범위는 화북평원보다 작으며, 전반적인 지반침하율은 둔화되었으며, 급속한 침하 지역은 여전히 ​​주요 개발 지역에 집중되어 있습니다.

그림 4 InSAR가 모니터링한 상하이 지역 누적 지반 침하 지도(2003년 9월~2010년 9월)

그림 5 화차오 타운 누적 지반 침하 지도(2003년 9월)~2010년 9월)

(3) 펜웨이 지역 지반 침하 InSAR 모니터링 결과

그림 6 타이위안 분지 지반 침하율 지도(2007~2010)

다퉁- Taiyuan-Linfen 지역(그림 6)과 Xi'an시를 주요 작업 지역으로 Fenwei 지역에서 거의 4×104km2에 달하는 토지 침하의 개발 및 분포가 확인되었으며 Yuci, Qingxu, In Rapids에서 새로 발견된 지역이 있습니다. Linfen과 같은 침하 지역의 경우 최대 연간 침하율은 50~70mm에 이릅니다. 2005년부터 타이위안 도시 지역의 지반 침하 변화 과정에 대한 지속적인 모니터링(그림 7)이 완료되었으며, 각 주요 침하 중심지의 시공간적 변화 특성이 상세하게 파악되었습니다.

그림 7 타이위안시 주요 도시 지역의 주요 주거지 분포도

2. 고속철도를 따라 주요 국가 기반 시설 건설을 효과적으로 지원합니다

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InSAR 기술을 적용하여 고속철도 노선의 지반침하 모니터링 및 조사를 수행하는 등 국가 주요 인프라 시설 건설에 적극적으로 봉사합니다. 중국에서는 처음으로 ESA ENVISAT 위성 SAR 데이터(해상도 20m)를 사용하여 베이징-천진 고속철도 지반 침하 상황에 대한 InSAR 조사 및 모니터링을 수행했으며, 매년 지반 침하 모니터링 결과를 2004년부터 현재까지의 노선을 따라 5km를 얻은 결과, 북경-천진 고속철도를 따라 북경과 천진에 위치한 2개의 주요 침하 깔때기가 확인되었다(그림 8, 그림 9). 동시에, 처음으로 독일 TerraSAR-X 고해상도 SAR 데이터(해상도 3m)를 사용하여 베이징-텐진 고속철도를 따라 주요 침하 지역에 대한 정밀 모니터링을 수행하여 지속적인 모니터링 데이터를 얻었습니다. 2009년 2월부터 10월까지, 천진 고속철도 기초에 대한 철도 부서의 베이징 안정성 평가 및 대책 연구 작업을 효과적으로 수행했습니다.

3. 다양한 유형의 지질재해 모니터링 및 엔지니어링 실습을 적극적으로 수행

지역 지반 침하 InSAR 모니터링, 광산 침하 조사, 유전 표면 변형 모니터링, 산사태 달성을 기반으로 합니다. 활동 모니터링, 도시 지반 균열 감지, 지진 변형 필드 추출 및 기타 다중 규모 및 다중 형태 감지 및 위험한 표면 변형 필드 모니터링은 좋은 결과를 얻었습니다. Tangshan의 Kailuan 광산 지역을 연구 지역으로 삼아(그림 10 및 11), 석탄 광산 지역의 광산 침하 및 광산 도시의 지반 안정성에 대한 InSAR 모니터링을 수행하여 InSAR 기술이 광산의 범위와 강도를 신속하게 발견할 수 있음을 확인했습니다. 광산 침하 역학 모니터링 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 현재 Datong, Yanzhou, Huainan, Xuzhou 및 Northern Anhui와 같은 주요 석탄 광산 지역에서 널리 사용되고 있습니다. 2002년부터 삼협 지역의 신탄(Xintan) 산사태와 Lianziya 산사태 활동 변화를 지속적으로 모니터링한 결과, 신탄(Xintan) 산사태가 안정화된 것으로 나타났습니다. 오일 추출로 인한 표면 변형에 대한 InSAR 모니터링이 수행되었으며 Daqing, Dongying 및 기타 유전의 지반 침하 및 융기 상태가 확인되었습니다.

그림 8 북경-천진 고속철도 지반침하율 지도(2007~2009)

그림 9 2007년 북경-천진 고속철도 지반침하 프로필 2009년까지

그림 10 카일루안 광산 지역의 광산 침강에 대한 InSAR 간섭계(2009년 10월 7일부터 2009년 10월 31일)

InSAR 기술은 주요 지반 침하 지역 모니터링에 사용됩니다. 우리나라의 여러 유형의 표면 변형 재해 응용 사례는 지질 재해 모니터링 분야에서 독특한 장점을 보여줍니다. '12차 5개년 계획' 기간 동안 국가 지질재난 다발지역 조사, 중요 경제지역(도시 집합체) 건설, 주요 광물자원 개발지역 모니터링, 주요 지하수 모니터링 등의 분야에 InSAR 기술이 활용될 예정이다. 개발 및 활용 분야, 주요 엔지니어링 분야에서 변형 모니터링에 중요한 역할을 합니다. 국가 지역 토지 침하 모니터링 작업을 기반으로 주요 국가 인프라 건설에 중점을 두고 InSAR 기술을 사용하여 대규모 표면 변형 모니터링을 수행하고 지반 안정성 모니터링 및 위험 평가를 제공하며 프로젝트 계획, 건설 및 운영 서비스를 제공합니다. 광업, 석유, 수자원 보존 및 기타 분야, 특히 석탄 광산 지역의 광산 침하 및 산업 및 광업 도시의 지반 침하 모니터링 분야의 응용 분야에는 InSAR 기술을 일상적인 모니터링 방법으로 촉진할 분명한 응용 요구 사항이 있습니다.

그림 11 탕산시 오래된 고프 지역의 느린 침하율 지도(2004~2009)

고해상도 레이더 위성 및 관련 기술의 개발로 InSAR 정밀 모니터링이 더욱 촉진될 것입니다. 지질 재해의.

TerraSAR-X, Cosmo-skymed 등과 같은 차세대 고해상도 레이더 위성은 InSAR 기술의 세련된 적용을 위한 풍부한 데이터 소스를 제공할 것입니다. 고속철도, 고속도로, 댐, 대형 개별 건물 등 주요 프로젝트와 인프라에 대한 정밀 모니터링을 위해 고해상도 SAR 데이터를 활용하는 것이 현실화될 것입니다. 토지자원, 광업, 교통, 수자원 보존 프로젝트 등 다양한 분야에서 지질재해를 조사하고 모니터링하는 데 있어 더욱 중요한 역할을 담당하게 될 것입니다.

3. 추진 및 전환 방법

이 연구 결과는 "화북 평야의 토지 침하 모니터링 및 예방"과 "지하 침하 모니터링 및 예방"에 연속적으로 사용되었습니다. 중국지질조사국이 실시한 장강 삼각주 지반 침하'는 '위험 관리', '국가 지반 침하 모니터링 및 예방', '국가 지표 변형 원격 감지 지질' 등 계획 프로젝트에 추진 및 적용되었습니다. 설문 조사'는 InSAR 기술을 적용하여 삼각주 및 해안 지역의 평원, 유역, 지반 침하 및 광산 침하 조사 및 모니터링을 수행하여 우리나라의 현재 지반 침하 발생 상황을 자세히 파악하고 기초 데이터를 제공하는 것을 목표로 2011년에 시작되었습니다. 국가 지하수 관리, 도시계획, 기반시설 건설 레이아웃 등을 위한

화북 평야와 장강 삼각주 지반 침하에 대한 InSAR 모니터링 결과는 다양한 지역의 지반 모니터링 네트워크 배치 및 구축을 효과적으로 안내했습니다. 베이징, 텐진, 상하이 등 성 및 지방 지질 환경 관측소와 협력하여 각 지역의 주요 침강 지역에 대한 상세한 조사 및 모니터링을 수행하여 지역 요구에 직접적으로 부응합니다. 또한, 철도부 제3설계연구소, 석탄과학연구소 탕산분원, 산둥루베이 공정탐사연구소, 제4차 수문지질학 및 지질공학팀 등의 단위 및 조직에 기술 데이터 및 결과를 제공했습니다. 허베이 성.

2010년 6월 중국지질조사국은 "InSAR 기술이 우리나라의 지반침하 조사 및 모니터링에서 괄목할 만한 성과를 거두었다"는 내용의 지질조사 정보 특별보고서 형태로 발표했는데, InSAR 기술의 연구 개발 성과와 고급 경험을 소개합니다. 2011년 초 중국지질조사국이 후원하고 항공우주원격센터가 주관하는 국내 최대 규모의 "표면 변형 InSAR 모니터링 기술 교육 및 세미나"가 개최되었으며, 다양한 지질 환경 모니터링 부서, 대학, 연구 기관이 참석했습니다. ** *이번 교육에는 총 120명 이상이 참여했으며, 이탈리아, 독일, 캐나다 등 국가의 전문가와 InSAR 기술 연구개발 전문 기관을 초청해 강연 및 종합 소개를 진행했습니다. InSAR 기술과 그 응용은 좋은 사회적 이익을 달성했습니다.

주요 프로모션 및 전환 방법에는 컨퍼런스 교류, 기술 교육 및 기술 상담이 포함됩니다.

기술 지원 부서: 중국 토지 자원 항공 지구 물리학 탐사 및 원격 탐사 센터

담당자: Ge Xiaoli

통신 주소: Aerospace Remote Center, No. 31 Xueyuan Road, Haidian District, Beijing Institute of Remote Sensing Method and Technology

우편번호: 100083

전화: 010-62060051

이메일: gxiaoli@ 소후.com