InSAR大数据的云平台服务城市安全监测课件

1、InSAR大数据的云平台服务城市安全监测第1页，共43页。目录CONTENTS01020304背景概述技术介绍应用场景典型案例平台产品05第2页，共43页。背景概述01第3页，共43页。背景概述随着社会经济的高速发展，中国城市的灾害风险不断加大。近年来，全国范围内城市自然灾害和突发事件 频发，使得城市灾害治理受到各级政府的广泛关注。我国城市灾害监测与治理能力的建设和发展取得了一 定的成效，但城市级的灾害防范是一个系统工程，仍然面临着诸多挑战。地质灾害房屋倒塌房屋倾斜高架桥裂缝大厦地陷地面塌陷边坡风险第4页，共43页。背景概述类别年限民用建筑设计通则标准普通建、构筑物：50 年中国30 年（不达

2、标）美国74 年英国132 年墙体开裂地基基础下沉接吻楼建筑的安全隐患会导致巨大的生命财产损失资源浪费环境危害建筑安全的关键问题：地基沉降和不均匀沉降第5页，共43页。背景概述建筑安全事故2019年7月, 上海南方商城大酒店扩建工地，酒店大楼与小区之间正在开挖一个地下室7月3日的暴雨让这个正在开挖的地下室基坑发生坍塌，最终导致南方城的多栋居民楼出现沉降现象第6页，共43页。背景概述中央政策:城市治理成为中国发展的主战场中国过去近40年城市建设高速发展，未来发展的最大机会将转向城市治理1978年国务院召开第三次全国城市工作会议，启动了世界历史规模最大、速度最快的城市建设进程2015年12月20日

3、时隔37年，“全国城市工作会议”再度召 开，第一次升格为“中央城市工作会议”， 中央政治局7个常委全部出席，城市工作从“建设”转向“建设”与“管理”两端着力1936561978年2015年中国城市数量第7页，共43页。背景概述中国已经成为全球地铁建设最快的国家1969年10月1日，北京地铁一期工程赶在新中国成立20周年之时建成通 车，北京成为中国第一个拥有地铁的城市。中国国内各城市建设的地铁总里程近4600公里，10年间翻了4倍。国内 已有33座城市开通地铁，13座城市地铁里程超100公里，12座城市地铁 客流量达100万人次以上。由于地下空间开挖对岩土土体的影响，建筑物的增高、荷载的不断增加

4、，在地基基础与上部结构共同作用下， 建筑物可能发生不均匀沉降，其后果轻者将使建筑物产生倾斜或裂缝，影响正常使用寿命，重者将危及建筑 物的安全。为保证建筑物正常安全使用，应当采用技术手段来动态掌握建筑物形变情况，以实现对建筑物的安全鉴定。 不仅为政府部门管理建筑物提供基础依据，同时也可为建筑物灾害的预测预报提供数据支撑。中国地铁的发展19902020地铁高速建设引入的问题和新技术应用的机遇第8页，共43页。背景概述常规形变监测方法各种形变测量技术接触式测量代表技术：水准仪、全站仪、GPS测量和无线传感器网络技术优点：测量精度高缺点：只能测量点状目标，存在空间盲区传统非接触式测量代表技术：近景摄影

5、测量、激光扫描技术优点：能够对小范围场景进行全覆盖观测缺点：受天气影响严重，难以对城市大区域进行全面监测以上各项术都存在各自缺陷难以实现对城市沉降监测的全部需求！全 站 仪三 维 激 光 扫 描 仪第9页，共43页。02技术介绍第10页，共43页。可工作于全天时全天候条件传感器主动发射并接收信号幅度: 地面散射强度相位: 传感器到目标的距离雷达卫星介绍合成孔径雷达(SAR)第11页，共43页。关键技术InSAR=Interferometry Synthetic Aperture Radar （合成孔径雷达干涉测量技术）T1 . T2 . TnRnRnR1PSno dataR2R12.两次观测期

6、间的移 动变形量来测量地 面形变雷达重复观测期间目标发生移动单次观测，通过分析地面目 标的反射信号，准确地测量 卫星和地面目标之间的距离卫星通过同一片区域， 重复进行观测第12页，共43页。02time稳定的地面测量点最少 25幅图像201620172018时间序列多期历史数据形变时间序列InSAR地表形变数据库速率：测点的平均形变速率（毫米量级）曲线：测点时间演化分析 （3年）知识曲线位置：点云的地理坐标、高程精度：可达2mm/yr密度：可达2万个/平方公里(高分辨卫星)InSAR形变测量产品第13页，共43页。InSAR技术特点InSAR技术的特点结合人工智能、超算、云计算等新兴科技手段，

7、近几年，InSAR技术迅速在灾害普查、风险防控、应急响应、风险评 估、城市治理和智慧城市等领域得到深度应用。1、观测不受限不受天气、气候影响，可全天时、全天候观测2、响应速度快以世界响应速度最快的COSMO-SkyMed雷达卫星星座为例，平均 每四天可进行一次InSAR监测。3、观测精度高形变精度可达3mm4、海量观测点每平方公里可得到20000个以上观测点数据，传统测量方法完全无法实现5、普查范围广卫星单次拍摄成像面积即可达到上千平方公里，中分数据用于全 面普查，高分数据进行精细排查InSAR技术有能力对城市开展形变监测普查。它能作为一种辅助手段，和其他技术联合为城市提供安全监测服务第14页

8、，共43页。InSAR技术特点空间维时间维需要建立分析系统，运用智能化的方法，寻找数据间的规律，挖掘数据的深层次信息根据不同的应用需求，在不同尺度上自动检测出存在异常 形变的目标或区域InSAR数据的特点InSAR数据在空间和时间维均具备大数据特征大数据分析工作量巨大InSAR建筑大数据分析的目标InSAR的大数据特征第15页，共43页。应用方案InSAR的应用方向大形变区域的初步动态普查潜在风险源进阶动态筛查重点风险目标精细化动态详查在精细化详查过程中，考虑到单 体目标的复杂性，可结合专家知 识进行更详细的判断城市风险源排查的“三查”体系实现分层次，分步骤地提供 城市风险源的形变信息以不同形

9、变速率阈值筛选大形变区域，统 计并对比不同时间段大形变区面积以基础参数初步筛选存在潜在风险的目标(建筑和桥梁)，作为后续详细分析的靶区对靶区目标开展精细化分析，提供目标不同位置及周边环境的形变信息遥感大数据潜在风险源 进阶动态筛查重点风险目标 精细化动态详查地面测量大形变区域初步动态普查第16页，共43页。03应用场景第17页，共43页。应用场景城市地面沉降“风险普查/风险识别/持续监测”风险普查利用InSAR技术对城市地表沉降进行监测与分析、 灾害风险普查，发现城市的潜在风险区域风险识别对潜在风险的重点设施进行风险识别，结 合历史数据分析风险原因，现场实地验证持续监测利用高分辨率雷达InSA

10、R和地面实时监 测设备，持续监测风险区域及风险源， 及时预警第18页，共43页。应用场景典型区域形变监测矿区监测大型基坑周边监测填海区监测第19页，共43页。应用场景重点目标形变精细化监测建筑物地铁铁路公路桥梁边坡第20页，共43页。应用场景重点目标形变精细化监测坝体机场重点危险源临海设施第21页，共43页。04典型案例第22页，共43页。典型案例- 整体普查背景深圳市地形地貌以低山、丘陵和台地为主，地形起伏大，地质条件较复杂，部分自然山体斜坡稳定性较差， 强降雨作用 下易发生滑坡、崩塌等突发地质灾害，危害周边群众生命财产安全。全市需要重点应对的主要突发地质灾害为山体滑坡地 质灾害和山体崩塌地

11、质灾害，通过基于雷达卫星的城市健康监测，提升深圳市地灾普查、监测和预警的响应能力。方案数据：利用96景高分辨率COSMO-SkyMed卫星数据，实现对深圳全市范围的覆盖、分析、普查和统计时间：自2013年9月至2016年9月算法：PSP-InSAR高精度算法分析：为客户提供了可视化分析和展示的数据接口报告：分析了深圳市地灾演变情况，并为进一步的动态监测和预警打好基础深圳市数据覆盖情况第23页，共43页。深圳市通过对深圳市全域全部地表人工设施及山体、边坡等自然灾害防 治区域的风险普查和连续3年的高质量风险排查服务，推动了深 圳市公共安全治理的持续创新。荣获2017中国地理信息科技进步二等奖。轨道

12、交通大型基坑水利桥梁重 点 建 筑电力能源城市全域地灾监测典型案例-整体普查第24页，共43页。典型案例-建筑普查北京二环附近区域InSAR形变测量结果区域内共监测524873个PS点第25页，共43页。典型案例-建筑普查北京二环附近区域InSAR形变测量结果对区域内共12272栋开展了监测第26页，共43页。典型案例-建筑普查北京二环附近区域InSAR形变测量结果12272栋建筑的统计建筑类型建筑数量可获取的信息占比01192无9.7%I4771沉降38.9%II和III6309沉降和倾斜51.4%建筑类型为0的情况可能如下：在InSAR监测时间段内，建筑物处于建设阶段，建筑物上无PS点建筑

13、信号被遮挡，导致无PS点建筑密度过大，有些建筑上可能无PS点第27页，共43页。典型案例-城市建筑深圳宝安体育场形变监测服务发现并验证佛山南庄镇瓷海国际园区地面存在明显沉降主动上报相关部门并引起了高度重视政府指示后续做好地面沉降隐患区域的跟踪监测、预警 和防御工作深圳宝安体育场西侧顶棚和看台均存在一定程度的形变体育场部分区域出现明显的裂缝已经对区政府发函，并开会论证，确定对体育场重新开展形 变监测第28页，共43页。典型案例-城市建筑29Jan-2013Jul-2013Jan-2014Jul-2014Jan-2015Jul-2015Jan-2016Jul-2016-10-51050DateDe

14、formation mmJan-2013Jul-2013Jan-2014Jul-2014Jan-2015Jul-2015Jan-2016Jul-20161050-5-10Cluster DeformationCluster DaeftoermationDeformation mm建筑物南北两侧存在一定程度的差异性形变第29页，共43页。典型案例-城市建筑30该楼已经被判定为危楼在楼内外发现了多处裂缝第30页，共43页。典型案例-高架桥广深沿江高速深圳段 本项目风险辨识以高速公路沿线路 面、桥梁、收费站、服务区等等为评 价对象，进行风险辨识结果的提取。 通过数据分析软件分析区域内目标设 施各监测

15、点的沉降变化量、变化趋 势，并结合其它资料对沿线整体的稳 定性及沉降情况进行分析。路线穿过区域总体较为稳定，需要关 注的是各收费站区域的建筑物，尤其 是海上桥梁部分，由于地质等原因出 现较大的区域性沉降。第31页，共43页。典型案例-高架桥第32页，共43页。典型案例-高架桥可能是地铁五号线施工影响了桥梁柱体；将报告提交给相关部门后，已经在对桥梁进行监测和修 护。第33页，共43页。典型案例 -城市桥梁民族大道-泉南高速 入口处附近地面平均 形 变 速 率 为 10.48 mm/a ， 累积形变量 超过-40 mm， 2013 年5月至2014年4月形 变量超过-15 mm，之 后有轻微形变，

16、 但在 监测期末尾， 有加速 形变的趋势。第34页，共43页。典型案例-地铁在缓冲区中有PS点呈现红色，且呈条带分布，形变较严重区域主要分 布在地铁站附近100*100m窗口，在19个区间段中共有21处形变较大的区域第35页，共43页。05平台产品第36页，共43页。InSAR大数据的云平台推出全球首个InSAR云平台作为国内领先的空间信息技术大数据互联网公司， 东方至远发布了全球首个基于InSAR 大数据的云平台“ 至远云（LARKVIEW）”。通过构建云服务模式，用户可轻松获得高性价比的遥感大数据及设施健康诊断资源：数据及分析软件网络接入按需弹性化资源应用模块化可计量的服务在线订单服务与付

17、费用户无需再采购软硬件和数据资源第37页，共43页。InSAR建筑物形变监测系统基于星载合成孔径干涉测量（InSAR）技术依据相关国家及行业标准，东方至远自主研发在城市大范围区域内，自动筛 查出存在异常形变的建筑物，并对建筑物的异常形变等级进行划分，最终为建筑管理部门或建筑安全鉴定部门提供技术 支持。InSAR数据库建筑矢量框提取每栋建筑内的PS点集建筑等级划分建筑物分类建筑物形变特征长期形变累积沉降量累积倾斜量近期形变近期沉降速率近期倾斜速率处理流程建筑物分类建筑物0类建筑物I类建筑物II类建筑物III类建筑物不含聚类点仅含1个聚类点至少含2个聚类点至少含1对高程值相近的聚类点对建筑物等级在

18、建筑物评估结果中，会将其划分为A、B、C、D四个等级。针对四类等级，建议采取的相应措施可归纳为：A：安全B：值得关注C：重点关注D：采取措施第38页，共43页。InSAR三维建筑物白模提取系统基于星载合成孔径干涉测量（InSAR）技术依据相关国家及行业标准，东方至远自主研发在城市大范围区域内，自动提取建筑物高度信息，获取城市三维建筑白模，为各类城市分析提供决策支持。第39页，共43页。InSAR滑坡早期隐患识别及风险分析系统InSAR滑坡早期隐患识别及风险分析系统由北京东方至远科技股份有限公司自主研发。系统基于星载合 成孔径干涉测量（InSAR）技术，能在大面积范围内自动识别重点形变区，并针对重点形变区域，提供 精细化的时空形变特征分析，最终为滑坡识别及其风险等级评定工作提供技术支撑。显著形变区域识别形变量与形变方向示意图第40页，共43页。地质灾害监测预警平台地 质 灾 害 监 测 预 警 信 息 系统地质灾害监测预警信息平台依托东方至远在InSAR监测领域的优势，以海 量的静态基础数据和动态监测数据为支撑， 以提高地质灾害监测预警业务应用信息化 水平为出发点，结合自身的业务需求，基 于星地一体化监测，多模型预警，实现地 质灾害从早期隐患识别，到星地一体化监 测下的精确预报预警，解决地质灾害精确管理的历史问题，为地质灾害系统化管理 提供长期