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管道研究

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InSAR技術(shù)在輸油氣管道地災監測方面的運用

來(lái)源:《管道保護》2023年第6期 作者:黃文 時(shí)間:2023-12-1 閱讀:

黃文

國家管網(wǎng)集團西南管道重慶輸油氣分公司

 

摘要:采用Radarsat衛星影像和時(shí)序InSAR技術(shù)對管道周邊地表展開(kāi)時(shí)序形變分析,識別管道沿線(xiàn)地質(zhì)災害隱患區域,并進(jìn)行精細化分析。結果表明InSAR技術(shù)可以有效獲得管道線(xiàn)路的時(shí)域穩定性特征,能夠較大程度提升長(cháng)輸油氣管道地災監測能力。

關(guān)鍵詞:InSAR技術(shù);長(cháng)輸油氣管道;地質(zhì)災害

 

川東北管道(又稱(chēng)“川東北—川西聯(lián)絡(luò )線(xiàn)”)位于川北低中山區,沿線(xiàn)谷嶺縱橫,地形起伏大,地質(zhì)環(huán)境條件復雜,常有崩塌、滑坡、水毀等地質(zhì)災害發(fā)生,造成了較多的管道安全隱患。為保障管道安全運營(yíng),需對管道沿線(xiàn)地質(zhì)災害隱患進(jìn)行有效監測。近年來(lái),隨著(zhù)星載遙感技術(shù)的發(fā)展,合成孔徑雷達干涉測量技術(shù)逐步成為地表形變、火山、滑坡、重大基礎設施的新型形變監測手段[1]。為驗證該項技術(shù)在管道行業(yè)地質(zhì)災害監測方面的可靠性,以200.7 km川東北管道為研究對象,選取覆蓋2018年至2021年的Sentinel-1A影像,采用時(shí)序InSAR技術(shù)監測管道沿線(xiàn)的變形、滑坡、崩塌、裂縫等地質(zhì)災害等,并分析管線(xiàn)附近潛在地質(zhì)災害隱患源。

1  InSAR技術(shù)原理

PS InSAR(Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar)即永久散射體合成孔徑雷達干涉測量技術(shù),其中永久散射體是指如建筑物與構筑物的頂角、橋梁、欄桿、裸露的巖石等雷達波后向散射特性強且時(shí)序穩定的目標[2]。PS InSAR技術(shù)集合了常規InSAR技術(shù)能夠探測大范圍、微小地面形變的優(yōu)點(diǎn),又能克服常規InSAR技術(shù)中大氣延遲和失相干的影響,能夠充分利用SAR影像,該技術(shù)在緩慢、微小地面沉降的長(cháng)時(shí)間監測方面,具有較大優(yōu)勢。PS InSAR技術(shù)的基本原理是基于多幅SAR影像,對所有影像的幅度信息進(jìn)行統計分析,篩選不受時(shí)間、空間基線(xiàn)和大氣效應影響并且能保持高相干性的點(diǎn)作為永久散射體,以此探測研究地表形變情況[3]。

2  InSAR數據處理

由于長(cháng)輸油氣管道周邊區域的植被覆蓋率較高,同時(shí)人工地物稀少,使得常規InSAR技術(shù)的影像條件較為不利。除使用InSAR技術(shù)外,還使用其他目標時(shí)序分析方法,以滿(mǎn)足數據處理需求,獲取管道沿線(xiàn)的時(shí)域穩定性情況。

在這個(gè)流程中,首先是根據時(shí)間、空間以及多普勒質(zhì)心頻率基線(xiàn)進(jìn)行影像配準,防止DEM編碼和雷達坐標中的SAR影像出現異常;其次是在配準后的影像中使用SLC影像作為組合的方式進(jìn)行干涉和處理,才能使原始的干涉相位貢獻為平地相位和地形相位,并采用配準后的DEM模型實(shí)現對不同相位差的分析;然后是利用幅度差的方式進(jìn)行選點(diǎn),根據實(shí)際情況,一般選用后向散射的特點(diǎn)對其目標進(jìn)行選取,從而能夠得到離散穩定的三角網(wǎng)并進(jìn)行相位解纏,最終達到高相干目標的解纏相位要求[4]。

在變形速率的實(shí)際處理過(guò)程中,想要更好地降低大氣延遲而產(chǎn)生的相位差異影響,就必須將離散解纏相位進(jìn)行鄰域差分,而只有通過(guò)這種方式,才能對形變速率以及相對高程誤差積分進(jìn)行有效求解,最終得到對應點(diǎn)目標的線(xiàn)性變速率,實(shí)現對高程改正值的分析。但是對于生成的線(xiàn)性變速率和DEM誤差結果進(jìn)行有效編碼時(shí),需要按照原有的長(cháng)輸油氣管道線(xiàn)性變速方法進(jìn)行提取和處理,才能對管道沿線(xiàn)地質(zhì)災害隱患進(jìn)行識別與監測,為管道地質(zhì)災害管理提供數據支撐,減少地質(zhì)災害對長(cháng)輸油氣管道的影響[5]。

3  InSAR形變結果分析

3.1  整體形變結果分析

前期對川東北管道InSAR成果分析,管線(xiàn)兩側各一公里區域有58處出現變形,其中14處變形較大。結合收集到的沿線(xiàn)地質(zhì)災害點(diǎn)及發(fā)育規律,經(jīng)野外實(shí)地考察和驗證,發(fā)現地質(zhì)災害隱患點(diǎn)12處。同時(shí)將全線(xiàn)的地質(zhì)災害隱患按地層、巖性及主要誘因,劃分為滑坡型為主、工程建設導致次生災害型、滑坡崩塌共存三種類(lèi)型和四個(gè)區段(圖 1)。


1 地質(zhì)災害分布圖

第一種類(lèi)型(I類(lèi)):I類(lèi)主要分布在I1段和I2段。其中I1段主要分布于達州宣漢,地層以侏羅系上統地層為主,巖性主體以砂泥巖互層為主。該段主體巖性較弱,風(fēng)化層較厚,地質(zhì)災害類(lèi)型以滑坡和不穩定斜坡為主。I2段主要分布于巴中平昌,地層以白堊系下統蒼溪組地層為主,局部屬白龍組。該段巖性泥巖含量較高,風(fēng)化層較厚,地質(zhì)災害以滑坡和不穩定斜坡為主,局部白龍組厚層砂巖陡崖會(huì )存在崩塌風(fēng)險。

第二種類(lèi)型(Ⅱ類(lèi)):Ⅱ類(lèi)主要分布于Ⅱ段,途經(jīng)巴州區、恩陽(yáng)區。地層以白堊系下統蒼溪組地層為主,局部屬白龍組,巖性總體泥巖含量較高,地表風(fēng)化層較厚。該區主要位于城區,近些年城市道路及市政建設大規模挖方填方,房屋建設等對坡角的開(kāi)挖,形成人工陡坎,引起邊坡的失穩等,對管線(xiàn)的威脅明顯增強。

第三種類(lèi)型(Ⅲ類(lèi)):Ⅲ類(lèi)分布于Ⅲ段,主要分布于南充閬中與廣元元壩,地層以白堊系下統白龍組地層為主,局部屬蒼溪組,巖性總體砂巖含量較高,地表陡崖較多,常形成崩塌、滑坡等地質(zhì)災害。

3.2  局部區段分析

K135+713區段形變較大原因是由于恩陽(yáng)高速服務(wù)區的修建,對原有地貌進(jìn)行改造,工程建設導致的挖方填方。挖方會(huì )導致局部邊坡的失穩,棄渣填方的斜坡存在自穩過(guò)程的變形過(guò)大。但相應的工程都采取了對應的工程措施,經(jīng)現場(chǎng)實(shí)地驗證,當前對管線(xiàn)安全影響不大。該處管線(xiàn)沿溝谷走向,巡檢時(shí)應避免存在棄渣大規模填方,防止上覆壓力過(guò)大對管線(xiàn)安全造成隱患(圖 2)。


2 K135+713區段InSAR結果、光學(xué)影像及現場(chǎng)調查圖

K093+725區段整體為澌灘河沿岸的斜坡地貌,沉降處為一山間凹地平臺,沉降最大處為一溝谷農田,該處近幾年有農田平整及修路現象,導致地表有較大變形。管線(xiàn)在該斜坡上段通過(guò),在K091+590附近,管道下方100米左右出現斜坡失穩現象,被國土資源系統判定為滑坡。該區段整體特征類(lèi)似,管線(xiàn)在斜坡上方通過(guò),后期應加強對該區段斜坡的整體變形監測,以確保斜坡的部分失穩不會(huì )影響管線(xiàn)的安全(圖 3)。


3 K093+725區段InSAR結果、光學(xué)影像及現場(chǎng)調查圖

4  結語(yǔ)

結合現場(chǎng)調查表明,采用時(shí)序InSAR技術(shù)對川東北管道進(jìn)行地質(zhì)災害監測,地災隱患點(diǎn)在InSAR結果中均有表現,驗證該技術(shù)用于管道行業(yè)地災監測的可行性,有助于實(shí)現管道沿線(xiàn)常態(tài)化InSAR快速監測,確保管道正常、穩定運行。

 

參考文獻:

[1]Batuhan Osmano glu,Filiz Sunar,Shimon Wdowinski, et al. Time series analysis of InSAR data: Methods and trends[J]. Isprs Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2016, 115:90-102.

[2]Alessandro Ferretti,Claudio Prati,Fabio Rocca. Permanent scatterers in SAR interferometry[J]. Ieee Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2001, 39(1):8-20.

[3]楊夢(mèng)詩(shī),廖明生,常玲. 城市場(chǎng)景時(shí)序 InSAR 形變解譯: 問(wèn)題分析與研究進(jìn)展[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報 (信息科學(xué)版),2023,48(10):1643-1660.

[4]劉曉杰. 星載雷達遙感廣域滑坡早期識別與監測預測關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 長(cháng)安大學(xué),2023.

[5]安世澤,鄒永勝,張鵬,等. 典型地質(zhì)災害下山區油氣管道風(fēng)險管控關(guān)鍵技術(shù)研究與應用[Z/OL]. 科技成果. 2015,https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001825070&uniplatform=NZKPT&language=CHS.


作者簡(jiǎn)介:黃文,1974年生,2016年畢業(yè)于大連理工大學(xué)工程管理專(zhuān)業(yè),現任西南管道重慶輸油氣分公司副經(jīng)理,從事油氣管道完整性管理工作。聯(lián)系方式:18696581699,475269741@qq.com。


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