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国土资源遥感  2020, Vol. 32 Issue (2): 186-195    DOI: 10.6046/gtzyyg.2020.02.24
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综合莫兰指数和交叉小波的不均匀沉降量化分析
孙一可1,2,3, 宫辉力1,2,3(), 陈蓓蓓1,2,3, 周超凡1,2,3,4, 陈文锋5, 张晓婧1,2,3
1.三维信息获取与应用教育部重点实验室,北京 100048
2.城市环境过程与数字模拟国家重点实验室培育基地,北京 100048
3.首都师范大学资源环境与旅游学院,北京 100048
4.北京成像技术高精尖创新中心,北京 100048
5.中国科学院青藏高原研究所,北京 100101
Quantitative analysis of uneven subsidence by Moran’s I and cross wavelet
Yike SUN1,2,3, Huili GONG1,2,3(), Beibei CHEN1,2,3, Chaofan ZHOU1,2,3,4, Wenfeng CHEN5, Xiaojing ZHANG1,2,3
1. Key Lab of 3D Information Acquisition and Application, Ministry of Education, Beijing 100048, China
2. The State Key Laboratory Breeding Base of Process of Urban Environment and Digital Simulation, Beijing 100048, China
3. School of Resources Environment and Tourism, Capital Normal University, Beijing 100048, China
4. Beijing Advanced Innovation Center for Imaging Technology, Capital Normal University, Beijing 100048, China
5. Qinghai-Tibet Plateau Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
全文: PDF(7753 KB)   HTML  
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摘要 

由于针对地面沉降不均匀态势的量化分析较少,采用永久散射体干涉测量(persistent scatterer inteferomotry,PSI)方法获取北京平原地面沉降信息。根据浅地表空间利用差异在沉降漏斗区选取5个典型区,基于空间自相关分析和小波分析方法,量化了各区地面沉降空间和时序不均匀程度。并研究了浅地表空间利用差异和地下水位变化对空间和时序不均匀沉降的影响。研究发现: ①5个区域每年累计沉降量和时序沉降量的莫兰指数大小关系相同,均为I5>I3>I1>I2>I4,结合浅地表空间利用情况,区域3和4不均匀沉降的影响因素较复杂,区域1,2和5沉降空间不均匀程度与空间利用复杂程度呈正相关; ②各区地下水流场变化的波动大小和持续时间长短直接影响区域时序沉降不均匀程度。

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孙一可
宫辉力
陈蓓蓓
周超凡
陈文锋
张晓婧
关键词 不均匀沉降莫兰指数浅地表空间利用地下水交叉小波    
Abstract

To address the problem that quantitative analysis of uneven subsidence is rare, the authors used the Permanent Scatterer Interferometry (PSI) to monitor land subsidence in the Beijing plain. According to the different shallow surface spatial utilizations, the authors selected 5 typical areas in the subsidence funnel region. Based on spatial autocorrelation analysis and wavelet analysis, the authors quantified the degree of spatial and annual time series uneven subsidence in each area, and studied the influence of different shallow surface spatial utilization and groundwater level variation on spatial and annual time series uneven subsidence. The results are as follows: ①Annual time series subsidence’s Moran index degrees of 5 areas are the same as those of the accumulated subsidence: I5>I3>I1>I2>I4. According to the utilization of shallow surface space, the degree of uneven subsidence of 1, 2, 5 areas are positively correlated with the complexity of space utilization, and the factors affecting the uneven subsidence degree of area 3, 4 are complicated. ②It is found that the variation and duration of groundwater level fluctuation are the main factors affecting the uneven degree of time series subsidence.

Key wordsuneven subsidence    Moran’s I    shallow surface space utilization    groundwater    cross wavelet
收稿日期: 2019-01-18      出版日期: 2020-06-18
:  TP79  
基金资助:国家自然科学基金面上项目“南水进京背景下地面沉降演化机理”(41771455/D010702);北京自然科学基金面上项目“新水情背景下京津高铁沿线地面沉降演化机制及调控方法”(8182013);中国博士后科学基金资助项目“区域地面沉降多影响因素量化研究”(2018M641407)
通讯作者: 宫辉力
作者简介: 孙一可(1994-),女,硕士研究生,主要从事区域地面沉降研究。Email: sun_yikesyk@163.com。
引用本文:   
孙一可, 宫辉力, 陈蓓蓓, 周超凡, 陈文锋, 张晓婧. 综合莫兰指数和交叉小波的不均匀沉降量化分析[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(2): 186-195.
Yike SUN, Huili GONG, Beibei CHEN, Chaofan ZHOU, Wenfeng CHEN, Xiaojing ZHANG. Quantitative analysis of uneven subsidence by Moran’s I and cross wavelet. Remote Sensing for Land & Resources, 2020, 32(2): 186-195.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2020.02.24      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2020/V32/I2/186
Fig.1  北京平原概况
Fig.2  PSI方法流程
Z得分 P 置信度/%
Z>1.65 P<0.10 90
Z>1.96 P<0.05 95
Z>2.58 P<0.01 99
Tab.1  P值,Z得分与置信度之间的关系
Fig.3  2011—2015年北京平原区年均沉降速率
Fig.4  2011—2015年北京平原区累计沉降量变化
Fig.5  雷达干涉测量水准验证
Fig.6  5个典型区地理位置
Fig.7  2011—2015年5个典型区累计沉降量和时序沉降量莫兰指数统计直方图
Fig.8  2011—2015年5个典型区地面沉降莫兰指数演化
Fig.9  2011—2015年5个典型区时序地面沉降变化量
Fig.10  典型区浅地表空间利用情况
典型区 高铁数
量/条
地铁数
量/条
铁路数
量/条
高层建筑
1 2 1 2 较少
2 3 2 3 最多
3 3 3 3 较多,机场
4 3 1 0 最少
5 1 0 1
Tab.2  典型区浅地表空间利用具体信息
典型区 地质条件 可压缩层厚度 地下水位
1 多层结构土体 <50 13~20
2 多层结构土体 40~70 13~20
3 以多层结构土体为主 50~70 -11~17
4 以多层结构土体为主 50~80 -17~18
5 以单层结构粘性土为主 60~90 12~27
Tab.3  典型区地质背景
Fig.11  区域1地下水变化量与沉降变化量时间序列及交叉小波结果
Fig.12  区域2地下水变化量与沉降变化量时间序列及交叉小波结果
Fig.13  区域3地下水变化量与沉降变化量时间序列及交叉小波结果
Fig.14  区域4地下水变化量与沉降变化量时间序列及交叉小波结果
Fig.15  区域5地下水变化量与沉降变化量时间序列及交叉小波结果
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