پایش فرونشست با استفاده از تحلیل تصاویر ماهواره ای راداری

پروژه تحقیقاتی 

 چکیده تحقیق

وجود خاک سست، گودبرداری‌های عمیق ساختمانی، عملیات احداث مترو، ترکیدگی لوله‌های فرسوده آب، ریزش قنات‌ها و خندق‌های قدیمی و تغییر در الگوی روان آب‌ها ازجمله عواملی است که در کنار استخراج بی‌رویه آب‌های زیرزمینی، فرونشست شهر تهران را به تیتر رسانه‌های ایران و جهان تبدیل کرده است. پایین رفتن سطح زمین در فرونشست، یا به‌صورت یک‌روند تدریجی و آهسته است و یا فروریزش ناگهانی و سریع که در هر دو صورت اگر در مناطق شهری رخ دهد، می‌تواند خسارت مالی و جانی جبران‌ناپذیری به بار آورد. به‌خصوص اگر در معابر و بزرگراه‌های کلان‌شهری مثل تهران با 20 میلیون سفر درون‌شهری روزانه، اتفاق بیافتد.تحقیقاتی که تاکنون بر روی فرونشست شهر تهران صورت پذیرفته، صرفاً به جابجایی­ها با ابعاد وسیع در دشت‌ها پرداخته و به مبحث جابجایی‌های محلی (به‌عنوان‌مثال معابر و زیرساخت‌های شهری) ورود نشده است. شاید یکی از دلایل عدم تمایل محققین، چالش‌های فراوان پایش فرونشست­های محلی ازجمله قدرت تفکیک متوسط تصاویر در دسترس و در نقطه مقابل کم بودن مقدار جابجایی‌ها و عدم همبستگی مکانی­شان در این مناطق باشد. لذا امکان پایش فرونشست با استفاده از تصاویر راداری باند متوسط در معابر شهری، پیدا کردن نقاطی که برای اظهارنظر در مورد تغییرات عوارض قابل‌اتکا باشند و کشف پیش­نشانگرهایی برای پیش‌بینی فروچاله­ها در سطح معابر، مهم‌ترین چالش­هایی بود که ما را نسبت به انجام این تحقیق، ترغیب نمود.

در این تحقیق با توجه به اهمیت مخاطرات ناشی از فرونشست، سری زمانی تغییرات زمین و نرخ آن در بزرگراه‌ها و معابر شهر تهران صرف‌نظر از علت آن به‌دست‌آمده است. این کار با تکنیک پراکنش گرهای دائمی که یکی از روش‌های معتبر تداخل‌سنجی راداری به‌صورت سری زمانی است و به کمک نرم‌افزار SARPROZ انجام پذیرفت. در روش پراکنشگرهای دائمی که روشی مناسب برای پایش فرونشست در مناطق شهری است ، ابتدا نقاط پراکنشگر دائمی کاندیدا بر اساس ویژگی دامنه سیگنال دریافتی توسط سنجنده ، انتخاب شده و اثرات اتمسفری و خطای مدل ارتفاعی رقومی ، استخراج و حذف می شود . سپس   پراکنشگرهای دائمی نهایی بر اساس معیار همدوسی فاز در زمان انتخاب و سری زمانی فرونشست در این نقاط محاسبه و ارائه می گردد. داده‌های مورداستفاده، تصاویر راداری ماهواره‌ای در باند C بود که توسط سنجنده Sentinle 1 از مهرماه سال 93 شمسی تا اردیبهشت‌ماه سال 97 از شهر تهران اخذشده است. 72 تصویر راداری با فرمت SLC در حالت حرکت صعودی سنجنده و 66 تصویر در حالت نزولی به‌صورت جداگانه پردازش شدند. این پردازش ها به ما نشان داد شهر تهران علاوه بر فرونشست کلی ناشی از استخراج بی رویه آبهای زیر زمینی که در سطح وسیع و همگن رخ داده است ، از فرونشست های جزیره ای ناشی از عوامل دیگر از جمله فعالیتهای عمرانی نیز برخوردار است . اعتبار سنجی پردازش‌های صورت گرفته، پس از محاسبه مؤلفه‌های قائم و افقی تغییرات، از طریق مقایسه با داده‌های حاصل از سه روش ترازیابی، شبکه دائمی GPS و مشاهدات عینی خرابی‌های ناشی از فرونشست در محل، صورت پذیرفت. مقایسه‌های صورت گرفته حاکی از تطابق بالای نتایج پردازش‌ها با سه روش مذکور بود. همچنین دقت مختصاتی موقعیت آن دسته از نقاط پراکنش گر دائمی که در بزرگراه‌ها و معابر واقع‌شده بودند، از طریق برداشت موقعیت پل‌های عابر پیاده با GPS، مورد ارزیابی قرار گرفت و موقعیت واقعی هر نقطه پراکنش گر دائمی با ترسیم یک بیضی خطا که حاصل از ماتریس کواریانس اختلافات ΔX و ΔY بود، تعیین شد. یکی از نتایج کلیدی این پایان‌نامه کشف پیش‌نشانگرهایی در پردازش‌ها بود که پس از بررسی سری زمانی نقاط پراکنش گر دائم در خیابان‌هایی از شهر تهران که سابقه فروریزش داشتند، به دست آمد. این پیش‌نشانگرها که حاوی تغییرات ارتفاعی عوارض در خلاف راستای دید سنجنده قبل از وقوع حادثه بودند، می‌توانند در کشف موقعیت مناطق با ریسک بالای فروریزش، کمک شایانی نمایند.

کلمات کلیدی: فرونشست، فروریزش، تداخل‌سنجی راداری، پراکنش­گر دائم، معابر شهری