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嘉黎断裂东部地质灾害InSAR监测技术研究

嘉黎断裂东部地质灾害InSAR监测技术研究

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作者：张本浩长安大学

学位级别：硕士

川藏铁路是国家“十三五”重点规划建设项目,也是我国西南地区的主要干线铁路之一,具有重要的战略意义和国防军事意义。其中嘉黎断裂是康定-林芝段的必经路线,嘉黎断裂地处青藏高原东南部,区域地势陡峭,地质灾害频繁发生且规模大。地质... 详细信息

川藏铁路是国家“十三五”重点规划建设项目,也是我国西南地区的主要干线铁路之一,具有重要的战略意义和国防军事意义。其中嘉黎断裂是康定-林芝段的必经路线,嘉黎断裂地处青藏高原东南部,区域地势陡峭,地质灾害频繁发生且规模大。地质灾害的频发严重威胁川藏铁路的安全建设,对人类的生产生活造成严重威胁。因此,针对该区域开展地质灾害隐患调查与监测,对防灾减灾具有重要意义。合成孔径雷达干涉测量(Interferometeric Synthetic Aperture Rader,InSAR)技术作为新型微波遥感对地观测技术,具有高精度、低成本、全天时等优势。但在高山峡谷地区的高位远程地质灾害隐患识别与监测中,还存在一定的局限性,如地形起伏较大导致SAR影像产生几何畸变现象,造成隐患点的误判;卫星视线方向与真实地形条件存在差异,给隐患点的解译带来困难;植被茂密、积雪覆盖、大量级形变等容易导致SAR影像失相干,造成隐患点的漏识;雷达信号在传播过程中,受到大气影响产生大气误差,造成隐患点的漏识。本文以嘉黎断裂东部嘉黎-然乌为研究区,采用Sentinel-1A卫星升、降轨数据和ALOS-2升轨数据,分别采用SBAS、Stacking、MSBAS-2D等时序InSAR技术开展高位远程地质灾害隐患调查与研究,为该区域的地质灾害识别和监测提供技术上支持。本文具体研究内容和成果如下:(1)系统分析了常规差分地表形变监测和时序InSAR技术的基本原理和流程;重点分析了InSAR技术在高山峡谷区域隐患点识别面临的问题,如几何畸变、卫星视线方向与实际地形不符、干涉失相干和大气误差等,提出对应的改进方法,并结合实验进行改进方法的可行性验证;(2)利用Stacking技术获取了嘉黎断裂东部从2018年1月到2020年11月近3年时间间隔内Sentinel-1A升降轨、2014年9月到2019年5月时间间隔内ALOS-2升轨数据的年均形变速率结果;利用GIS的空间分析功能并结合光学影像,对地质灾害隐患点进行识别和统计;同时对典型隐患点进行多维时间序列监测和形变特征分析;(3)地质灾害风险性评价对研究区的地质灾害防治具有重要的参考意义,以然乌地区为研究对象,选择导致地质灾害发生的自然因子和诱发因子。基于GIS技术,采用层次分析-信息量模型进行地质灾害危险性评价,得到然乌地区地质灾害危险性评价图。

关键词：时序InSAR 隐患点识别多维形变区域危险性评价

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西南高山峡谷区InSAR地质灾害监测研究

西南高山峡谷区InSAR地质灾害监测研究

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作者：何国强长安大学

学位级别：硕士

滑坡作为地质灾害的一种,由于其发生速度快、涉及面积广、经济损失大等特点,一直以来备受关注。2018年10月11日,西藏自治区发生了震惊全国的白格滑坡特大型灾害,当滑坡发生时,地表固体颗粒等顺坡而下,堆积物堵塞了滑坡体下方的金沙江干... 详细信息

滑坡作为地质灾害的一种,由于其发生速度快、涉及面积广、经济损失大等特点,一直以来备受关注。2018年10月11日,西藏自治区发生了震惊全国的白格滑坡特大型灾害,当滑坡发生时,地表固体颗粒等顺坡而下,堆积物堵塞了滑坡体下方的金沙江干流,形成堰塞湖,直接经济损失达74亿元。一般而言,除却降雨型滑坡出现瞬时崩滑情况,多数滑坡在临滑节点之前,都要经历缓慢的发育过程。故此,通过各种方法对滑坡发育阶段进行监测与追踪,对于地质灾害防治工作来说尤为重要。我国西南山区植被覆盖茂密,沟谷纵横,降雨充沛,“两山夹一河”时有分布,为典型高山峡谷地貌。山谷内高程落差大,地形起伏,气候环境复杂,加之人类工程活动等因素的影响,滑坡等地质灾害发生频繁。合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)作为一种新型对地观测技术,以覆盖范围广、监测精度高、不受天气影响等特点在滑坡监测领域得到了广泛的应用。InSAR技术应用于高山峡谷区地质灾害监测时,由于其特殊的地形地貌,在实际监测工作中存在许多局限性。基于此,本文以四川省得荣县古学乡滑坡区和云南省泸水市六库镇庄房滑坡为例,探讨了InSAR技术应用于高山峡谷区时面临的核心问题及应对措施,其具体的内容如下:(1)分析了几何畸变、干涉失相干、大气延迟误差、视线向形变局限性等因素对高山峡谷地区InSAR灾害识别的影响。通过使用可视性与敏感性分析计算了研究区的几何畸变区域,从而避免了影像几何畸变对区域形变的误判。从配准误差、植被覆盖和形变大梯度的角度探究了干涉失相干的原因,并提出了一些针对性的建议。从垂直分层和湍流扰动各自的特点出发,针对大气延迟误差提出削弱其影响的建议与方法。利用单轨视线向形变分解和升降轨联合二维解算来解决视线向形变局限性问题。(2)利用SBAS-InSAR技术对四川省得荣县古学乡滑坡区进行形变监测,从可视性、敏感性和相干性的角度分析了升降轨形变监测结果的差异性。结合降雨数据对降轨进行了形变时间序列提取,分析二者之间存在的内在联系。同时,利用Stacking-InSAR技术获取了滑坡区的视线向形变结果,并将其几何分解为东西向和垂直向二维角度定量探究滑坡的演变过程。(3)基于ALOS-2数据与Sentinel-1A数据对云南省泸水市六库镇庄房滑坡开展形变精细化监测。对ALOS-2监测结果进行形变时间序列与剖线提取,分析整个滑坡面的形变分布特征。对Sentinel-1A升降轨形变联合解算二维形变,从垂直向和东西向形变结果中定性、定量分析滑坡发育的规律。

关键词：高山峡谷区滑坡监测 InSAR技术几何畸变大气延迟多维形变

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基于蛋白掺杂金属基-rGO纳米材料构建应力协同增敏柔性生物传感器

基于蛋白掺杂金属基-rGO纳米材料构建应力协同增敏柔性生物传感器

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作者：张凯太原理工大学

学位级别：硕士

过去十年,可穿戴电子技术在交互式电子、人类健康监测和人工智能中的应用得到了快速发展。柔性应力传感器作为可穿戴电子设备的一个基本组成部分,可将机械应变转换为电信号,对于捕捉和监测各种物理刺激和人体生理活动至关重要。因此可... 详细信息

过去十年,可穿戴电子技术在交互式电子、人类健康监测和人工智能中的应用得到了快速发展。柔性应力传感器作为可穿戴电子设备的一个基本组成部分,可将机械应变转换为电信号,对于捕捉和监测各种物理刺激和人体生理活动至关重要。因此可拉伸应变传感器必须在灵敏度和可拉伸性这两个关键参数方面须表现出优异的性能,尤其是灵敏度,因为它的提高可精确稳定检测到微小形变,例如在发声振动以及脉搏跳动,从而为精准诊断与分析提供详尽的信息。可由于传感器结构设计和材料选择的限制使得如何提高柔性应力传感器的灵敏度成为目前研究的难点。基于此方面,本文进行了一系列工作调控传感器性能指标与材料优化,用于攻克高灵敏度与高抗干扰程度难题,并对传感器应用做了一系列研究。本文主要工作总结如下:1)模型结构建立与初步筛选针对传感器结构形变量方向与形式过于单一问题,本文利用COMSOL仿真软件先初步创建具有三层传感器结构:基底结构,蝶形拉膨胀结构,敏感单元。通过对仿真得到的应力分布范围与应力分布形状等数据对三层结构层层优化,当基底结构为矩阵基底以及敏感单元变为双面矩阵(Model D)应力分布相比基底结构与敏感单元均为光滑(Model A),应力分布区域提高了2.55倍,并且分布形状由原先近似直线变成了三角波,使得传感器结构形变量方向呈现多维形变。因此Model D灵敏度(917.51)相比较Model A灵敏度(65.58)提高了14倍,并且呈现出良好的线性关系以及循环稳定性。2)构建结构与蛋清金属基-rGO纳米材料应力协同增敏针对传感器结构与纳米材料形变协同增敏问题。本文先利用COMSOL仿真软件主要对基底结构优化,将基底结构由矩阵阵列(Model D)变为同心圆环(Model E),其应力分布范围由2.20～2.5 k Pa提高至了2.8～3.3 k Pa,并且Model E的应力分布为三角波的基础上同时也出现了次级波,增加了传感器应力与形变的多样性,其在0～30范围内响应曲线强度相比较Model D也提高了3.15倍。其次为了使纳米材料形变更加符合传感器应力形变。通过引入Cu,Fe等重金属离子诱导rGO缺陷,调控rGO力学性能以及受力后表面微观变化。通过LAMMP仿真得到在不同缺陷浓度(0～5%)其表面分别在:无,5%,4.75%,4.5%,>5%表面可引起褶皱波浪。而且通过查阅文献得知rGO缺陷可以使得材料具备负泊松比效应。这两方面保证纳米材料形变更加符合传感器应力形变,即传感器本身引起应力分布不均匀以及多维形变(dz+dx)传递到rGO@Cu FeO薄膜,rGO不同部位的缺陷导致其在力学性能不均匀,因此又再一次引起rGO@Cu FeO薄膜表面形变不规则,增加了微裂纹的形状,方向以及数量,从而制备出高抗干扰(61.76),小形变下高灵敏度(5%形变下GF:4200),快速响应(31 m s)与恢复(3 0 m s)传感器。能够精确识别嗓音,手指运动状态。甚至能够识别出人体桡动脉运动前后以及不同阻塞程度跳动,同时还有脚背动脉不同阻塞程度以及脚背动脉与桡动脉之间的差异性。促进了在医疗诊断和人工智能方面发展。

关键词：协同增敏 rGO缺陷圆环嵌套多维形变负泊松比

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