孫靜雯，張琪，吳學雨，馬狀，逯煥波

（1.南京市測繪勘察研究院股份有限公司，南京210019；2.南京工業(yè)大學，南京211816；3.河海大學，南京211100）

1 引言

城市建筑設施是人居環(huán)境的重要組成部分，建筑物的結(jié)構(gòu)健康問題直接關系城市環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展。近年來，由地下水抽取、地下空間開發(fā)等引起的地面沉降問題日益嚴重，造成建筑物結(jié)構(gòu)形變和損毀，甚至造成人員傷亡事故，例如,上海的“樓倒倒”、深圳的“接吻樓”等。因此，如何快速準確地監(jiān)測城市建筑物形變，合理評估其危害程度是城市基礎地質(zhì)調(diào)查、市政建設規(guī)劃的基礎工作。2001 年，F(xiàn)erretti 等[1]提出基于永久散射體（Permanent Scatterer,PS）的干涉測量技術(shù)（PSInSAR）。PS 對應像元的相位序列在長時間內(nèi)表現(xiàn)穩(wěn)定，基本不受時間、空間失相干影響，僅對這些點進行時序分析，可以有效分離大氣延遲相位，提高形變監(jiān)測精度，在建筑物形變監(jiān)測領域應用廣泛[2,3]。

南京市河西區(qū)域地處長江東岸，河漫灘涂地質(zhì)，地質(zhì)環(huán)境背景比較復雜。隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市建設日新月異，工程活動對地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生了巨大的影響，不合理工程活動誘發(fā)的地質(zhì)災害時有發(fā)生。因此，本文利用PS-InSAR 技術(shù)反演南京市河西區(qū)域地面沉降，并提出一套建筑物穩(wěn)定性評估體系，對河西區(qū)域地表建筑物形變進行監(jiān)測，并對建筑物的穩(wěn)定性進行評估和分析。

2 PS-InSAR 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果

PS-InSAR 技術(shù)利用多幅時序SAR 影像聯(lián)合解算形變信息，即通過確定一幅公共主影像，選取系列時序影像中反射信號強的穩(wěn)定參考點作為PS 點，分離形變和大氣延遲信息，計算高精度的形變相位信息。

本文利用覆蓋河西地區(qū)的2012 年6 月12 號至2016 年7月14 號時間段共46 景COSMO-SkyMed 影像，基于PSInSAR 方法，進行形變信息反演。處理流程主要包括：（1）影像配準處理。選取2014 年6 月23 日影像作為主影像，與其他SAR 影像進行干涉處理，得到45 個干涉對（見圖1），并進行配準，配準精度需達到1/8pixel。（2）差分干涉處理。對已配準主輔影像進行前置濾波，共軛相乘生成干涉圖，并根據(jù)外部DEM 數(shù)據(jù)進一步去除地形相位生成差分干涉相位，逐像元計算生成差分干涉圖。（3）PS 點集選取。利用幅度離散指數(shù)先快速設立PS 候選點集，結(jié)合相位相關系數(shù)和信噪比等因子加入迭代運算，提取PS 點差分干涉相位。（4）形變反演。利用PS 點位解纏相位，與形變相位、DEM 誤差相位、各種噪聲相位等構(gòu)建相關模型，迭代求解參數(shù)，提取PS 點雷達視線方向的平均沉降速率和累計沉降量，并轉(zhuǎn)換為垂直方向。

圖1 PS 干涉對時空基線分布圖

為了能夠直觀、清楚地反映河西區(qū)域建筑物地面沉降的空間分布趨勢，將PS 點與河西建筑物矢量圖進行疊加，篩選出63 359 個建筑物PS 點，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 河西建筑物沉降分布圖

本次InSAR 監(jiān)測結(jié)果顯示，河西建筑物沉降主要分布在鼓樓區(qū)的江東街道、鳳凰街道，建鄴區(qū)的莫愁湖街道、南苑街道，雨花臺區(qū)的西善橋街道。監(jiān)測范圍內(nèi)最大沉降速率為52.3mm/a，沉降量達212.6mm，位于鼓樓區(qū)的江東街道。

3 城市建筑物穩(wěn)定性評估

為進一步監(jiān)測河西建筑物穩(wěn)定性狀況，提出一套建筑物穩(wěn)定性評估體系，即在獲取InSAR 建筑物形變信息的基礎上，依據(jù)建筑行業(yè)相關規(guī)范（GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規(guī)范》、JGJ 125—2016《危險房屋鑒定標準》）和建筑形變監(jiān)測相關規(guī)范（GJ 8—2016《建筑形變測量規(guī)范》），結(jié)合建筑物最大沉降速率及差異沉降值（獨立建筑物最大最小沉降值差值）兩類參數(shù)，并將其風險分類等級量化為1、2、3、4，利用層次分析法（AHP）[4]確定參數(shù)權(quán)值，如表1 所示，通過加權(quán)計算建筑物穩(wěn)定性評分值，并引入分類規(guī)則，以評估建筑物穩(wěn)定性（C）[4]。

表1 建筑物穩(wěn)定性評估因子分級標準

穩(wěn)定性評估模型如下：

式中，C 為建筑物穩(wěn)定性評分，K1、K2分別為層次分析法計算得到權(quán)值，V 為最大沉降速率風險評估值，D 為差異沉降風險評估值。

圖3 河西建筑物穩(wěn)定性等級分類圖

根據(jù)穩(wěn)定性評估模型計算建筑物穩(wěn)定性評估值，并按風險分類規(guī)則進行穩(wěn)定性分析，結(jié)果如圖3 所示。河西區(qū)域共統(tǒng)計出91 096 棟建筑物，未檢測到PS 點的建筑物有79 325 棟，占比87.1%；A 級建筑物為9 806 棟，占比10.7%；B 級建筑物為1 912 棟，占比2.1%；C 級建筑物存在53 棟，占比0.1%；D級建筑物為0 棟。其中：

1）0 級——藍色，評估值為0，表示該建筑物無PS 點；

2）A 級——綠色，評估值為0～1.5，表示該建筑物安全；

3）B 級——青色，評估值為1.5～2.5，表示該建筑物穩(wěn)定性一般，值得被關注；

4）C 級——橙色，評估值為2.5～3.5，表示該建筑物較不穩(wěn)定，需要重點關注；

5）D 級——紅色，評估值在4 以上，表示該建筑物極不穩(wěn)定，需立即進行現(xiàn)場監(jiān)測。

由穩(wěn)定性評估體系分析可知，建筑物大部分穩(wěn)定性評估分值小于3 分，表示河西建筑物基本安全，另外存在53 處較不穩(wěn)定建筑主要分布在鳳凰街道，需要重點關注。

4 結(jié)論

本文利用PS-InSAR 技術(shù)，獲得了2012—2016 年南京河西區(qū)域建筑物沉降狀況，并結(jié)合建筑物穩(wěn)定性評估模型，對建筑物進行穩(wěn)定性評估。研究結(jié)果表明，河西新城地區(qū)重點沉降主要發(fā)生在鼓樓區(qū)的江東街道及鳳凰街道建筑群，建鄴區(qū)的莫愁湖街道及南苑街道建筑群，雨花臺區(qū)的西善橋街道建筑群，監(jiān)測范圍內(nèi)最大沉降速率為52.3mm/a，沉降量達212.6mm，位于鼓樓區(qū)的江東街道。另外，建筑穩(wěn)定性分析表明，河西地區(qū)大部分建筑處于穩(wěn)定狀態(tài)，符合安全標準；存在53 處建筑評估分值處于不穩(wěn)定狀態(tài)，主要分布于鳳凰大街，需要相關部門引起重視。