آمار

تعداد نشریات11
تعداد شماره‌ها237
تعداد مقالات2,398
تعداد مشاهده مقاله3,831,205
تعداد دریافت فایل اصل مقاله2,775,797
پیری, جلیل, جوادنیا, اسلام. (1402). پایش فرونشست خط ‌راه آهن تهران با استفاده از تکنیک اینسار و مشاهدات زمینی. فناوری آموزش, 2(1), 97-112. doi: 10.22061/jrsgr.2024.10771.1059
جلیل پیری; اسلام جوادنیا. "پایش فرونشست خط ‌راه آهن تهران با استفاده از تکنیک اینسار و مشاهدات زمینی". فناوری آموزش, 2, 1, 1402, 97-112. doi: 10.22061/jrsgr.2024.10771.1059
پیری, جلیل, جوادنیا, اسلام. (1402). 'پایش فرونشست خط ‌راه آهن تهران با استفاده از تکنیک اینسار و مشاهدات زمینی', فناوری آموزش, 2(1), pp. 97-112. doi: 10.22061/jrsgr.2024.10771.1059
پیری, جلیل, جوادنیا, اسلام. پایش فرونشست خط ‌راه آهن تهران با استفاده از تکنیک اینسار و مشاهدات زمینی. فناوری آموزش, 1402; 2(1): 97-112. doi: 10.22061/jrsgr.2024.10771.1059

پایش فرونشست خط ‌راه آهن تهران با استفاده از تکنیک اینسار و مشاهدات زمینی

پژوهش های سنجش از دور و اطلاعات مکانی
مقاله 7، دوره 2، شماره 1 - شماره پیاپی 3، دی 1402، صفحه 97-112    اصل مقاله (1.97 M)
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22061/jrsgr.2024.10771.1059
نویسندگان
جلیل پیری؛ اسلام جوادنیا*
گروه مهندسی نقشه برداری، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
تاریخ دریافت: 05 دی 1402،  تاریخ بازنگری: 15 اردیبهشت 1403،  تاریخ پذیرش: 17 خرداد 1403 
چکیده
پیشینه و اهداف: یکی از خطرناک‌ترین رخداد‌های طبیعی، فرونشست سطح زمین است و اغلب به‌جهت سهل انگاری بشر در استخراج آب‌ها و معادن زیرزمینی و عوامل دیگر حادث می‌شود. این پدیده، به‌خصوص در مناطق حساس مانند خطوط ریلی، می‌تواند منجر به حوادث جبران ناپذیری شود. شکاف‌های ناشی از فرونشست در برخی از مسیر‌های ریلی همچون مسیر تهران- مشهد، تهران- ورامین، اصفهان به شیراز و ... تا نزدیکی این خطوط پیشروی داشته و تهدیدی برای این خطوط به‌شمار می‌آید. بنابراین، پایش فرونشست و بررسی تغییر شکل در بعد زمان و مکان به‌منظور مدیریت حادثه ضروری می‌باشد. برای رفتار سنجی تغییر شکل پدیده‌ها نیازمند بررسی سری زمانی آنی پدیده در منطقه مورد مطالعه هستیم. امروزه، تکنیک تداخل سنجی راداری (InSAR) به‌دلیل پیوستگی مکانی و زمانی یک تکنیک متداول برای اندازه‌گیری تغییر شکل پوسته زمین شده است.
روش‌ها‌: در این تحقیق، نرخ فرونشست زمین در طول خطوط ریلی در شاخه‌های خروجی خط آهن تهران با استفاده از تکنیک تداخل سنجی راداری و با استفاده از تصاویر ماهواره سنتینل-1 در بازه زمانی 2017-2020 مورد بررسی قرار گرفته است. میزان جابه‌جایی سطح زمین از طریق پردازش 46 تصویر و ایجاد 158 تداخل نگار به کمک آنالیز سری زمانی و با استفاده از روش خط مبنای کوتاه (SBAS) به‌دست آمد. برای اعتبار سنجی و تفسیر نتایج پژوهش از داده‌های شبکه ژئودینامیک کشور، شبکه شمیم سازمان ثبت اسناد و املاک، داده‌های چاه‌های پیزومتری و همچنین مشخصات خاک گمانه‌های حفاری استفاده گردید.
یافته‌ها: نتایج حاصل از تحلیل سری زمانی تداخل سنجی، نشان از وقوع فرونشست قابل ملاحظه­ای در مناطقی از محدوده مورد مطالعه دارد که بیشینه آن مربوط به مسیر‌های کرج-کردان و ملکی-آپرین با نرخ جابه‌جایی 139 میلی‌متر در سال در راستای خط دید ماهواره (LOS) می‌باشد. اعتبارسنجی نتایج به‌دست آمده با در نظر گرفتن خطاهای مربوط به هرکدام از روش‌ها نسبتاً خوب بود. همچنین ارتباط بین پدیده فرونشست و افت سطح آب زیرزمینی و نوع خاک منطقه به کمک داده‌های 12 چاه پیزومتری دشت‌های تهران و کرج و اطلاعات گمانه‌های حفاری تعدادی از چاه‌های پیزومتری منطقه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج کلی نشان دهنده این بود که علت اصلی نشست در منطقه، افت سطح آب‌های زیر­زمینی می‌باشد.
نتیجه‌گیری: به‌طورکلی، با بررسی رابطه‌ افت سالانه آب و فرونشست و همچنین نوع، جنس و ضخامت خاک منطقه، مشخص گردید که علت اصلی نشست در منطقه، افت سطح آب‌های زیر زمینی در مناطق با ضخامت بالای رسوبات ریز دانه می‌باشد. رویکرد پیشنهادی در این تحقیق نشان داد که به‌منظور پایش فرونشست در امتداد تأسیسات خطی از قیبل خطوط راه آهن، به‌کارگیری تکنیک InSAR می­تواند در ارزیابی های اولیه و به دنبال آن، استفاده از روش‌های دقیق­تر در مناطق درگیر فرونشست، مؤثر واقع گردد. به‌دلیل قدرت تفکیک نسبتاً پایین سنتینل-1، پیشنهاد می­شود در کاربردهای مرتبط با ساختارهای خطی از قبیل جاده یا راه آهن از تصاویر با اندازه پیکسل کوچک‌تر استفاده گردد. علاوه بر این، برای ارزیابی و شناسایی دقیق‌تر مناطق تحت فرونشست می توان از ترازیابی دقیق نیز بهره برد.
کلیدواژه‌ها
فرونشست؛ سنتینل؛ خطوط ریلی؛ اینسار؛ اعتبارسنجی
عنوان مقاله [English]
Subsidence Monitoring along Tehran Railway: An Analysis of InSAR and Ground Observations
نویسندگان [English]
J. Piri؛ E. Javadnia
Geomatics Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
چکیده [English]
Background and Objectives: Land subsidence is recognized as one of the most perilous natural occurrences, often resulting from human negligence in water extraction, underground mining, and various other factors. This phenomenon poses a significant threat, specifically in sensitive areas such as railway systems, where irreparable damage can transpire. Notably, subsidence-induced cracks have emerged along several railway routes, including Tehran-Mashhad, Tehran-Varamin, and Isfahan to Shiraz, jeopardizing the integrity of these lines. Consequently, comprehensive monitoring of subsidence and deformation in both temporal and spatial dimensions becomes imperative for effective event management. To accurately assess the deformation patterns of such phenomena, a thorough analysis of the instantaneous time series within the study region is essential. In recent times, Synthetic Aperture Radar Interferometry (InSAR) has emerged as a widely adopted technique for precisely measuring crustal deformation.
Methods: This study focuses on examining the rate of land subsidence along the railway lines in the Tehran region, utilizing InSAR and Sentinel-1 satellite imagery spanning the period from 2017 to 2020. The analysis involved processing a total of 46 images and generating 158 interferograms through the application of time series analysis and employing the Small Baseline Subset (SBAS) technique. GMTSAR software was used to create a time series and a displacement map from the interferograms.  To ensure the credibility and comprehension of the research findings, diverse datasets were utilized, including the Iranian Permanent GPS Network for Geodynamics (IPGN) data, the data sourced from the Shamim network of the Land Registry Organization, the measurements from piezometric wells, and the soil characteristics derived from drilling boreholes.
Findings: The analysis of the interferometry time series reveals the occurrence of subsidence in specific areas within the case study. The most significant subsidence was observed along the Karaj-Kordan and Maleki-Aprin railway lines, with a deformation rate of approximately 139 mm/year along the line of sight (LOS). Notably, the validation process considering the errors associated with each method yielded relatively satisfactory results. Furthermore, an investigation was conducted to explore the relationship between subsidence, groundwater withdrawal, and soil type. This investigation utilized data from 12 piezometric wells located in the Tehran and Karaj plains, as well as information gathered from drilling boreholes in the study region. The overall findings indicate that the primary cause of subsidence in the region is attributed to a decline in groundwater withdrawal.
Conclusion: Upon analyzing the relationship between annual water loss, subsidence, and the soil characteristics within the region, it was determined that the primary cause of subsidence is the withdrawal of groundwater in areas characterized by thick deposits of fine-grained sediments. The proposed approach in this study highlights the effectiveness of utilizing the InSAR technique for initial evaluations of subsidence along linear infrastructures like railway lines. However, it is advised to employ more precise methods in subsidence-affected regions. Given the relatively limited resolution of Sentinel-1 imagery, it is recommended to utilize images with smaller pixel sizes when assessing linear structures such as roads or railways. Additionally, accurate leveling techniques can be employed to enhance the precision and identification of subsidence areas.
کلیدواژه‌ها [English]
Subsidence, Sentinel, Railway, InSAR, Validation
مراجع
[1] Galloway DL, Burbey TJ. Review: regional land subsidence accompanying groundwater extraction. Hydrogeology 19: 1459–1486. https://doi.org/10.1007/s10040-011-0775-5

[2] Available from: https://www.isna.ir/news/97081305980 

[3] Nabochenko O, Sysyn M, Kovalchuk V, Kovalchuk Y, Pentsak A, Braichenko S. STUDYING THE RAILROAD TRACK GEOMETRY DETERIORATION AS A RESULT OF AN UNEVEN SUBSIDENCE OF THE BALLAST LAYER. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019 Jan 31;97(7).

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154864

[4] Masoumi Z, Mousavi Z, Hajeb Z. Long-term investigation of subsidence rate and its environmental effects using the InSAR technique and geospatial analyses. Geocarto International. 2022 Dec 12;37(24):7161-85.

https://doi.org/10.1080/10106049.2021.1964616

[5] Gao M, Gong H, Chen B, Zhou C, Chen W, Liang Y, Shi M, Si Y. InSAR time-series investigation of long-term ground displacement at Beijing Capital International Airport, China. Tectonophysics. 2016 Nov 22;691:271-81.

[6] Chen, B., et al., Investigating land subsidence and its causes along Beijing high-speed railway using multi-platform InSAR and a maximum entropy model. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2021. 96: p. 102284.

https://doi.org/10.1016/j.tecto.2016.10.016

[7] Ranjbarmanesh, N., Entezari, Mozhgan., Ramesht, Mohammad Hossein, Evaluation of groundwater drawdown on subsidence of Mahidasht plain” Master Thesis, Geomorphology. isfahan University, 1392. [In Persian]

[8] Massonnet D, Rossi M, Carmona C, Adragna F, Peltzer G, Feigl K, Rabaute T. The displacement field of the Landers earthquake mapped by radar interferometry. nature. 1993 Jul 8;364(6433):138-42. https://doi.org/10.1038/364138a0

[9] Stramondo S, Trasatti E, Albano M, Moro M, Chini M, Bignami C, Polcari M, Saroli M. Uncovering deformation processes from surface displacements. Journal of Geodynamics. 2016 Dec 1;102:58-82.

https://doi.org/10.1016/j.jog.2016.08.001

[10] Polcari M, Montuori A, Bignami C, Moro M, Stramondo S, Tolomei C. Using multi-band InSAR data for detecting local deformation phenomena induced by the 2016–2017 Central Italy seismic sequence. Remote sensing of environment. 2017 Nov 1;201:234-42. https://doi.org/10.1016/j.jog.2016.08.001

[11] Stramondo S, Bozzano F, Marra F, Wegmuller U, Cinti FR, Moro M, Saroli M. Subsidence induced by urbanisation in the city of Rome detected by advanced InSAR technique and geotechnical investigations. Remote Sensing of Environment. 2008 Jun 16;112(6):3160-72.

https://doi.org/10.1016/j.rse.2008.03.008

[12] Polcari M, Albano M, Saroli M, Tolomei C, Lancia M, Moro M, Stramondo S. Subsidence detected by multi-pass differential SAR interferometry in the Cassino Plain (Central Italy): joint effect of geological and anthropogenic factors?. Remote Sensing. 2014 Oct 13;6(10):9676-90.

https://doi.org/10.3390/rs6109676

[13] Della Campania C. Comparison between Differential SAR interferometry and ground measurements data in the displacement monitoring of the earth-dam of. Remote Sensing of Environment. 2014;148:58-69.

https://doi.org/10.1016/j.rse.2014.03.014

[14] Milillo P, Perissin D, Salzer JT, Lundgren P, Lacava G, Milillo G, Serio C. Monitoring dam structural health from space: Insights from novel InSAR techniques and multi-parametric modeling applied to the Pertusillo dam Basilicata, Italy. International journal of applied earth observation and geoinformation. 2016 Oct 1;52:221-9.

https://doi.org/10.1016/j.jag.2016.06.013

[15] Fornaro, G., D. Reale, and S. Verde, Bridge thermal dilation monitoring with millimeter sensitivity via multidimensional SAR imaging. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2012. 10(4): p. 677-681. https://doi.org/10.1016/j.jag.2016.06.013

[16] Serrano-Juan A, Pujades E, Vázquez-Suñè E, Crosetto M, Cuevas-González M. Leveling vs. InSAR in urban underground construction monitoring: Pros and cons. Case of la sagrera railway station (Barcelona, Spain). Engineering Geology. 2017 Feb 23;218:1-1. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2016.12.016.

[17] Jeon SS, Park YK, Eum KY. Stability assessment of roadbed affected by ground subsidence adjacent to urban railways. Natural Hazards and Earth System Sciences. 2018 Aug 24;18(8):2261-71.

https://doi.org/10.5194/nhess-10-2391-2010

[18] Ferretti A, Prati C, Rocca F. Permanent scatterers in SAR interferometry. IEEE Transactions on geoscience and remote sensing. 2001 Jan;39(1):8-20.

https://doi.org/10.1109/36.898661

[19] Berardino P, Fornaro G, Lanari R, Sansosti E. A new algorithm for surface deformation monitoring based on small baseline differential SAR interferograms. IEEE Transactions on geoscience and remote sensing. 2002 Nov;40(11):2375-83. https://doi.org/10.1109/TGRS.2002.803792

[20] Casu F, Manzo M, Lanari R. A quantitative assessment of the SBAS algorithm performance for surface deformation retrieval from DInSAR data. Remote Sensing of Environment. 2006 Jun 15;102(3-4):195-210.

https://doi.org/10.1016/j.rse.2006.01.023

[21] Shami, Siavash, et al. "Assessments of ground subsidence along the railway in the Kashan plain, Iran, using Sentinel-1 data and NSBAS algorithm." International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 112 (2022): 102898. https://doi.org/10.1016/j.jag.2022.102898

[22] Polcari, Marco, et al. "Anthropogenic subsidence along railway and road infrastructures in Northern Italy highlighted by Cosmo-SkyMed satellite data." Journal of Applied Remote Sensing 13.2 (2019): 024515-024515. https://doi.org/10.1117/1.JRS.13.024515

[23] Shi, Min, et al. "Monitoring differential subsidence along the beijing–tianjin intercity railway with multiband SAR data." International Journal of Environmental Research and Public Health 16.22 (2019): 4453. https://doi.org/10.3390/ijerph16224453

[24] L Lu Y, Chen D. Land Subsidence Monitoring Along Highway And Railway in SU-XI-CHANG Area. In2019 IEEE 8th Joint International Information Technology and Artificial Intelligence Conference (ITAIC) 2019 May 24 (pp. 1908-1911). IEEE. https://doi.org/10.1109/ITAIC.2019.8785579

[25] Luo, Qingli, Jian Li, and Yuanzhi Zhang. "Monitoring subsidence over the planned Jakarta–Bandung (Indonesia) high-speed railway using Sentinel-1 multi-temporal InSAR data." Remote Sensing 14.17 (2022): 4138. https://doi.org/10.3390/rs14174138

[26] Aslan G, Cakir Z, Lasserre C, Renard F. Investigating subsidence in the Bursa Plain, Turkey, using ascending and descending Sentinel-1 satellite data. Remote Sensing. 2019 Jan 5;11(1):85. https://doi.org/10.3390/rs11010085

[27] Hossein Zadeh, m., " Landslide Hazard Zonation of Tehran, s Northern slopes " (Master Thesis), Faculty Of Earth Science, in Department Of Environmental Geology and Hydrology. 1393, Shahrood Industrial University. [In Persian]

[28] Iran, R.s.o.t.I.R.o. Wednesday 2022-2-16 20:13.

[29] Pakkhesal, R., Compilation optimum model of Tehran – Karaj’s Groundwater monitoring network by hybrid geostatistical model, (Master Thesis), in Department of Water and Environmental Engineering. 1394, Shahroud Industry Faculty. [In Persian]

[30] Zhu M, Dong SC, Yin HW. Spatial-temporal ground deformation study of Suzhou area from 2007 to 2010 based on the SBAS InSAR method. Journal of Geo-information Science. 2016;18(10):1418-27.

[31] Babaee S S, M.Z., Roostaei M, Time Series Analysis of SAR Images Using Small Baseline Subset (SBAS) and Persistent Scatterer (PS) Approaches to Determining Subsidence Rate of Qazvin Plain. JGST. 2016; 5 (4) :95-111. [In Persian]

[32] Hanssen RF. Radar interferometry: data interpretation and error analysis. Springer Science & Business Media; 2001 Apr 30. https://doi.org/10.1007/0-306-47633-9

[33] Razmghir, R., Mosavi, Morteza., Shemshaki, Amir., Boloorchi, Mohammad Javad, Investigation Tehran-Shahriar plain subsidence due to uncontrolled extraction of groundwater. first national conference on costal land water resources management, Sari, 1389. [In Persian]

[34] Y. Maghsoudi, R. Amani and H. Ahmadi3A, “Study on Land Subsidence in West of Tehran Using Sentinel-1 Images and Persistent Scatterers Interferometry” Iran-Water Resources Research, Volume 15, No. 1, Spring 2019 [In Persian] https://dorl.net/dor/20.1001.1.17352347.1398.15.1.22.9

[35] A.safar, F.jafari, M. tavakoli ”Land subsidence monitoring and its relationship with groundwater withdrawal, Case study: Karaj-Shahriyar plain” Quantitative geomorphology research, Volume 5, p. 82-93, 2018. [In Persian] https://dorl.net/dor/20.1001.1.22519424.1395.5.2.6.8

[36] Chatrsimab, Z., Alesheikh, A., Voosoghi, B., Behzadi, S., Modiri, M. Investigating the effect of aquifer type and groundwater level drop on subsidence rate using radar interference technique and field data (Case study: Tehran-Karaj-Shahriar aquifer area). Advanced Applied Geology, 2021; 10(4): 683-689. doi: 10.22055/aag.2020.30557.2028. [In Persian] https://doi.org/10.22055/aag.2020.30557.2028

[37] M. amigh pey, A. saadat, A, molaei, Y. jamour “The first phase of studies to prepare the country's                                                     comprehensive subsidence atlas in the country's mapping organization, The 5th National Geomatics  Conference and Exhibition and the 3rd Location Information Technology Engineering Conference, 1397 . [In Persian].

[38] Sadeghi, J., Hamidian, Hadi, Investigation of alluvial land subsidence due to pressure reduction in aquifers and how the type of alluvium affects land subsidence in Tehran plain. The Second National Conference on Geotechnical Engineering of Iran, Kermanshah, 1393. [In Persian]

[39] Mahmoudpour, M., Khamehchian, M., Nikudel, M., Ghasemi, M. Engineering - hydrogeological model of land subsidence area in the southwest of Tehran (Tehran – Shahriyar plain). Scientific Quarterly Journal of Iranian Association of Engineering Geology, 2017; 9(Number 3 & 4): 1-17. [In Persian]

آمار
تعداد مشاهده مقاله: 830
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 654


سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب