基于合成孔径雷达干涉(InSAR)的滑坡监测预警关键技术

尹萍

【摘 要】针对当前滑坡预警、灾害范围及规模预报研究中存在的不足，不能准确预报滑坡的范围和规模;也就不能准确判断具体什么位置，能产生多大危害，这样就难以作出合理的预警和应急管理。针对上述存在的缺陷和不足，将开展基于合成孔径雷达干涉（InSAR）的滑坡预警、灾害范围及规模预报研究。

【关键词】InSAR;滑坡监测;预警

中图分类号： P642.22文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）34-0055-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.34.021

Based on Synthetic Aperture Radar Interferometry （InSAR） Key Technologies of

Landslide Monitoring and Early Warning

YIN Ping

（Hunan Vocational College of Engineering，Changsha Hunan 410083，China）

【Abstract】In view of the deficiencies in the current study of landslide early warning， disaster scope and scale prediction，the scope and scale of landslide can not be accurately predicted.It is also impossible to accurately determine the specific location and how much harm can be caused，so it is difficult to make a reasonable early warning and emergency management.In view of the above shortcomings，landslide early warning，disaster scope and scale prediction based on synthetic aperture radar interferometry （InSAR） will be carried out.

【Key words】InSAR;Landslide monitoring;Early warning

0 引言

合成孔径雷达干涉测量（InSAR）是近年来新兴的区域地表变形监测技术，相比较常规的单点或小范围滑坡变形监测技术，具有监测范围广、空间分辨率高、测量精度好、全天时、全天候监测等特点，且不受气候条件影响，为区域地表变形监测和滑坡识别、评价提供了有效手段。立足地质灾害工程应用需要，但是目前合成孔径雷达干涉（InSAR）主要是点监测，只知道是否有灾害点，并不准确知道地质灾害的范围，及其规模。为了进一步贯彻党的十九大提出的加强地质灾害防治的总体要求，今年4月我省在全国率先出台了《湖南省人民政府关于进一步加强地质灾害防治工作的意见》（湘政发〔2018〕12号，以下简称《意见》），并明确提出：推动科技创新。设立一批重大科研课题，开展我省地质灾害形成机理、成灾模式、早期识别、勘查治理工程科学研究。充分发挥我省学会和行业组织、高校、科研院所、企事业单位人才和技术优势，鼓励科研和防灾一线专业技术人员创新研发地质灾害快速治理、绿色生态治理等新技术、新方法、新工艺、新材料，开展地质灾害天空地一体化、无人机快速识别、临灾快速监测、微形变监测预警技术研究。基于合成孔径雷达干涉（InSAR）的滑坡预警、灾害范围及规模预报研究，结合统计学、工程地质学、地貌学、测绘学等学科理论，建立区域地表变形监测和滑坡早期识别方法体系，能够提升利用InSAR解决相关地学问题的应用能力和水平，为类似区域的滑坡灾害的早期识别和评价提供参考，为滑坡灾害管理和防治提供新思路。

1 系统设计

合成孔径雷达干涉（InSAR）既是微波遥感新技术，也是空间大地测量新技术。集电子、光学、图像及信号处理等多学科知识;分辨率包含有平行雷达飞行方向的方位向和垂直飞行方向的距离向。InSAR技术可获取高程信息，获取高程类似传统的立体成像技术，从两个不同成像点对同一地区获取影像获得“视差”，得到视差值得到相对高程值。本系统将开展地表形状的精确匹配;利用InSAR监测数据进行地表特征精准匹配，通过特征匹配技术确定各单元（区域）的变形情况及位移情况。InSAR监测数据量虽然很大，但是由于监测面积较大，可能分辨率不是特别高，地表的精確匹配还是存在难度的。利用滑坡体表面形变和位移及滑坡体周边的监测数据计算滑坡体范围、规模及滑坡体的发展趋势。结合现场监测数据和已有的滑坡历史数据，结合贝叶斯理论和随机场理论构建土体参数空间变异性的概率反演模型。

1.1 InSAR远程数据采集、海量数据传输

远程数据采集之后，经过很多信号处理之后，得到了干涉相位图，可以转换成波程差，可以获得三维地形图、地表形变图。需要将地形相位、平地相位、噪声、大气扰动都去除才能获得纯净的形变相位。干涉相位图与DEM的数据进行形变估计信息处理，其处理流程如下：复影像获取→影像配准→干涉图生成和相干系数的计算→去平地效应→相位滤波→相位解缠→高程估算→地理编码。

1.2 InSAR植被影响消除、地表植被对变形监测影响研究

研究InSAR技术在滑坡中应用中获得DEM数据，通过试验区区域的土方量变化，来反映滑坡体变形情况，理想状态下，是需要获取同一裸地表在不同时期的地表信息。实验区是属山地区域，植被茂密，人工地表稀少，传统的技术所能提取的点目标稀少，严重制约滑坡区域点目标探测和形变信息获取，针对这一弊病，地表植被对InSAR监测结果的影响情况，通过考虑现场地表植被因素提高InSAR监测数据的质量。根据野外调查结果，在试验区选择具有高相干性的控制点，这些控制点的相位信息与初始相位中的残余相位进行对比估计，并与残余地形相位进行去除。

1.3 地表形状的匹配、地表变形、位移参数提取

空间对地遥感技术特别是卫星雷达测量技术得到迅猛发展。大量研究与应用实例表明，InSAR能够应用于长期缓慢地表形变的监测。它利用遥感卫星多时相的复雷达图像相干信息，进行地表形变量的提取，其精度已达到mm级，且具有前所未有的连续空间覆盖、高度自动化和高精度监测地表变形能力，为地表变形的自动化监测提供了全新方法。合成孔径雷达影像的每一個单位像元是接受散射信号，记录着每一个单元的后向散射强度、雷达天线距离相关的相位信息。SAR影像进行干涉信息处理，从而获取地表起伏、形变干涉相位条纹，利用InSAR监测数据进行地表特征精准匹配，通过特征匹配技术确定各单元（区域）的变形情况及位移情况。借助于复数影像对成像时的几何关系及形变的高程点，即可获得每个单元的高程变化或形变量。

1.4 滑坡体状态反演、滑坡范围提取、滑坡规模计算

InSAR技术能对区域滑坡变形状态进行实时的动态监测，利用滑坡体表面形变和位移及滑坡体周边的监测数据计算滑坡体范围、规模及滑坡体的发展趋势。结合现场监测数据和已有的滑坡历史数据，结合贝叶斯理论和随机场理论构建土体参数空间变异性的概率反演模型。

2 系统构建

综上所述，地质灾害智能化监测在社会发展中占有十分重要位置，传统的监测方法跟不上时代需要。通过开展地质灾害天空地一体化、无人机快速识别、临灾快速监测、微形变监测预警技术研究，加强国际国内科技交流与合作，为防灾减灾提供科技支撑。科学开展监测预警，能够实现对地质灾害监测实时有效监控，并及时对异常数据进行报警，加强地质灾害动态监测与预警预报工作，不断提高地质灾害预警预报精细化水平，较大程度上减少了人力、物力、财力等多方面损失。本文基于合成孔径雷达干涉（InSAR）的滑坡监测预警系统的主要技术路线如图1所示。

对研究区已发生滑坡地灾隐患点进一步继续监测，对滑坡台账中存在的滑坡点进行现场调查，对未发生滑坡的地灾隐患点进行提前预警，从而有效提高地质灾害的时空预报精度，实现滑坡地质灾害高精度、大范围的监测预警，提高周围隐患滑坡区域的排查和治理能力，为我省地质灾害预测预警和应急管理提供可靠的科学依据。真正实现动态设计与信息化结合，具有良好的应用前景。

【参考文献】

[1]葛大庆，王艳，范景辉，等.地表变形D-InSAR监测方法及关键问题分析[J].国土资源遥感，2007，19（4）：14-22.

[2]刘广全，2015.基于SBAS-InSAR的丹巴县滑坡探测与监测[D].长安大学.

[3]敖萌，2015.高相干点InSAR技术用于滑坡调查与高精度监测[D].长安大学.

[4]刘斌，葛大庆，等.2016.地基雷达干涉测量技术在滑坡灾后稳定性评估中的应用[J].大地测量与地球动力学，36，674-693.