高攀
四川省地质矿产勘查开发局区域地质调查队 四川省成都市 610213
摘要：InSAR是一项太空对地球开展的三维成像技术，它象征着空间遥感已进入一个新的阶段，即从二维信息获取变为三维信息获取，这一巨大的变化为大地测量引来一场较大的变革，且这一项技术是研究地质灾害的先进工具。本文论述了星载InSAR技术在地质灾害监测领域的应用。
关键词：星载InSAR技术；地质灾害监测；应用
一、星载InSAR技术概述
1、内涵。InSAR技术的全称是合成孔径雷达干涉技术，是一种现代化新型地面变形测量技术和手段。以波的干涉为主，利用平行飞行的两个分离雷达天线去获取同一个区域两幅微型图像，或利用同一个雷达对同一个区域重复飞行两次，进而获得两幅微波图像。随着科技水平的提升，GPS技术(全球定位系统)成为了测量地面变形的主要工具和手段之一，但此技术的测量也只能得到部分离散点，在点与点间也会造成大量重要信息的丢失。而InSAR技术的诞生，为地质灾害监测工作带来了极大的便利，不仅工作效率高，且能突破GPS技术在测点中造成的信息丢失问题，进而提升测量精度。此外，若在地质灾害监测中，能将GPS技术和InSAR技术进行有机结合，测量效果和精度俱佳。
2、优势
①大范围全天候。星载InSAR技术通过卫星雷达获取数据，覆盖范围广，可达几百甚至上千平方公里，且卫星雷达监测可穿透云层、无昼夜之分，能实现全天候监测。
②高精度高分辨率。SAR卫星传感器空间分辨率高，地表监测精度达厘米甚至毫米级，可连续捕获持续较慢发展的边坡活动。
③可监测人员无法进入区域，成本低。星载InSAR技术使用卫星SAR数据，无需设置地面基准点；从经济角度来看，虽然数据成本高，但由于一次性监测和分析面积大，总体造价较低。
二、地质灾害监测领域的应用
1、地震形变监测。DInSAR技术应用于地震形变监测的研究最早可追溯到1993年。另外，根据地震周期概念，地震周期可分为震间、同震和震后三个阶段。其中震间阶段是指两次地震间，地壳相对稳定的运动，时间尺度从几十年到上千年；同震阶段是指地震发生时，断层发生破裂和岩石快速滑动，通常持续几秒到几分钟；震后阶段是指地震发生后的几年到几十年时间。同震阶段地表形变巨大，目前大部分研究是利用DInSAR技术获得干涉图，反映地震造成地表形变的空间分布，相比于其他地震测量手段，InSAR技术可提供精确的震源位置信息和断层滑动分布。震间和震后阶段的地表形变通常较缓慢，有学者采用DInSAR技术和时序干涉测量技术分析缓变的地表信息，研究震间、震后的断层活动形变及其机制，结果表明InSAR技术能为地震震间、同震和震后阶段的地表形变测量提供有效信息。
目前，InSAR技术已较多地应用在地震震间、同震和震后阶段的地表形变提取中，但研究多集中在利用InSAR技术得到的干涉图推算实际形变位移大小和空间位置，如何通过InSAR技术获取更精确、定量化、三维形变信息还有待进一步研究。
另外，采用InSAR技术进行地震形变监测依赖于研究区域地形与雷达观测的几何关系，处于阴影和叠掩区域的部位无法获得有效的形变信息，需综合利用多视角、升降轨观测的数据改善这种局限性，而InSAR技术可提供地震区域大范围的形变结果，有利于后期地震机理的研究和断层分布的反演。因此InSAR观测与其他地震形变测量方法(如GPS观测、地面位移测量等)的配合使用，将成为未来地震形变监测、预测和灾后评估的重要手段。
2、滑坡形变监测。滑坡是指受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下岩体、碎屑、泥土等沿斜坡的运动下滑。相比于传统的滑坡监测手段，InSAR技术具有监测范围广、时空尺度大、能提取更加丰富的形变信息等特点，成为滑坡监测应用中的热点技术。早期利用InSAR技术进行滑坡监测主要是采用传统DInSAR方法，对特定滑坡区域进行干涉处理，以获得形变结果。许多学者利用传统DInSAR技术对滑坡的形变进行监测，但由于滑坡监测地区的地形环境复杂、植被覆盖茂密、受大气影响严重、时空去相干严重影响了形变测量的质量，为克服传统DInSAR技术的这些缺陷，时序InSAR技术逐渐被应用到滑坡监测中。
目前，滑坡监测呈现从定性到定量、从事后分析到前兆分析和预测的趋势，同时呈现利用InSAR技术与其他光学、激光、地面测量等多重手段协同分析的趋势。虽然目前InSAR技术还未像GPS、全站仪、水准测量等那样应用广泛，但综合利用各类高精度对地观测技术开展滑坡监测，特别是滑坡隐患的早期识别已成为共识。随着后续更多SAR卫星发射计划的实施，协同利用多角度、多波段、多平台、多分辨率卫星数据的优势，将在一定程度上弥补InSAR技术在复杂地形条件下滑坡监测的不足。在此基础上，引入机器学习、大数据分析的技术提高InSAR滑坡监测解译自动化程度也是未来技术的发展趋势。
3、水利工程中的形变监测。随着水利工程的建设和使用，其在发挥巨大社会、经济效益的同时，也面临着因地质条件和地形地貌特征带来潜在的地质灾害风险，因此水库、大坝安全监测的价值越来越被人们所重视。其中，水库大坝形变监测是安全评价的基础和重要组成部分。相比于传统的水库大坝形变监测手段，InSAR技术为水利工程的安全监测提供了新型工具和技术手段。国内外已有学者利用InSAR技术进行水利工程形变监测的探索。
此外，从目前的研究来看，现有的研究大多集中于对水利工程设施和周边坡体、地质环境的形变监测，将InSAR技术作为常规检测手段的补充。而对水电站等大型水利设施的全生命周期监测缺乏关注。在水电站等大型水利设施修建前的勘查选址阶段就需开展库区地质灾害隐患排查，同时在水利设施施工完成开始蓄水后，仍需对库区地质环境的稳定性进行监测，以保证大坝的安全运行。利用星载InSAR技术覆盖范围广的优势，一方面监测已有地质灾害风险区域，另一方面发现可能的地质灾害隐患点，通过合理布控变形监测设备，达到广泛监测和重点监测相结合。
4、地面沉降监测。地面沉降和塌陷，特别是城市中的地表沉降是一种常见地质灾害现象，主要原因有地下水的抽取、矿石开采、油气开采、工程建设、地质活动等人为和自然因素。地面沉降带来的危害大，不均匀的地面沉降会严重威胁到城市建筑物及公路、铁路、桥梁等设施安全，当沉降量超过一定阈值后会导致建筑物塌陷、房屋毁坏、道路桥梁坍塌等，危及人民的生命和财产安全。近年来国内外大量的InSAR监测案例研究表明，该技术能较好地应用于地面沉降的长期监测。
总之，InSAR技术是近年来发展的一项新的空间对地观测技术，其成功地综合了合成孔径雷达(SAR)成像原理和干涉测量技术，是目前空间遥感获取地表面某一点三维空间信息及其微小变化的最佳技术，是研究较活跃的领域。地质灾害在发生前通常在空间位置上有一个微小的几何量变化，如何快速准确获得形变信息为灾害发生进行预报是大地测量工作者的任务之一。传统的监测法是基于点的测量，具有较低的时间、空间分辨率。而InSAR技术是一项具有潜力的形变监测技术，能高分辨率地测量大范围地形高度的细微变化，从而测出在地灾发生前地面的膨胀，进而为灾害的发生提供预警信息。
参考文献：
[1]勒国旺.合成孔径雷达干涉测量[M].北京：国防工业出版社，2014.
[2]薛飞扬.星载InSAR技术在地质灾害监测领域的应用[J].雷达学报，2020(01).