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摘要：地基InSAR（GB-InSAR）是最近十余年发展起来的大规模监测技术，本文阐述了其基本原理，并将其应用于长白山地质灾害监测项目，分析其优缺点，提出地基InSAR的发展趋势。
一、研究背景
长白山属地质灾害高易发区，几乎每年均有不同规模的灾害发生，严重威胁游客生命财产安全，为了更好的开展地质灾害预警，及时做出避让，急需对重要地质灾害隐患点开展专业监测，最大限度的减少灾害可能造成的损失。目前长白山地区地质灾害监测手段主要是群测群防，该手段监测频率太低，且受天气影响无法实时监测灾害变形情况。因监测人员专业技术水平有限，无法准确判断险情和及时开展灾害避让，地质灾害存在较大安全隐患。重要地质灾害隐患点均分布于自然保护区内，亦不允许开展工程建设。所以开展地质灾害专业监测预警是最有效的防灾手段。
全站仪及测量机器人等传统观测技术在实践中得到了广泛的应用，但易受到气候、通视等条件的影响。
合成孔径雷达（SAR）是一种微波传感器，具有全天候、全天时和一定穿透性等独特优点。合成孔径雷达干涉技术（InSAR）是SAR的一个重要应用，在近十几年中得到了迅速的发展，利用InSAR数据的相位信息提取地面的高程信息，主要应用于提取地面DEM和监测地表形变，监测精度可满足地灾监测的要求。
目前，国际上常用的地基干涉雷达分为两类，一类是地基合成孔径雷达（GB-InSAR），它由雷达天线和滑轨组成，雷达天线在滑轨上移动构成虚拟孔径；另一类则是真实孔径地基干涉雷达（GBRI），这种设备没有滑轨，雷达天线绕着中心轴旋转实现二维成像。
与星载SAR相比，地基干涉雷达安装架设更加灵活，雷达设备可以直接安装在观测区域周边，其数据采集时间间隔短且可以自行控制，具备对快速形变区域进行实时监测的能力。
国内近些年对于GB-InSAR的应用也越来越多，如杨红磊等[1]采用IBIS-M系统对平朔露天矿边坡进行监测，采用PS技术进行分析，得到了毫米级的观测结果。张祥等[2]对GB-SAR复图像配准和大气延迟相位展开研究，提出采用Fourier-Mellin变化和相干系数法结合的图像配准方法，获得了亚像素级的配准精度。所以，在长白山项目中应用该技术是完全可行的。
二、关键技术
地基干涉雷达相位主要由四种成分组成，分别是对流层延迟引起的大气相位，设备中心偏移导致的基线相位，形变相位和噪声相位，即：
φint，ground =φdef，ground +φbaseline，ground +φatm，ground + φnoise，ground
其中，地基雷达干涉相位中的大气φint，ground中只包含对流层延迟相位（主要时水蒸气分压的影响）；在连续观测模式下，基线相位φbaseline，ground不存在，不用考虑该误差对形变结果的影响；噪声相位φnoise，ground可以通过滤波的方式削弱。可见，只要将大气、基线和噪声相位去除，残留的干涉相位就是最终的形变相位。在实际的数据处理过程中，还需要考虑配准和解缠误差的影响。
下面将介绍本项目的雷达数据处理方法。
（1）选取PS点
地基干涉雷达影像PS点选取方法与星载SAR雷达方法相似，通常采用振幅离差指数、信噪比、光谱多样性、相干图、相位稳定性或者多种指标结合的方法进行选取。本次实验GBRI离观测区域较近，坡面雷达反射强度强，可直接采用振幅离差指数方法进行选点。
（2）PS点构网
根据Delaunay三角网原则对选取的PS点进行构网，即构建的三角网的外接圆内不包含其他PS点。根据该原则，任意一个PS点都至少与两个PS点相连，两个PS点之间的连线称为PS点弧段。由于地基雷达使用的Ku波段电磁波波长较短，受到大气延迟的严重。通常采用相邻PS点差分的方式削弱大气影响，即弧段两端相位做差。
（3）模型联合解算
PS点构网之后，将弧度两端的PS点差分处理，得到差分相位可以表示为：
Δφimt.ground，i=Δφdef.ground，i+Δφbaseline，ground，i+Δφres.ground，i
其中，i表示弧段的序号，Δφimt.ground，i为残余大气和噪声相位。由于本次实验地基雷达一直安装在观测位置不动，因此雷达基线为零，此时弧段上的差分相位只包含形变和噪声相位，可以直接利用最小二乘方法解算形变。
（4）高残差点剔除
由于差分干涉相位仅包含非整周部分，在传统的处理方法中通常需要对其先进行解缠。常用的解缠方法有直切法和最小费用流方法，然而由于跳变的存在，往往导致解缠步骤引入误差。本文采用的方法不需要进行解缠操作，而是通过对估计残差进行分析，剔除发生跳变的弧段。如果所有弧段两端PS点相位存在跳变，则平差解算的残差必然较大，此时只需将残差较大的弧段去除，即可将存在跳变的弧段剔除。
（5）重新估计参数
将存在跳变的弧段剔除之后，对剩下的弧段重新进行参数估计，最后解算得到的形变相位即为最终的形变结果。
三、GB-InSAR在地灾监测中的应用
1、监测设备技术指标
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2、设备安装
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图3.1
3、形变结果分析
在对地质灾害重点区域进行某时段监测，通过专业显示系统进行处理可查询固定点变形曲线图及形变加速度曲线图等。
另对原始数据获取后按技术路线进行处理后，获取其变形图像，长白山监测区域山谷中普遍呈现正值变化，山坡为负值变化，符合山坡山体受灾脱落而山谷聚集的特征，且在正中有明显类似乱码的区域，经核实为监测区中瀑布所在，符合GBSAR无法穿越水体的特性。
结论
在工程项目中，地基雷达起到了极大的作用，基本可以覆盖整个监测区域的变形情况，给出一个大体结论，但是部分区域或者项目仍会有缺漏的情况。今后需以地基雷达为主题，结合其他监测设备，如泥位计、GPS、裂缝仪等，方能实现全方位覆盖，实现整体监测。
参考文献：
[1]杨红磊，彭军还，崔洪曜.GB-InSAR监测大型露天矿边坡形变[J].地球物理学进展，2012，27（04）：1804-1811.
[2]张祥，邓喀中，范洪冬.融合Canny边缘检测技术的SAR图像改进滤波方法[J].黑龙江工程学院学报（自然科学版），2011，25（02）：6-9+38.
[3]刘斌，葛大庆，李曼，等. 地基合成孔径雷达干涉测量技术及其应用[J]. 国土资源遥感，2017，29（1）：1-6.