InSAR技術在地質災害調查中的運用研究

何勇

摘 要 合成孔徑雷達干涉技術作為現代化全新的地質災害監測調查方法和手段，如果發生突發性地質災害，如地震、泥石流、山體滑坡等，可以運用InSAR技術得到亞厘米級精度的地面位移圖，為地質災害的預防和治理提供了重要的技術保障。因此，本文根據InSAR技術的內涵，分析了InSAR技術在地質災害調查中運用的優劣勢。最后，重點提出需要通過多種類型衛星結合監測的方式，才能獲取地質災害信息的最佳精度。

關鍵詞 InSAR 技術;地質災害;調查;應用

1InSAR技術的內涵

InSAR技術的全稱是合成孔徑雷達干涉技術，是一種現代化新型地面變形測量技術和手段。以波的干涉為主，利用平行飛行的兩個分離雷達天線去獲取同一個區域兩幅微型圖像，或是利用同一個雷達對同一個區域重復飛行兩次進而獲得兩幅微波圖像。隨著科學技術水平的不斷提升，GPS技術（全球定位系統）成為了測量地面變形的主要工具和手段之一，但此技術的測量也只能得到部分離散點，在點與點之間也會造成大量重要信息的丟失[1]。而InSAR技術的誕生，為地質災害調查工作帶來了極大的便利，不僅工作效率高，且能突破GPS技術在測點中造成的信息丟失問題，進而提升測量精度。此外，如果在地質災害監察和調查中，能夠將GPS技術和InSAR技術進行有機結合，測量效果和精度俱佳。

2國內主流InSAR技術簡析

目前我國主流InSAR包括兩軌法D-InSAR技術、時序InSAR技術。

2.1 D-InSAR技術

D-InSAR技術是指通過SAR傳感器獲取同一區域的多幅影像，進過干涉處理去除其他分量的干擾（如大氣相位、地形相位與噪聲相位），最終提取出地表形變信息。常規的D-InSAR方法主要有“二軌法”、“三軌法”和“四軌法”。“二軌法”是指利用覆蓋研究區域的兩景SAR影像生成一個干涉對，再從干涉對中減去外部DEM模擬的SAR相位，最后得到地表形變信息;目前，D-InSAR技術常用于監測地表沉降，可以獲取地表高分辨率形變場，并且其精度可達到厘米級甚至毫米級。

2.2 SBAS-InSAR技術

SBAS-InSAR技術的基本原理是對于長時間序列上的一組SAR復數圖像，根據一定的基線約束條件進行分組，通過控制空間基線的長度來提高干涉圖的相干性，對差分干涉圖進行多視處理降低噪聲，提取高相干性單元，然后使用奇異值分解法求得影像序列間地表形變速率的最小范數最小二乘解。SBAS-InSAR可以對高相干目標點的相位進行時序分析來獲取地表時序形變，通過理論分析選取更加合理的形變模型進行計算，減少D-InSAR處理中的時間和空間失關影響，從而提高形變監測結果的精度。

3InSAR技術在地質災害調查中運用的優劣勢分析

3.1 Insar技術應用優勢

首先雷達衛星的應用，可以不受時空的限制和約束，做到全天實時的動態監測，且能獲得連續的影像，有利于對突發性地質災害發生的前后情況進行監測和記錄。而其他衛星具有周期性特征，極有可能在記錄監測時遺漏瞬時發生的災害[2]。其二，雷達干涉技術能夠將CM量級甚至更小尺度的地形呈現出來，且能提供動態和靜態信息，運用 InSAR技術對災害發生前后的圖像進行干涉處理，可以快速準確的計算出其變形程度。其三，InSAR技術可以覆蓋廣闊的地域范圍，幾百甚至上千平方公里范圍，從而獲取覆蓋范圍內的地形移位數據。最為關鍵的是雷達衛星可以提供時間跨度較大的影像數據和資料。運用InSAR技術無須布網，可以花最少的成本獲取到最精確的觀測數據。

3.2 InSAR技術應用弊端

上文提及InSAR技術在地質災害監測中諸多優勢有所體現，但是在具體應用過程中，也存在著很多的弊端問題，這為InSAR技術的進一步在地質災害調查中的應用帶來了巨大的挑戰。一方面，在運用InSAR技術進行地質災害監測時，數據的獲取會受到方方面面因素的影響。如果兩景圖像的基線或多普勒參數差別太大，就不能生成清晰的干涉紋圖，且數據的采集還會受到時間的限制，在規定的時間范圍內無法獲取到有效的數據。另一方面，地質災害監測中對DEM數據的精確度有所要求，但在實際數據采集時，會由于各方面因素的影響，而造成誤差，降低干涉圖的質量[3]。而地質災害通常都是在短暫的時間內形成地表形變，進而導致干涉圖像對失相干、產生去相等問題。在雷達數據采集的時間內，要想獲取有效的干涉圖，還有賴于良好的天氣和季節條件。潮濕和高植被覆蓋率也會對相關性造成明顯的影響。所以，在獲取SAR數據時，應該全面考慮氣候或天氣因素，防止基線長度或軌道不平行的問題造成空間失相關，嚴謹選擇數據是增加相關性的重要條件。此外，InSAR技術在開展地質災害監測工作時，任何一個環節都有可能帶來誤差，甚至導致SAR數據和生產的干涉圖產生對應的偏差，最終影響其結論。運用InSAR技術進行長時間的監測，而受到大氣的影響也會越來越明顯[4]。

4結束語

根據我國多個地區實踐研究證明，運用衛星遙感影像技術可以快速準確地獲取地質災害情況和信息，而InSAR技術是其中準確率較高的一種，具有其他衛星無法超越的優勢。但現如今，其技術還存在著很多弊端問題，急需解決。因此，為了全面提升地質災害信息提取精度，可以以InSAR技術為主，將多種衛星影像技術進行有效的結合，去進行地質災害調查和監測。近些年已經有學者開始在運用多源遙感影像在全世界范圍內開展山體滑坡監測，并明確了全球容易發生山體滑坡的范圍。我們要堅信在未來，在多種先進技術的配合和支持下，能夠在地質災害發生是做出更快、更及時、更準確的反應和判斷。

參考文獻

[1] 馬傳浩，陳劍.地質雷達技術在泥石流災害調查中的應用——以北京房山南安主溝泥石流為例[J].地質與勘探，2019，55（4）：1066-1072.

[2] 杜釗鋒，張慶濤，陳真，等.地基雷達干涉測量技術在地質災害應急測繪中的應用[J].測繪與空間地理信息，2019，42（6）：26-29.

[3] 何宏智.探地雷達在地質災害及地基穩定性研究中的應用[D].昆明：昆明理工大學，2019.

[4] 楊峰，岳康，靳松.地質雷達數據中的災害分類技術研究[J].中國新通信，2013，15（11）：80-81.