基于SBAS-InSAR技術的若羌縣地質災害識別與監(jiān)測

蔡瑞慶 馬立龍 李倩文 張帆

摘 要：【目的】我國新疆地域廣闊，地質災害時有發(fā)生，嚴重威脅人們的生產生活安全，大范圍的地質災害識別監(jiān)測工作亟須開展。【方法】基于SBAS-InSAR技術對新疆若羌縣區(qū)域內的地質災害進行識別與監(jiān)測。選取2020年1月至2022年11月期間，覆蓋研究區(qū)范圍的兩個圖幅的Sentinel-1A數(shù)據(jù)進行處理。【結果】獲取了研究區(qū)的累積形變量，并結合光學遙感影像，解譯了13處有形變特征的地質災害隱患點，野外驗證準確率77%，最終確定10處為地質災害點。【結論】對于大范圍地質災害識別問題，InSAR技術相較于點監(jiān)測技術來說，具有先天優(yōu)勢，能夠快速、方便地獲取整個工作區(qū)的形變情況，在地質災害識別工作中具有重要作用。

關鍵詞：若羌縣；SBAS-InSAR技術；地質災害；野外驗證

中圖分類號：P237；P694? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-5168（2024）06-0095-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.06.019

Geological Disaster Identification and Monitoring in Ruoqiang County Based on SBAS-InSAR Technology

CAI Ruiqing1 MA Lilong1 LI Qianwen2 ZHANG Fan2

（1. Xinjiang Bureau of Geo-exploration & Mineral development the third geological group， Korla 841000， China; 2. Xi'an Meihang Remote Sensing Information Co.， Ltd.， Xi'an 710100， China）

Abstract：[Purposes] Xinjiang is a vast region with frequent geological disasters which seriously threaten the safety of people's production and life， so it is urgent to carry out large-scale geological hazard identification and monitoring. [Methods] Based on SBAS-InSAR technology， geological disasters in Ruoqiang country， Xinjiang were identified and monitored in this paper. The Sentinel-1A data of two maps covering the working area from January 2020 to November 2022 were selected for processing. [Findings] The cumulative deformation in the working area was obtained and， combined with optical remote sensing images，13 hidden geological disasters with deformation characteristics were interpreted. The accuracy of field verification was 77%， and 10 points were finally identified as geological disasters. [Conclusions] Compared with the point monitoring technology， InSAR technology has a congenital advantage for large-scale geological disaster identification， which can quickly and conveniently obtain the deformation of the whole work area， and plays an important role in geological disaster identification.

Keywords： Ruoqiang County; SBAS-InSAR technology; geological disaster; field verification

0 引言

新疆地域廣闊，地質災害時有發(fā)生，嚴重威脅人們的生產生活安全。為保障地質環(huán)境脆弱地區(qū)經濟社會可持續(xù)發(fā)展，做好地質災害調查評價、監(jiān)測預警、防治工程和應急體系建設等一系列地質災害防治措施是很有必要的［1］。地質災害識別與監(jiān)測是減災防災的重要一環(huán)，合成孔徑雷達技術（Synthetic Aperture Radar，SAR）作為重要的識別監(jiān)測技術，也應用于此。該技術可以全天候地、不受云層干擾地、高時空分辨率地對地表進行監(jiān)測［2-8］。本研究主要應用InSAR技術對若羌縣的地質災害進行識別與監(jiān)測。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)范圍是若羌縣行政區(qū)內的重點區(qū)域。若羌縣行政區(qū)劃隸屬巴音郭楞蒙古自治州管轄。若羌縣西接且末縣，北鄰尉犁縣及鄯善縣和哈密市，東與甘肅省、青海省交界，南與西藏自治區(qū)接壤。縣境東西寬570 km，南北長580 km，地理坐標為東經86°45′E～93°45′E，北緯36°00′N～41°23′N，面積為202 300 km2。

若羌縣城距庫爾勒市444 km，距烏魯木齊公路里程891 km。若羌縣是315國道進入新疆的門戶，218、315國道在縣城交匯。218國道向北邊接南疆重鎮(zhèn)庫爾勒，經伊寧到達霍爾果斯口岸，315國道向西經且末到達喀什，向東經依吞布拉克鎮(zhèn)至青海、四川到達廣西出海，各鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、場）均有不同等級公路相通，交通較為便利。庫爾勒—若羌、依吞布拉克-若羌高速公路，庫爾勒-若羌-格爾木、若羌-且末-和田鐵路目前已正式開通運營（如圖1所示）。

2 SBAS-InSAR技術原理

小基線集技術［9］通過設置時空基線閾值將已有的SAR影像分成若干小的集合。在每個集合內，采用最小二乘的方法求解，再通過SVD將不同的子集相連接，最終形成時序監(jiān)測結果。

現(xiàn)假設第[j]幅干涉圖是由[tA]、[tB]兩時期影像生成的，并且已去除了地形相位，假設[tA]>[tB]，則在方位-距離像素坐標系[x，r]中，[j]在[x，r]處的差分解纏相位可表示為式（1）。

3 數(shù)據(jù)源及處理過程

本研究主要的數(shù)據(jù)來源為歐空局的Sentinel-1A數(shù)據(jù)，產品詳細參數(shù)見表1。

共收集2020年1月至2023年11月期間，2個圖幅共176景Sentinel-1A數(shù)據(jù)，DEM數(shù)據(jù)為AW3D DEM，精密軌道數(shù)據(jù)采用成像21天后的POD精密軌道數(shù)據(jù)。

基于GAMMA軟件平臺進行時間序列形變計算，工作區(qū)的Sentinel-1數(shù)據(jù)時間跨度近3年，設置時間基線閾值為24，空間基線為（-500，500），以此構建干涉像對組合，用于后續(xù)的差分干涉處理，生成的時空基線如圖3所示。

4 結果分析

通過SBAS-InSAR技術獲取到的累積形變如圖4所示。形變量級情況如圖中的色帶所示，黑色表示遠離衛(wèi)星方向，為負形變；白色表示靠近衛(wèi)星方向，為正形變；灰色代表地表基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

本次InSAR監(jiān)測區(qū)主要為工作區(qū)中的重點區(qū)，分為A1、A2、A3三個小區(qū)域。重點區(qū)A1內累積形變量在-73～61 mm區(qū)間，A2內累積形變量在-93～115 mm，A3內累積形變量在-316～132 mm（如圖5所示）。根據(jù)InSAR形變結果提取工作區(qū)內有威脅對象的形變點13處，光學影像上解譯均為崩塌隱患點，通過野外驗證，準確率77%，最終確定10處為崩塌災害點。

選取較為典型的崩塌災害（RQ105）進行詳細描述。崩塌位于若羌縣直屬英格里克玉石礦，經度為88°26'11.198"E，緯度為38°26'31.999"N。從光學影像上來看，影像色調呈灰白色色調，色調不均勻，崩塌區(qū)域邊界較為清晰，坡體后緣沖溝發(fā)育，遙感影像特征明顯；坡體表面影紋粗糙，影像色彩差異明顯，風化、剝蝕強烈，巖土體破碎，斜坡較陡，植被發(fā)育較差。

從InSAR形變結果來看（如圖6所示），形變區(qū)基本覆蓋整個坡面。在坡面上選取形變較大的特征點進行時間序列形變分析，根據(jù)時序折線圖可知，在整個監(jiān)測期內，形變速率較為勻速，形變具有持續(xù)增大趨勢，最大累積形變量為-45 mm。

通過野外驗證，該崩塌災害點兩側發(fā)育溝谷，東側與山體相連，平面形態(tài)呈不規(guī)則多邊形，前緣臨近道路，后緣位于斜坡頂部，寬約170m，厚約4m，高程3 097～3 108m，相對高差40m。斜坡主要為巖質斜坡，斜坡變形破壞主要為表層基巖墜落式崩塌，主要為人工開挖堆積形成的人工斜坡（如圖7所示）。

5 結論

研究區(qū)基本位于構造侵蝕作用的高山區(qū)和構造侵蝕、剝蝕作用的中山區(qū)。區(qū)域巖石覆蓋層較厚，危巖體分布密集，多發(fā)育崩塌災害。通過基于面范圍監(jiān)測的InSAR技術，獲取到工作區(qū)的地表形變，結合高分辨率光學影像，識別造成形變的原因，解譯出因地質災害造成形變的點共10處，均為崩塌點，并對典型地質災害點進行了形變分析，包括整體的形變特征以及形變點的時間序列等情況。今后需對有形變的地質災害點繼續(xù)進行監(jiān)測，觀察其后續(xù)的形變趨勢。

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