摘要：随着世界各国的高速发展,与人类工程活动有关地质灾害(如地面沉降、滑坡等)出现得越来越频繁,给人们的生命财产带来了灾难性的损失,严重阻碍着人类社会的发展。因此对灾害活动区构造活动及地面变形的监测和测量就显得尤为重要。传统方法主要是靠现场测量手段,这样不但消耗大量人力物力,而且效率较低。INSAR是在太空对地球进行3维成像技术,它标志着空间遥感从2维信息获取进入到3维信息获取的新阶段,也为大地测量带来了一场革命。该技术为地质灾害的研究提供一个全新的工具。运用INSAR和D-IN-SAR技术进行地面微位移监测,是近年来发展起来并得到日益重视的新方法。
关键词：INSAR；地理灾害；研究
一 合成孔径雷达干涉技术基本原理
合成孔径雷达干涉技术(nISAR,即Inetfrerom-etyrSAR)是以波的干涉为基础,使用平行飞行的两个分离雷达天线(双天线方式)所获得的同一地区的两幅微波图像,或者同一个雷达对同一地区重复飞行两次(重复轨道方式)获得的两幅微波图像,如果两幅图像满足干涉的相干条件,可对它们进行相位相干处理,从而产生干涉条纹(ifrgne),它反应的是相位的变化,这种图像叫做干涉图(inetfregorraln)。它是因两幅图像对应的地面地形变化、数据获取轨道不同以及其他引起相位发生变化的因素所产生的。
二 INSAR技术在地质灾害中的应用
1 滑坡监测
D-INSAR 在滑坡监测上有如下优势：
1)大范围、全天候；
2)高精度、高分辨率；
3)能够监测人员无法进入的区域、监测成本低；
我国利用 D-INSAR 技术来监测滑坡的研究起步较晚，大多集中于对 D-INSAR 的方法、原理及其在地表形变（包括边坡）方面应用潜力的分析研究以及 D-INSAR 技术最新进展和国内外应用的概述，还有 D-INSAR 技术与GPS 技术及 PS 技术结合在滑坡监测上的技术分析及技术路线等。具体应用实例的研究很少。2002 年，Xia Y 等利用 D-INSAR 与 PS 技术相结合对三峡库区新滩滑坡和链子崖滑坡进行了研究。另外，2006 年霍志涛等在《三峡库区新技术新方法》中提到美国阿拉斯加大学地球物理研究所与中国地震局地震研究所利用 D-INSAR 技术对三峡地区的地面运动包括地震形变、大型滑坡及库盆沉降进行了研究，以及 2005 年中国地质环境监测院与德国地球科学研究中心在三峡库区重点灾害监测点秭归县卡子湾、树坪、链子岩等滑坡体上安装了角反射器利用 D-INSAR 技术进行监测分析，均取得了较好的效果，但并没有看到有关具体研究内容和结果的报告。
失相关是限制 D-INSAR 技术应用的一个较为严重的问题，除了由于干涉数据的时间去相关和电磁波在大气中传播延时导致的大气条件、湿度等因素影响相关性外，由于基线长度、轨道轻微不平行、变形运动过快、植被覆盖、以及在连续获取数据期间发生的滑坡形变过多等都会导致相位的失相关问题。另外，由于 D-INSAR 技术使用与传感器空间分辨率和图像重复周期相关的特有的时空比例来绘制运动图，目前只适合监测的滑坡活动是每月毫米至厘米到每年毫米至厘米的位移精度。所以现在的卫星 SAR 还不太适合应用在集中的小面积和陡峭山坡及狭窄山谷等相关迅速活动的系统监测上，如突发性滑坡、泥石流、岩滑、碎石的脱落等，能被获得的最好的信息是在较慢的活动情况下（速率每月小于几厘米）和植被稀少的大面积情况下。
2 地震监测
地震监测是InSAR技术在地面形变研究中应用较早的领域之一。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆Massonnet等在1993年率先将InSAR技术引入到地震形变测量中,即利用间隔几个月的欧洲遥感卫星ESR- 1/2SAR图像测量美国Landers地震的同震形变场,获得了反映该形变场的干涉纹图,与野外观测到的断距、地表形变及弹性位错模型结果吻合。验证了InSAR技术测量同震形变的能力,推动了该技术在地震形变研究中的应用。此后,利用InSAR进行地面形变测量的各项工作逐步展开。Liang等在2001年应用InSAR技术,研究了台湾1999年09月20日集集7.6级大地震震前及震后地面形变,结果显示在地震发生前,雷达干涉图上未见明显的变形信号,但在车笼埔断裂东部却有轻微位移,震后同一地区不同时间间隔内(1999- 02- 09T02:23～ 1999- 02- 10T02: 28, 1999- 02- 10T02: 28～ 2000- 02-01T02:06)的两对雷达差分干涉图分别显示出5.1 6cm和3cm的变形量。此震后形变可能与重力影响或弹性回跳有关。Deffontaines等在2001年应用ERS- 2SAR干涉测量得到车笼埔逆冲断层西侧的形变场最大位移量达30cm。王超等在2000年利用地震前后欧洲遥感卫星合成孔径雷达(ERS - 1/2SAR)数据,应用合成孔径雷达差分干涉测量技术,对1998年01月10日张北—尚义地震形变场进行了研究,得到震前、震后的干涉纹图及视向形变图。判断出此次地震造成隆起形变,形变中心位于东经114°20′,北纬40°57′附近,最大视向位移量达25cm,形变集中在300km 2范围内。
3 火山监测
对于一些细微的地面运动,人们往往用肉眼看不出来,然而这些细微的运动却能被距离地球800km处的欧洲航天局(ESA)人造卫星精确地探测到。科学家将1992～ 2001年间埃特纳火山地区干涉图片依次组合起来制成一个动画,看起来火山似乎呈呼吸状。来自意大利米兰的法比欧•罗卡教授说,“收集同一对象的不同图片,在刚开始时似乎是令人厌烦的,然而当你意识到这些超乎寻常精确度的图片逐渐显露出该景像的细微变化时,一切都不同了。”将卫星图片组合为动画,活火山在“呼吸”,美国宇航局推进技术实验室研究学者保罗•兰德格林翻阅了大量ERS数据档案,得到了一百多幅埃特纳火山(位于意大利西西里岛的一个活火山)的干涉图。于1992～2001年间拍摄的图片组显示,在此时间段,由于地底岩浆压力的变化,火山交替地膨胀或者紧缩,而且由于地心引力的作用,火山也相应出现扩散运动,埃特纳火山的地形最大位移达到14cm。兰德格林表示,进行该项研究的目的在于为了更好地了解火山表面形态变化与随后的火山活跃性之间的联系,从而增加人类预测火山运动的能力。
三 结束语
近年来,许多国家的科研单位和个人都开展了InSAR和D一InSAR技术的应用研究,并取得了一定的应用成果。国际合作与交流十分紧密,为干涉雷达技术的应用研营造了良好的研究环境。作为雷达遥感中的尖端技术,采用时间序列雷达遥感图像的干涉雷达和差分干涉雷达技术,可以精确地测定地面的微小位移变化,它能够解决用常规手段非常困难或无法解决的许多问题,或者提供了更简洁、直接、高效和低成本的方法。当然,本项技术还处于试验性研究阶段,还存在许多鱼待解决的技术难题,比如各种干扰因素的消除。
参考文献
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论文作者:黄文华
论文发表刊物:《基层建设》2016年36期
论文发表时间:2017/3/28
标签：技术论文; 滑坡论文; 火山论文; 位移论文; 地面论文; 测量论文; 特纳论文; 《基层建设》2016年36期论文;