遲瑤

摘 要：目前，InSAR技術在地質(zhì)災害方面的應用范圍越來越廣。利用該技術對大區(qū)域的連續(xù)變形進行觀測，能對區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)災害進行早期識別和探測。在配合高分辨率的光學遙感數(shù)據(jù)的情況下，可以對解譯成果進行地質(zhì)災害的分類、分級。隨著科技的快速發(fā)展，InSAR技術也將獲得更大的進步，在地質(zhì)災害預警以及調(diào)查方面將會彰顯出更大的應用潛力。

關鍵詞：InSAR技術;地質(zhì)災害;滑坡;崩塌;泥石流

中圖分類號：P642文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）07-0125-04

Application of InSAR Technology in Geological Hazard Survey in Aksu Area

CHI Yao

（China Geo-Engineering Corporation，Beijing 100089）

Abstract： At present， the application of InSAR technology in geological disasters was more and more widely. This technology can observe the continuous deformation of large areas and early identify and detect geological disasters in the region. With high-resolution optical remote sensing data， geological disasters can be classified and graded according to the interpretation results. With the rapid development of science and technology， InSAR technology will also make greater progress， showing greater application potential in geological disaster warning and investigation.

Keywords： InSAR technology;geological calamity;landslide;collapse;debris flow

1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境

1.1 交通位置

調(diào)查區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)中西部，天山山脈南部南坡，東西長約515 km、南北約280 km，地理坐標為東經(jīng)78°01′46.23″～84°02′09.50″，北緯40°05′51.68″～42°30′10.14″，總面積約59 067.4 km2。調(diào)查區(qū)內(nèi)分布有219國道、G217獨庫公路，區(qū)內(nèi)各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村及礦山有山路相通，其他交通條件較差。

1.2 氣象與水文

調(diào)查區(qū)處于歐亞大陸腹地，遠離海洋，屬于典型的大陸性干旱氣候。調(diào)查區(qū)大部分位于高山地區(qū)，氣候干燥，降雨稀少，蒸發(fā)強烈;多年平均氣溫為11.3 ℃，晝夜溫差達20 ℃，最高氣溫多在7月至8月，極端最高氣溫可達41 ℃，最低氣溫多在12月至來年1月，極端最低氣溫為-33.2 ℃。調(diào)查區(qū)的較大河流為阿克蘇河、渭干河、庫車河。

1.3 地質(zhì)條件

調(diào)查區(qū)地處天山山脈中段南麓、塔里木盆地北緣[1]，地勢總的特征是西北高東南低，地形起伏較大，相對高差較大。調(diào)查區(qū)地處天山地槽褶皺帶和塔里木地臺，在大地構造上屬于塔里木地臺一級構造單元。根據(jù)本區(qū)沉積建造、巖漿巖活動、深大斷裂構造等綜合特征，將本區(qū)構造單元劃分為兩個Ⅰ級構造單元、四個Ⅱ級構造單元、六個Ⅲ級構造單元（見表1）。

2 InSAR技術的應用

2.1 InSAR技術手段

合成孔徑雷達干涉（Synthetic Aperture Radar Interferometry，InSAR）技術是近年來發(fā)展起來的空間對地觀測技術，是傳統(tǒng)的SAR遙感技術與射電天文干涉技術相結合的產(chǎn)物。其具有全天時全天候探測、探測范圍廣、測量精度高、成本低等特點，是地質(zhì)災害監(jiān)測的有效工具，已成為國內(nèi)外地質(zhì)災害監(jiān)測、預警的重要手段[2]。

根據(jù)研究區(qū)的特殊地理位置和災害發(fā)育特征，本次監(jiān)測將使用的InSAR技術包括合成孔徑雷達差分干涉（Differential Synthetic Aperture Radar Interferometry，D-InSAR）技術和合成孔徑雷達干涉測量小基線集（Small Baseline Subset InSAR，SBAS-InSAR）技術。

D-InSAR技術是指通過SAR傳感器獲取同一區(qū)域的多幅影像，通過干涉處理去除其他分量的干擾，最終提取出地表的形變信息，如圖1所示。

SBAS-InSAR技術的基本原理是：對長時間序列上的一組SAR復數(shù)圖像，根據(jù)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，以降低噪聲，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變速率的最小范數(shù)最小二乘解[3]，如圖2所示。

2.2 地質(zhì)災害變形監(jiān)測

通過對監(jiān)測區(qū)進行地表變形動態(tài)監(jiān)測，提取地表變形速率和時間序列變形數(shù)據(jù)，圈定具有較大變形速率不穩(wěn)定斜坡，經(jīng)野外實地考察，驗證其可靠性，分析活動斜坡類型和典型斜坡空間及時間變形特征[4]。

2.2.1 滑坡變形特征及監(jiān)測內(nèi)容。①目標為處于變形發(fā)展階段的滑坡，年變形量為毫米至米級;②滑坡變形是三維變形，以沿坡向的整體矢量位移為主，兼具滑體表面不同部位的升降變形和局部的側向、反向變形;③滑坡變形InSAR監(jiān)測結果表現(xiàn)為高速率變形圖斑。由于雷達入射角和坡向坡度的組合關系，滑坡變形監(jiān)測結果的矢量信息需要綜合判定。

滑坡監(jiān)測分為區(qū)域滑坡識別和單體變形特征監(jiān)測。區(qū)域滑坡識別的內(nèi)容主要包括滑坡位置、規(guī)模、數(shù)量、與背景環(huán)境的速度差值、災害發(fā)育程度等。單體滑坡監(jiān)測的內(nèi)容主要包括滑坡范圍、滑坡變形量、滑坡不同部位的變形差異、滑坡變形發(fā)展過程和發(fā)展趨勢、基于變形特征和地質(zhì)條件分析滑坡成因機制和穩(wěn)定性[5]。

2.2.2 崩塌變形特征及監(jiān)測內(nèi)容。①監(jiān)測對象主要為潛在崩塌體或者危巖體;②監(jiān)測對象坡度陡，面積小，三維幾何特征明顯;③位移方向以整體下沉和傾向坡外為主;④變形范圍無明確形狀，SAR雷達波反射復雜。

崩塌監(jiān)測分為區(qū)域崩塌識別和單體變形特征監(jiān)測。區(qū)域崩塌識別的內(nèi)容主要包括崩塌（危巖體）的位置、分布、災害發(fā)育程度。單體崩塌監(jiān)測的內(nèi)容主要包括崩塌（危巖體）的范圍、變形量、位移方向、崩塌變形發(fā)展過程和發(fā)展趨勢、基于變形特征分析崩塌穩(wěn)定性。

2.2.3 泥石流變形特征及監(jiān)測內(nèi)容。①泥石流監(jiān)測應主要通過物源區(qū)變形的監(jiān)測完成，是多個斜坡變形體集合的反映，分布范圍廣，位置離散，變形量和位移方向差異大。②對于順溝道緩慢流動的泥石流，觀測到的流動方向為沿主溝的梯度方向。③物源區(qū)滑坡、崩塌多發(fā)，斜坡巖體破碎、物質(zhì)松散，通常變形速率較大，一般在10 mm/a以上。

泥石流監(jiān)測分為區(qū)域潛在泥石流溝的識別和單溝泥石流活動性監(jiān)測。區(qū)域潛在泥石流溝的識別，應在流域劃分的基礎上，根據(jù)InSAR觀測流域內(nèi)泥石流物源區(qū)或堆積區(qū)的變形特征和空間分布規(guī)律，結合泥石流的地質(zhì)條件進行綜合分析。

2.3 形變區(qū)分析

2.3.1 形變區(qū)提取。根據(jù)持久散射體（Persistent Scatterers，PS）點形變數(shù)據(jù)，以“形變范圍、整體形變速率、最大形變量”為依據(jù)，在整體區(qū)域上，考慮InSAR技術不可避免存在干涉誤差以及區(qū)域地震活動影響等因素，以年平均形變速率絕對值大于10 mm/a且局部連續(xù)進行分析提取。在針對毗鄰有居民生產(chǎn)生活的“相對高差大、人員難以到達”的高位斜坡區(qū)，若PS點形變量與周邊區(qū)域形變存在明顯差異，也進行分析提取。同時，對多期D-InSAR監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，提取形變反應明顯且較獨立的區(qū)域。通過上述工作，在監(jiān)測區(qū)域進行形變區(qū)提取。

2.3.2 形變區(qū)篩查。在上述提取的形變區(qū)基礎上，結合三維影像地圖，根據(jù)形變區(qū)所處的地貌部位、斜坡形態(tài)、地面坡度、相對高度以及“村鎮(zhèn)、學校、居民點、重要水利、交通干線、主要河流”等地質(zhì)災害重點威脅對象，利用區(qū)域內(nèi)已有的地理國情、基礎地理信息等成果數(shù)據(jù)進行形變區(qū)篩查。通過上述工作，從已提取的形變區(qū)中篩查出需要重點關注的形變區(qū)，確定為最終監(jiān)測發(fā)現(xiàn)的形變區(qū)。

2.3.3 形變程度劃分。統(tǒng)計分析監(jiān)測篩查形變區(qū)年平均形變速率，結合國內(nèi)InSAR技術相關研究及區(qū)域InSAR形變特征，在專家指導下，根據(jù)其分布特點將形變程度分為5級（見表2）。

2.3.4 形變區(qū)編號規(guī)則。將監(jiān)測篩查的形變區(qū)與區(qū)域內(nèi)已排查發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)災害隱患點進行空間位置關聯(lián)分析，并按照“縣域名+監(jiān)測期次+解譯編號+是否包含已知隱患點”進行編號命名，如和田縣朗如鄉(xiāng)（LRX）、第1期（01）、1號點（001）、包含已知隱患點（Y）/不包含已知隱患點（N），命名為LRX01001Y（N）。其中，包含已知隱患點（Y）表示InSAR形變區(qū)包含已知地災隱患點，空間位置有重疊;不包含已知隱患點（N）表示InSAR形變區(qū)不包含已知地災隱患點，空間位置不重疊。

3 野外驗證

野外驗證是地質(zhì)災害InSAR技術應用中一個非常重要的環(huán)節(jié)。首先，它可以獲取形變影像中解譯不清的部分信息，檢查不明或多解地物類型;其次，它可以對解譯工作進行全面驗證，對影像中不確定的圖斑進行逐一核實，保證準確度。

4 資料整理

野外驗證結束后，應及時進行野外資料整理，根據(jù)查證后的解譯標志進行地質(zhì)災害及孕災地質(zhì)背景的詳細解譯，修改初步解譯成果，對遺漏的地質(zhì)災害進行補充，使解譯成果客觀、全面、準確地反映監(jiān)測區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災害狀況。對調(diào)查中存在的不足，應及時安排野外補充調(diào)查工作。

5 結語

本次阿克蘇地區(qū)地質(zhì)災害調(diào)查項目利用了InSAR技術，基于區(qū)域內(nèi)InSAR監(jiān)測結果，并配合使用高分辨率光學遙感解譯，圈定發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災害點。重點針對InSAR變形明顯、光學影像有明顯威脅對象的地質(zhì)災害隱患和可能復活的地質(zhì)災害進行精細解譯，圈定災害范圍和威脅對象，為下一步的地質(zhì)災害調(diào)查提供精確信息。根據(jù)本文的研究分析可知，InSAR技術必將成為地質(zhì)災害調(diào)查中更加高效、精準、快捷的技術手段。

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