［關(guān)鍵詞］地質(zhì)災(zāi)害隱患；SBAS-InSAR；遙感

陜南秦巴山地是崩塌、滑坡、泥石流發(fā)育的重災(zāi)區(qū)，目前發(fā)現(xiàn)各類地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)7362處，嚴(yán)重威脅生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別是地質(zhì)災(zāi)害防治與管理的基礎(chǔ)，當(dāng)前地質(zhì)災(zāi)害防治工作面臨的困境是如何解決“隱患在哪里”這一難題。應(yīng)用傳統(tǒng)的單一地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查手段存在調(diào)查不全面、不詳細(xì)的問題，難以滿足地質(zhì)災(zāi)害防治工作需求。高分辨率光學(xué)遙感影像應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查監(jiān)測已取得豐富的成果[2，3]，借助遙感影像可快速獲取災(zāi)害形態(tài)、特征、范圍、規(guī)模類型以及災(zāi)害周圍環(huán)境，提升了工作效率，但對于形態(tài)特征不明顯，變形緩慢的地質(zhì)災(zāi)害隱患難以識(shí)別。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，InSAR（Interfero?metric Synthetic Aperture Radar）技術(shù)以全天時(shí)、高精度、大范圍、動(dòng)態(tài)持續(xù)的優(yōu)勢成為地面變形監(jiān)測的新手段。In?SAR技術(shù)通過提取同一地區(qū)不同期次雷達(dá)數(shù)據(jù)的相位信息，可以快速獲取大范圍毫米級(jí)地面變形監(jiān)測結(jié)果，已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別[4-7]。但對于植被覆蓋嚴(yán)重的區(qū)域，會(huì)造成雷達(dá)數(shù)據(jù)失相干，無法獲取有效監(jiān)測結(jié)果。

本研究使用綜合遙感技術(shù)開展商洛地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別，采用小基線集（SBAS-InSAR）技術(shù)方法對研究區(qū)內(nèi)形變信息進(jìn)行提取，同時(shí)結(jié)合光學(xué)遙感影像特征、基礎(chǔ)地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害等資料，盡可能地識(shí)別區(qū)內(nèi)具有威脅對象的滑坡或崩塌等地質(zhì)災(zāi)害隱患，并通過野外核查驗(yàn)證識(shí)別準(zhǔn)確率。研究成果可為在地質(zhì)災(zāi)害防治、管理、應(yīng)急提供技術(shù)支撐。

1. 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省東南部，秦嶺東段南麓、鄂豫陜?nèi)〗Y(jié)合部（東經(jīng)108°34'20″～111°1'25″，北緯33°2'30″～34°24'40″），東西長約229 km，南北寬約138km，總面積19594 km2。地勢西北高、東南低，87% 的地域面積為山地。地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、山嶺交錯(cuò)縱橫。散碎石巖分布廣泛，外露基巖主要為片巖、板巖、千枚巖、片狀灰?guī)r、白云巖、砂巖、侵入巖第四系結(jié)構(gòu)，巖體呈裂隙發(fā)育，風(fēng)化破碎，力學(xué)強(qiáng)度低。土層結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定，多為泥沙土[8]。研究區(qū)屬溫帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。年降水量約700 mm，歷年6～10月為汛期，滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。人類工程活動(dòng)較強(qiáng)烈，受限于地形地貌，區(qū)內(nèi)存在大量切坡建房、開挖坡腳現(xiàn)象，在降雨、地震等因素影響下，易發(fā)生滑坡。陡坡開墾，亦造成植被嚴(yán)重破壞，水土流失嚴(yán)重。

2. 數(shù)據(jù)處理與研究方法

2.1 SBAS-InSAR技術(shù)

SBAS-InSAR是通過設(shè)置一定的時(shí)空基線閾值對SAR影像進(jìn)行組合生成干涉圖集合，進(jìn)而增加了單個(gè)主影像條件下的干涉圖數(shù)量，降低了時(shí)空失相干對干涉圖質(zhì)量的影響[9]。技術(shù)流程為：首先設(shè)置時(shí)間基線與空間基線閾值，獲取M幅干涉圖，精密的配準(zhǔn)從影像與DEM，相位差分之后即可去除地形相位和平地相位，再選取相干性較高的點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行相位解纏。根據(jù)空間基線、時(shí)間基線與干涉相位估算線性形變速度、高程誤差與殘余相位。對殘余相位進(jìn)行空域低通和時(shí)域高通濾波處理分離出大氣相位。將大氣相位從殘余相位中去除，可以獲取非線性形變相位，將其與線性形變相加即可得到完整的形變相位，從而獲取累計(jì)形變。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

研究所用數(shù)據(jù)為覆蓋商洛市的Sentinel-1A 升軌數(shù)據(jù)，IW 數(shù)據(jù)模式，圖幅號(hào)為P84F105、P11F106，分辨率為5 m×20 m，影像覆蓋時(shí)間為2018 年1 月～2021 年5 月，共191景。影像配準(zhǔn)精度優(yōu)于0.2個(gè)像元。設(shè)置時(shí)間基線閾值為30天、空間基線閾值為150m組成干涉集合，設(shè)置多視比4：1對SLC數(shù)據(jù)進(jìn)行多視處理。選用小窗口對干涉相位進(jìn)行兩次濾波，濾波窗口分別為32和16，獲得濾波后的差分干涉圖。相位解纏前選用低相干性解纏閾值0.3生成掩膜文件，采用最小費(fèi)用流法對差分干涉相位進(jìn)行解纏。通過多項(xiàng)式擬合及時(shí)空域?yàn)V波的方式去除解纏相位大氣及線性趨勢項(xiàng)誤差。選取高質(zhì)量解纏圖基于SBASInSAR原理反演形變時(shí)間序列，并根據(jù)形變時(shí)間序列質(zhì)量查找解纏圖在時(shí)間上連接是否存在問題并作進(jìn)一步精化，獲得地表形變時(shí)間序列。

2.3 光學(xué)遙感影像解譯

滑坡體平面形態(tài)一般呈舌形、簸箕狀、圈椅狀、鏟狀等。老滑坡影像主色調(diào)呈土黃色、黑褐色，有零星植被覆蓋，紋理較為粗糙，部分老滑坡體侵蝕嚴(yán)重，坡體有沖溝（圖1）。新滑坡體影像主色調(diào)呈灰白色，顏色稍亮。植被不發(fā)育，滑坡周界明顯，影像上可以看到整體表層已完全滑落（圖2）。部分滑坡體可見雙溝同源、滑坡臺(tái)階、封閉洼地等地貌特征，后緣有拉張裂隙，坡面有裂縫，坡體下方由于擠壓形成鼓丘?？梢酝ㄟ^多時(shí)相影像對比分析，判斷滑坡的形成過程及變化趨勢。崩塌多發(fā)生于陡坡地形，崩塌后壁清晰可見，顏色與坡體巖性有關(guān)，一般呈淺色調(diào)，與周圍環(huán)境有明顯區(qū)別，崩塌面無植被覆蓋，影紋粗糙，高精度遙感影像上可辨識(shí)坡腳處堆積的崩塌體破碎形成的碎塊（圖3）。

3. 結(jié)果與分析

3.1 地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別

采用SBAS-InSAR 技術(shù)對覆蓋研究區(qū)的Sentinel-1A數(shù)據(jù)時(shí)間序列影像集進(jìn)行處理，獲取研究區(qū)域的地表形變特征如圖4所示。研究區(qū)內(nèi)地表形變異常點(diǎn)在空間分布上具有明顯的不均勻性，主要集中在山體陡坡、坡耕地、采石采礦等區(qū)域。將形變速度大于20 mm/y的區(qū)域提取出來，作為InSAR識(shí)別出的明顯形變區(qū)。將形變區(qū)疊加到高分辨率遙感影像上，判別其是否符合隱患特征，并通過多期次影像對比，分析坡體是否具有變形跡象，重點(diǎn)關(guān)注有房屋、道路、工程設(shè)施等威脅對象的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)。

根據(jù)InSAR結(jié)果共提取明顯形變區(qū)112處，通過綜合遙感識(shí)別，識(shí)別出疑似地質(zhì)災(zāi)害隱患72處。通過野外核查，按照活動(dòng)跡象、形態(tài)特征、致災(zāi)條件等，確定地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)為44處，隱患點(diǎn)分布見圖5。其中，滑坡38處，崩塌6處，其余均為較穩(wěn)定的自然斜坡，識(shí)別準(zhǔn)確率61.1%。

基于野外調(diào)查結(jié)果分析，區(qū)內(nèi)隱患規(guī)模以小型為主，中型規(guī)模有4處，滑坡3處，崩塌1處。對區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的坡度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，區(qū)內(nèi)滑坡隱患發(fā)生在坡度為30°～40°的陡坡有20處，40°～50°的急坡有10處，陡坡和急坡發(fā)育的滑坡隱患數(shù)目占比78.9%；區(qū)內(nèi)崩塌隱患主要發(fā)生在坡度為40～50°的急坡。對區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的坡向進(jìn)行分析，滑坡隱患集中分布在東（67.5°～112.5°）、東南（112.5°～157.5°）、南（157.5°～202.5°）方向，占滑坡隱患總數(shù)的63.2%；崩塌隱患主要分布在西（247.5°～292.5°）方。按照坡向與陰陽坡的關(guān)系，隱患點(diǎn)主要分布在半陰坡、陽坡和半陽坡。值得注意，區(qū)內(nèi)有2處隱患點(diǎn)坡腳處存在大量切坡建房情況，由于開挖地基，底部基巖被掏空，上部基巖在重力作用下，容易順層發(fā)生崩落滑塌。有19處隱患點(diǎn)坡體上有耕種活動(dòng)。人類工程活動(dòng)易引發(fā)斜坡失穩(wěn)，要注意此類隱患的識(shí)別。

3.2龍王廟村滑坡隱患

龍王廟村滑坡隱患點(diǎn)位于商洛市丹鳳縣土門鎮(zhèn)龍王廟村，從圖6、7中可以看出，該滑坡在光學(xué)影像上具有比較明顯的形態(tài)特征，整體呈舌形，前緣堆積物已被開墾為耕地，InSAR形變特征顯示，下部形變量大，特別是坡體前緣堆積物上，形變點(diǎn)為黑紅色，整體滑動(dòng)方向?yàn)闁|南向，InSAR時(shí)序結(jié)果顯示，2018年1月～2021年5月滑坡隱患點(diǎn)累積形變量達(dá)-76.22 mm（圖8）。

無人機(jī)航攝照片上滑坡形態(tài)較為清晰（圖9），與光學(xué)遙感影像較為一致，滑坡運(yùn)動(dòng)方向也一致。經(jīng)現(xiàn)場核查，滑坡平面形態(tài)呈圈椅狀（見圖10），滑坡前緣高程為588m，后緣高程636m，相對高差48m，坡度為30°～50°，主滑方向?yàn)?10°，長度約為50m，寬度約為50m，平均厚度為3m，估算體積約為7500m3，屬于小型滑坡。坡體底部基巖裸露，為綠泥鈉長片巖，產(chǎn)狀25°∠40°，坡向310°，坡度40°。村民房屋裂縫情況嚴(yán)重，屋內(nèi)屋外皆有裂縫，一般為1cm，最寬可達(dá)3cm，其南北向承重墻上多出現(xiàn)裂縫，多數(shù)裂縫發(fā)生在2018年左右。同時(shí)，周邊路面也出現(xiàn)裂縫，且有巖石崩落。該滑坡活動(dòng)性強(qiáng)，危險(xiǎn)性高，由于雨水的浸潤作用，巖石順層滑動(dòng)的可能性大大增加，容易導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

4. 結(jié)論與展望

4.1結(jié)論

研究采用InSAR+光學(xué)的綜合遙感技術(shù)進(jìn)行商洛地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別。對隱患點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)地驗(yàn)證，并從規(guī)模、坡度、坡向方面總結(jié)了研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的分布特點(diǎn)，最后以龍王廟村滑坡隱患作為典型案例詳細(xì)論述了地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別的過程。研究結(jié)果表明：（1）研究采用C波段Sentinel-1A數(shù)據(jù)進(jìn)行InSAR形變反演，根據(jù)In?SAR結(jié)果共提取明顯形變區(qū)112處，通過綜合遙感識(shí)別，解譯疑似地質(zhì)災(zāi)害隱患72處，野外核查確認(rèn)地質(zhì)災(zāi)害隱患44 處，識(shí)別準(zhǔn)確率61.1%。這說明研究區(qū)采用C 波段Sentinel-1A數(shù)據(jù)開展InSAR解譯是可行的，采用InSAR+光學(xué)的地質(zhì)災(zāi)害隱患綜合遙感識(shí)別方法是有效的，為地質(zhì)災(zāi)害防治提供了新的技術(shù)手段。（2）區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患規(guī)模以小型為主，主要發(fā)生在坡度40°～50°范圍內(nèi)的半陰坡、陽坡和半陽坡。（3）識(shí)別出的地質(zhì)災(zāi)害隱患中有2處隱患點(diǎn)坡腳處存在大量切坡建房情況，有19處隱患點(diǎn)坡體上有耕種活動(dòng)。人類工程活動(dòng)易引發(fā)斜坡失穩(wěn)，要加強(qiáng)對此類地質(zhì)災(zāi)害隱患的持續(xù)監(jiān)測。

研究取得了一定成果，但也具有以下不足。一是研究區(qū)屬于陜南秦巴山地，植被茂密，導(dǎo)致C波段數(shù)據(jù)穿透性不足，嚴(yán)重影響相干性，主要體現(xiàn)在當(dāng)相干性閾值選擇較高時(shí)，形變成果可靠性高但選點(diǎn)過少，大量地區(qū)無法獲得測量值，反之則會(huì)導(dǎo)致部分區(qū)域的形變成果可靠性變低。二是Sentinel-1A數(shù)據(jù)分辨率約為20m，但研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型以松散層滑坡為主，規(guī)模往往較小，難以發(fā)現(xiàn)。

4.2展望

相比C波段，L波段波長較長，更易穿透植被獲取地面信息，今后可開展使用L波段衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行研究區(qū)InSAR形變信息提取的研究，以期提升地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別的準(zhǔn)確率。

考慮到人類工程活動(dòng)是地質(zhì)災(zāi)害的主要誘發(fā)因素，今后可嘗試運(yùn)用空間分析技術(shù)提取研究區(qū)內(nèi)切坡建房和陡坡開墾的坡耕地信息，在這些人類工程活動(dòng)較頻繁的區(qū)域進(jìn)行InSAR形變反演，可以大大減少數(shù)據(jù)處理的工作量，并能夠提取到更多的“有效形變區(qū)”，從而達(dá)到提升地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別的效率和準(zhǔn)確率的目的。