迟瑶

摘 要：目前，InSAR技术在地质灾害方面的应用范围越来越广。利用该技术对大区域的连续变形进行观测，能对区域内的地质灾害进行早期识别和探测。在配合高分辨率的光学遥感数据的情况下，可以对解译成果进行地质灾害的分类、分级。随着科技的快速发展，InSAR技术也将获得更大的进步，在地质灾害预警以及调查方面将会彰显出更大的应用潜力。

关键词：InSAR技术;地质灾害;滑坡;崩塌;泥石流

中图分类号：P642文献标识码：A文章编号：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 區域地质环境

1.1 交通位置

调查区位于新疆维吾尔自治区中西部，天山山脉南部南坡，东西长约515 km、南北约280 km，地理坐标为东经78°01′46.23″～84°02′09.50″，北纬40°05′51.68″～42°30′10.14″，总面积约59 067.4 km2。调查区内分布有219国道、G217独库公路，区内各乡、镇、村及矿山有山路相通，其他交通条件较差。

1.2 气象与水文

调查区处于欧亚大陆腹地，远离海洋，属于典型的大陆性干旱气候。调查区大部分位于高山地区，气候干燥，降雨稀少，蒸发强烈;多年平均气温为11.3 ℃，昼夜温差达20 ℃，最高气温多在7月至8月，极端最高气温可达41 ℃，最低气温多在12月至来年1月，极端最低气温为-33.2 ℃。调查区的较大河流为阿克苏河、渭干河、库车河。

1.3 地质条件

调查区地处天山山脉中段南麓、塔里木盆地北缘[1]，地势总的特征是西北高东南低，地形起伏较大，相对高差较大。调查区地处天山地槽褶皱带和塔里木地台，在大地构造上属于塔里木地台一级构造单元。根据本区沉积建造、岩浆岩活动、深大断裂构造等综合特征，将本区构造单元划分为两个Ⅰ级构造单元、四个Ⅱ级构造单元、六个Ⅲ级构造单元（见表1）。

2 InSAR技术的应用

2.1 InSAR技术手段

合成孔径雷达干涉（Synthetic Aperture Radar Interferometry，InSAR）技术是近年来发展起来的空间对地观测技术，是传统的SAR遥感技术与射电天文干涉技术相结合的产物。其具有全天时全天候探测、探测范围广、测量精度高、成本低等特点，是地质灾害监测的有效工具，已成为国内外地质灾害监测、预警的重要手段[2]。

根据研究区的特殊地理位置和灾害发育特征，本次监测将使用的InSAR技术包括合成孔径雷达差分干涉（Differential Synthetic Aperture Radar Interferometry，D-InSAR）技术和合成孔径雷达干涉测量小基线集（Small Baseline Subset InSAR，SBAS-InSAR）技术。

D-InSAR技术是指通过SAR传感器获取同一区域的多幅影像，通过干涉处理去除其他分量的干扰，最终提取出地表的形变信息，如图1所示。

SBAS-InSAR技术的基本原理是：对长时间序列上的一组SAR复数图像，根据一定的基线约束条件进行分组，通过控制空间基线的长度来提高干涉图的相干性，对差分干涉图进行多视处理，以降低噪声，提取高相干性单元，然后使用奇异值分解法，求得影像序列间地表变速率的最小范数最小二乘解[3]，如图2所示。

2.2 地质灾害变形监测

通过对监测区进行地表变形动态监测，提取地表变形速率和时间序列变形数据，圈定具有较大变形速率不稳定斜坡，经野外实地考察，验证其可靠性，分析活动斜坡类型和典型斜坡空间及时间变形特征[4]。

2.2.1 滑坡变形特征及监测内容。①目标为处于变形发展阶段的滑坡，年变形量为毫米至米级;②滑坡变形是三维变形，以沿坡向的整体矢量位移为主，兼具滑体表面不同部位的升降变形和局部的侧向、反向变形;③滑坡变形InSAR监测结果表现为高速率变形图斑。由于雷达入射角和坡向坡度的组合关系，滑坡变形监测结果的矢量信息需要综合判定。

滑坡监测分为区域滑坡识别和单体变形特征监测。区域滑坡识别的内容主要包括滑坡位置、规模、数量、与背景环境的速度差值、灾害发育程度等。单体滑坡监测的内容主要包括滑坡范围、滑坡变形量、滑坡不同部位的变形差异、滑坡变形发展过程和发展趋势、基于变形特征和地质条件分析滑坡成因机制和稳定性[5]。

2.2.2 崩塌变形特征及监测内容。①监测對象主要为潜在崩塌体或者危岩体;②监测对象坡度陡，面积小，三维几何特征明显;③位移方向以整体下沉和倾向坡外为主;④变形范围无明确形状，SAR雷达波反射复杂。

崩塌监测分为区域崩塌识别和单体变形特征监测。区域崩塌识别的内容主要包括崩塌（危岩体）的位置、分布、灾害发育程度。单体崩塌监测的内容主要包括崩塌（危岩体）的范围、变形量、位移方向、崩塌变形发展过程和发展趋势、基于变形特征分析崩塌稳定性。

2.2.3 泥石流变形特征及监测内容。①泥石流监测应主要通过物源区变形的监测完成，是多个斜坡变形体集合的反映，分布范围广，位置离散，变形量和位移方向差异大。②对于顺沟道缓慢流动的泥石流，观测到的流动方向为沿主沟的梯度方向。③物源区滑坡、崩塌多发，斜坡岩体破碎、物质松散，通常变形速率较大，一般在10 mm/a以上。

泥石流监测分为区域潜在泥石流沟的识别和单沟泥石流活动性监测。区域潜在泥石流沟的识别，应在流域划分的基础上，根据InSAR观测流域内泥石流物源区或堆积区的变形特征和空间分布规律，结合泥石流的地质条件进行综合分析。

2.3 形变区分析

2.3.1 形变区提取。根据持久散射体（Persistent Scatterers，PS）点形变数据，以“形变范围、整体形变速率、最大形变量”为依据，在整体区域上，考虑InSAR技术不可避免存在干涉误差以及区域地震活动影响等因素，以年平均形变速率绝对值大于10 mm/a且局部连续进行分析提取。在针对毗邻有居民生产生活的“相对高差大、人员难以到达”的高位斜坡区，若PS点形变量与周边区域形变存在明显差异，也进行分析提取。同时，对多期D-InSAR监测数据进行对比分析，提取形变反应明显且较独立的区域。通过上述工作，在监测区域进行形变区提取。

2.3.2 形变区筛查。在上述提取的形变区基础上，结合三维影像地图，根据形变区所处的地貌部位、斜坡形态、地面坡度、相对高度以及“村镇、学校、居民点、重要水利、交通干线、主要河流”等地质灾害重点威胁对象，利用区域内已有的地理国情、基础地理信息等成果数据进行形变区筛查。通过上述工作，从已提取的形变区中筛查出需要重点关注的形变区，确定为最终监测发现的形变区。

2.3.3 形变程度划分。统计分析监测筛查形变区年平均形变速率，结合国内InSAR技术相关研究及区域InSAR形变特征，在专家指导下，根据其分布特点将形变程度分为5级（见表2）。

2.3.4 形变区编号规则。将监测筛查的形变区与区域内已排查发现的地质灾害隐患点进行空间位置关联分析，并按照“县域名+监测期次+解译编号+是否包含已知隐患点”进行编号命名，如和田县朗如乡（LRX）、第1期（01）、1号点（001）、包含已知隐患点（Y）/不包含已知隐患点（N），命名为LRX01001Y（N）。其中，包含已知隐患点（Y）表示InSAR形变区包含已知地灾隐患点，空间位置有重叠;不包含已知隐患点（N）表示InSAR形变区不包含已知地灾隐患点，空间位置不重叠。

3 野外验证

野外验证是地质灾害InSAR技术应用中一个非常重要的环节。首先，它可以获取形变影像中解译不清的部分信息，检查不明或多解地物类型;其次，它可以对解译工作进行全面验证，对影像中不确定的图斑进行逐一核实，保证准确度。

4 资料整理

野外验证结束后，应及时进行野外资料整理，根据查证后的解译标志进行地质灾害及孕灾地质背景的详细解译，修改初步解译成果，对遗漏的地质灾害进行补充，使解译成果客观、全面、准确地反映监测区内的地质灾害状况。对调查中存在的不足，应及时安排野外补充调查工作。

5 结语

本次阿克苏地区地质灾害调查项目利用了InSAR技术，基于区域内InSAR监测结果，并配合使用高分辨率光学遥感解译，圈定发生滑坡、崩塌等地质灾害点。重点针对InSAR变形明显、光学影像有明显威胁对象的地质灾害隐患和可能复活的地质灾害进行精细解译，圈定灾害范围和威胁对象，为下一步的地质灾害调查提供精确信息。根据本文的研究分析可知，InSAR技术必将成为地质灾害调查中更加高效、精准、快捷的技术手段。

参考文献：

[1]朱郭勤.普通数码相机在隧道变形监测中的应用研究[D].四川：西南交通大学，2012：42.

[2]黄洁慧，谢谟文.地质灾害监测星载SAR卫星数据源参数选取研究[J].地球物理学进展，2019（6）：2169-2172.

[3]何勇.InSAR技术在地质灾害调查中的运用研究[J].科学与信息化，2020（25）：23.

[4]张毅.基于InSAR技术的地表变形监测与滑坡早期识别研究—以白龙江流域中游为例[D].甘肃：兰州大学，2018：21.

[5]杨文喜.星载InSAR技术在滑坡地质灾害专业监测预警中的精度分析[J].资源导刊，2020（8）：26-28.