基于InSAR技术在滑坡隐患监测中的探索

期刊: 建筑监督检测与造价 DOI: PDF下载

魏朝娟

湖北省地质局第六地质大队,湖北 孝感 432000

摘要

InSAR是近年来微波遥感发展的重要方向,被广泛应用在滑坡监测当中,具有较强的技术优势,能切实保障检测结果的高效性与准确性。与传统检测方法相比,InSAR具有全天候性和大范围性,能满足实际监测需要。本文以InSAR技术为核心,基于InSAR技术在滑坡隐患监测中的探索应用展开分析,重在探索有效方式方法,发挥InSAR技术最大优势,全方位监测滑坡隐患。


关键词

InSAR技术;滑坡隐患;监测;原理;应用策略

正文


一、InSAR技术概述

(一)InSAR技术定义

InSAR技术是指合成孔径雷达干涉,是近几年社会发展下所形成的一种微波遥感技术,目前在实际应用的过程中,主要以地形制图,生成大概为高精度的数字高程模型以及坡度测量为主,并在此基础上整合了动态变化的高灵敏度、高空间分辨率以及宽覆盖率,使得InSAR技术在火山监测、地表下陷监测、山体滑坡监测以及地震形变监测等具有着极为重要的积极意义。其主要应用原理是通过发射和接收两个雷达脉冲来对检测地区进行监测,通过对比两个脉冲的相位差来获得地表形变信息。该技术最早源于上世纪70年代,研究人员通过着重分析其理论和数值模拟来探讨InSAR技术的基本概念,信号处理方法和成像算法。于上世纪90年代进行地面实验验证,并评估InSAR技术的实际应用能力。多个地区在不同时期分别建设了多次实验(如表1所示),在卫星高度、分辨率和扫描宽度等方面中有着明确的数据依据,由此可证明InSAR在滑坡监测中有着极为重要的积极作用。

1:主要的雷达卫星系统

发射国家

发射时间

卫星高度/km

分辨率/m

扫描宽度/km

欧空局

1991

782~785

30

102.5

俄罗斯

1991

300

15~30

45

日本

1992

568

18

75

加拿大

1995

782~785

30

102.5

欧空局

2002

799.5

30

50~100

(二)InSAR技术特点

InSAR技术具有高精准度、高灵敏性、高分辨率以及较强抗干扰能力等特点,能充分满足多样化的应用需求使其能灵活监测不同地区的地质灾害,进而达到有效预防作用。首先,从高精准度特点来说,InSAR技术整合了多元技术能够根据平行基线来排除大气干扰以及其他因素所造成的地形误差使其能真实准确反馈出地形的实际变化情况。其较高的灵敏度和分辨率能帮助监测人员快速捕捉地表微小的形变变化,以此来准确判断滑坡等自然灾害发生,在此基础上及时采取有效的预警及防护措施,降低滑坡等自然灾害的影响。同时,还可对其展开长期性的监测,以便更好捕捉地形变化的微小信息,为降低滑坡等自然灾害影响争取宝贵时间。

二、基于InSAR技术在滑坡隐患监测中的应用意义

在近些年工业社会的迅猛发展下,使得各类自然灾害频繁发生土地滑坡作为一种常见的地质灾害,对人民生命财产安全具有着极为严重的影响。为进一步保障社会和谐安定,人民生命财产安全需加大对滑坡等自然灾害的监测以及防护力度。准确识别并有效监测滑坡现象是展开滑坡预警以及防灾救灾的重要基础前提,是降低滑坡等自然灾害所造成的生命财产安全影响的基础措施。而InSAR技术可以切实满足这一要求,准确识别并有效监测滑坡现象的同时,为其提供科学准确的参考依据,使其能高精准度、小范围的展开滑坡监测。进而保障滑坡预警,防范救灾的精准性和有效性。InSAR技术具有高精度、大范围、高频率等特性,在滑坡等地质灾害识别与监测中有着极为重要的积极作用,能帮助检测人员及时获取高精度的地表位移和形变信息,并在前期微小变化中做出快速决策,进行科学预防,可最大限度降低滑坡等自然灾害影响[1]

三、基于InSAR技术在滑坡隐患监测中的应用路径

(一)滑坡体识别与边界确定

滑坡体识别与边界确定是InSAR技术在滑坡识别中的主要应用路径,其核心目的在于快速确定滑坡体位置和滑坡边界范围,使其在此基础上展开精准的防控工作,降低滑坡影响,保障人民生命条件安全。滑坡作为我国十分常见的地质灾害,早期识别和有效监测能够最大效率开展高质量的防护救援工作,降低灾害损失,减少灾害影响。合成孔径雷达干涉测量技术InSAR由于其自身的高分辨率、大范围和全天时和全天候的工作能力,使得InSAR技术在我国滑坡识别中有着极为重要的监测意义。就以云应地区INSAR监测实例为基础进行深度分析,可将InSAR监测成果和影像图与已发现地灾点、InSAR发现疑似地灾点分别叠加显示(如图1所示)。并对应相应地区确定滑坡范围及具体边界,同时具象反映滑坡灾害风险等级。通过长时间的序列InSAR监测来准确识别并判断滑坡体的形变特征,具象观察并了解滑坡体的具体滑动过程、变化趋势以及潜在的安全隐患。

 

1 云应地区INSAR监测

在实际监测的过程中主要发布两个或多个雷达平台干涉信号,由此来获取地标形变数据,并根据干涉信号中的相关信息来获取地表的形变值,根据前后数据变化来定量评估滑坡的变形程度。并以此为基础,根据所获得的干涉数据生成立体的滑坡体三维结构模型(如图2),由此演变出滑坡的形成机制和演化过程。从中真实反映滑坡体的地质模型、电磁波传播模型、形变量形变速率等地表形变参数,同时还能准确勾勒出滑坡体的具体滑坡范围,范围捕捉其边界微弱的形变梯度变化。

 

2 应城市某地区地面塌陷

(二)滑坡位移与形变监测

在滑坡灾害识别监测的过程中,InSAR技术可定期获取滑坡体的雷达影像数据,并以数据为基础对数据进行差分干涉处理,得到滑坡体不同部位在不同时间的位移矢量情况,以此来反映出滑坡体内部的变形规律,判断滑坡体加速变形位置和阶段。并在此基础上,结合地形、地质结构等相关地理数据,深入分析滑坡体位移和形变原因,了解滑坡体、滑坡类型以及滑坡范围,根据实际情况制定相对应的防范措施,以此来达到有效干预效果。就以三峡库区滑坡体为例,在实际监测的过程中,通过对三峡过去和或者进行高精度高分辨率的InSAR监测,可准确发现三峡库区某区域所存在的潜在滑坡隐患,通过对该区域变形形变监测可发现该区域在短时间内发生了显著的沉降变化,结合相关数据信息,监测人员从中判断该滑坡体已进入失稳状态并及时发布预警信息,有效降低了人员伤亡和财产损失[2]

(三)滑坡活动趋势预测

InSAR技术可准确识别滑坡活动趋势,并结合实际情况展开有效预测,从而做出科学的防范措施,最大限度降低滑坡等自然灾害的影响,保障地质安全及人民生命财产安全。。在实际应用的过程中,监测人员可利用InSAR技术对滑坡体展开持续性的地表形变监测,实时获取各时间变化下的地表形变数据,以数据为基础构建时间序列模型。根据模型反馈出滑坡体在不同季节,不同气候条件下的变化规律。同时,在实际识别的过程中还可将InSAR技术与数值模拟方法进行结合,将所获取的形变数据信息输入到滑坡模型当中,以生成三维立体模型来科学演变滑坡的活动趋势,增强滑坡活动预测的科学性与准确性,以直观可视化的演变过程帮助相关人员了解滑坡体所蕴含的巨大安全风险,以此来提高相关人员解决已提前制定相应的应对措施[3]

四、基于InSAR技术在滑坡隐患监测中的应用体现

(一)滑坡灾害风险评估

滑坡灾害风险评估是InSAR技术在滑坡隐患监测中的主要应用体现,可通过InSAR技术高,精准获取地表的微小型电信息,以此作为依据评估滑坡风险等级,并根据将军的地质情况信息滑坡风险成因以及演变趋势,以此来确定潜在的滑坡区域,对其加以科学预防。随着工业社会的迅猛发展,长期的地质作用和人类活动导致身体内部应力产生明显变化,并具体反馈在地表形变信息上,通过运用InSAR技术及时捕捉相应警电信息对滑坡灾害风险进行科学评估,能根据实际风险情况制定科学可行的风险预警机制,并采取相对应的风险防范措施,以此来降低滑坡风险影响在实际监测的过程中,还可根据相应技术使其能够形成三维立体模型,根据模型的具象反馈情况,科学反映滑坡区域的实际地表形变信息,在云应地区INSAR监测实例中就以清晰明确的方式显示形变信息以及具体的滑坡范围和滑坡等级(如图3所示)。以此为依据生成判别结果(如表2所示)。不同的地质结构对滑坡的敏感性不同,松散的沙土质地层缺乏应力,很容易在外界因素的干预影响下,如人类活动大规模降雨等产生滑坡,且滑坡几率远远大于相较于坚硬的花岗岩地层。在实际监测的过程中,还要运用InSAR技术准确识别监测区域的地形信息,以相关的地形地质信息为依据展开风险识别评估。

2 解析依据及判别结果

解析依据

判别结果

坡体植被覆盖连续性良好,地板完整,存有建筑物

可能存在滑坡区域

地层无破坏现象,道路连续性良好

可能存在滑坡区域

坡体植被覆盖连续性良好,地层完整

可能存在滑坡区域

坡体呈土黄色的表面有岩石裸露,植被覆盖稀少,坡体呈弧形,侧面有冲沟发育

滑坡区

色调异常,透壁呈圈椅状并发育有滑坡台阶,前缘有碎屑,坡底下凹

滑坡区

坡体完整无破坏现象

可能存在滑坡区域

 

 

3 应城市某地区地面塌陷

(二)辅助减灾决策制定

InSAR技术在辅助减灾决策制定中有着极为重要的监测识别价值。地质监测的核心目的在于及时发现地质的相关变化信息,并以此为依据,采取相对应的安全防护措施,降低地质风险影响,保障人民生命财产安全,维系社会和谐安定。而滑坡作为我国常见的地质灾害风险,受地形地势因素以及人类活动等相关因素影响,使得滑坡灾害极易发生,不仅严重影响生产生活更严重危害人们的生命财产安全。制定科学可行的减灾决策是保障人民生命财产安全的重要基础,更是开展地质相关工作的核心目标。通过以此为基础,应用InSAR技术,对监测区域展开全天候持续性的动态在线监测,及时掌握滑坡的具体发展趋势,预测滑坡体的滑坡范围和滑坡程度,评估滑坡灾害的风险等级。根据等级采取相对应的防控措施,并在防控的过程中结合滑坡体的具体情况,制定相对应的干预对策,以最大限度减少滑坡影响,降低滑坡隐患来避免人员伤亡[4]

五、基于InSAR技术在滑坡隐患监测中的应用前景

通过研究可以发现InSAR技术有着十分广泛的应用前景,需要监测人员立足现有研究结果展开持续性的研究分析,以不断优化InSAR技术,拓展InSAR技术在滑坡隐患监测中的有效应用路径来发挥InSAR技术价值,使其能最大限度降低风险,实时掌握滑坡隐患的实际动态信息,与科学做出相应预防措施来保障地质安全。通过在此基础上,结合时代发展趋势,整合新一代数字技术,增强InSAR技术在滑坡隐患监测中的应用价值,以实时在线检测、动态远程检测来提高监测效率,保障监测精度,使其能得到进一步发展。立足现在,展望未来,相信InSAR技术在滑坡隐患监测中能取得更好的应用成效,提高我国整体的地质监测水平[5]

总结

总而言之,InSAR技术在滑坡隐患监测中有着不可代替的重要作用,随着近些年的科技发展,技术进步,使得InSAR技术也越发完善,并广泛运用在我国的各项地质检测领域当中,可有效保障我国地质安全,减少地质灾害带来的生命财产损失,保障人民生命财产安全。

参考文献:

[1]马朋序,高瑞.基于InSAR技术的潘家庄镇与青山镇滑坡隐患监测及成因分析[J].贵州地质,2025,42(01):76-81.

[2]陶昶旭,张永双,任三绍.InSAR技术在滑坡识别与监测中的应用研究进展[J].中国地质,2025,52(02):513-526.

[3]曾斌,刘诗雅,董琦,.联合PS-InSARSBAS-InSAR的鄂西山区滑坡隐患识别——以长阳县清江流域为例[J].安全与环境工程,2024,31(02):202-212.

[4]蔡建澳,明冬萍,赵文祎,.基于综合遥感的察隅县滑坡隐患识别及致灾机理分析[J].自然资源遥感,2024,36(01):128-136.

[5]朱建军,胡俊,李志伟,.InSAR滑坡监测研究进展[J].测绘学报,2022,51(10):2001-2019.


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