1、“十三五”以来，随着“除险安居”三年行动等各类消除地质灾害点工作的深入推进，浙江省在地质灾害防治上取得了一系列成果1；但随着山区经济的快速发展，建设活动增多，在一定程度上增加了地质灾害产生的风险，因自然或人为因素导致地质灾害、造成大量损失的现象还是时有发生，且对已治理过的地质灾害点或有可能发展为地质灾害点的区域仍缺乏长期有效的监测和预测手段。常规精密水准、全站仪和GPS等测绘技术，由于基于点观测且自动化程度低，无法对浙江省全域形变场和时空演化模式进行一盘棋、系统把控，因此急需一种可获取历史地表变形数据，全面、客观定量评估地质灾害易发区域状态，应用于地质灾害排查与识别评价中，可提升地质灾害防控水
2、平的新方法。合成孔径雷达干涉技术（InSAR）是一种穿透能力强2，可获取地形高程数据和测量地表微形变，具有全天候全天时、高分辨率、广覆盖、高时间重返特征的观测手段，可有效弥补常规地面测量漏测和复测等问题3，已在诸多应用中得到展现。例如，Komac指出了永久散射体干涉合成孔径雷达技术的缺陷，采用星载InSAR结合GPS对现场滑坡灾害进行比较，评估了边坡运动监测方面的一致性；Intrieri等利用45幅Sentinel-1星载SAR影像分析得出茂县滑坡边坡破坏的前兆，检测到卫星视线范围内的最大位移速率为27 cm/a；王腾利用40景星载InSAR影像对巴东新城区进行变形监测发现，时间序列星载InS
3、AR技术能有效基于InSAR的地质灾害早期识别与监测技术研究摘要：响应当前地质灾害防治迫切需要一种大范围、高精度、周期性监测管理手段的需求，开展星载InSAR技术在地质灾害早期识别和监测中的应用研究。对植被覆盖区域InSAR数据处理算法进行优化，通过形变时序信息分析地表异常形变趋势，为地质灾害早期识别与监测提供客观的定量数据，以提高地质灾害点管理效率，减少实地观察的人工和风险。相关经验对国内类似项目的开展具有重要参考意义。关键词：地质灾害；InSAR；地表形变；早期识别；技术研究中图分类号：P231文献标志码：B文章编号：1672-4623（2023）03-0044-05Research on
4、 Early Identification and Monitoring Technology ofGeological Disaster Based on InSARYU Huafen1,WU Di1,WANG Jianguang1,ZHOU Wei2(1.Zhejiang Institute of Surveying and Mapping Science and Technology,Hangzhou 311100,China;2.Aerospace Information Innovation Research Institute,ChineseAcademy of Sciences,
5、Beijing 100094,China)Abstract:In response to the urgent need for a large-scale,high-precision and periodic monitoring and management means for the prevention andcontrol of geological disasters,we carried out the application research of spaceborne InSAR technology in the early identification and moni
6、toringof geological disasters,optimized the InSAR data processing algorithm in the vegetation coverage area,and analyzed the surface abnormal defor-mation trend through the deformation time series information,which could provide objective quantitative data for early identification and moni-toring of
7、 geological disasters,improve the management efficiency of geological disaster points,and reduce the labor and risk of field observation.Relevant experience has important reference significance for the development of similar projects in China.Key words:geological disaster,InSAR,surface deformation,e
8、arly identification,technical research收稿日期：2021-11-05；修回日期：2021-12-20。项目来源：浙江省自然资源厅科技资助项目（2020-46）。第一作者简介：余华芬（1981），正高职高级工程师，主要研究方向为摄影测量与遥感技术应用，E-mail：。通信作者：汪建光（1963），正高职高级工程师，现从事摄影测量与遥感、地理国情监测、自然资源监测等工作，E-mail：。引文格式：余华芬,吴迪,汪建光,等.基于InSAR的地质灾害早期识别与监测技术研究J.地理空间信息,2023,21(3):44-48.doi:10.3969/j.issn.16
9、72-4623.2023.03.010Mar.,2023Vol.21,No.3地 理 空 间 信 息GEOSPATIAL INFORMATION2023 年 3 月第21卷第 3 期（1.浙江省测绘科学技术研究院，浙江 杭州 311100；2.中国科学院 空天信息创新研究院，北京 100094）余华芬1，吴迪1，汪建光1*，周伟2第21卷第3期监测该区域的两个滑坡；史绪国等对三峡库区树坪滑坡进行变形监测发现，周期性的库水位变化会对滑坡变形产生影响，水位下降时对滑坡的稳定性危害最大；张毅利用时间序列星载InSAR技术对白龙江流域进行了滑坡早期识别研究，成功识别活动斜坡133处。目前国外应用InS
10、AR技术己基本成熟，英国已建立了基于光学、雷达遥感影像的管道地质灾害风险评价模型；而国内将InSAR技术应用于地质灾害早期识别方面还处于起步阶段，用于全省范围内的地质灾害早期预警，尚无案例。InSAR提供的地表移动变形数据，可从区域上解决大范围快速调查和排查的问题，有助于地质灾害的早期识别。围绕灾害形变的应用可分为3个层次：变形识别，发现变形坡体，明确活动幅度，辅助实地判别；变形表征，表征变形体的范围、边界和强度，即变形特征的全面表征；连续监测，监测蠕变、加速、快速各阶段形变特征，实现对形变过程的监测。1研究方向与数据基础InSAR利用合成孔径雷达（SAR）数据提取的相位信息来获取地表三维信息
11、和变化信息。首先通过两副天线同时观测（单轨模式）或两次近平行的观测（重复轨道模式）获取地面同一景观的主、辅SAR影像对，并经共轭相乘相干处理得到干涉纹图；然后根据天线和观测目标之间的几何关系，结合观测平台轨道参数和传感器参数，获取高精度、高分辨率的地面三维信息和形变信息。传统差分雷达干涉侧重于单次形变或两个时刻的累积形变，由于时间、空间去相干和大气扰动的影响，较难获得高精度的时间序列形变信息。长时序雷达干涉技术能有效克服上述局限性，基于观测时间段内获取的SAR影像集，将影像集中的影像按照一定的组合模式进行配对，形成干涉图，再对干涉相位进行信号分离和提取，从而获得地表形变信息。本文选取的研究区为
12、浙江省北部，Sentinel-1中分辨率雷达卫星影像的覆盖范围如图1所示；收集的主要数据为IW干涉宽幅模式20 m分辨率的时序雷达数据，时相为2019年1月2020年12月，共58景；参考数据为0.2 m高清航空影像、坡度数据、基础测绘数据等。2关键技术研究2.1基于InSAR的Sentinel-1 TOPS数据电离层校正方法Sentinel-1虽为C波段SAR系统，但因其TOPS模式独特的成像几何，数据易受大气中电离层变化的影响。主流Split Spectrum技术可不依赖于外部数据源，以较高的精度实现干涉数据的电离层直接相位影像校正，但不能解决Sentinel-1 TOP模式干涉数据中仍存
13、在的影像配准误差造成的相位跳变，因此本文融合Split Spectrum和ESD算法，首先利用Split Spectrum模拟电离层总电子含量变化产生的直接相位误差，再利用ESD来校正TOPS数据子带间的相位跳变。具体方法为：对精配准后的重轨单视复数数据进行距离向带通滤波，基于Split Spectrum技术模拟电离层直接相位影响；利用ESD计算由电离层造成的距离向配准误差，以消除干涉数据中由电离层造成的间接方位向相位跳变。频谱分裂法可表示为：iono=fLfHf0()f2H-f2L()LfH-HfLnon-disp=fLfHf2H-f2L()HfH-LfL式中，iono为模拟的电离层直接相位
14、；non-disp为去除电离层后的相位；f0为数据原始频率；fL、fH分别为进行带通滤波后的高、低分量频率；L、H为对应的干涉相位。频谱差异法（SD）可表示为：t=azerr()t2fDC()t式中，azerr为估算的相位偏移量；fDC为相邻两个干涉对在同一空间位置处的多普勒中心频率差异；t为估算的配准偏移量。增强频谱差异法是在SD法的基础上，根据Burst模式成像的特点，将相邻的一组相邻子带重叠区代替方位向上的带通滤波。Sentinel-1 TOPS模式相邻子带重叠区多普勒频率不同，由此重轨数据重叠区对应子带分别生成的干涉图的fDC更大，从而对于误差的变图1Sentinel-1数据覆盖范围余
15、华芬等：基于InSAR的地质灾害早期识别与监测技术研究45地理空间信息第21卷第3期化更加敏感，基于此可计算得到由电离层带来的间接配准误差，消除干涉图中子带间的相位跳变。2.2小基线集（SBAS）时序雷达干涉方法SBAS方法提出的初衷是提取低分辨率、大尺度的地表形变。该方法SAR影像序列按照短空间基线距组合原则，生成若干短基线干涉数据集，使集合内的干涉对空间基线距小、集合之间的干涉对空间基线距大4。对于每个小集合，可采用最小二乘法反演形变参数，但单个集合内时间采样不够，为提高数据处理的时间采样率，需连接多个 SBAS，引入奇异值分解，获取最小范数意义上的最小二乘解5。2.3山地区与形变相位优化
16、方法浙江省拥有“七山一水两分田”，丘陵山地占比较高，地质灾害发生区域又都位于山地区6，对数据处理提出了挑战。利用SBAS方法估算未知参数（如运动和残余高度），再去除地形相位和平地相位获得差分干涉图，最后估计缠绕相位的整数模糊度，即相位解缠7，是推导地表形变估计最关键的步骤。由低密度点组合引起的去相关、在2上的相位不连续性、大的地形和高位移率是造成解缠误差的主要原因。三维解缠算法（包括在时间和空间域中）对大量的小基线干涉图测试性能良好，得到了较好应用，需要假设一个稳定的参考点（远离滑坡）将差分相位转换为绝对值。经过上述处理，形变相位仍与轨道误差、大气误差和残余地形误差混在一起8。在地形起伏较大的区域，这种误差可能会被放大几倍。大气路径延迟可分为由湍流混合过程引起的分层分量和由高程引起的分层分量两部分，后者通常被误解为地形或形变。首先利用SBAS方法去除与垂直基线相关的地形误差；然后利用一个组合模型，包括轨道相位误差的双二次模型以及高程相关误差（分层大气延迟和地形误差）的线性模型，进一步减少轨道、残余地形和大气干扰产生的误差（图2）。05001 0001 5002 000a 原始60402