《定位》雜志專訪丨中南大學(xué)楊澤發(fā)：InSAR是大范圍礦山邊坡監(jiān)測(cè)利器

近日，為有效防范遏制礦山重特大事故發(fā)生，國家礦山安全監(jiān)察局發(fā)布了《關(guān)于開展露天礦山邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)及聯(lián)網(wǎng)工作的通知》，對(duì)礦山邊坡監(jiān)測(cè)建設(shè)作了“硬性規(guī)定”（點(diǎn)擊藍(lán)字詳細(xì)了解），其中明確指出推薦使用InSAR技術(shù)對(duì)礦山邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)。那么，InSAR技術(shù)是什么？有何優(yōu)勢(shì)？未來趨勢(shì)是什么？《定位》雜志帶著這些問題獨(dú)家專訪了中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院教授楊澤發(fā)。

InSAR技術(shù)測(cè)距精度高

楊澤發(fā)指出，InSAR技術(shù)以星載或地基SAR傳感器獲取的兩景或兩景以上多時(shí)相SAR影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過干涉處理提取SAR影像覆蓋范圍內(nèi)地表沿著SAR傳感器視線方向的形變信息。

“其實(shí)，InSAR變形監(jiān)測(cè)的核心思想比較簡單，衛(wèi)星或地基SAR傳感器通過對(duì)同一地區(qū)多次測(cè)距，通過計(jì)算距離差即可測(cè)量地表變形。由于InSAR技術(shù)測(cè)距使用的是電磁波相位信息，所以它的測(cè)距精度是比較高。”楊澤發(fā)如是說。

相對(duì)于GPS、水準(zhǔn)儀等傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備，InSAR技術(shù)具有全天候、全天時(shí)、覆蓋范圍大、空間分辨率高、成本低等變形監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)。楊澤發(fā)以歐洲空間局哥白尼計(jì)劃（GMES）中的地球觀測(cè)衛(wèi)星“哨兵一號(hào)”（Sentinel-1）TOPS干涉模式SAR數(shù)據(jù)為例，進(jìn)一步展開介紹：“哨兵一號(hào)”空間覆蓋范圍約為250km×160km，地距向和方位向的空間分辨率約為5m×20m，最短重返周期為6天（以Sentinel-1A和1B星座協(xié)同）。理想情況下，利用TOPS模式獲取的SAR數(shù)據(jù)可一次性免費(fèi)監(jiān)測(cè)約40000km2，最短時(shí)間間隔為6天，空間分辨率約為20m的地表形變圖。如此高時(shí)空分辨率的地表形變圖是傳統(tǒng)測(cè)量手段幾乎無法獲得的。

2000年左右，InSAR技術(shù)首次被應(yīng)用于礦山邊坡監(jiān)測(cè)，2003年我國有學(xué)者嘗試使用InSAR技術(shù)監(jiān)測(cè)礦山邊坡。“由于國內(nèi)外應(yīng)用InSAR技術(shù)監(jiān)測(cè)礦山邊坡的研究基本同時(shí)期起步，加之我國礦山監(jiān)測(cè)需求量大，所以目前我國InSAR技術(shù)在礦山領(lǐng)域的研究與應(yīng)用在國際上都算做得很好?！睏顫砂l(fā)如是說。經(jīng)過近二十年的發(fā)展，InSAR技術(shù)已然成為了礦山邊坡監(jiān)測(cè)的利器。

▲中海達(dá)地基InSAR HD-SAR300（旋轉(zhuǎn)式）監(jiān)測(cè)礦山邊坡

InSAR技術(shù)精準(zhǔn)評(píng)估與預(yù)警仍有難度

無論采用何種手段，礦山邊坡監(jiān)測(cè)的最終目標(biāo)是提前發(fā)現(xiàn)并預(yù)警邊坡滑坡災(zāi)害。但如何利用InSAR技術(shù)回答“哪里有滑坡風(fēng)險(xiǎn)？什么時(shí)候會(huì)發(fā)生？”等礦山安全生產(chǎn)關(guān)心的問題還面臨著三大“攔路虎”。

InSAR技術(shù)形變觀測(cè)值時(shí)間分辨率不足，特別是星載SAR，難以滿足礦山邊坡滑坡預(yù)警需求

“仍以‘哨兵一號(hào)’為例，即使其重返周期最短為6天，遠(yuǎn)比一般SAR衛(wèi)星十幾天的重返周期短，但從邊坡滑坡等地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警角度，數(shù)天時(shí)間仍然過長。”楊澤發(fā)說。

InSAR技術(shù)變形監(jiān)測(cè)的空間維度信息不足，容易誤判或錯(cuò)判邊坡滑坡風(fēng)險(xiǎn)

“受SAR衛(wèi)星側(cè)視成像的影響，單一平臺(tái)或軌道InSAR技術(shù)監(jiān)測(cè)的地表變形是沿雷達(dá)視線方向的一維形變，而非三維空間中的真實(shí)變形矢量，因此難以客觀反映礦山邊坡真實(shí)的變形特征，從而造成滑坡風(fēng)險(xiǎn)的錯(cuò)判或漏判?！?/p>

不同邊坡地質(zhì)條件差異較大，僅通過InSAR技術(shù)監(jiān)測(cè)地表幾何變形信息的準(zhǔn)確性不高

“雖然地表變形是邊坡運(yùn)動(dòng)學(xué)的主要表征之一，但是同樣的變形量級(jí)發(fā)生在不同的邊坡上，有些邊坡可能就垮了，而有些邊坡可能就不垮，垮或不垮與邊坡地形地貌以及地質(zhì)條件關(guān)系很大。因此，僅依賴于變形信息或者統(tǒng)一的變形閾值預(yù)警礦山邊坡滑坡可靠性不高?！睏顫砂l(fā)說。

多方合力，破解難題

面對(duì)上述三個(gè)主要“攔路虎”，楊澤發(fā)表示，政府、企業(yè)、高校、科研院所等多方聯(lián)合能加速InSAR技術(shù)在礦山邊坡監(jiān)測(cè)與預(yù)警方面的落地應(yīng)用。

“比如聯(lián)合政府與企業(yè)，通過SAR衛(wèi)星星座組建、InSAR衛(wèi)星小型化，甚至地球靜止軌道SAR衛(wèi)星研發(fā)等途徑，提升InSAR技術(shù)監(jiān)測(cè)礦山邊坡時(shí)間分辨率；充分發(fā)揮高校和科研院所的瓶頸攻關(guān)能力，研發(fā)礦山邊坡三維變形InSAR精細(xì)監(jiān)測(cè)理論，聯(lián)合天-空-地-深等多源新型測(cè)量手段，建立一套同時(shí)顧及InSAR幾何變形、邊坡地質(zhì)地貌以及環(huán)境物理量的礦山邊坡滑坡高精度監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)體系；聯(lián)合校企，建立科技成果轉(zhuǎn)化推廣與需求反饋的優(yōu)化聯(lián)動(dòng)機(jī)制，形成礦山邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警的完整理論、技術(shù)和硬件裝備?！?/p>

相信隨著InSAR技術(shù)的不斷發(fā)展、完善以及推廣，InSAR技術(shù)將在礦山邊坡監(jiān)測(cè)中發(fā)揮更大作用，為礦山工程的安全管理和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供更可靠的數(shù)據(jù)支持。

審核編輯 黃宇