你真的了解InSAR技术吗？

近两年来，InSAR技术极其迅速地被地质灾害防治领域专家学者、工程建设单位等广泛熟知，大批相关项目纷纷大规模采用该技术参与地质灾害的防治与早期识别。尽管InSAR技术已发展20余年，给地质灾害监测与防治等相关应用带来了一些突破性的实用结果，但广大一线应用者对此技术的整体认知程度较低，在实际应用时对其使用限制与能力范围了解不够，寄希望于用InSAR解决不同条件的所有类型滑坡的早期识别问题。因此，有必要了解其能力特点、应用条件和局限性。

地表移动变形是崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害孕育或发生的基本表现形式。对合成孔径雷达(SAR)信息的应用方面，集中于以相位干涉测量为基础的InSAR技术以及基于SAR影像强度信息的图像相关技术。InSAR应用需要顾及其技术特点，存在有效观测、识别探测和精准监测的层次。有效观测是基础，在有效观测的基础上实现识别和探测，从定性角度确定观测对象，在此基础上通过方法技术优化，提高观测质量和精度。

SAR侧视成像的固有特点决定了InSAR测量的敏感程度，而入射参数与地形参数的关系决定能否有效成像。SAR为相干系统，相干性是InSAR测量的前提，这一特性要求重复轨观测时确保相干，既要求卫星系统的基线、噪 声等满足InSAR的要求，同时要求观测对象的环境保持相对稳定，确保空间和时间基线的相干。实际应用中，常常受制于地物散射特性的变化，引起时间失相干。应用中需考虑波长周期和分辨率的有效组合，尽可能在技术设计上进行优化。同时，需从成灾到致灾过程中的变形强度和形 式上设计InSAR 数据处理技术及其组合。在此基础上，通过数据处理算法优化与误差建模，降低噪声（如大气波动、轨道误差等因素）对形变信息（参数估计）的影响。总体上， 应侧重从卫星参数、环境参数和对象参数等方面 进行考虑，综合应用D-InSASR常规方法、小基线集或永久散射体等时序分析技术、SAR影像强度相关的偏移量估计方法、宽带SAR子带干涉等进行技术设计。

地质灾害类型多样，地形条件复杂，大气波动显著，精准监测的应用难度较大，需要改变追求绝对精度和绝对位移量的认识，以有效探测形变场的存在为第一目标。在事前进行详细适用性评价和系统设计，从灾害体的自然环境、变形特征、卫星数据、InSAR技术、处理方法、应用目标等予以综合评判，实现从发现识别、调查评估、监测预警等方面逐步递进。

科学认识InSAR的实际能力。InSAR提供了地表移动变形数据，从区域上解决了大范围快速调查和排查的难题，通过变形数据有助于地质灾害早期识别。实践中，科学认识InSAR技术的能力和作用是应用的前提，围绕灾害形变分为３个层次：

活动识别：发现变形坡体，明确活动幅度———辅助地面认识判别。

变形表征：表征变形体的范围、边界和强度———活动特征全面表征。

连续监测：从蠕变、加速、快速各阶段变化———实现对过程的监测。

针对地质灾害调查过程的应用目标，InSAR具备从定性测量到精准测量的能力，提供了识别、探测到预警过程中的重要信息。但是，从变形现象到确定灾害隐患，仍需多源地学数据的综合应用。

切忌挑战InSAR技术的极限。在应用实践中，需要科学设计InSAR监测技术方案，选择与应用目标相一致的数据、处理方法，更为精准地提取数据，切忌因不科学的认识而人为给予InSAR技术过高的应用定位，也不宜挑战InSAR技术在观测形变梯度极限、观测方向、重复频率等领域的不足。就InSAR数据处理过程而言，必须清楚软件（系统）所用算法的前提条件、数学（物理）模型，并结合实地调查与认识，提高从形变现象到确定隐患的判断能力。

重大地质灾害多分布于高海拔、自然条件恶劣、人不能至、人迹罕至的地区，遥感技术的出现使人们有了便捷获取此类地区信息的能力。当前的遥感技术已从单一的光学成像走向多频段、多参数的对地观测。通过利用不同类型的传感器（如SAR、LiDAR等），基于多种多样的信息获取平台（如卫星、航空、无人机与地面观测），可对潜在的灾害区域进行有效识别、发现和监测及灾后应急调查。

在遥感技术应用的发展过程中，前期主要侧重于基于可见光、高光谱、红外等多波段成像的图谱测量，从可见光影像及多光谱数据的变化中揭示孕灾环境、受灾范围、致灾因子等特征变化。随着InSAR、LiDAR、全球导航定位系统（GNSS）等对地观测手段的迅速发展，更侧重于通过对地表的观测揭示灾害体的形态与位移变化特征，进一步与相关物理模型相结合。遥感在地质灾害领域的应用已从光学遥感为主的图谱影像测量走向多种遥感手段综合的图谱影像与形态、形变测量相结合的综合遥感应用。

综合遥感手段在国外已广泛用于地质灾害的早期识别、隐患排查和监测预警等工作，有助于改变以往过分依靠人工调查－发现隐患－布设监测仪器的工作模式，为人们对地质灾害的出现、发展和破坏等整个演变过程的认识提供强有力的支撑。

综合遥感技术在中国地质灾害防治工作中的应用主要体现在早期识别、隐患排查、监测预警、灾害应急4个方面，遵循分层递进、从面到点、由粗到细、星地协同的工作模式。随着卫星资源、遥感数据的进一步丰富，地质灾害综合遥感应用技术体系已在实践中发挥作用，必将逐步被地质灾害防治界所接纳并推广应用。

重大地质灾害隐患早期识别中的综合遥感应用主要体现在解决形态、形变和形势的调查与判断方面。

在技术手段上，利用高分辨率光学遥感与LiDAR测量模式进行灾害体的广义形态调查，研究灾害形成和发育的地质背景、三维形态、地表覆被变化以揭示潜在的成灾状况；利用不同入射角、不同分辨率的InSAR监测获取斜坡等地质体地表变形状态，判别灾害体的滑移规模、活动阶段和发展趋势；综合长时间序列InSAR、地面原位测量数据、地质背景资料等，对成灾状况、当前变形状况、潜在发展趋势与致灾形势进行评判，是当前面向重大地质灾害早期有效识别的关键所在。对照“三查”隐患识别的工作层次，从形态、形变到形势的“三形”调查是遥感观测意义上进行地质灾害隐患早期识别的关键测量对象。

发现隐患、监测隐患是决定预警预报是否可行的关键性基础工作。为推进综合遥感支撑的重大地质灾害早期识别与监测预警，需要统筹卫星、航空等多种遥感数据资源，融合高分辨率光学遥感、InSAR、LiDAR等技术手段，结合形态、形变、 形势进行综合判断，推进地质灾害普查、详查、核查，形成稳定的技术体系与业务能力，提高地灾识别与监测预警能力。 

从工作层次上，在开展区域尺度地质灾害隐患普查的基础上，对识别出的隐患进行风险评估，根据其风险程度开展重大地质灾害的长期监测。侧重应用高分辨率InSAR持续监测重大隐患的影响范围和发展趋势，表征其运动特征，增强对整体加速、局部加速的认识，提高灾害预警的准确性。

参考文献：葛大庆, 戴可人, 郭兆成, 李振洪. 重大地质灾害隐患早期识别中综合遥感应用的思考与建议. 武汉大学学报·信息科学版. 2019, 44(7): 949-956.

内容整理：覃韵