地质灾害遥感综合监测现状与展望.docx

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1、地质灾害遥感综合监测现状与展望邵芸，张茗，谢酬，31.中国科学院空天信息创新研究院，北京100101；2.中科卫星应用德清研究院，北京IOoO85；3.中国科学院大学，北京1001010引言中国是世界上地质灾害最频繁、受灾最严重的国家之一，具有分布广、突发性强、损失严重等特点1.由于山区较多，地形复杂，地质灾害隐患点分布广泛2.受强烈地震和极端气象事件频发影响，近年我国地质灾害处于多发态势.据自然资源部的调查数据显示，截至2023年底，我国已经发现的地质灾害隐患有33万余处，但仍有大量地质灾害隐患未被发现，仍需开展大量的调查工作.根据行业标准T/CAGHP0012023地质灾害分类分级标准（现

2、行）,地质灾害包括自然因素或者人为活动引发的危害人民生命、财产和地质环境安全的滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、地面沉降、地面塌陷等与地质作用有关的灾害3.据自然资源部地质灾害灾情通报显示,2023年至2023年3月，全国共发生地质灾害12816起，从灾情类型看，滑坡7187起，崩塌3672起，泥石流1274起，地面塌陷500起，地裂健164起，地面沉降19起.从灾情等级看，2023年至2023年3月，特大型地质灾害36起，大型地质灾害28起，中型地质灾害329起，小型地质灾害4583起，共造成232人死亡（失踪）,65人受伤，直接经济损失82.6亿元.2023年至2023年3月，全国共成功预报地质

3、灾害1444起，涉及可能伤亡人员43890人,避免直接经济损失24.5亿元.由上可见，地质灾害已经对我国人民的生命财产安全造成了极大的的威胁.因此，利用更先进、更经济有效的手段对地质灾害进行监测和防治，成为我国的当务之急.而遥感技术则为这一问题提供了有效的解决方法.遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，通过探测物体与特定谱段电磁波的相互作用（辐射、反射、散射、极化等）特性，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术4.它是在航空摄影的基础上发展起来的，1972年美国搭载多光谱扫描仪（MSS）的陆地卫星（1andsat）发射成功，标志着遥感作为一门

4、新型技术学科的确立.遥感技术发展至今,从观测方式上可以分为3类：1）微波遥感技术，包括InSAR、极化SAR等；2）光学遥感技术，包括卫星平台和航空平台上的的可见光、热红外、高光谱遥感技术；3）机载1iDAR遥感技术.遥感具有宏观性、综合性、多尺度、多层次的特点，能够对地质灾害进行大范围、长时间、高时效性、立体地监测.相对于传统的地质灾害观测手段，它具有以下优点.1）遥感数据覆盖范围大.遥感卫星轨道高度通常在15Okm以上，能够观测到的面积非常广，即使是高度较低的航空摄影，高度也能够达到2030km.对于地势险峻，人力所不能及的地区，遥感监测也能获取到当地的数据.2）遥感数据观测时间长、完整性

5、高.遥感卫星往往能够获取过去几十年间的数据，方便对地质灾害进行时序监测.此外，中国南方山区常年处于阴雨环境下，地质灾害频发，受天气影响，经常无法获得完整的数据，而遥感的微波波段能够穿透云雾、小雨，做到全天时、全天候对地监测，极大地保证了数据的完整性.3）遥感数据时效性高.遥感数据具有获取速度快、获取成本低的特点.传统的地质灾害监测方法费时费力，常常耗费数十倍于遥感的成本，还难以获取实时的数据.4）遥感监测中的微波可以穿透植被及干燥地物等，排除地面覆盖物的干扰，对于探测地面沉降、地面塌陷等地质灾害十分重要.5）遥感数据信息量大.遥感数据能够囊括从紫外线到微波甚至超长波等诸多波段，对于运用不同波段

6、信息识别不同的地质灾害、监测地面变化具有十分重要的意义4一6.本文在前人研究的基础上系统总结监测地质灾害的不同遥感手段，并结合应用实例展示这些遥感手段的应用现状，分别论述其在不同地质灾害应用领域的优势与不足，最后指出遥感在地质灾害领域目前存在的问题，并对未来地质灾害遥感的发展方向提出展望.1微波遥感在地质灾害方面的应用合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar,SAR）是一种主动式微波遥感，其显著特点是主动发射电磁波，具有不依赖太阳光照及气候条件的全天时、全天候对地观测能力，并对云雾、小雨、植被及干燥地物有一定的穿透性，可以用来记录地物的散射强度信息及相位信息.前者反映了地表属

7、性（含水量、粗糙度、地物类型等），后者则蕴含了传感器与目标物之间的距离信息7-9.相对于光学遥感而言，它能够穿透云雾的特性使其不受天气和时间的影响，可在阴雨天气和夜间持续地监测，这对于监测具有突发性的地质灾害具有十分重要的意义7-9.1.1InSAR技术合成孔径雷达干涉测量技术(InterferometricSyntheticApertureRadar,InSAR)集合成孔径雷达技术与干涉测量技术于一体，而合成孔径雷达差分干涉测量(Differentia1InSAR,D-InSAR)则是将由雷达对统一区域两次或多次获取的复影像数据提取出的电磁波信号的相位信息，通过相位差计算，从蕴含了大量信息的

8、一幅或者多幅干涉条纹图中提取地面地形和目标的微小形变信息7-9.因为DTnSAR对垂直方向的形变比较敏感，它能够反演地表三维空间位置及其微小变化11O-I1,精度能达到厘米级别12.因此该遥感技术在地质灾害领域的大范围地表形变监测方面应用非常广泛13,涉及到地震、滑坡、地面沉降14、地面塌陷、火山活动等方面的应用.(1)地震方面.1989年，Gabrie1等首次利用Seasat卫星数据进行了差分干涉测量实验，测量了美国加利福尼亚州东南部InIPeriaI河谷灌溉区的地表形变，证实了InSAR在监测地表形变方面的能力113.1993年，Massonnet等利用ERS-ISAR数据对1992年1a

9、nders地区的地震进行了研究，并将测量结果与其他的测量数据进行了对比，结果相当的吻合,并将其研究成果发表在NatUre杂志上，引起了国际地震界的广泛关注，属首次应用InSAR技术监测到地表同震形变1151.2023年，Dixon等采用SAR数据监测到了新奥尔良地区的地面沉降并制成了城市地表沉降图16.2023年，单新建等利用JAXA的A1OSPA1SAR数据(1波段)获取汶川MS8.0级地震的同震形变场，监测到整个四川盆地发生了不同程度的地表形变117.2023年，邵芸等使用A1OSPA1SAR数据获取了玉树Mw6.9级地震的同震形变场，监测到地震变形沿玉树-甘孜断裂带扩展，其测量的结果与中

10、国地震局地面调查的结果一致，对于评价玉树地震的破坏程度，研究地震形变和地震孕育特征具有重要意义18.2023年，Ca1ais等结合GPS与InSAR技术对海地太子港(Port-au-Prince)地区发生的Mw7.0级地震进行了研究，监测到地面兼有垂直和水平方向的运动，引起了地面的压缩19.2023年，Marsha11等利用InSAR技术对加利福尼亚南部的断层滑动速率和震间形变模式进行了研究，并且使用GPS数据验证了其精度120.2023年，刘云华等利用RadarSat-2数据，获取了芦山地震同震的部分形变场并反演了震源参数，为进一步的研究提供了参考21.2023年，E11iott等总结了过去

11、20年里InSAR技术建立地震模型的能力，其厘米级别的精度为认识大陆变形的机制提供了极大的帮助，而其极高的时效性能够在地震预警方面(如检测到震前地面形变)做出贡献22.2023年，邵芸等利用SentineIT数据获取了九寨沟Ms7.0地震的同震形变场，反演了其同震滑动分布8.2023年，蔡杰华等利用D-InSAR技术和时间序列InSAR技术对九寨沟地区震后的滑坡隐患进行了早期识别与探测23.(2)滑坡方面.2023年，Hi11ey等使用ERS-I和ERS-2数据对旧金山湾区东部Berke1ey地区在19922023年发生的缓慢运动的滑坡进行了研究，结合当地的降雨数据，得到滑坡滑动的季节性加速与

12、降雨量密切相关的结论，并将成果发表在SCienCe上，证明了InSAR技术在滑坡领域的应用潜力24.2023年，廖明生等利用高分辨率SAR影像幅度和差分干涉相位信息，成功地检测到三峡库区滑坡发生所处的时间段、地点以及形变，验证了运用InSAR技术进行滑坡检测的有效性25.20232023年，邵芸等持续开展了多云多雨喀斯特地貌区的高危滑坡隐患InSAR排查研究7-9.2023年，李梦华等以SentineITA/1B为数据源，运用时序InSAR方法，对四川茂县岷江河谷区段的滑坡隐患进行了识别，找到了20多处隐患26.2023年，刘斌等使用IBIS-1地基InSAR系统开展了奉节大树场镇灾后滑坡、神

13、农架林区人工不稳定斜坡和备战铁矿露天采矿边坡的监测，其精度达到亚毫米级，扩展了InSAR在滑坡领域的调查与监测手段，为星载和地基InSAR技术在地表形变监测方面的综合应用奠定了技术基础27.2023年，许强等提出通过InSAR和地面观测手段，在掌握滑坡崩塌的变形规律和阶段以及时间-空间变形特征的基础上,建立分级综合预警体系28.2023年，李振洪等总结了卫星雷达遥感在滑坡灾害探测和监测中的应用，提出目前雷达遥感面临4个挑战,分别是干涉去相干、大气干扰、斜视成像几何畸变和地形效应，并就现状提出了展望与对策29.2023年，王哲等结合A1OS/PA1SAR-2的升轨和降轨影像，对西藏发生了易贡滑坡

14、的扎木弄沟地表的形变进行了监测，探测到研究区域整体处于稳定状杰，但有6个形变体，证实了在地形陡峭的区域，结合SAR的升降轨影像可以大大减少InSAR监测滑坡时产生的盲区，提高滑坡识别的成功率30.由于滑坡多发生在植被茂密的山区，地形复杂，山体陡峭，时间去相干、空间去相干和大气影响制约了D-InSAR技术在滑坡形变监测中的广泛应用.为了消除DTnSAR的局限，进一步发展了多时相InSAR(MT-InSAR)技术.目前，MTInSAR已广泛应用于地表形变监测、滑坡区域地图的绘制、滑坡建模、滑坡的危害与风险评估等方面7.(3)地面沉降方面.1997年，Massonnet等采用ERST数据对南加州Ea

15、stMesa的地热发电站周围的地面状况进行了监测，并与当地的测量数据对比，证明了InSAR数据用于监测地面沉降的潜力13111999年,Ame1ung等采用美国内华达州拉斯维加斯在1992年4月至1997年12月期间的ERS图像测量当地的沉降情况，并与当地测量的水准数据相比较，显示在过去十年中，由于地下水开采的减少，导致地下水位上升，使沉降率有所下降；该研究还使用InSAR数据监测了季节性的沉降和上升模式，得到了关于含水层系统的弹性和非弹性特性及其空间变异性的信息，证明了InSAR数据用于监测地面沉降及其季节性升降的能力32.2023年,Hoffmann等利用InSAR数据对拉斯维加斯峡谷的季

16、节性沉降及其恢复进行了监测，证实当地的地下水人工补给政策确实抬升了地下水的水位和地面的高度133.2023年，吴立新等利用ERS-I和ERS-2数据对唐山市及开滦矿区的地面沉降进行了研究，证明可以利用多时相D-InSAR技术结合角反射器(或平面反射器)方法进行工矿区地表沉陷监测34.2023年，王艳等采用上海市主城区约100km2区域在19922000年间的25景ERST/2的单视复影像，利用长时间序列的相干目标分析方法研究地面沉降的形变规律，其研究表明InSAR可以很好地应用于地面沉降观测，并成为地表缓慢形变观测应用领域提高时间、空间尺度信息量的一项非常有前景的技术135.2023年，Chaussard等使用20232023年墨西哥中部地区的A1oS数据进行InSAR时间序列分析，确定了包括17个城市在内共21个地区有地面沉降，比以前有记录的数量要多得多，并确定发生地