地基雷達(dá)干涉測量技術(shù)在滑坡災(zāi)后穩(wěn)定性評估中的應(yīng)用

李偉 吉林省輝南縣國土資源局

地基雷達(dá)干涉測量技術(shù)在滑坡災(zāi)后穩(wěn)定性評估中的應(yīng)用

李偉 吉林省輝南縣國土資源局

隨著生態(tài)環(huán)境的不穩(wěn)定，自然災(zāi)害多發(fā)，大面積的山體滑坡災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，給社會(huì)的安定穩(wěn)定發(fā)展帶來了極大的問題，在自然滑坡問題發(fā)生之后，災(zāi)后的穩(wěn)定性問題是需要重點(diǎn)關(guān)注和解決的，本文分析了地基雷達(dá)技術(shù)在災(zāi)后滑坡穩(wěn)定性提高中的應(yīng)用，重點(diǎn)分析地基合成孔徑雷達(dá)技術(shù)在區(qū)域滑坡中發(fā)揮的作用。

地基合成孔徑雷達(dá) 步進(jìn)頻率連續(xù)波 山體滑坡

一、地基合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的基本原理

地基合成孔徑雷達(dá)技術(shù)能夠針對觀測目標(biāo)的形變情況進(jìn)行靈活的操作和測量，對于重訪周期固定、入射角單一不足的問題已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注，目前，國內(nèi)使用的城市大多滿足橋梁或者建筑物等動(dòng)態(tài)檢測的需求，當(dāng)前熱門的IBIS-L技術(shù)在應(yīng)用的時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)距離為1KM的監(jiān)測精度，滿足精度為0.01mm的理論精度和橋梁或建筑物等等動(dòng)態(tài)監(jiān)測的需要，大型的IBIS-L技術(shù)最大的監(jiān)測距離為4km，理論監(jiān)測精度為0.1mm，重點(diǎn)應(yīng)用在大壩、山體滑坡、露天邊坡、冰川移動(dòng)等等大型項(xiàng)目的目標(biāo)監(jiān)測，形成動(dòng)態(tài)的監(jiān)測和管理。

IBIS-L技術(shù)是一款利用雷達(dá)傳感器的技術(shù)，沿著軌道運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行不斷發(fā)送和接收微波信號(hào)，最后利用合成孔徑雷達(dá)技術(shù)生成具體的影像。

二、IBIS-L關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

（一）步進(jìn)頻率連續(xù)波技術(shù)的應(yīng)用

步進(jìn)頻率連續(xù)波技術(shù)在均勻步進(jìn)方式的協(xié)助下進(jìn)行方式線性增的連續(xù)脈沖，對脈沖的頻率進(jìn)行監(jiān)測和記錄，借助較窄的瞬時(shí)帶寬合成較寬的信號(hào)工作帶寬，既實(shí)現(xiàn)了一維距離方向的高分頻率技術(shù)，又降低了發(fā)射機(jī)鋒的功率要求。在使用步進(jìn)頻率連續(xù)波技術(shù)的時(shí)候，可以利用雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行一維距離的高分辨率，連續(xù)發(fā)射調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行N個(gè)載頻線性跳變得窄帶寬脈沖序列，其中連續(xù)的脈沖總數(shù)與距離向分辨率以及最大探測距離之間建立明確的關(guān)系，連續(xù)脈沖電流的運(yùn)作形式有效規(guī)避了數(shù)據(jù)采樣的缺陷，多于分辨單元的數(shù)量。

（二）合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)步進(jìn)頻率連續(xù)波技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，IBIS-L地基雷達(dá)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制下形成步進(jìn)頻率連續(xù)波技術(shù)的走-停模式，形成完整的數(shù)據(jù)采集，雷達(dá)模塊的采樣間隔為5mm，也就是在雷達(dá)的滑軌上每移動(dòng)5mm就會(huì)連續(xù)地發(fā)射和接收一次觀測目標(biāo)的雷達(dá)后向散射信號(hào)，對在不同位置的雷達(dá)接收信號(hào)情況進(jìn)行回波和聚焦，有效提高對于各個(gè)方位的分辨率，利用雷達(dá)與目標(biāo)的相對運(yùn)動(dòng)過，將較小尺寸的真實(shí)天線孔徑合成為較大的等效天線孔徑的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)合成孔徑雷達(dá)技術(shù)。

三、山體滑坡災(zāi)害后地基雷達(dá)干涉就測量技術(shù)在穩(wěn)定性評估中的應(yīng)用

在我國的南方地區(qū)，山體滑坡災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，南方地區(qū)的山體結(jié)構(gòu)多是東高西低，最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的山谷非常容易受到山體滑坡災(zāi)害的侵襲，滑坡山區(qū)的地形結(jié)構(gòu)包括陡崖、斜坡以及河谷堆積地貌。

在山體滑坡災(zāi)害之后觀測技術(shù)的應(yīng)用包括了觀測站選址以及數(shù)據(jù)采集方案的制定，在做這一部分工作的時(shí)候，地基雷達(dá)干涉測量技術(shù)在應(yīng)用的時(shí)候應(yīng)當(dāng)注意的幾個(gè)因素包括：首先，測量設(shè)備的牢固性問題，在觀測的過程中不能發(fā)生移動(dòng)，否則會(huì)對雷達(dá)監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影像，其次，要對監(jiān)測設(shè)備的安裝位置進(jìn)行雷達(dá)視線向與形變方向的一致性保障。最后，對于雷達(dá)入射角的選取，要重點(diǎn)權(quán)衡地距分辨率與后向散射信號(hào)強(qiáng)度，二者指標(biāo)緊密的聯(lián)系在一起，提高散射信號(hào)的強(qiáng)度，所有用于觀測和數(shù)據(jù)采集的設(shè)備都要確保安全和準(zhǔn)確，盡量放置在安全的地段，保障拍攝畫面不出現(xiàn)陰影、疊掩、頂?shù)椎怪玫鹊然蔚那闆r。

在設(shè)置和分析數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以設(shè)置估計(jì)信噪比、相干系數(shù)以及相位穩(wěn)定性閾值，進(jìn)而篩選出穩(wěn)定的相干目標(biāo)點(diǎn)，在相干的目標(biāo)點(diǎn)上進(jìn)行初始的形變時(shí)間確定和時(shí)間序列的分析，在使用IBIS-L系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析技術(shù)的時(shí)候，可以采用Ku波段雷達(dá)進(jìn)行分析，波長在17.4mm，最終形成一個(gè)穩(wěn)定的無需處理的圖形配準(zhǔn)以及地形為相位補(bǔ)償。當(dāng)前在應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候，連續(xù)模式下的數(shù)據(jù)采集時(shí)間較短，目標(biāo)形變速率在相鄰的SAR影像中存在了一定的時(shí)間間隔，需要在實(shí)際數(shù)據(jù)分析的過程中考慮地形結(jié)構(gòu)的實(shí)際形變程度、溫度、濕度以及氣壓等等變化，在數(shù)據(jù)分析的時(shí)候取一定的相位穩(wěn)定區(qū)域，設(shè)置一定數(shù)量的估計(jì)信噪比，對所有的加權(quán)平均情況建立大氣相位校正時(shí)序曲線，讓每一步數(shù)據(jù)分析更加準(zhǔn)確，得到的相干目標(biāo)點(diǎn)形變更加完整，有效縮短觀測的時(shí)間以及滑坡之后的重建治理問題，使得結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，做好后期的建設(shè)和穩(wěn)定。

在使用地基雷達(dá)干涉測量技術(shù)的時(shí)候，要對累積形變的結(jié)果進(jìn)行分析和確定，包括：第一，治理后的危巖是否處在穩(wěn)定的狀態(tài)要進(jìn)行合理的評估和處理，監(jiān)測這部分?jǐn)?shù)據(jù)的時(shí)候要時(shí)刻與地質(zhì)部門保持緊密的聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性以及穩(wěn)定性方案合理性的確認(rèn)。第二，滑坡坡體上如果存在比較明顯的活動(dòng)區(qū)，要對活動(dòng)區(qū)較為明顯的堆積松散土進(jìn)行確認(rèn)和引導(dǎo)，確認(rèn)滑坡形變之后的特征變化，分別進(jìn)行危險(xiǎn)巖帶的典型特征結(jié)構(gòu)分析，形成較為穩(wěn)固的控制范圍，做好測量精度的計(jì)算，分析當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣魇欠駮?huì)對松散堆積部位產(chǎn)生再次的影像，是否還會(huì)再次突發(fā)山體滑坡的問題，這個(gè)時(shí)候要分析災(zāi)后地區(qū)的降雨問題、滑坡的速率以及各個(gè)時(shí)間段的氣壓、溫度要素，提高災(zāi)后的穩(wěn)定性保障。

四、總結(jié)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及建設(shè)，自然生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性一直存在較大的問題，造成的自然災(zāi)害數(shù)量多，影響范圍廣，對于社會(huì)的穩(wěn)定以及長治久安有較大的影響，為了推動(dòng)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展，本文重點(diǎn)分析了山體滑坡自然災(zāi)害后的自然生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性分析，從地基雷達(dá)干涉測量技術(shù)的應(yīng)用出發(fā)規(guī)避滑坡后的穩(wěn)定性問題，做精準(zhǔn)的自然結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析和評估，制定出最適合危巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，契合觀測結(jié)構(gòu)，最大限度的控制山體滑坡后的災(zāi)害問題，將山體滑坡后的次生災(zāi)害降低到最小，為社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展以及長治久安奠定良好的基礎(chǔ)，推動(dòng)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與完善，為今后人與自然的和諧發(fā)展和可持續(xù)建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。

[1]薛亞婷.基于雷達(dá)干涉測量技術(shù)的不同環(huán)境影響因子下蘭州市區(qū)斜坡災(zāi)害識(shí)別及敏感性分析研究[D]. 蘭州大學(xué), 2015.

[2]李紅濤.干涉雷達(dá)測量技術(shù)在樹坪滑坡變形監(jiān)測中的應(yīng)用研究[D].三峽大學(xué), 2013.