自古以來，無數文人騷客對三峽的險、奇、俊、秀進行了吟詠贊嘆?；氐缴?，則需面對一個嚴峻的現(xiàn)實：三峽庫區(qū)西起萬州東至宜昌，長約380千米，區(qū)內山體眾多，地勢陡峭，溝谷河流縱橫，為滑坡的形成提供了良好的物理條件，造成了該區(qū)域地質災害多發(fā)。自三峽大壩建成之后，隨著庫水位的上升及地質因素的影響，區(qū)域內沿江分布的一些古滑坡被激活，誘發(fā)了一系列新的滑坡體。國內外的統(tǒng)計資料顯示，滑坡造成的人員和財產損失僅次于地震，三峽庫區(qū)的這些新舊滑坡體給當地居民以及建筑設施帶來了巨大的安全隱患。

根據近年來自然資源部中國地質調查局公布的報告顯示，已查明的滑坡及巖石崩塌點主要分布在長江主干及支流沿岸，其中滑坡總計6814處，占各類地質災害總和的85.97%，而三峽庫區(qū)滑坡地質災害尤其值得關注和警惕，它帶來的次生災害威脅航道安全和三峽大壩的安全。地質災害監(jiān)測預警成績的提升必然離不開科技創(chuàng)新的支撐，在監(jiān)測、預防自然災害的道路上，技術創(chuàng)新應用是永不止步的。

在三峽庫區(qū)遷建城鎮(zhèn)（市）地質安全問題高精度遙感調查與監(jiān)測項目（2019年度）中，來自武漢大學的李陶教授參與了其中的巴東縣、巫山縣的InSAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達干涉）數據獲取及動態(tài)監(jiān)測研究工作。通過該項目，李陶對InSAR技術在滑坡監(jiān)測中的應用進行了進一步研究。他認為，InSAR技術應用于形變監(jiān)測，尤其是滑坡監(jiān)測，前景廣闊。通過參與該項目，也給他此后對InSAR在地災監(jiān)測中的應用研究提供了許多啟發(fā)，顯示了地災監(jiān)測的更多可能性。

InSAR技術在滑坡監(jiān)測應用中的“三峽樣本”

三峽庫區(qū)是地災頻發(fā)地，現(xiàn)在我國已經建立了覆蓋全庫區(qū)的專業(yè)監(jiān)測預警和群測群防監(jiān)測預警體系，因為環(huán)境、地形復雜，三峽庫區(qū)的形變監(jiān)測還有許多值得深入研究的地方。李陶團隊收集了三峽庫區(qū)近年來的多源高分SAR衛(wèi)星影像數據，對比分析了不同分辨率、不同雷達波段SAR影像在監(jiān)測時段內的相干性問題及升降軌模式下不同的監(jiān)測效果；利用歐空局免費的哨兵雷達衛(wèi)星數據，結合區(qū)域內的降雨量、滑坡體坡度和坡向等因素，獲取滑坡體形變的演化過程；并與中國地質大學（武漢）教育部長江三峽庫區(qū)地質災害研究中心合作開展InSAR以及GNSS技術用于滑坡演化過程的監(jiān)測與評估，對三峽庫區(qū)等植被覆蓋茂密、地形陡峭區(qū)域的監(jiān)測與治理具有重要的意義。

李陶教授（左二）團隊在三峽巴東黃土坡滑坡上安裝的新型二面角反射器，可以用雷達衛(wèi)星來跟蹤滑坡位移

記者：據了解，三峽庫區(qū)遷建城鎮(zhèn)（市）地質安全問題高精度遙感調查與監(jiān)測項目主要由五部分組成，應用InSAR技術監(jiān)測三峽庫區(qū)部分區(qū)域的形變是其中的重要組成部分。您是在怎樣的情形下參與到這個項目中來的？

李陶：長江勘測規(guī)劃設計院有限責任公司（下簡稱“長勘院”，編者注）中標該項目，其主要內容是利用光學衛(wèi)星、無人機Lidar、雷達衛(wèi)星等遙感技術并結合地質勘察，對2019年度三峽庫區(qū)的12個城鎮(zhèn)開展地質調查和風險評估。長勘院和武漢大學一直以來都有良好的合作關系，所以他們邀請我們參與InSAR技術在三峽庫區(qū)形變監(jiān)測應用的相關研究工作。更為重要的是，8年前，我們就曾經合作探索InSAR在大壩和滑坡形變監(jiān)測中的可行性。我們使用了當時分辨率還較低的歐空局Envisat衛(wèi)星獲取了清江上游幾處滑坡的形變年速率，隨后我們還與德國地球科學研究中心（GFZ）的夏耶博士一同對瀾滄江上的糯扎渡黏土心墻壩進行考察，利用TerraSAR衛(wèi)星獲取了該壩體的干涉圖。雖然這個探索項目規(guī)模不大，而且研究結果的可靠性不高也不夠實用，但我們建立了良好默契的合作關系。

記者：和傳統(tǒng)的形變監(jiān)測方法相比，InSAR技術有何優(yōu)勢？

李陶：傳統(tǒng)監(jiān)測滑坡的方法主要有水準測量、GNSS測量、導線測量（全站儀）及沉降儀觀測等。這些方法具有較高的精度和穩(wěn)定性，但容易受到實地監(jiān)測環(huán)境和天氣條件的制約，惡劣的環(huán)境中，施工人員很難到達，觀測成本較高，效率較低，不能有效地應用于大范圍的形變監(jiān)測中。

星載InSAR技術的快速發(fā)展以其幾乎不受云霧等因素影響的優(yōu)勢，在滑坡監(jiān)測領域應用被廣泛認識和接受。隨著SAR衛(wèi)星朝著短重訪周期、高分辨率方向發(fā)展，中高分辨率SAR干涉技術將可以監(jiān)測到滑坡體短時間間隔內的精確形變場，對形變場的完整性反映是其它點位監(jiān)測技術難以做到的，這在探測和監(jiān)測大范圍區(qū)域上具有明顯優(yōu)勢。在我國，InSAR技術已經在地震監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測等領域有較成熟的應用。國際上，InSAR技術應用于形變的監(jiān)測有近三十年的歷史，隨著衛(wèi)星數量的增多，以及分辨率的進一步提高，它還有更多潛在的應用領域和研究的理論問題值得我們進一步探索。理論上，通過雷達衛(wèi)星進行形變監(jiān)測，精度能夠達到雷達波長的十分之一甚至更高，如果是x波段（波長3.1cm）雷達衛(wèi)星，則意味著能得到毫米級的監(jiān)測精度。

記者：能給我們介紹一下項目的基本情況么？

李陶：我們從2019年1月份開始參與項目的設計和規(guī)劃，到2019年12月份結束。在整個項目中，我們收集并采購了巴東縣、巫山縣的多源衛(wèi)星數據，我們對2019年這些地區(qū)中已知的一些大型的滑坡體進行監(jiān)測，最終，這些滑坡體滑動的邊界和我們的監(jiān)測成果具有較好的一致性。我們也分析了SAR影像在不同朝向、不同坡度、不同植被覆蓋情況下的形變監(jiān)測效果，結合滑坡的多種因素分析了滑坡體形變的趨勢等。

記者：在三峽庫區(qū)的項目中，主要有哪些創(chuàng)新性的工作？

李陶：2009年原國土資源部航空遙感物探中心與德國GFZ的夏耶博士在三峽樹坪、范家坪等地點安裝了三角反射器，并且用TerraSAR衛(wèi)星數據捕獲了滑坡變形。在此次項目中，我們測試了新研制的人工二面角反射器。通常人工角反射器是一種金屬材質的雷達信號反射裝置，它無需電源、通訊，主要是把雷達衛(wèi)星發(fā)射的信號原路反射回衛(wèi)星天線，我們再通過衛(wèi)星影像分析人工角反射器目標的位移變化。

我們設計的角反射器，支持升降軌雷達衛(wèi)星信號，這就意味著我們能從升降軌方向來監(jiān)測滑坡。以三峽的一些很陡峭的坡體形變?yōu)槔锌赡苄l(wèi)星在某一個方向上難以監(jiān)測到，但是在另一個方向上可以監(jiān)測，我們的角反射器支持兩個方向的監(jiān)測，那么形變監(jiān)測的效率就會提高。此前的SAR衛(wèi)星影像分辨率低，使用的三角反射器體積也非常大，現(xiàn)在，我們將它改進成二面角的，縮小了體積，它的安裝也更加靈活、方便。這是國內外首次在形變監(jiān)測中使用二面角反射器，也是中德合作的重要研究內容之一。

記者：三峽庫區(qū)項目的研究，對于我國三峽以外地區(qū)的形變監(jiān)測是否有借鑒意義？

李陶：有借鑒意義，我們總結了不同波段的衛(wèi)星數據在三峽地區(qū)的形變監(jiān)測中的一些特點。在項目中，我們也得到一些啟發(fā)，比如在大部分植被覆蓋茂密的區(qū)域，當時間超過三個月，我們就很難從SAR衛(wèi)星數據中提取到形變信息。基于這樣的現(xiàn)實，我們在形變監(jiān)測區(qū)域選擇一些重要的點位設置人工角反射器，同時還要輔助一些其它的技術手段進行監(jiān)測。

InSAR技術在形變監(jiān)測應用中前景廣闊

采訪中，李陶表示，隨著三峽庫區(qū)項目的結束，以此為契機，他與團隊的新研究早已開始。在參與三峽項目期間，李陶與中國地質大學（武漢）教育部長江三峽庫區(qū)地質災害研究中心在巴東的實驗基地取得聯(lián)系，他們還聯(lián)合德國地球科學研究中心（GFZ），獲批了免費的德國宇航局高分辨率TerrasAR衛(wèi)星數據作為科研數據，他們將對黃土坡的滑坡監(jiān)測進行持續(xù)研究，更加有針對性地解決InSAR技術在形變監(jiān)測的工程化應用中存在的問題。

記者：您說到，三峽庫區(qū)的項目在您的研究中具有承上啟下的作用，在此基礎上，您現(xiàn)在進行的研究有哪些新的內容？

李陶：我們想在接下來的中德合作研究中驗證，是否當衛(wèi)星影像分辨率非常高的時候，角反射器的體積可以變得更小，使其具有更強的適應性，進而改善現(xiàn)在的一些大型的監(jiān)測設備對安裝環(huán)境要求高的情況。同時我們也會對我們的一些想法進行進一步驗證。

在三峽的項目中，我們還有一些疑問，比如我們將角反射器安置在滑坡體上，理論上講，我們獲得數據應該具有毫米級的精度，但是有些時候獲取的數據卻有5毫米以上的誤差，這也是我們一直在思考的問題。我們也有一些設想，比如新建的水泥觀測墩本身有一段將近幾個月的穩(wěn)定期，而我們觀測的數據剛好只有幾個月。三峽庫區(qū)的落差非常大，有些落差達幾百米，受到這幾百米的大氣折射的干擾，會出現(xiàn)幾個毫米的誤差。我們需要進一步把這些問題研究透，才能形成成熟、穩(wěn)定的技術，進而廣泛應用。

記者：您為什么認為InSAR技術在將來的形變監(jiān)測中具有非常廣闊的前景？想要更廣泛應用，還需要做哪些工作？

李陶：在我國一些滑坡高發(fā)地域，人民群眾的生命財產安全受到威脅，因而滑坡等形變監(jiān)測工作確實是需要開展的。隨著我國衛(wèi)星事業(yè)的發(fā)展，尤其最近北斗組網成功，讓我們也越來越有信心，我們的衛(wèi)星應用水平與國外差距會越來越小，同時，一些業(yè)務也可以在全國推廣開來，我們所需要的雷達遙感監(jiān)測技術也可以被廣泛應用。

隨著5G技術的發(fā)展，讓角反射器+GNSS融合的傳感器制作成本越來越低，它也就能成為普適性的應用，而非僅僅應用在科研中，進而保障一些居住在有地災風險區(qū)域的人們的生命財產安全。這些都是未來InSAR技術在形變監(jiān)測得到廣泛應用的一些基礎定標定位基準。

還有一些具體的問題需要我們解決，在大范圍廣域普查中，我們的監(jiān)測不能僅僅依靠數量有限的人工角反射器，還是希望通過雷達影像獲取自然地物的反射信號就能提取到形變信息?，F(xiàn)在我們研究的人工角反射器的反射信號強度以及是否發(fā)生形變都是已知的，相當于有了穩(wěn)定的基準和參考點。利用這些已知的參考點，我們針對不同的自然地物的雷達散射特性進行觀測和時序分析，就可以搞清楚自然地物雷達散射特性以及相位穩(wěn)定性，從而為雷達干涉測量技術所獲取的形變監(jiān)測結果的精度評估、質量分析等提供理論依據。

如果以上我們提出的問題解決了，我們也還有很多工作可以進行，比如我們?yōu)榈刭|工作或者研究人員提供一個完整的形變監(jiān)測方案，在需要監(jiān)測的地方安裝角反射器，將測得的結果轉化到工程地質所需要的坐標體系中，對滑坡運動做全面分析。這項工作還有很多需要完善的地方，我們希望這項技術能夠真正在滑坡監(jiān)測中得到廣泛應用，而非僅僅是在科研項目中。

記者：InSAR技術在此后的形變監(jiān)測中得到應用，是否還需要其它技術的配合呢？

李陶：肯定需要其它技術配合的。接下來，我們研究的方向和重點，就是實現(xiàn)GNSS和InSAR、數據處理在傳感器級別上的三者合一。這樣，我們就能把InSAR數據與GNSS數據進行深度融合，進而推算出被監(jiān)測地點的三維變化。因為滑坡是一個非常復雜的運動，我們可以和相關地質專家合作，將滑坡運動機理及仿真建模與形變監(jiān)測結果相結合。這樣我們就能在遙感監(jiān)測結果和滑坡運動模型上進行一個很好的匹配，這也就意味著將來LiDAR的三維地形數據是不可少的，需要LiDAR技術的配合。

也正是因為滑坡的復雜性，我們不能說一個地方產生形變，就會有危險的結果。這也就意味著，為了技術更加成熟，應用更加高效、精確，測繪需要和其它專業(yè)技術產生深度的融合。

“隨著我國SAR衛(wèi)星技術的發(fā)展和越來越多SAR衛(wèi)星上天，InSAR技術在形變監(jiān)測中的應用，是非常具有前景的，我們也希望越來越多的年輕人能夠投入到相關研究中來，為InSAR形變監(jiān)測應用研究出力。”李陶說。