中南大学杨泽发：InSAR是大范围矿山边坡监测利器

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杨泽发
中南大学地球科学与信息物理学院教授

近日，为有效防范遏制矿山重特大事故发生，国家矿山安全监察局发布了《关于开展露天矿山边坡监测系统建设及联网工作的通知》，对矿山边坡监测建设作了“硬性规定”，其中明确指出推荐使用InSAR技术对矿山边坡进行监测。那么，InSAR技术是什么？有何优势？未来趋势是什么？《定位》杂志带着这些问题独家专访了中南大学地球科学与信息物理学院教授杨泽发。

InSAR技术测距精度高

杨泽发指出，InSAR技术以星载或地基SAR传感器获取的两景或两景以上多时相SAR影像数据为基础，通过干涉处理提取SAR影像覆盖范围内地表沿着SAR传感器视线方向的形变信息。
“其实，InSAR变形监测的核心思想比较简单，卫星或地基SAR传感器通过对同一地区多次测距，通过计算距离差即可测量地表变形。由于InSAR技术测距使用的是电磁波相位信息，所以它的测距精度是比较高。”杨泽发如是说。

相对于GPS、水准仪等传统测量设备，InSAR技术具有全天候、全天时、覆盖范围大、空间分辨率高、成本低等变形监测优势。杨泽发以欧洲空间局哥白尼计划（GMES）中的地球观测卫星“哨兵一号”（Sentinel-1）TOPS干涉模式SAR数据为例，进一步展开介绍：“哨兵一号”空间覆盖范围约为250km×160km，地距向和方位向的空间分辨率约为5m×20m，最短重返周期为6天（以Sentinel-1A和1B星座协同）。理想情况下，利用TOPS模式获取的SAR数据可一次性免费监测约40000km2，最短时间间隔为6天，空间分辨率约为20m的地表形变图。如此高时空分辨率的地表形变图是传统测量手段几乎无法获得的。

2000年左右，InSAR技术首次被应用于矿山边坡监测，2003年我国有学者尝试使用InSAR技术监测矿山边坡。“由于国内外应用InSAR技术监测矿山边坡的研究基本同时期起步，加之我国矿山监测需求量大，所以目前我国InSAR技术在矿山领域的研究与应用在国际上都算做得很好。”杨泽发如是说。经过近二十年的发展，InSAR技术已然成为了矿山边坡监测的利器。

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InSAR技术精准评估与预警仍有难度

无论采用何种手段，矿山边坡监测的最终目标是提前发现并预警边坡滑坡灾害。但如何利用InSAR技术回答“哪里有滑坡风险？什么时候会发生？”等矿山安全生产关心的问题还面临着三大“拦路虎”。

InSAR技术形变观测值时间分辨率不足，特别是星载SAR，难以满足矿山边坡滑坡预警需求
“仍以哨兵一号为例，即使其重返周期最短为6天，远比一般SAR卫星十几天的重返周期短，但从边坡滑坡等地质灾害预警角度，数天时间仍然过长。“杨泽发说。

InSAR技术变形监测的空间维度信息不足，容易误判或错判边坡滑坡风险
“受SAR卫星侧视成像的影响，单一平台或轨道InSAR技术监测的地表变形是沿雷达视线方向的一维形变，而非三维空间中的真实变形矢量，因此难以客观反映矿山边坡真实的变形特征，从而造成滑坡风险的错判或漏判。

不同边坡地质条件差异较大，仅通过InSAR技术监测地表几何变形信息的准确性不
虽然地表变形是边坡运动学的主要表征之一，但是同样的变形量级发生在不同的边坡上，有些边坡可能就垮了，而有些边坡可能就不垮，垮或不垮与边坡地形地貌以及地质条件关系很大。因此，仅依赖于变形信息或者统一的变形闽值预警矿山边坡滑坡可靠性不高。“杨泽发说。

多方合力，破解难题

面对上述三个主要“拦路虎”，杨泽发表示，政府、企业、高校、科研院所等多方联合能加速InSAR技术在矿山边坡监测与预警方面的落地应用。

“比如联合政府与企业，通过SAR卫星星座组建、InSAR卫星小型化，甚至地球静止轨道SAR卫星研发等途径，提升InSAR技术监测矿山边坡时间分辨率；充分发挥高校和科研院所的瓶颈攻关能力，研发矿山边坡三维变形InSAR精细监测理论，联合天-空-地-深等多源新型测量手段，建立一套同时顾及InSAR几何变形、边坡地质地貌以及环境物理量的矿山边坡滑坡高精度监测预警技术体系；联合校企，建立科技成果转化推广与需求反馈的优化联动机制，形成矿山边坡监测预警的完整理论、技术和硬件装备。”

相信随着InSAR技术的不断发展、完善以及推广，InSAR技术将在矿山边坡监测中发挥更大作用，为矿山工程的安全管理和风险评估提供更可靠的数据支持。

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