地質(zhì)災(zāi)害早期識別與監(jiān)測預(yù)警中的綜合遙感應(yīng)用

葛大慶

葛大慶，中國國土資源航空物探遙感中心衛(wèi)星技術(shù)研發(fā)室副主任，博士，教授級高工，國產(chǎn)L-SAR衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)副總師。專門從事雷達干涉測量技術(shù)研究與地表形變監(jiān)測應(yīng)用工作，先后主持和參與國家重點研發(fā)計劃課題、863項目、國際科技合作項目10余項，參與國產(chǎn)SAR系列衛(wèi)星應(yīng)用論證，主持開展了全國地面沉降InSAR監(jiān)測工程，建立了地表形變InSAR監(jiān)測業(yè)務(wù)化應(yīng)用技術(shù)體系，完成了我國首次全國性地面沉降調(diào)查，在星載與地基InSAR地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用方面積累了豐富的工程經(jīng)驗。先后發(fā)表論文20余篇，獲技術(shù)專利8項，編著行業(yè)技術(shù)標準2項，獲省部級獎2項。

當(dāng)前我國地質(zhì)災(zāi)害的形式和特點

我國是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率最高的國家，地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造活動頻繁，山地丘陵區(qū)約占國土面積的65%，崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等災(zāi)害隱患多、分布廣、防范難度大，是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴重、受威脅人口最多的國家之一（圖1）。截至2015年年底，全國有地質(zhì)災(zāi)害隱患點288525處，其中滑坡148214處，崩塌67478處，泥石流31687處，共威脅1891萬人和4431億元財產(chǎn)的安全。據(jù)《中國國土資源公報》統(tǒng)計顯示，2011年至2016年間全國共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害74230起，其中滑坡、崩塌、泥石流3類災(zāi)害占總量的96.6%，造成2413人死亡或失蹤，直接經(jīng)濟損失305.1億元。因地質(zhì)災(zāi)害造成的人員死亡或失蹤約占自然災(zāi)害總死亡或失蹤人數(shù)的四分之一，僅次于洪澇災(zāi)害，為同期地震造成死亡或失蹤人員的1.4倍。

強震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害及其長期后效應(yīng)是當(dāng)前我國地質(zhì)災(zāi)害防治面臨的重要課題，震后的“鏈式地質(zhì)災(zāi)害效應(yīng)”是今后一個階段重要的地質(zhì)災(zāi)害類型。在今年紀念“‘5·12’汶川地震十周年”之際，知名地學(xué)公眾號“俠客地理”刊發(fā)了題為《它們比地震還“陰險”，這道難題十年未解》的科普文章，讓公眾“在感嘆地震瞬間威力和破壞性之后”，更加理解“那些 ‘潛伏’在千壑萬谷的地質(zhì)災(zāi)害才是人們長期需要面對的‘?dāng)橙恕?，其危害并不亞于地震本身”?！?·12”汶川大地震后，以“崩滑—碎屑流—堰塞湖—潰決”為主要特征的巨型鏈式災(zāi)害表現(xiàn)尤為突出，巨型災(zāi)害體的規(guī)模和聚集密度之大極為少有。僅震后的2009—2013年，四川省共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害13241處，導(dǎo)致683人死亡或失蹤，直接經(jīng)濟損失達62.93億元，而地震誘發(fā)的松散堆積物，至今仍有超過100億立方米，地質(zhì)災(zāi)害效應(yīng)還將持續(xù)20年以上。

在震后地質(zhì)災(zāi)害效應(yīng)中，“高速遠程滑坡—碎屑流”因其隱蔽性強，高位、高速、遠程等鏈狀災(zāi)害特點，產(chǎn)生的沖擊力和破壞性遠超普通滑坡，是當(dāng)前監(jiān)測和預(yù)防工作的重點?！?·12”汶川地震后，出現(xiàn)的長達數(shù)千米的“滑坡—碎屑流”“高位臨空拋射型”等災(zāi)害形式所表現(xiàn)出的動力學(xué)特征已超出以往對滑坡、崩塌等傳統(tǒng)重力作用下地質(zhì)災(zāi)害的定義和認識。如何從源頭上識別、判斷和評估這些潛在的、隱蔽性極強的鏈式地質(zhì)災(zāi)害，避免高位遠程滑坡的危害是當(dāng)前地質(zhì)災(zāi)害防治工作的重點任務(wù)和難點問題。

除強震區(qū)之外，由冰崩、冰湖潰決引發(fā)的滑坡、泥石流堵江形成堰塞體等災(zāi)害是近年來青藏高原地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主要形式。2018年10月17日凌晨，西藏自治區(qū)米林縣派鎮(zhèn)加拉村附近雅魯藏布江峽谷發(fā)生山體滑坡，堵塞河道，形成堰塞湖，是典型的冰崩引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害。在全球氣候變暖的大背景下，青藏高原冰川普遍退縮，融水增加，冰磧湖擴張迅速，潛在潰決風(fēng)險有所增大。由于冰湖多位于高寒無人區(qū)，以往調(diào)查工作中的重視程度不夠，僅當(dāng)冰湖潰決洪水（或泥石流）對下游地區(qū)民眾生命財產(chǎn)或基礎(chǔ)設(shè)施造成傷害時才會引起社會關(guān)注。對冰湖潰決發(fā)生地的記錄多為受災(zāi)的縣（鄉(xiāng)），很少涉及潰決冰湖具體的地理位置，加之這些地區(qū)自然條件惡劣，調(diào)查工作相對薄弱。因此，強化對西藏地區(qū)冰湖監(jiān)測及潰決災(zāi)害預(yù)警就顯得尤為必要。

圖1 全國崩塌、滑坡、泥石流地面塌陷易發(fā)程度分區(qū)圖（據(jù)《十三五全國地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃》）

與突發(fā)性、鏈式災(zāi)害等相對的是，地面沉降、地面塌陷、地裂縫等緩變型地質(zhì)災(zāi)害，雖不直接造成人員傷亡，卻對地質(zhì)環(huán)境、城市安全、工程運營造成破壞，特別是對地質(zhì)環(huán)境的影響極為深遠。在大規(guī)模資源（地下水、礦產(chǎn)、油氣等）開采利用，城市地下空間開發(fā)，重大工程活動以及特殊地質(zhì)條件的共同作用下，我國北方主要平原、盆地和三角洲地區(qū)出現(xiàn)大面積連片分布的地面沉降，并伴有地面塌陷和地裂縫。在引發(fā)地面破壞的背后，大型地下水位降落漏斗，城市內(nèi)澇，線性工程變形，基礎(chǔ)設(shè)施破壞等潛在的影響較為突出。在空間分布和演化特征上，地面沉降呈現(xiàn)出隱蔽性、區(qū)域性、緩慢發(fā)生的特點，而一旦發(fā)生，其恢復(fù)治理的難度卻極大。與滑坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害在形成機制上不同的是，地面沉降、地面塌陷等多與人類活動有關(guān)，廣泛分布于我國中東部人口密集的城市群和經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)。我國華北平原、長三角地區(qū)和汾渭盆地等地區(qū)長期超量開采地下水是產(chǎn)生區(qū)域性地面沉降的主要成因，而礦山開采沉陷、巖溶塌陷等則是局部地質(zhì)災(zāi)害的主要形式。京津冀、蘇錫常、杭嘉湖廣大平原區(qū)地面沉降突出，北京、西安、鄭州等地區(qū)地面沉降與地裂縫并存，已成為城市群發(fā)展、重大工程規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)布局必須考慮的地質(zhì)災(zāi)害和地質(zhì)環(huán)境問題，也是當(dāng)前地質(zhì)災(zāi)害防治工作中的重要領(lǐng)域。

圖2 集成星—空—地多源遙感與原位測量的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查監(jiān)測技術(shù)體系

地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查技術(shù)的內(nèi)涵和應(yīng)用定位

（一）地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查技術(shù)的內(nèi)涵

遙感技術(shù)經(jīng)過60多年的發(fā)展，已被廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管理，包括災(zāi)害識別、應(yīng)急響應(yīng)、恢復(fù)重建和防災(zāi)減災(zāi)，為災(zāi)害研究和決策規(guī)劃提供了重要的信息。當(dāng)前的遙感技術(shù)已從單一的光學(xué)成像走向多頻段、多參數(shù)對地觀測，成為綜合對地觀測（Earth Observation）中最重要的信息獲取方式。借助谷歌地球（Google EarthTM）等地理信息引擎，通過可見光、紅外等多種傳感器獲取的海量遙感數(shù)據(jù)，人們可以更為直觀地對地理信息進行訪問、搜索和查詢，改變了以往地理信息的應(yīng)用方式和途徑。對于地質(zhì)災(zāi)害工作而言，綜合利用不同類型的傳感器[如SAR（合成孔徑雷達）、Lidar（激光掃描）、光學(xué)和多光譜遙感等]與信息獲取平臺（如衛(wèi)星、航空、無人機與地面觀測），可有效識別、發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測位于不同地區(qū)不同類型的災(zāi)害隱患，以及災(zāi)后應(yīng)急調(diào)查。對于自然條件惡劣或其他因素限制無法開展地面觀測的“人不能至”的地區(qū)，遙感手段無疑是最為直接的信息獲取方式。

從技術(shù)內(nèi)涵上，地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域已從以往光學(xué)遙感為主的“圖譜測量”走向多種遙感手段的“圖譜與幾何測量”的綜合遙感應(yīng)用（圖2）。這里的圖譜測量側(cè)重指可見光遙感、高光譜、紅外等成像方式，從“影像和光譜變化”上揭示孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)范圍、影響因素等特征變化；而InSAR（雷達干涉測量），Lidar、GNSS等對地觀測手段則側(cè)重從地表的“幾何形態(tài)和形變”方面揭示災(zāi)害體的形態(tài)與位移變化特征。與地面觀測和物理模型相結(jié)合，綜合遙感信息源已廣泛用于監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害的早期識別、隱患排查和監(jiān)測預(yù)警，改變了以往的工作方式，從不同尺度上增強了對地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)、發(fā)展和破壞整個過程系統(tǒng)化的認識。當(dāng)前，高空間、時間和光譜分辨率，立體制圖，全天候成像，多星組網(wǎng)、多傳感器聯(lián)合等遙感觀測系統(tǒng)的進步，使得遙感觀測的精準度、觀測頻率得以提高，數(shù)據(jù)更易于獲取和解譯，這無疑強化了對地質(zhì)災(zāi)害要素在廣度和精度上的監(jiān)測能力，推動從廣域尺度到細節(jié)的分辨和監(jiān)測。

（二）地質(zhì)災(zāi)害技術(shù)體系中的遙感應(yīng)用定位

我國地質(zhì)災(zāi)害防治工作長期以來形成了“調(diào)查評價、監(jiān)測預(yù)警、綜合治理、應(yīng)急防治”四大技術(shù)體系，貫穿于地質(zhì)災(zāi)害從出現(xiàn)、發(fā)展、致災(zāi)、災(zāi)后應(yīng)急以及綜合防治的全過程。遙感技術(shù)的綜合應(yīng)用在這一體系中主要體現(xiàn)在“早期識別、隱患排查、監(jiān)測預(yù)警、災(zāi)害應(yīng)急”等四個方面，遵循“分層遞進、從面到點、由粗到細、星地協(xié)同”的工作模式，在衛(wèi)星資源的進一步豐富，解決了數(shù)據(jù)源和觀測頻率上觀測不“足”的前提下，地質(zhì)災(zāi)害遙感應(yīng)用技術(shù)體系在廣泛的實踐中更加穩(wěn)定與可靠，被地質(zhì)災(zāi)害防治界所廣泛接納并推廣應(yīng)用。

當(dāng)前我國重大地質(zhì)災(zāi)害呈現(xiàn)出三個特點：（1）點多面廣，隱蔽性強；（2）高速遠程，危害極大；（3）人不能至，難以觀測。加強早期識別與監(jiān)測預(yù)警是重點工作，要求調(diào)查工作圍繞定性評估，定量監(jiān)測與綜合判斷的需求，確定哪里可能存在災(zāi)害隱患，災(zāi)害隱患的活動范圍與變形幅度，致災(zāi)的概率與程度有多大。遙感調(diào)查應(yīng)用在這個要求下主要體現(xiàn)在解決“形態(tài)、形變和形勢”調(diào)查與判斷上。在技術(shù)手段上，利用高分辨率光學(xué)遙感與Lidar測量的模式進行災(zāi)害體“形態(tài)”調(diào)查，研究災(zāi)害形成和發(fā)育的地質(zhì)背景、地表覆被變化以揭示潛在的成災(zāi)狀況；利用lnSAR監(jiān)測獲取災(zāi)害體地表“形變”表征坡體移動變形狀態(tài)，判別地質(zhì)災(zāi)害體的滑移規(guī)模、活動階段和發(fā)展趨勢（圖3）；最后綜合遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)與地面測量數(shù)據(jù)，從成災(zāi)狀況、當(dāng)前變形狀況和潛在致災(zāi)形勢的評判，是當(dāng)前面向重大地質(zhì)災(zāi)害的早期有效識別的關(guān)鍵所在。

圖3 2018年10月10日金沙江白格堰塞湖災(zāi)前滑坡變形情況（高分二號影像，左：2015年11月13日，右：2018年2月28日，滑坡體累積滑移超過20m）

常態(tài)化遙感地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測應(yīng)用

（一）區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查

遙感地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查是基于多源遙感影像，利用人機交互解譯、機器學(xué)習(xí)、專家知識與GIS定量計算來獲取地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)信息的技術(shù)方法，其應(yīng)用可追溯到20世紀70年代末，日本利用航空遙感圖像編制了1∶5萬比例尺的全國地質(zhì)災(zāi)害分布圖。我國地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查起步于20 世紀80年代初，在二灘水電站開發(fā)前期論證中，采用了航空遙感進行庫區(qū)滑坡分布、規(guī)模及發(fā)育環(huán)境調(diào)查。雖然起步較晚，但地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查技術(shù)在服務(wù)于眾多山區(qū)大型工程建設(shè)過程中得到快速發(fā)展。自從1999年國土資源部開展“國土資源大調(diào)查”工作以來，應(yīng)用地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查技術(shù)，先后完成了長江三峽庫區(qū)、青藏鐵路沿線、喜馬拉雅山地區(qū)、川東緩傾斜坡地區(qū)等近40萬平方千米的滑坡、泥石流等的分布及發(fā)育環(huán)境調(diào)查（圖4）。

圖4 2017年11月18日雅魯藏布江色東普冰崩泥石流堵江遙感調(diào)查

圖5 常態(tài)化地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測遙感調(diào)查工作模式

（二）突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害遙感應(yīng)急調(diào)查

利用高分辨率遙感影像進行重大地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急已為公眾所熟知，以衛(wèi)星遙感、無人機等組成的遙感應(yīng)急技術(shù)體系已廣泛建立，能快速獲取災(zāi)區(qū)遙感影像、地形數(shù)據(jù)等空間信息，用于指導(dǎo)災(zāi)情判斷、房屋與道路損毀評估和災(zāi)后救援部署。早在1985年三峽新灘滑坡發(fā)生時，中國國土資源航空物探遙感中心就利用航空遙感手段獲取了滑坡災(zāi)害前后的航空圖像，開展災(zāi)害成因調(diào)查。其后，航空遙感手段在幾十次突發(fā)重大單體地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)對中被廣泛應(yīng)用，如易貢重大滑坡堵江堰塞湖潰決鏈式災(zāi)害、襄汾尾礦庫潰壩、關(guān)嶺滑坡、舟曲泥石流、武隆滑坡碎屑流、都江堰三溪村滑坡、深圳光明新村滑坡、茂縣新磨村滑坡等。在這些應(yīng)用中，以應(yīng)對和處理“5·12”汶川地震災(zāi)害、“6·5”重慶武隆鐵礦鄉(xiāng)雞尾山崩塌災(zāi)害、“4·14”玉樹地震災(zāi)害、“6·28”關(guān)嶺滑坡災(zāi)害、“8·7”甘肅舟曲泥石流災(zāi)害為代表，體現(xiàn)了遙感技術(shù)快速響應(yīng)的作用。尤其是“5·12”汶川地震災(zāi)區(qū)完成的“次生地質(zhì)災(zāi)害航空遙感調(diào)查”工作中，調(diào)查獲取的震后首張航空影像和映秀鎮(zhèn)—汶川沿線航空影像，為打開救援通道提供了第一手資料，被抗震救災(zāi)前線指揮部稱為“對抗震救災(zāi)的偉大貢獻”；調(diào)查成果為指揮抗震救災(zāi)、防范次生地質(zhì)災(zāi)害、開展災(zāi)后重建等工作提供了重要的科學(xué)依據(jù)，在救災(zāi)與災(zāi)后重建決策中發(fā)揮了重要作用。

（三）遙感地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作模式

通過大量應(yīng)用實踐，形成了突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害遙感應(yīng)急調(diào)查、區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害InSAR早期識別與隱患排查等應(yīng)用領(lǐng)域，形成了“空—天—地”協(xié)同應(yīng)用的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與應(yīng)急遙感監(jiān)測技術(shù)體系（圖5），初步建成了覆蓋全國地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的高分辨率光學(xué)遙感本底數(shù)據(jù)庫，廣泛支撐服務(wù)各級部門地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急管理、防災(zāi)減災(zāi)決策等工作。

在這些工作開展過程中，國產(chǎn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)發(fā)揮了巨大作用，資源一號02-C、高分一號、高分二號、資源三號、HJ-1C等高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星解決了長期對國外遙感數(shù)據(jù)的依賴，已成為日常地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查監(jiān)測中主要的數(shù)據(jù)源。在此基礎(chǔ)上，由機載航空影像、Lidar測量等構(gòu)成了高易發(fā)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫，在三峽等地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治中發(fā)揮了積極作用。

于高遠處測精微——雷達干涉測量（InSAR）應(yīng)用

（一）InSAR技術(shù)的發(fā)展與規(guī)?；瘧?yīng)用

雷達（主要是SAR）遙感在地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域的應(yīng)用除補充光學(xué)遙感多云多雨地區(qū)高分辨率成像之外，主要體現(xiàn)在干涉測量（InSAR）方面，以相位干涉的方式實現(xiàn)幾何形態(tài)與微小形變的高精度測量。目前， InSAR時間序列分析技術(shù)的形變測量精度可到3～5mm，具備大面積覆蓋下的高精度測量，是地面點位觀測（水準、GPS等）的補充。星載InSAR技術(shù)應(yīng)用可追溯到1978年發(fā)射的SEASAT衛(wèi)星，隨著ERS-1/2、ENVISAT衛(wèi)星的發(fā)展，經(jīng)歷了差分干涉測量（D-InSAR）、永久散射體干涉測量（PS-InSAR）以及短基線集（SBAS）等基于相干目標的時序分析方法，改變了單一時相下D-InSAR受制于外部因素（大氣、軌道等）影響監(jiān)測結(jié)果精度偏低的困境。加之歐空局（ESA）大力推動InSAR技術(shù)地表形變監(jiān)測應(yīng)用，拓展了這一空間對地觀測新技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)用領(lǐng)域， ESA在“全球環(huán)境監(jiān)測計劃（GMES，Global Monitoring for Environment and Security）”框架下開展了Terrafirma項目，利用近ERS（1992—2000年）、ENVISAT（2002—2010年）以及Sentinel-1（2014年發(fā)射，雙星編隊模式）系列衛(wèi)星和InSAR技術(shù)進行地表移動及其災(zāi)害的調(diào)查與監(jiān)測，為災(zāi)害早期識別、風(fēng)險評估和防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支持（圖6）。該項目根據(jù)地表形變的主控因素分為構(gòu)造地質(zhì)、海岸帶和水文地質(zhì)三個主題。其中，構(gòu)造地質(zhì)專題主要面向地震、活動斷裂、大地構(gòu)造活動等開展InSAR調(diào)查監(jiān)測與災(zāi)害分析；海岸帶專題主要面向沿海低凹地區(qū)地面下沉與城市防洪減災(zāi)；而水文地質(zhì)專題則針對地下水開發(fā)利用引發(fā)的地面沉降，山體滑坡及礦山（固體或液體）開采沉陷的大范圍監(jiān)測制圖。這個工作成為了推動InSAR技術(shù)全面應(yīng)用的典范。

圖6 意大利全境InSAR動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)支撐下的滑坡編目與災(zāi)害評估模式

圖7 三峽地區(qū)樹坪滑坡大變形的高分辨率InSAR監(jiān)測（2009年2月至2012年2月，三年累計變形超過2m）

（二）滑坡形變InSAR監(jiān)測

三峽地區(qū)是我國最早從事InSAR滑坡災(zāi)害監(jiān)測的試驗場（圖7），從1999年中國國土資源航空物探遙感中心（AGRS）聯(lián)合德國地球科學(xué)研究中心（GFZ），在新灘、鏈子崖滑坡上開展角反射器InSAR滑坡形變監(jiān)測，連續(xù)十多年一直在進行技術(shù)試驗與方法改進，根本目標在于建立一種穩(wěn)定可靠的技術(shù)方法，增強技術(shù)的適用性以服務(wù)災(zāi)害防控。整個過程經(jīng)過了試驗探索階段（1999—2002年），監(jiān)測應(yīng)用階段（2005—2010年）和技術(shù)完善階段（2012—2014年）。特別是TerraSAR-X等高分辨率及ALOS-2長波長SAR衛(wèi)星的出現(xiàn)，滑坡InSAR監(jiān)測技術(shù)逐步進入應(yīng)用階段，通過差分干涉技術(shù)、CR-InSAR時序分析技術(shù)、高分辨率SAR影像像元偏移量估計方法以及寬帶雷達數(shù)據(jù)的子帶干涉技術(shù)的綜合應(yīng)用，可精確獲取單體滑坡邊界，單體滑坡非均勻位移分布全貌及其矢量分解，還可對大面積的庫區(qū)邊坡進行全天候監(jiān)測，獲取新老滑坡體的動態(tài)信息。

為補充星載InSAR系統(tǒng)在觀測能力（觀測角度、入射方向和連續(xù)性監(jiān)測）方面的不足，近年來地基SAR被逐步應(yīng)用于滑坡災(zāi)后應(yīng)急、露天礦邊坡變形、冰川滑動等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中。由地基SAR與星載InSAR聯(lián)合應(yīng)用，對新滑坡體的早期識別，老滑坡體的長期監(jiān)測，大型滑坡災(zāi)后穩(wěn)定性評估都具有重要的實用意義，是星空地綜合遙感體系中的重要組成部分。

圖8 中東部地區(qū)地面沉降InSAR監(jiān)測“一張圖”

（三）全國地面沉降與地裂縫InSAR監(jiān)測

與崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害相比，地面沉降、地裂縫等在空間上具有更廣的影響范圍，而這恰是星載InSAR技術(shù)最適合的應(yīng)用對象。地面沉降InSAR監(jiān)測在滿足毫米級精度外，揭示了區(qū)域性沉降場整體分布特征，可直接發(fā)現(xiàn)局部沉降中心（漏斗）的變化與運移，刻畫了地面沉降場與地質(zhì)構(gòu)造（地裂縫）等控制性因素的空間分異特征，并綜合光學(xué)遙感可對地面沉降場分布與城市群、產(chǎn)業(yè)機構(gòu)分布關(guān)系。

與歐空局Terrafirma計劃基本同步，自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局（CGS）從2004年起率先在華北平原部署開展大范圍地面沉降InSAR監(jiān)測技術(shù)研究與應(yīng)用示范。至2008年年初，完成了關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，獲得了北京、天津等典型地面沉降區(qū)的監(jiān)測成果，經(jīng)過與地面精密水準測量數(shù)據(jù)（2個示范區(qū)，4組觀測數(shù)據(jù)，150余個驗證點）的對比，取得了年沉降速率3～5mm/a的比較精度，奠定了規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)。至2010年年底，區(qū)域性地面沉降InSAR監(jiān)測技術(shù)基本成熟，工程化監(jiān)測能力得到檢驗；首次實現(xiàn)了華北平原、長三角和汾渭盆地近25萬平方千米范圍的全覆蓋監(jiān)測，形成了區(qū)域地面沉降InSAR監(jiān)測成果“一張圖”，獲得了覆蓋京津冀、蘇錫常、杭嘉湖等地區(qū)自20世紀90年代以來的監(jiān)測成果，為開展全國地面沉降“掃面”調(diào)查起到了示范作用，加速了InSAR技術(shù)在地面沉降、礦區(qū)塌陷、高鐵路基變形、油田地表下沉等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，支撐服務(wù)新一輪全國地面沉降防治規(guī)劃的編制工作。

從2011年至2015年完成了全國16個省份地面沉降現(xiàn)狀調(diào)查，編制了《全國地面沉降InSAR監(jiān)測成果圖集》，獲取了截至2015年10月的地面沉降現(xiàn)狀結(jié)果，進一步明確了當(dāng)前全國發(fā)生（10mm/a以上）地面沉降的影響面積（超過12萬平方千米，涉及94個地級市，425個區(qū)縣，其中發(fā)生在規(guī)劃建設(shè)區(qū)的地級（及以上）城市超過57個)和發(fā)生嚴重沉降（超過50mm/a）的地區(qū)范圍（分布于9省24市71區(qū)縣）。分別獲取了京津冀、蘇錫常、杭嘉湖、揚泰通（10萬平方千米）等大型地面沉降區(qū)帶和北京、天津、滄州、德州等重點沉降漏斗高分辨率InSAR精細監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)反映了近十年來各地區(qū)地面沉降發(fā)展變化特征，通過綜合區(qū)域地下水開發(fā)利用狀況、斷裂構(gòu)造分布與地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局等多元信息，揭示了地面沉降分布與演化特征，實現(xiàn)了重點地區(qū)、重要城市、重點沉降區(qū)帶等多尺度調(diào)查。

此外，在全國層面上突出體現(xiàn)了華北平原（京津冀）、長三角和汾渭盆地三大沉降區(qū)2008—2010年、2012—2015年兩期全覆蓋InSAR監(jiān)測數(shù)據(jù)更新（圖8），實現(xiàn)了當(dāng)年監(jiān)測，當(dāng)年提交成果的快速及時服務(wù)，支撐了華北平原、長三角各主要城市、中部地區(qū)重點工礦區(qū)地表變形與地質(zhì)環(huán)境管理。針對《全國地面沉降防治規(guī)劃（2011—2020）》中對高速鐵路、重載鐵路等線性工程沉降監(jiān)測任務(wù)，完成了京滬高鐵、京津城際、津保高鐵、南水北調(diào)工程、西氣東輸工程、京滬線、京九線、上海磁懸浮軌道工程、滬杭高鐵、甬溫高鐵、曹妃甸工業(yè)區(qū)等工程區(qū)沉降監(jiān)測，實現(xiàn)了地質(zhì)調(diào)查為京津冀協(xié)同發(fā)展、長江經(jīng)濟帶和重大工程服務(wù)的目標。

全國地面沉降InSAR監(jiān)測工程開展以來陸續(xù)應(yīng)用了ERS、ENVISAT與RADARSAT-1/2等中等分辨率、中大覆蓋的SAR數(shù)據(jù)，以滿足大范圍覆蓋監(jiān)測需要。在“十二五”期間，全國大范圍監(jiān)測中利用RADARSAT-2寬幅SAR數(shù)據(jù)（wide mode，30m分辨率，170km幅寬，編程定制）實現(xiàn)“面上全覆蓋”，以TerraSAR-X、Cosmo-skymed等高分辨率SAR開展“點上、線上”精細監(jiān)測。目前，隨著對監(jiān)測精細程度的要求，RADARSAT-2衛(wèi)星精細寬幅（Extra fine，5m分辨率，125km幅寬）數(shù)據(jù)以及哨兵-1號寬幅干涉數(shù)據(jù)已經(jīng)成為“十三五”期間主要的數(shù)據(jù)源。

從地質(zhì)環(huán)境演化意義上看，近二十年的區(qū)域性地面沉降InSAR監(jiān)測成果豐富了對地面沉降發(fā)生發(fā)展規(guī)律的認識，為解決地下水合理開發(fā)、城市規(guī)劃、工程布局等工作提供了高精度反映現(xiàn)勢性的調(diào)查成果，直接服務(wù)于全國地面沉降規(guī)劃落實和地面沉降綜合防治部省、部際聯(lián)席會議制度，成為全國地質(zhì)環(huán)境承載能力評價，重要城市群地質(zhì)環(huán)境保障以及全國重大工程規(guī)劃布局等決策管理的基礎(chǔ)工作。

強化綜合遙感支撐下的“三查”技術(shù)體系

(一) 面向重大地質(zhì)災(zāi)害早期識別的“三查”技術(shù)體系

當(dāng)前，我國地質(zhì)災(zāi)害防治工作模式正在發(fā)生著根本的轉(zhuǎn)換，習(xí)近平總書記要求災(zāi)害防治工作“堅持以防為主、防抗救相結(jié)合，堅持常態(tài)減災(zāi)和非常態(tài)救災(zāi)相統(tǒng)一，努力實現(xiàn)從注重災(zāi)后救助向注重災(zāi)前預(yù)防轉(zhuǎn)變，從應(yīng)對單一災(zāi)種向綜合減災(zāi)轉(zhuǎn)變，從減少災(zāi)害損失向減輕災(zāi)害風(fēng)險轉(zhuǎn)變，全面提升全社會抵御自然災(zāi)害的綜合防范能力”?！疤岣叨酁?zāi)種和災(zāi)害鏈綜合監(jiān)測、風(fēng)險早期識別和預(yù)報預(yù)警能力”是關(guān)鍵所在，要求在實現(xiàn)路徑上堅持“人防與技防”相結(jié)合，實現(xiàn)“群測群防”，最大限度地依靠技術(shù)創(chuàng)新提高災(zāi)害識別與監(jiān)測能力。

地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測工作的根本目標是預(yù)警預(yù)報，成功的預(yù)警預(yù)報取決于災(zāi)害隱患的早期識別、持續(xù)監(jiān)測和地質(zhì)分析與判斷。近年來發(fā)生的高位垮塌、高速遠程滑坡、雅魯藏布江冰崩災(zāi)害與堰塞湖堵江等重大地質(zhì)災(zāi)害，多是在地面調(diào)查工作的“隱患點”范圍之外，這些地區(qū)“人不能至、人跡罕至”，推進早期識別，明確重大隱患點所在是防治工作的關(guān)鍵。2017年四川茂縣新磨村高位垮塌發(fā)生后，自然資源部地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)指導(dǎo)中心殷躍平研究員、成都理工大學(xué)許強教授等國內(nèi)知名地災(zāi)防治專家，提出了“利用InSAR等技術(shù)手段開展高海拔地區(qū)山體滑坡早期識別與隱患排查”的技術(shù)需求。在2018年全國“兩會”期間，許強教授重申了面向重大地質(zhì)災(zāi)害構(gòu)建“三查”（由高精度遙感+InSAR的“普查”、機載Lidar+無人機航拍的“詳查”、地面調(diào)查核實的“核查”共同組成）技術(shù)體系，實現(xiàn)對災(zāi)難性地質(zhì)災(zāi)害事件的主動防范的建議。這些來自地質(zhì)災(zāi)害防治一線的需求建議與推進綜合遙感開展地質(zhì)災(zāi)害早期識別與隱患排查的工作思路完全一致。

國際上，很多學(xué)者針對災(zāi)害監(jiān)測工作提出過“Prediction，Prevention，Protection”的理念，充分強調(diào)了預(yù)防的重要性，綜合遙感地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查是預(yù)防的基礎(chǔ)工作。日本和歐洲的一些國家以及我國臺灣近年來正在積極推進綜合遙感地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)用，認為這是災(zāi)害調(diào)查監(jiān)測的“新武器”，通過衛(wèi)星遙感、航空攝影測量、高分辨率地形測繪實現(xiàn)大范圍測量，完成區(qū)域上的“掃面”；在此基礎(chǔ)上對識別出的災(zāi)害隱患進行實地調(diào)查和綜合分析，并進行危險性判定，以此進行定點監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警。這種從“形態(tài)、形變到形勢”上推進的工作模式適合我國當(dāng)前“點多面廣、隱蔽性強”的災(zāi)害要求，特別是在推進“高速遠程滑坡、震后鏈式災(zāi)害以及青藏高原地區(qū)冰川災(zāi)害”的預(yù)防中意義重大。

在具體實踐中應(yīng)該認識到，綜合遙感支撐下的“三查”不是一次性工作，需不斷更新觀測數(shù)據(jù)，從不同角度和尺度來提前識別和發(fā)現(xiàn)重大地質(zhì)災(zāi)害隱患。從整個地質(zhì)災(zāi)害防治鏈條上，“三查”工作是基礎(chǔ)性的工作，需要長期的積累（觀測、監(jiān)測數(shù)據(jù)、經(jīng)驗和認識），以提高地災(zāi)有效預(yù)警的概率，增強群測群防的針對性和科學(xué)性。

（二）推進綜合遙感應(yīng)用的工作建議

為推進綜合遙感支撐的重大地質(zhì)災(zāi)害早期識別與監(jiān)測預(yù)警，需要統(tǒng)籌衛(wèi)星、航空等多種遙感數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建高效快速的地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測預(yù)警技術(shù)平臺（Geohazards Exploration Platform），以地質(zhì)災(zāi)害早期識別、調(diào)查評價、監(jiān)測預(yù)警與災(zāi)后應(yīng)急業(yè)務(wù)化應(yīng)用為總體目標，綜合應(yīng)用高分辨率光學(xué)遙感、InSAR、Lidar等技術(shù)手段，推進地質(zhì)災(zāi)害“三查”體系向業(yè)務(wù)化發(fā)展。平臺綜合高分辨率遙感、InSAR形變監(jiān)測、地面測量等監(jiān)測大數(shù)據(jù)，依托云計算、深度學(xué)習(xí)等信息技術(shù)提升地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與綜合防治能力。通過在我國西南強震區(qū)、藏東南地區(qū)以及西北黃土滑坡群等地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)開展區(qū)域性遙感綜合調(diào)查與典型高速遠程滑坡連續(xù)動態(tài)監(jiān)測，形成穩(wěn)定的技術(shù)體系與業(yè)務(wù)能力，提高地災(zāi)識別與監(jiān)測預(yù)警能力。