高山峽谷區(qū)滑坡災(zāi)害隱患InSAR早期識別
——以雅礱江中段為例

戴可人 鐵永波 許 強(qiáng) 馮 也 卓冠晨 史先琳

①(地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)) 成都 610059)

②(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 成都 610059)

③(中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心 成都 610081)

1 引言

雅礱江地處青藏高原向四川盆地過渡地帶，屬青藏高原東部邊緣侵蝕山原區(qū)強(qiáng)烈-極強(qiáng)烈山原亞區(qū)，屬嵌入式河流，溝谷深切，溝壑縱橫，相對高差達(dá)2000～3000 m，河谷為“V”形谷，屬典型的高山峽谷地貌[1]。雅礱江沿岸巖層風(fēng)化強(qiáng)烈，切割破碎，岸坡穩(wěn)定性差，加之沿岸水電的頻繁開發(fā)以及大中型工程的興建，該流域所遭受的滑坡、崩塌及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害也越來越嚴(yán)重[1—4]，對當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)及水利水電等基礎(chǔ)設(shè)施安全帶來嚴(yán)重威脅。在雅礱江流域沿岸高山峽谷區(qū)域開展滑坡災(zāi)害隱患早期識別，對該區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害防范以及確保人民生命財(cái)產(chǎn)與水利水電等基礎(chǔ)設(shè)施安全具有重要的意義。

由于需要監(jiān)測面積較大，傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查手段在滑坡災(zāi)害隱患排查工作中很難達(dá)到大范圍覆蓋。隨著對地觀測技術(shù)的不斷進(jìn)步，光學(xué)遙感解譯是目前滑坡災(zāi)害隱患大范圍早期識別主要手段之一，但其受云霧影響較大，且往往只能對較大地貌特征進(jìn)行定性解譯[5]。作為近三十年的新興雷達(dá)遙感技術(shù)，合成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)[6]具有覆蓋范圍廣、監(jiān)測精度高、全天時、全天候、空間分辨率高等特點(diǎn)，已被成功用于滑坡災(zāi)害監(jiān)測(如文獻(xiàn)[7—11])，近年來被逐步應(yīng)用于災(zāi)害隱患早期識別并取得一些成功案例。張毅[12]基于Envisat ASAR數(shù)據(jù)，應(yīng)用時間序列InSAR技術(shù)成功識別出白龍江流域133處活動斜坡；張路等人[13]利用InSAR技術(shù)成功識別出大渡河區(qū)域17處持續(xù)變形中的不穩(wěn)定坡體；張亞迪等人[14]利用時序InSAR對芒康地區(qū)滑坡災(zāi)害隱患進(jìn)行了探測；Dai等人[15]利用短基線DInSAR技術(shù)對汶川附近國道G317沿線不穩(wěn)定滑坡體進(jìn)行了有效識別；陸會燕等人[5]結(jié)合InSAR與光學(xué)遙感技術(shù)，成功探測出金沙江下游區(qū)域共計(jì)7處具有較顯著形變的滑坡隱患。高山峽谷區(qū)域海拔落差大、地形復(fù)雜、植被茂密，給InSAR處理帶來干涉失相干、大氣延遲、幾何畸變等挑戰(zhàn)[16]。對于InSAR高山峽谷區(qū)域的滑坡識別效果與適用性還值得進(jìn)一步分析與研究。

本文利用小基線集時間序列方法(Small BAseline Subset InSAR,SBAS-InSAR)，對雅礱江流域雅江縣至木里縣段高山峽谷區(qū)域進(jìn)行了滑坡災(zāi)害隱患廣域早期識別的研究，探究其潛在的滑坡隱患區(qū)域，并對識別結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的分析討論，分析雷達(dá)遙感在高山峽谷區(qū)滑坡探測中的效果與適用性，可為當(dāng)?shù)氐姆罏?zāi)減災(zāi)提供有力的支持，并為高山峽谷區(qū)的滑坡災(zāi)害隱患早期識別提供思路與參考。

2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)—研究區(qū)域位置與地勢特點(diǎn)

雅礱江是金沙江最大支流，為橫斷山區(qū)北南向的主要河系之一[1]。本文選取雅礱江流域雅江縣-木里藏族自治縣段作為研究區(qū)域(如圖1所示)。該區(qū)域位于雅礱江中游段，四川省甘孜藏族自治州、涼山彝族自治州境內(nèi)，處于中國最高一級階梯向第2級階梯云貴高原和四川盆地過渡地帶，屬橫斷山系北段川西高山高原區(qū)，亦屬于青藏高原的一部分。該段位于甘孜阿壩褶皺帶，出露地層以三疊系淺變質(zhì)砂板巖為主，有少量花崗巖及石灰?guī)r分布。分布巨厚的中上三疊系淺變質(zhì)巖系，砂巖，板巖構(gòu)成北西-南東向緊密褶皺，褶皺軸部及斷層帶中有少量二疊系灰?guī)r分布，并有零星燕山期花崗巖出露，且出露下古生界至上古生界碳酸鹽巖類、淺變質(zhì)巖及玄武巖等[1—4]。研究區(qū)域海拔3000～5000 m，峰巒重疊、溝壑縱橫、河谷深切，為典型高山峽谷地貌，為崩塌、滑坡等斜坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生孕育了條件。大部分山區(qū)溝道巨大的地形高差，使處于高處的松散碎屑物質(zhì)擁有巨大的勢能，陡急的山坡和溝床為坡面和溝床松散堆積物能量的釋放和勢能轉(zhuǎn)化為動能提供有利條件，有利于滑坡、泥石流等災(zāi)害的形成，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)[17—20]。

圖1 研究區(qū)域Fig.1 Study area

本研究共計(jì)使用了50景Sentinel-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)(每一個時間點(diǎn)需要兩景數(shù)據(jù)上下拼接)，時間范圍覆蓋2017年9月9日—2018年10月10日共計(jì)396天。Sentinel-1是歐洲航天局(European Space Agency,ESA)發(fā)射的由兩顆衛(wèi)星組成地球觀測衛(wèi)星星座，載有C波段合成孔徑雷達(dá)，可提供白天、夜晚及各種天氣下的連續(xù)影像。表1列出了Sentinel-1衛(wèi)星主要參數(shù)。

表1 Sentinel-1衛(wèi)星SAR影像數(shù)據(jù)主要參數(shù)Tab.1 Main parameters of Sentinel-1 SAR datasets

Sentinel-1影像數(shù)據(jù)集的時空基線圖如圖2所示，時間基線閾值為48 d，空間基線閾值小于150 m。為了消除與減弱由軌道誤差引起的相位誤差，在數(shù)據(jù)處理過程中還使用了歐洲空間局精密軌道數(shù)據(jù)對軌道信息進(jìn)行糾正。同時采用日本宇航局ALOS WORLD 3D 30 m空間分辨率的數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)，以消除或減弱地形相位的影響。

圖2 SAR數(shù)據(jù)集時空基線圖Fig.2 Spatial and temporal baselines of SAR datasets

3 時間序列InSAR方法

傳統(tǒng)的差分干涉測量技術(shù)(Differential InSAR,DInSAR)易受到時間失相干和空間失相干的影響，不能準(zhǔn)確獲取形變信號。為降低時空失相干的影響，Berardino等人[21]提出了短基線集，即SBASInSAR技術(shù)，其核心思路是將同一個地區(qū)多幅SAR影像配準(zhǔn)得到短基線對，采用奇異值分解法(Singular Value Decomposition,SVD)將多個短基線集聯(lián)合求解，得到目標(biāo)區(qū)域的整個時間位移序列以及地表形變平均速率。具體原理及流程如下：

假設(shè)獲取了覆蓋同一區(qū)域N+1幅SAR影像，按時間序列排序如式(1)

按照一定規(guī)則，選取某一影像作為主影像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到M個干涉對，M滿足式(2)

通過設(shè)定時空閾值，得到相干性較好的M對干涉對，再通過精密軌道文件及高精度數(shù)字高程模型去除軌道誤差、平地效應(yīng)及地形相位的影響后得到M幅差分干涉圖以及解纏后的形變相位。

假設(shè)t0時刻作為起始時間，將該時刻研究區(qū)域的位移視為0，則第i幅干涉圖中(1≤i≤m)的某個像素相對于起始點(diǎn)的相位可以表示為式(3)

其中，φitopo表示地形相位，φiatm大氣延遲造成的相位，φinoise相干噪聲引起的相位。分別可表示為

λ為波長；θ為雷達(dá)入射角；Δh為外部DEM誤差；r為雷達(dá)到目標(biāo)物體的斜距；d(t2)與d(t1)分別表示t2與t1時刻像元相對于起始時間t0在雷達(dá)視線方向的形變累積量。假設(shè)干涉對影像時間間隔內(nèi)地表形變滿足線性變化，將對相位時間序列的求解轉(zhuǎn)變?yōu)橄辔蛔兓俾实那蠼猓傻檬?5)

則Δφdef可表示為：Δφdef=B，其中，矩陣B為系數(shù)矩陣，每行一一對應(yīng)干涉像對。矩陣的元素中主影像系數(shù)為1，輔影像系數(shù)為—1，其他系數(shù)為0。

因此，在不考慮大氣相位與噪聲的情況下，聯(lián)合式(1)—式(5)可得式(6)

圖3 SBAS-InSAR時序分析流程圖Fig.3 Flowchart of SBAS-InSAR time series analysis

4 滑坡災(zāi)害隱患早期識別結(jié)果

4.1 總體識別結(jié)果

通過短基線集SBAS-InSAR時間序列方法對雅礱江中段雅江縣-木里縣流域進(jìn)行了形變監(jiān)測?？紤]到數(shù)據(jù)處理過程誤差的累積與處理的效率，將雅江縣-木里縣流域分為5段，分別提取了各段的雅礱江沿岸坡體形變特征信息，獲得的雷達(dá)視線方向上的年均形變速率如圖4所示，其中紅色負(fù)值代表的是目標(biāo)地物遠(yuǎn)離衛(wèi)星方向位移，藍(lán)色正值代表的是目標(biāo)地物靠近衛(wèi)星方向位移。5段的詳細(xì)劃分如圖4(a)所示，具體劃分為雅江縣-惡古鄉(xiāng)(A段)，惡古鄉(xiāng)-牙衣河鄉(xiāng)(B段)，牙衣河鄉(xiāng)-三巖龍鄉(xiāng)(C段)，麥地龍鄉(xiāng)-田鎮(zhèn)村(D段)，卡拉鄉(xiāng)-三桷埡鄉(xiāng)(E段)。本文主要針對雅礱江沿岸對河流有危險(xiǎn)的坡體進(jìn)行In-SAR結(jié)果解譯，早期識別地質(zhì)災(zāi)害隱患，并進(jìn)行相干性、幾何畸變等復(fù)核檢驗(yàn)，共識別出8處正在發(fā)生蠕變的不穩(wěn)定坡體，其中B段4處，即魯日、日阿、日衣、木恩；D段共中鋪?zhàn)哟?、麻撒?處；E段共陽山村、獨(dú)家村2處?；赟AR成像參數(shù)與坡度坡向數(shù)據(jù)，我們對8處坡體進(jìn)行了幾何畸變分析與驗(yàn)證(依據(jù)5.2節(jié)、圖8與圖9)，這8處坡體均處于非幾何畸變區(qū)，形變監(jiān)測結(jié)果可靠。

本文從變形范圍、最大形變速率、坡體平均坡度、高程范圍、植被覆蓋情況、威脅對象這幾個方面，對這8處正在變形區(qū)域進(jìn)行了詳細(xì)分析。根據(jù)隱患點(diǎn)的形變量級，坡體是否具備滑坡地質(zhì)地貌特征、形變速率是否有加速、突變現(xiàn)象、是否直接對雅礱江或附近村落直接造成威脅作為判斷依據(jù)，對風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行了定性評估。其中5處隱患點(diǎn)處于高風(fēng)險(xiǎn)等級，倘若發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，極大可能會對當(dāng)?shù)厝罕娙松戆踩斐赏{，屬于重點(diǎn)觀測點(diǎn)值得特別關(guān)注。這5處主要分布于B段惡古鄉(xiāng)-牙衣河鄉(xiāng)與D段麥地龍鄉(xiāng)-田鎮(zhèn)村區(qū)域。惡古鄉(xiāng)-牙衣河鄉(xiāng)有3處風(fēng)險(xiǎn)等級高的區(qū)域，其中魯日坡體，對魯日村及村中的雅江縣八衣絨鄉(xiāng)中心小學(xué)、下次呷、次呷和上次呷的安全造成嚴(yán)重的威脅，并且具有堵塞雅礱江的風(fēng)險(xiǎn)；日阿坡體對附近的日阿村、科魯村、道路與雅礱江構(gòu)成直接的威脅；日衣坡體對日衣村與雅礱江構(gòu)成直接的威脅。麥地龍鄉(xiāng)-田鎮(zhèn)村有2處風(fēng)險(xiǎn)等級高的區(qū)域，其中中鋪?zhàn)哟迤麦w對麥地龍鄉(xiāng)、中(鋪?zhàn)哟迮c雅礱江構(gòu)成直接的威脅；麻撒村坡體對附近的村落與雅礱江構(gòu)成直接的威脅。詳細(xì)結(jié)果列表如表2所示。從整體識別結(jié)果來看，InSAR技術(shù)在植被覆蓋較低的區(qū)域，可以精確有效地識別出高山峽谷區(qū)滑坡災(zāi)害隱患區(qū)域，所發(fā)現(xiàn)的幾處隱患點(diǎn)均為中低植被覆蓋區(qū)。就此研究區(qū)域而言，滑坡災(zāi)害隱患區(qū)域最大形變速率普遍超過50 mm/year，且呈現(xiàn)出高位特征，平均高程大于2000 m，平均坡度大于55%，均可對當(dāng)?shù)卮迓渑c雅礱江構(gòu)成直接的威脅。

圖4 InSAR年均平均速率監(jiān)測結(jié)果Fig.4 Mean velocity map derived from InSAR

4.2 重點(diǎn)區(qū)域分析解譯

魯日村與中鋪?zhàn)哟迨谴舜巫R別中具有直接威脅對象的兩處重點(diǎn)區(qū)域，其所在的坡體年均形變速率如圖5、圖6所示，圖中圓點(diǎn)代表監(jiān)測InSAR有效相干點(diǎn)，點(diǎn)顏色代表年平均形變速率，其中綠色代表較弱的年平均形變速率，亮色彩(黃色、紅色)代表顯著的遠(yuǎn)離衛(wèi)星視線運(yùn)動，具體量級如圖中顏色條所示。

魯日村所在坡體位于雅礱江東岸(如圖5(a)所示)，坡體植被較少，整體相干性較好。其在地形地貌上呈現(xiàn)階梯狀特征(如圖5(b)所示)，其中魯日村位于海拔2986～3085 m，上方存在高位的坡體；下次呷、次呷和上次呷位于魯日村坡體的下方。根據(jù)形變監(jiān)測的結(jié)果表明，魯日村的形變主要位于魯日村以及魯日村至下次呷之間的坡體(圖5(a)、圖5(c)中的藍(lán)色虛線所示)。若發(fā)生滑坡災(zāi)害，潛在的滑坡方向如圖5(b)中紅色箭頭所示，可能對魯日村及村中的雅江縣八衣絨鄉(xiāng)中心小學(xué)、下次呷、次呷和上次呷的安全造成嚴(yán)重的威脅，并且滑坡松散堆積物質(zhì)可以直接經(jīng)下次呷沖入雅礱江，具有堵江的風(fēng)險(xiǎn)。

表2 雅礱江潛在災(zāi)害點(diǎn)早期識別結(jié)果列表Tab.2 Early identification results on potential disaster sites along Yalong River

圖5 魯日村滑坡災(zāi)害隱患識別結(jié)果Fig.5 Early identification results of potential landslide geohazards in Luri village

圖5(c)展示了3處特征點(diǎn)的時間序列形變曲線圖，其中點(diǎn)P1位于魯日村，點(diǎn)P2位于下次呷上方坡體，點(diǎn)P3位于西側(cè)坡體。時序結(jié)果表明，3處累積形變量有所差異，但其趨勢相似。下次呷(P2點(diǎn))的累積形變最大，達(dá)到58 mm；魯日村(P1點(diǎn))累積形變次之，達(dá)到51 mm；西側(cè)坡體(P3點(diǎn))累積形變最小，達(dá)到44 mm，可見坡體整體都存在明顯的形變。3個特征點(diǎn)的形變速率自2017年9月—2018年2月與2018年8月—2018年10月較緩，2018年2月—2018年8月較快。通過中國氣象數(shù)據(jù)中心查詢甘孜州地面觀測站發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)貧鉁卦?月—10月月氣溫溫度大于0 ℃且為當(dāng)?shù)赜昙?，氣候變化可能是造成形變加速的主要自然原因?/p>

中鋪?zhàn)哟逅谄麦w位于雅礱江西岸，坡頂高程3000 m，坡底高程1900 m，平均坡度約60.4%，屬于高位陡峭坡體。如圖6(a)所示，由于坡體中上部植被較少，相干性較好，因此坡體整體中上部區(qū)域相干點(diǎn)的數(shù)量相對較多，但在河底部位，由于坡度更大，達(dá)65%，相干性點(diǎn)的數(shù)量較稀疏。坡體中部出現(xiàn)一處核心形變區(qū)，其范圍約1700×1000 m。最大視線向形變量達(dá)60 mm/year。該區(qū)域的遙感解譯結(jié)果如圖6(b)所示，在兩處紅色虛線范圍內(nèi)存在古滑坡體，坡度較大，達(dá)到約65%，是坡頂存在不穩(wěn)定的直接表現(xiàn)之一。在坡體的北側(cè)，更是存在巴多溝崩塌、滑坡體，間接證明該坡體長期存在不穩(wěn)定性。

圖6(c)展示了3個特征點(diǎn)的時間序列形變曲線圖，其中點(diǎn)P1位于坡體上部，點(diǎn)P2位于坡體下部左側(cè)，點(diǎn)P3位于坡體中部。時間序列結(jié)果表明，3處形變其趨勢相似，3個特征點(diǎn)的形變速率自2017年9月—2018年10月，形變量持續(xù)增加，形變速率穩(wěn)定，呈現(xiàn)線性形變。P1,P2點(diǎn)的累積形變最大，達(dá)到120 mm；P3點(diǎn)累積形變次之，達(dá)到55 mm，整體都存在明顯的形變。人類活動主要集中在江對岸，所以植被的稀疏與雨季降雨量的增大影響是造成坡體有滑坡趨勢的主要原因。

圖6 中鋪?zhàn)哟寤聻?zāi)害隱患識別結(jié)果Fig.6 Early identification results of potential landslide geohazards in Zhongpuzi village

5 識別結(jié)果分析驗(yàn)證與雷達(dá)影像適用性分析

5.1 識別結(jié)果對比驗(yàn)證

根據(jù)蠕變滑坡位移曲線特征[9]，InSAR形變結(jié)果是潛在滑坡災(zāi)害點(diǎn)早期識別的重要特征之一。這些潛在滑坡災(zāi)害點(diǎn)部分是發(fā)育于古滑坡上的不穩(wěn)定坡體，部分滑坡表面不具備滑坡繼續(xù)發(fā)展的地貌特征，還需要對這些坡體進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證與分析。在得到這些災(zāi)害隱患點(diǎn)后，接下來需要對InSAR早期識別結(jié)果與滑坡隱患?xì)v史資料(含地質(zhì)調(diào)查資料、文獻(xiàn)、滑坡發(fā)生報(bào)道等)、光學(xué)影像遙感解譯結(jié)果進(jìn)行對比(圖7)。

雅礱江流域各個監(jiān)測段共探測到形變坡體8處依次由北向南編號為1～8號(表3)。其中共有4處相對歷史記錄為新發(fā)現(xiàn)(占識別結(jié)果50%)，標(biāo)記為新的潛在地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，其中有7處具有明顯滑坡地貌特征(占識別結(jié)果87.5%)。我們以前述變形范圍、最大形變速率、坡體平均坡度、高程范圍、植被覆蓋情況、威脅對象等作為指標(biāo)，對這8處正在變形區(qū)域進(jìn)行了危險(xiǎn)等級快速定性評估，其中3處中危險(xiǎn)等級潛在災(zāi)害點(diǎn)，5處高危險(xiǎn)等級潛在災(zāi)害點(diǎn)。高危險(xiǎn)等級潛在災(zāi)害點(diǎn)具備滑坡地貌地形特征，形變速率較大，直接威脅雅礱江或相近村落，需要對這些識別出的災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查及監(jiān)測。

5.2 雷達(dá)影像幾何畸變分析

圖7 潛在地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)驗(yàn)證與對比Fig.7 Verification and comparison on potential landslide geohazards

由于星載SAR采用側(cè)視成像的方式，雷達(dá)波束斜向照射地表時會導(dǎo)致雷達(dá)圖像出現(xiàn)距離向透視收縮、陰影或倒置等幾何畸變[16]，在高山峽谷區(qū)域幾何畸變尤為嚴(yán)重，將會造成無效的監(jiān)測盲區(qū)[12,13]。雷達(dá)衛(wèi)星在面對不同朝向、坡向時所會形成的各種幾何畸變情況如圖8所示?？梢钥闯霎?dāng)坡面朝向衛(wèi)星時，若坡角小于入射角時，沿坡面向下的變形在LOS方向上會表現(xiàn)為靠近衛(wèi)星(圖8情況①)，且坡體會發(fā)生透視收縮。當(dāng)坡角與入射角相等時，會發(fā)生完全透視收縮，坡體無法被測量(圖8情況②)。如果坡角過大(超過衛(wèi)星入射角)，則會發(fā)生頂?shù)椎怪玫某上瘢仄旅嫦蛳碌淖冃卧贚OS方向上會表現(xiàn)為遠(yuǎn)離衛(wèi)星(圖8情況③)。當(dāng)坡面背向衛(wèi)星時，若坡角較大(大于入射角的余角)，此時坡面會位于陰影區(qū)域，無法被衛(wèi)星照射產(chǎn)生回波信號，整個坡面無法被測量(圖8情況④)。當(dāng)坡角與入射角互余時，此時所獲得地距分辨率等于衛(wèi)星斜距分辨率(圖8情況⑤)。若坡角較小(小于入射角的余角)，此時將獲得最接近于斜距分辨率(slant range resolution)的地距分辨率(ground range resolution)[23]，此時的地距分辨率將高于衛(wèi)星照射平地情況，因此該朝向及坡度的坡體是最適合SAR衛(wèi)星進(jìn)行觀測的情況。在實(shí)際應(yīng)用中，聯(lián)合升降軌的SAR影像，可以獲取不同成像幾何下的監(jiān)測目標(biāo)的形變特征，從而在一定程度上補(bǔ)償單一成像幾何帶來的觀測盲區(qū)，有利于提升滑坡災(zāi)害隱患早期識別的有效探測率[13,16,24]。

表3 雅礱江流域InSAR早期識別驗(yàn)證與對比Tab.3 Verification and comparison on early identification results from InSAR along Yalong River

圖8 衛(wèi)星入射角(LOS)觀測方向與沿坡向形變關(guān)系(修改自文獻(xiàn)[22])Fig.8 Relationships between the Line Of Sight (LOS) and the downslope displacements for different slope orientations (adapted from Ref.[22])

從定量關(guān)系上來看，根據(jù)Sentinel-1衛(wèi)星軌道參數(shù)信息與坡體坡度信息進(jìn)行測算，Sentinel-1升軌數(shù)據(jù)的衛(wèi)星飛行方向是自南向北，沿著方位向—12.6°飛行，雷達(dá)入射角為36.8°。由于SAR采用側(cè)視成像，當(dāng)坡體朝向衛(wèi)星的時候，若坡度角處于0～36.8°時，會出現(xiàn)透視收縮(距離壓縮)的幾何畸變；當(dāng)坡體背向衛(wèi)星的時候，若坡度角的絕對值大于53.2°時，會出現(xiàn)陰影的幾何畸變。Sentinel-1降軌數(shù)據(jù)的衛(wèi)星飛行方向是自北向南，沿著方位向—167.4°飛行，雷達(dá)入射角為39.7°。由于SAR采用側(cè)視成像，當(dāng)坡體朝向衛(wèi)星的時候，若坡度角處于0～39.7°時，會出現(xiàn)距離壓縮的幾何畸變；當(dāng)坡體被向衛(wèi)星的時候，若坡度角的絕對值大于50.3°時，會出現(xiàn)陰影的幾何畸變。

圖9為基于升降軌Sentinel-1影像獲取的雅礱江升降軌幾何畸變圖，紅色代表的是距離壓縮的區(qū)域，藍(lán)色代表的是陰影區(qū)域。在雅礱江流域中，升軌數(shù)據(jù)中的距離壓縮區(qū)域主要位于東南朝向的坡體，且主要分布在雅礱江的東岸；降軌數(shù)據(jù)中的距離壓縮區(qū)域主要位于東北朝向的坡體，且主要分布在雅礱江的西岸。陰影區(qū)域主要分布在較為陡峭的背向雷達(dá)信號側(cè)的坡體。

圖10(a)、圖10(b)分別為雅礱江日衣村-木灰村段Sentinel-1升軌數(shù)據(jù)、降軌數(shù)據(jù)幾何畸變圖，圖10(c)、圖10(d)分別為該區(qū)域坡度、坡向圖。在升軌數(shù)據(jù)圖10(a)中，紅色區(qū)域相對衛(wèi)星的入射角處于0°～36.8°，主要分布在坡面②與坡面④，代表的是距離壓縮區(qū)域，對應(yīng)圖10(d)中雅礱江東岸褐色的區(qū)域；藍(lán)色區(qū)域的入射角大于53.2°，代表的是陰影區(qū)域，主要分布在坡面①與坡面③，對應(yīng)圖10(c)中紅色的大坡度的區(qū)域。

在降軌數(shù)據(jù)對應(yīng)的圖10(b)中，紅色區(qū)域相對衛(wèi)星的入射角處于0°～38.7°，主要分布在坡面①與坡面③，代表的是距離壓縮區(qū)域，對應(yīng)圖10(d)中雅礱江西岸綠色的區(qū)域；藍(lán)色區(qū)域的入射角大于50.3°，代表的是陰影區(qū)域，主要分布在主要分布在坡面②與坡面④，對應(yīng)圖10(c)中紅色大坡度的區(qū)域。

圖9 雅礱江流域Sentinel-1數(shù)據(jù)幾何畸變分布圖Fig.9 Geometric distortion of Sentinel-1 datasets along Yalong River

圖10 雅礱江日衣村-木灰村段Fig.10 Yalong River Riyi village-Muhui village section

可以明顯地看出，在坡向較復(fù)雜的區(qū)域，易出現(xiàn)嚴(yán)重的距離壓縮幾何畸變。在坡度較大的區(qū)域，易出現(xiàn)陰影區(qū)域，無法獲取有效的監(jiān)測信號。就雅礱江日衣村-木灰村區(qū)域而言，升軌數(shù)據(jù)在雅礱江東岸存在嚴(yán)重的距離壓縮幾何畸變，主要分布在坡面②與坡面④；在雅礱江高坡度的陡坡主要分布在坡面①與坡面③)，可能出現(xiàn)嚴(yán)重的陰影區(qū)域；降軌數(shù)據(jù)在雅礱江西岸存在嚴(yán)重的距離壓縮幾何畸變，主要分布在坡面①與坡面③；在雅礱江高坡度的陡坡(主要分布在坡面②與坡面④)，可能出現(xiàn)嚴(yán)重的陰影區(qū)域。因此，在現(xiàn)有SAR衛(wèi)星系統(tǒng)飛行軌道差異性有限的情況下，高山峽谷區(qū)域單軌道監(jiān)測可能會由于SAR成像幾何畸變造成部分不穩(wěn)定坡體被“漏檢”，只有通過升降軌數(shù)據(jù)結(jié)合的方式，才能較為全面覆蓋監(jiān)測區(qū)域，在一定程度上補(bǔ)償單一成像幾何帶來的幾何畸變問題，才能實(shí)現(xiàn)全面準(zhǔn)確的滑坡災(zāi)害隱患早期識別。

6 結(jié)論

本文使用Sentinel-1雷達(dá)影像，通過時間序列InSAR技術(shù)對高山峽谷區(qū)域雅礱江流域雅江縣-木里縣段進(jìn)行了滑坡災(zāi)害隱患廣域早期識別，成功探測到8處隱患區(qū)域，最大雷達(dá)視線向年平均形變速率可達(dá)95 mm/year，這些區(qū)域若發(fā)生滑坡，對當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全存在嚴(yán)重的威脅，同時存在堵塞雅礱江的風(fēng)險(xiǎn)。同時，利用滑坡隱患?xì)v史資料與遙感解譯對InSAR早期識別結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)一步的驗(yàn)證與對比分析，綜合變形范圍、最大形變速率、坡體平均坡度、高程范圍、植被覆蓋情況、威脅對象等情況對這八處滑坡進(jìn)行了危險(xiǎn)等級評價(jià)。

由于星載SAR采用側(cè)視成像的方式，不可避免的會產(chǎn)生幾何畸變，在高山峽谷區(qū)尤為嚴(yán)重。本文對不同坡度坡體幾何畸變情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，展示了Sentinel-1升降軌數(shù)據(jù)在雅礱江高山峽谷區(qū)的具體幾何畸變區(qū)域與適用性。在地形復(fù)雜的高山峽谷區(qū)域，只有通過采用不同軌道數(shù)據(jù)結(jié)合的方式補(bǔ)償單一成像幾何帶來的幾何畸變問題，才能有效避免“漏檢”，實(shí)現(xiàn)全面準(zhǔn)確的滑坡災(zāi)害隱患早期識別。本文以雅礱江為例，揭示了時序InSAR技術(shù)運(yùn)用于滑坡災(zāi)害隱患早期識別的有效性與優(yōu)勢，可為當(dāng)?shù)氐姆罏?zāi)減災(zāi)提供有力的支持，結(jié)合幾何畸變的詳細(xì)分析討論，為高山峽谷區(qū)的滑坡災(zāi)害隱患廣域早期識別提供范例與參考。