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InSAR,“对地观测”的靓丽彩虹

2018-3-13 8:32:59 来源:中国矿业报社 本报记者:张 立

“InSAR技术目前是‘深空对地观测’科技创新的前沿,正处于一个快速发展期,对地质灾害防治具有重要支撑作用。”3月9日在北京举办的地质灾害InSAR调查监测技术研讨会上,中国地质科学院地质力学研究所所长邢树文介绍。

本次研讨会以“InSAR创新地质灾害调查工作模式,鼎力支撑地质灾害防控”为主题,由中国地质科学院地质力学研究所和国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室联合举办,会期两天,设地质灾害调查InSAR科技创新研讨、InSAR在地质灾害的应用实践、主要SAR数据源及InSAR软件介绍、InSAR软件操作等多个板块内容。

“希望出席会议的各位代表,以本次会议为契机,为下一步在相关地质工作中更好地运用InSAR技术和减灾防灾开拓思路、积累素材、谋划方向。”邢树文说。

何为InSAR:

距以千里 感知毫厘

InSAR(Interferometry Synthetic Aperture Radar)中文翻译是“合成孔径雷达干涉”。它是利用微波合成孔径雷达图像(SAR)数据对地表重复观测形成的微波(1毫米~1米)相位差计算地表形变,精度可以达到毫米级。

InSAR技术是公认的进行地表变形调查和监测的高效手段。它可以大范围、可回溯、非接触的观测地表变形,并且具有“距以千里、感知毫厘”、“无论黑白、风雨无阻”的优势。

“在地面沉降监测方面,InSAR技术的应用可以说是革命性的。这项科技创新技术,大大提升了监测效果,有效支撑了地质调查工作。”出席会议的中国地质调查局水环部主任郝爱兵表示。

记者了解到,InSAR技术可以克服地质灾害调查中光学遥感易受云雾遮蔽、GPS点位稀疏、地面调查通达不易等困难,极大地拓展了地质灾害信息获取的手段,在地面沉降、滑坡、地震、活动断裂、火山、冰川等方面的研究和地质调查领域取得了显著效果,是发展科技地调、绿色地调的重要技术手段,已经成为现今地表运动过程研究强有力的工具。

同时,已有的研究成果和在我国部分地区的应用也表明,InSAR技术可以在地质灾害识别、调查、稳定性分析、监测预警等领域发挥重要作用,甚至有望代替部分传统的地质灾害防控技术,这必将带动地质灾害防控工作模式新一轮的创新。

国际上,意大利、德国、日本、西班牙、法国等国已经实现了国土全覆盖的InSAR动态监测,欧盟正在开展全区域的监测。美国、德国、日本等国家甚至采用InSAR技术对全球地形进行了高分辨率的地形测量,其不仅应用在地学领域,而且在国家安全、经济社会发展等方面都发挥了巨大作用。目前,全世界有20余种各类型的SAR数据可供使用,我国也在积极发展国产的SAR数据,其中“高分3号”SAR数据已经实现了初步的应用,更高分辨率、更好的干涉效果的SAR数据正在研制中。

我国现状:

从无到有 从弱到强

“在我国,InSAR技术应用是对地观测领域的靓丽彩虹,目前正处于大突破的前夜,科研、工程和公益性地质调查对此都有着迫切的需求。”邢树文说。

近年来,中央财政持续投入开展地质调查中InSAR关键技术的研究和应用;我国东部各省已经初步形成地面沉降InSAR调查的常态模式;公路交通系统、国家电网、水利水电、矿山、城建等系统也纷纷关注InSAR技术在本行业的应用,拟用其解决一些传统技术手段无法克服的问题。

地质灾害InSAR观测近几年更是发展迅速。国土资源部相关部门将InSAR技术重点推荐用于灾害的识别监测;2017年,贵州省和四川省组织开展了地质灾害InSAR相关的普查试点。

成立于1956年的中国地质科学院地质力学研究所,主要从事基础地质、地应力与地壳稳定性、矿产与能源地质、第四纪地质与环境、地质灾害、新构造与活动构造、极地地质等领域的调查与研究。地应力研究是该所的核心业务之一,“应力应变”是地质运动过程中一对相伴共生的要素, InSAR作为变形观测的有效手段,可以有效支撑“应力应变”研究,是新时期发展地质力学的重要内容之一。

经过多年的发展建设,地质力学研究所的InSAR研究应用从无到有、一步一个脚印,取得了显著的进步——实施了汶川地震、玉树地震、于田地震、阿克陶地震、卡拉库里地震、九寨沟地震和林芝地震等同震构造运动研究和应急救灾工作;开展了京津冀、长江经济带多个重要场址工程地质问题的InSAR观测研究;完成了龙门山地震地质灾害调查评价、川藏铁路工程地质调查、青藏铁路沿线活动断裂调查、西南复杂山体地质灾害监测、鲜水河活动断裂带地质灾害调查等多个科技攻关、自然基金、地质调查项目中的InSAR变形观测任务;支撑了国土资源部和中国地质调查局的多处突发地质灾害成因机理分析和监测预警;承担了四川省、贵州省等多个县3万余平方千米的地灾InSAR应急排查任务。

开门办会:

技术落地 理论拓展

但不得不面对的现实是,InSAR作为一项新技术,在地质应用过程中存在这样那样的问题:工作成果认识具有不确定性,灾害防控地质人员尚未广泛采用,技术标准规范仍需建立完善……

与此同时,近年来的大量实践表明, 由于地质条件的多样性和复杂性,仅靠InSAR技术本身的改进无法克服这些问题,必须结合地质认知,通过新技术与地质理论的结合才能做出地质灾害防治的创新性成果。

“我们在这里‘开门办会’、广纳各方代表意见,目的是搭建地质调查人员与InSAR技术间的桥梁,推动InSAR技术的应用发展,提升我国地质灾害的科技防治水平。”邢树文说,希望这次会议成为一个地质人员与新技术融合的平台,一方面促进新技术落地,另一方面让地质理论应用得以拓展。

据统计,国土资源部地质环境司、中国地质调查局水文地质环境地质部、中国地质调查局总工程师室、中国地质调查局六大区中心、地质环境监测院、水环中心、航遥中心、资源所、工艺所、发展中心等地灾调查相关单位,各省地质环境总站,以及测绘、遥感、交通、铁路、电力、航天等行业的78家单位的近200人参加了会议。

“地质力学所建立了一套针对地质灾害的InSAR观测理论和工作体系,牵头组织编制了《地质灾害InSAR监测技术指南》(T00CAGHP 013-201),建设了比较完善的地质灾害InSAR数据综合处理能力,储备了核心技术人才,成立了地质灾害InSAR专业实验室。”中国地质科学院地质力学研究所研究员姚鑫向记者透露,实验室将以促进InSAR技术在活动性滑坡灾害防控的理论创新和技术进步为目标,以完成好公益性减灾防灾的降雨型滑坡和同震变形InSAR观测为根本任务,聚焦活动性最强的库水位波动型滑坡和地下采煤滑坡两类工程灾害应用,同步开展地质灾害InSAR观测云平台的研究与建设。

“这将推动中国地质调查局的InSAR技术研究与应用,可以为地质灾害应急救灾工作提供有效支撑,助力我国科技减灾事业的发展进步。” 姚鑫说。□D01

编辑:宫莉

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