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摘 要
滑坡的发生发展与边坡的地质条件、地形条件和水文条件有密切联系，为了更好的分析地质、地形条件对滑坡的影响。本文针对传统D-InSAR技术以栅格单元为研究对象无法充分地反映地形条件究问题，提出了以边坡单位为研究对象的D-InSAR数据特征分析。通过基于边坡单元的区域地形因子与后向散射系数和相干系数的关系的分析方法，建立了研究区域SAR数据的可信区域滤波方法，提取出了研究区域SAR数据分析结果的可信区域。该方法提高了SAR数据的有效性，为滑坡早期监测提供了可靠的数据基础。通过对金沙江乌东德区域的SAR数据的实例分析，验证了该方法的实用性。
引用格式
刘国仕，薛建华，付文举．双频ＢＤＳ实时精密单点定位算法和精度分析[J]．测绘科学，2016，41（10）：44-47．
正文
滑坡是我国地质灾害的主要类型之一，严重制约着国民经济的发展，给人民的生命财产造成了严重的损失。滑坡的预报预警是对灾害防治的有效手段之一，对滑坡的有效监测是提高预报的重要途径。
传统的滑坡监测手段通常是针对已知滑坡开展的，但大部分的灾害是对潜在的未知滑坡的监测。D-InSAR(differential synthetic aperture radar interferometry)技术是一种新兴的监测技术，被广泛应用于滑坡、泥石流、地震等地质灾害的监测。其具有的全天候、全天时、成本低、地表穿透力强以及可以应用于人力所难以到达的区域等优点，是其他传统监测方法所不能比拟的。但D-InSAR技术也具有其局限性，该技术受地表、地形以及大气等多种条件的严格限制，使得D-InSAR技术被认为不适合应用在山区等地形条件较为复杂的区域。
目前的关于D-InSAR技术的研究都是以栅格为单元的分析方法，把研究区域按分辨率划分为相同大小的栅格。这种均匀分布的网格单元与实际的边坡破坏单元及力学机制无任何联系，也与地质、地形及水文毫无关系。然而，SAR数据的有效性与地形地貌有着密切的关系，只有采用有效的SAR数据才保证滑坡监测结果的准确性。对上述问题，本文通过以边坡单元(slope unit)为划分单元确定具体的研究对象，结合地形因子以及SAR数据的后向散射系数和相干系数，得到了研究区域内有效的SAR数据滤波分析方法，提取出了有效的SAR数据。消除了地形、大气等因素引起的SAR数据的几何畸变，为D-InSAR技术监测结果的正确性提供了保障，使得D-InSAR技术能有效的应用于山区的地表形变的监测。并通过金沙江乌东德区域的SAR数据分析验证了该方法的实用性。
1 研究区域及数据选择
研究区域为金沙江乌东德水电站，位于云南省禄劝县和四川省东县交界的金沙江干流上，如图1所示。乌东德水电站是西电东送工程的骨干工程之一，坝顶高程为988m，最大坝高270m，属于特大型水电工程，对长江中下游地区起到防洪的作用。在该水电站的坝址附近有一活动滑坡-金坪子滑坡。金坪子滑坡区为高中山地貌，两岸普遍为2000-2500m的高原面，位于乌东德坝址的下游右岸。该滑坡覆盖了崩塌堆积体以及残破坡积层，每年以60cm的速度向河流方向滑动，变形破坏特征明显，严重的影响了水电站的工程安全，因此对该区域的滑坡监测至关重要。本文选取Radarsat-2超精细HH极化编程数据，分辨率为3m，宽幅为20km×20km，入射角为39.57度(°)，并采用了升降轨联合拍摄模式。
2 边坡单元的划分
2.1 边坡单元的定义
滑坡从力学的角度来看实际是一个边坡稳定性的问题，边坡的稳定性往往采用二维或者三维极限平衡方法计算边坡稳定安全系数或者采用数值方法解析边坡的应力应变状态来判断边坡的稳定性。然而，大多的研究学者在进行边坡稳定性分析时都选取的栅格数据的栅格单元为研究对象。虽然栅格单元的计算机处理相对简单，但是栅格单元与边坡破坏的力学机理并无关系，与地质、地形也无关系。本文采用边坡单元为研究对象，将SAR数据研究区域划分为边坡单元，再分析每个边坡单元的坡度和坡向与SAR数据的关系得到可信区域。
2.2 边坡单元的划分
从地形学上看，边坡单元是一个汇水区的左、右两边部分，它可以用地形上的山脊线和谷底线来划分。汇水区的边界线即为山脊线，汇水区内的河流的干流线即为谷底线。ArcMap的水文分析工具可以利用反向数字高程模型（digital elevation model,DEM)数据使得原先的山脊线变成谷底线，从而汇水区左右两边的两个边坡单元，如图2所示。本文通过找出正反DEM的谷底线来划分边坡单元，正向DEM的谷底线即为谷底线，反向DEM的谷底线即为山脊线。利用ArcMap水文分析模块通过提取出研究区域的水域流向及其流向累积线从而提取出正反DEM的谷底线。通过对正反DEM谷底线进行联合运算，即得到边坡单元的多边形数据集，为研究区域边坡单元分布图，研究区域内共有148个边坡单元。
3 SAR 数据特征分析
由于D-InSAR技术容易受到地形、大气等的影响产生误差。因此，对SAR数据特征进行分析，提取有效的SAR数据对提高滑坡的监测正确性具有重要意义。SAR图像是地面的斜距投影，容易产生透视收缩、顶底位移、阴影和叠掩等几何特征。这些几何特征会降低SAR数据的质量，从而影响监测结果的正确性。本文通过分析基于边坡单元的SAR数据与地形特征之间的关系，建立了可信区域滤波方法，提取出了SAR数据的有效值域。
D-InSAR技术是依靠目标的后向散射原理来获取数据的，而后向散射特性与局部入射角有着密切联系。因此，研究局部入射角(local incidence angle, LIA)与后向散射系数(backward scattering, BS )的关系是SAR数据特征分析的关键。局部入射角是雷达电磁波的入射方向与局部地表法线之间的夹角，是由卫星的视线参数、地表的坡度和坡向共同决定的。本文通过SAR数据已知的入射角和方向角计算出每个边坡单元的局部入射角，统计各个边坡单元的局部入射角大小。
3.3可信区域
SAR数据拍摄时，由于卫星必须与目标区域有一定的倾斜角度，因此对于同一区域只用一种拍摄模式时，有些区域数据的分析结果是不可信的。可信区域指的是在通过对研究区域的地形地貌特征的分析，去除由于叠掩、顶底位移和阴影等几何因素引起的SAR数据的畸变，并去除后向散射系数和相干系数低的区域。通过对局部入射角与后向散射系数和相干系数之间的关系分析表明，为了达到SAR数据对全区域干涉差分结果都达到可信的目的，通过升轨与降轨联合拍摄的方式能够达到近乎全区域覆盖的滑坡监测。为采用局部入射角为50度(°)，相干系数为0.25阈值并结合升轨与降轨联合拍摄模式的可信区域范围。该有效监测区域范围达到全区域覆盖范围的90%以上。由此表明，基于边坡单元局部入射角的可信区域滤波方法的可行性。
4 结束语
通过上述研究分析，为了达到对整个区域的有效监测目的，避免因卫星的入射角选取以及轨道拍摄模式对不同地形不同区域产生叠掩和阴影的影响。本文采用升降轨联合拍摄的模式，并采用以边坡单元的局部入射角小于等于50度(°)为阈值，相干系数大于等于0.25为阈值的可信区域滤波方法，能够使SAR数据的有效研究区域覆盖范围在整个研究区域90%以上，得到基于边坡单元的SAR数据可信区域。
2016年（第41卷）第10期
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