地基雷達干涉測量技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測繪中的應(yīng)用

高曉旺

（天津市森匯工程技術(shù)有限公司，天津300000）

1 引言

應(yīng)急測繪技術(shù)可以針對地質(zhì)災(zāi)害爆發(fā)時期的地質(zhì)情況進行嚴格監(jiān)視，同時采用地基雷達干涉測量技術(shù)與其相結(jié)合，能夠有效對目標區(qū)域進行測定。準確對地質(zhì)災(zāi)害問題進行預(yù)測與分析，在地質(zhì)災(zāi)害防治環(huán)節(jié)具有良好的應(yīng)用潛力。

2 地基雷達干涉測量技術(shù)理論基礎(chǔ)

地基雷達干涉測量主要采用合成孔徑雷達、線性調(diào)頻連續(xù)波以及干涉測量等技術(shù)，其中線性調(diào)頻連續(xù)波指的是雷達基站以不同的頻率向外界發(fā)射電磁波，以此強化自身的長距離傳輸效率，同時還能提高在距離較遠區(qū)域的分辨率。根據(jù)電磁波的發(fā)射方向與空間分辨率進行分析，準確界定地面位置信息，也可以在被偵測范圍內(nèi)添加傳感器，采用電波覆蓋的傳播方式提升整體監(jiān)測結(jié)果的準確程度。對在線調(diào)頻連續(xù)波與傳統(tǒng)的步進頻率連續(xù)波的作業(yè)效果進行對比分析時，前者不僅具備掃描時間短的優(yōu)勢，而且可以保證測定結(jié)果的準確性，因此，可以滿足應(yīng)急測繪的工作需求[1]。

合成孔徑雷達技術(shù)是一種主動式微波傳感器，與其他遙感技術(shù)相比較，該技術(shù)不受光照與天氣條件的影響，可以全天候與全節(jié)氣地連續(xù)工作。合成孔徑雷達技術(shù)通過分析目標回波與電磁脈沖發(fā)射之間的時間差對目標位置進行精準定位，而且測定結(jié)果與脈寬度有關(guān)，脈寬越寬，其分辨率越高，同時還可以保證雷達基站在低頻工作時獲得清晰的圖像[2]。干涉測量技術(shù)通過對目標物體不同時間段的相位差計算出目標物體的微小變化，該技術(shù)在應(yīng)急測繪中具有非常重要的意義，通過對救援區(qū)域內(nèi)的物體進行掃描偵測，能夠準確找出存在隱患的區(qū)域，進而及時采取有效處理措施，對救援人員的生命安全提供保障[3]。

3 地基雷達干涉測量數(shù)據(jù)采集與分析

2019年7月20日，某選礦區(qū)突發(fā)特大山體滑坡現(xiàn)象，造成工房與宿舍全部被淹沒，多人傷亡，為防止次生災(zāi)害的發(fā)生，相關(guān)部門采用地基雷達干涉測量技術(shù)對危巖山體進行監(jiān)測，及時提供預(yù)警報警，以此最大限度地避免人員傷亡，為應(yīng)急救援人員的生命安全提供有效保證。

在山體滑坡事故的監(jiān)測過程中，數(shù)據(jù)信息的采集頻率為2min，同時雷達回波距離為600m，在本次監(jiān)測中采取24h全天候模式，總共針對該地區(qū)連續(xù)2d進行數(shù)據(jù)采集。此外，在應(yīng)用現(xiàn)場中，地基雷達干涉測量對采集的數(shù)據(jù)信息進行實時處理，發(fā)現(xiàn)救援隊伍上方區(qū)域存在不穩(wěn)定的山體，7h內(nèi)變化量達到200mm，情況比較危急，如果產(chǎn)生二次危害，會對救援隊伍的生命安全構(gòu)成嚴重威脅。因此，及時將監(jiān)測結(jié)果報告到現(xiàn)場救援指揮部，指揮部決定對不穩(wěn)定區(qū)域?qū)嵤┍谱鳂I(yè)。具體情況如圖1和圖2所示，其中x軸、y軸為雷達同波距離負值信息代表變形向靠近傳感器方向位移，正值信息代表變形向遠離傳感器方向移動。根據(jù)爆破前后對整體形變趨勢的監(jiān)測結(jié)果能夠看出，爆發(fā)前存在較高的形變數(shù)據(jù)，在爆破作業(yè)后明顯消失，說明爆破作業(yè)起到了預(yù)期效果，有效消除了該位置區(qū)域的災(zāi)害隱患。

圖1 爆破作業(yè)前整體 形變趨勢

圖2 爆破作業(yè)后整體 形變趨勢

4 地基雷達干涉測量關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 準確定位監(jiān)測點

地基雷達在掃描過程中，需要將其坐標系統(tǒng)建立在極坐標的基礎(chǔ)上，同時還要準確確定方位角與距離。但是，在實際操作過程中由于外在環(huán)境的復(fù)雜性，很難對目標位置進行測定，從而影響后續(xù)工作的質(zhì)量與精度。鑒于目標位置測定在應(yīng)急測繪工作中的重要性，需要通過三維地圖對目標位置區(qū)域進行可視化分析與測定，以此強化對特征地物不明顯地區(qū)的監(jiān)測效果。此外，在針對特征物較為明顯的目標區(qū)域進行測定時，可以采用與特征物匹配的方式準確定位目標位置，這樣才能提升應(yīng)急測繪工作的整體效率[4]。

針對特征物明顯與非明顯區(qū)域的監(jiān)測方式如下：首先，是特征物不明顯區(qū)域，監(jiān)測結(jié)果很難與雷達圖像有效結(jié)合，因此，在研究中采用基于三維地形的可視化分析模式，將儀器架設(shè)位置作為基礎(chǔ)位置，對目標點開展可視性分析，再將分析結(jié)果與雷達圖像進行結(jié)合分析，進而取得匹配程度良好的測定結(jié)果，具體情況如圖3所示。

圖3 三維可視性與雷達圖像結(jié)合

其次，是特征無明顯的目標區(qū)域，如果該區(qū)域內(nèi)存在人工建筑與居民房屋等，這些建筑信息能夠在雷達圖像中形成有規(guī)則的亮點信號或形狀。因此，可以將雷達圖像與可見光數(shù)據(jù)分析模式進行結(jié)合匹配，具體情況如圖4所示。采用監(jiān)測區(qū)域的地理編號與雷達成像結(jié)合方式，準確測定目標實際位置。

圖4 影視數(shù)據(jù)分析與雷達反射強度結(jié)合

4.2 大氣環(huán)境改正研究

在高精度且長時間序列形變的監(jiān)測環(huán)節(jié)，大氣環(huán)境的變化會對測量結(jié)果構(gòu)成影響，尤其是大氣濕度與溫度的變化，會干擾到電磁波的傳播效率。同時儀器與位置目標物體在光照情況下可以產(chǎn)生溫度變化，這些都會使測定結(jié)果產(chǎn)生畸變，從而增加監(jiān)測誤差。采用地基雷達干涉測量技術(shù)能夠?qū)崟r針對現(xiàn)場的氣壓、溫度以及濕度等大氣情況進行準確測定，并且與位置測定結(jié)果相結(jié)合，將快速計算出來的數(shù)據(jù)補償因素與位置測定數(shù)據(jù)相結(jié)合，對最終結(jié)果進行修正。使應(yīng)急測繪工作可以在地質(zhì)災(zāi)害救援中快速給出準確的位置信息，以此提高救援工作的效率。

5 結(jié)語

綜上所述，本文針對地基雷達干涉測量技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急測繪中的應(yīng)用問題進行研究，根據(jù)實踐結(jié)果得知，該技術(shù)不僅能準確地對監(jiān)測目標進行測定，而且可以為地質(zhì)災(zāi)害測繪問題提出一種全新的解決方式，進一步提升地質(zhì)災(zāi)害救援工作中的安全程度，為救援人員的生命安全提供保障。