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保障城市公共安全 InSAR技术势不可挡

InSAR技术以遥感的方式实现了大范围精准测量的应用目标,在环境安全、防灾减灾与智慧城市公共服务方面显示出不可替代的作用,正在发展成为空间大地测量的新手段。
发布时间:2018-05-28 10:29        来源:赛迪网        作者:郭翼姣

卫星遥感图像已成为人们日常生活不可或缺的组成部分。借助虚拟地球(Virtue EarthTM)、谷歌地球(Google EarthTM)等地理信息引擎,通过可见光、红外、高光谱等多种传感器获取的海量遥感数据,人们可以更为直观地对地理信息进行访问、搜索和查询,彻底改变了以往地理信息的应用方式和途径。

尽管如此,对于SAR(合成孔径雷达)遥感的接纳和认识却较为缓慢,而作为SAR遥感技术的分支,雷达干涉测量(InSAR)技术的发展正在改变着过去的局面。InSAR技术以遥感的方式实现了大范围精准测量的应用目标,在环境安全、防灾减灾与智慧城市公共服务方面显示出不可替代的作用,正在发展成为空间大地测量的新手段。

2018年5月22日,由中国地质大学(北京)、北京地空软件技术有限公司、瑞士GAMMA Remote Sensing AG等联合组织的“雷达干涉测量(InSAR)技术研究应用高级研讨会”在中国地质大学(北京)国际会议中心举行。其间,来自国内外InSAR技术领域的150余名专家学者围绕“星载InSAR技术研究前沿、地基InSAR系统与应用、广域地表形变InSAR监测与数据挖掘、高铁监测应用、城市地下工程监测”等话题开展了研讨,分享研究成果和学术观点,促进行业应用。其中,香港理工大学测量与土地资讯系教授丁晓利、中国国土资源航空物探遥感中心高工(教高)葛大庆以及主办方北京地空软件技术有限公司总经理陈兴国先生分别接受了赛迪网采访,从InSAR技术发展、行业应用和人才培养等方面分享了各自的观点。

小科普:何谓InSAR技术

InSAR,即合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture Radar Interferometry),是近二十年迅速发展起来的空间对地观测技术,其核心是通过干涉的方式实现测量的目标,而所用的信息载体是SAR卫星观测时获取的“相位”信息。

InSAR技术的诞生充满了偶然性,当初成像SAR的发展并不是为了进行干涉测量,而是补充光学遥感的不足。作为SAR遥感的“ 副产品”,InSAR技术目前已逐步发展成为一种可满足日常应用的常规测量手段,可用于大范围地表三维信息的测绘制图、地表微小缓慢变形的精确测量,被广泛应用于地学研究与工程应用。InSAR技术在我国的发展已有近20年的历史,形成了广泛的研究和应用群体,对推动国家防灾减灾事业、保障智慧城市公共安全起到重要的指导作用。

城市公共安全评估与保障:InSAR技术不容忽视

城市是人类活动与综合开发利用程度高度集中的地区。城市地下工程开挖、线性工程建设、地下水开采引发地面下沉、矿山塌陷、地裂缝、滑坡等灾害类型以不同程度的地表变形出现,如何更为迅速准确的监测地表形变,并评估其产生原因与危害程度是城市基础地质调查、市政建设规划的基础工作。星载InSAR技术因其具有测量范围广、观测点密度高、测量精度高的技术优势,既能快速响应地震、火山等地质灾害,又能广泛应用于地壳运动、冰川、滑坡、城市与矿区地面沉降和人工建筑物的稳定性等长期监测,在城市相关的环境安全保证与防灾减灾中作用突出。

在具体的应用实践中,此次大会报告中介绍了城市大范围沉降、地裂缝探测、机场稳定性安全、桥梁/地铁等工程扰动、矿业城市地面塌陷、围海造地以及大型工程安全监测等InSAR应用案例,显示了InSAR多尺度的综合应用能力。随着我国大规模城市建设、地下工程开挖、大坝蓄水、高铁运营等对地表形变监测的需求日益提高,InSAR技术作为一项“小众专业技术”,将会越来越受到关注,发挥越来越大的作用。

丁晓利教授说:利用InSAR的意义在于灾害的提前监测,与传统监测手段相比,卫星InSAR具有全天候、全天时、不受云雨天气制约、无须达到现场、监测范围大、空间分辨率高、监测精度高和自动化处理程度高等技术优势。

长期从事InSAR技术应用研究的专家葛大庆表示:“InSAR技术实质上是一种测量手段,与其它离散点测量技术相比,InSAR观测点的密度和重复观测频率均比较高,可在灾害变形的识别探测、调查评价和精准动态监测的不同阶段发挥作用”。针对当前应用中存在的“只关注InSAR单点测量精度,一味的将InSAR测量与地面测量进行对比”的状况,葛大庆强调,“这是一个误区!InSAR与地面观测在测量机制、同步性、观测对象等方面并非完全相同,不宜过度关注“单个测量点”的精度,更不宜简单用少量的地面观测点对其进行评判;应从整体上综合的利用InSAR观测所揭示的“形变场”数据,认识地表形变场及其发生的背景和变化特征”。

在谈到如何更好的应用InSAR技术时,葛大庆表示,“科学应用的前提是准确的应用定位,以地质灾害为例,是定位在识别探测或是监测预警,不同的层次需要不同的技术方案与之匹配,并不是简单地InSAR数据处理就可以达到现实应用的目的。无论InSAR技术人员或行业应用人员,均需要加强合作,理解观测对象的特征,明确InSAR技术的特点,才能利用好这个技术”;同时,他强调,InSAR技术要在城市地质、工程建设和环境安全中发挥作用,需要在InSAR行业,特别是商业模式的引入,强化与行业监管部门的联合,通过广泛的应用推进InSAR技术向各个行业深入,形成行业应用的必要手段。

    InSAR市场及人才培养具有较大进步空间

目前我国使用的InSAR软件主要依赖于国外软件,如瑞士GAMMA Remote Sensing公司的GAMMA软件。陈兴国表示:值得欣喜的是,2017年我国科学家利用高分三号卫星数据,生成了我国第一幅卫星干涉SAR影像,并从影像中提取到亚厘米级的地面沉降信息,实现了我国卫星SAR影像干涉测量零的突破。

谈及InSAR技术的进一步发展,葛大庆认为:尽管InSAR技术兴起于欧洲(意大利、荷兰、德国等),但在中国的应用却极为广泛,巨大的需求是我国InSAR技术发展的驱动力。

技术发展离不开人才培养。目前,我国相关高校与科研院所在遥感、测绘、地理信息、地质调查、地理等学科下均开设了相应的学科培养模式,但不可回避的是,因为发展较晚,还未达到“有形的批量成果转化”,丁晓利教授表示,现在在高校做InSAR技术通常是研究生或者博士生,普及度不高,他建议,未来应该在高校本科阶段普及InSAR技术教学,在InSAR处理系统开发、新算法研究、应用模式创新等方面加大培养力度,实现科研成果的转换利用,发挥技术的商业价值。

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北京地空软件技术有限公司总经理陈兴国(左)和香港理工大学测量与土地资讯系教授丁晓利(右)

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