高海拔排土场边坡安全稳定性的PS-InSAR监测_董建军.pdf

第 43卷第 1期2023年 2月防灾减灾工程学报Journal of Disaster Prevention and Mitigation EngineeringVol.43 No.1Feb.2023高海拔排土场边坡安全稳定性的 PSInSAR 监测董建军1，2，梅媛1，2，闫斌3，刘士乙4（1.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院，辽宁 葫芦岛 125105；2.辽宁工程技术大学矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室，辽宁 大连，116024；3.华新水泥股份有限公司水泥业务地矿部，湖北 武汉 430070；4.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳，110819）摘要:为了解决高海拔排土场边坡灾害监测难度大以及安全稳定性预警等问题，提出利用 PSInSAR技术对高海拔排土场边坡进行安全稳定性监测分析。通过对西藏山南桑日县某排土场边坡进行监测分析研究，采用 2018 年 11月 04日至 2020 年 12 月 23日的 25景 Sentinel1A 数据，利用时序差分干涉相位的时空分析方法，进行差分干涉、模型迭代计算和地理编码等解算，解算得到平均形变速率分布，基于平均形变速率结果分析该排土场边坡的安全稳定性。结果表明：利用 PSInSAR 技术能够获取排土场边坡区域的地表形变信息；该研究区域坡体 2018年 11月至2020 年 12 月 的 平 均 形 变 速 率 最 大 值 为-20.00 mm/a，最 大 形 变 速 率 区 域 出 现 在 排 土 场 边 坡 的 下 部；通 过PSInSAR 技术能够对其安全稳定状态进行准确评价，并进行预警预报，为排土场边坡的安全稳定服役提供有效技术保证。关键词:高海拔；排土场边坡；安全稳定性；PSInSAR；监测中图分类号:X43 文献标识码:A 文章编号:16722132(2023)01014909PSInSAR Monitoring of Slope Safety and Stability for High Altitude DumpDONG Jianjun1,2，MEI Yuan1,2，YAN Bin3，LIU Shiyi4(1.Institute of Safety Science and Engineering,Liaoning University of Engineering and Technology,Huludao 125105，China；2.Key Laboratory of Mine Thermodynamic Disasters and Control of Ministry of Education(Liaoning Technical University,Dalian 116024,China；3.Cement Operations Geology Division,Huaxin Cement Co.Ltd.,Wuhan 430070,China；4.School of Resources and Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang 110819,China)Abstract:In order to solve the problems associated with monitoring high-altitude dump slope disasters and provide early warning for safety and stability，the permanent scattered InSAR technology was proposed to monitor and analyze the safety and stability of high-altitude dump slope.The slope of a dump in Sangri County，Shannan，Tibet was monitored and analyzed using 25 Sentinel-1A data sets from November 4，2018 to December 23，2020.In this study，the spatio-temporal analysis method of temporal difference interference phase was adopted，and the average deformation rate map was obtained through interference workflow processing，model inversion，and geographic coding.Based on the reDOI：10.13409/ki.jdpme.20211111026收稿日期：2021-11-11；修回日期：2021-11-18基金项目：国家自然科学基金项目（52074148）、辽宁省自然科学基金项目（2023-MS-343）资助作者简介：董建军(1978)，男，副教授，博士后。主要从事工程安全与防灾减灾方向的研究。E-mail:149sults of the average deformation rate，an analysis of the safety and stability of the dump slope was conducted.The results show that the PS-InSAR technology can be used to obtain surface deformation information of the dump slope area.The maximum average deformation rate for the slope in the study area from November 2018 to December 2020 was 20.00 mm per year，and the maximum deformation rate area appeared in the lower part of the dump slope.The PS-InSAR technology can accurately evaluate the slope s safety and stability and offer early warning and prediction，thereby providing effective technical support for the safe and stable service of the dump slope.Keywords:high altitude；dump slope；safety and stability；PS-InSAR；monitoring0 引 言西藏山南桑日县某矿区终了排土场处于高海拔地区，常规监测手段如精密水准测量和全球定位系统（Global Positioning System，GPS）监测等技术存在监测困难等问题。精密水准测量需要花费大量的时间 1；GPS 监测进行大范围监测困难大，垂直位移分量的测量精度较低2。自 2000 年以来，合成孔径雷达干涉测量已经在地表沉降、地震变形、火山运动和冰川漂移等方面已表现出良好的应用前景，其探测精度能够达到 mm 级 3。合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）技术除了具备 GPS 监测的近实时监测、穿透性和三维空间坐标一致性的优点，同时能够实现对边坡周边区域监测、坡体本身区域监测和数据的空间高密度面监测，并且能够克服传统监测存在的仪器布置以及人员方面的高投入和高风险问题，能够实现高海拔排土场边坡坡体区域全覆盖的安全稳定性监测4。目前，国内外学者利用永久散射体差分干涉测量（Persistent ScattererInSAR，PSInSAR）技术对于天然边坡的形变问题研究已经非常广泛。雷玲等5利 用 PSInSAR 研 究 伯 克 利 山 滑 坡，基 于19922010 年 期 间 的 ERS1/2、Radarsat1 和TerraSARX 星载雷达数据，监测出最大滑坡速率达 到 了 30.0 mm/a。王 群 等6基 于 Sentinel1 和ALOS2PALSAR2 数据，采用 PSInSAR 和 Offset Tracking 技术进行监测，PSInSAR 结果表明白格 滑 坡 边 缘 处 滑 动 速 率 超 过 25.0 mm/a，Offset Tracking 技 术 结 果 表 明 白 格 滑 坡 在 2015/072018/07 期间累计滑动量超过 30.0 m。唐青松等7利用 PSInSAR 对新磨村滑坡及周边区域形变进行监 测，研 究 表 明 滑 移 区 形 变 速 率 最 大 值 达 到-72.0 mm/a。史绪国等8基于三峡藕塘滑坡的 19 景 ALOS PALSAR 数据和 47 景 Sentinel1 数据，运用 PSInSAR 监测出新增 3 处不稳定斜坡。吴东霖等9采用 PSInSAR 对黄河流域刘家峡兰州段滑坡的 110 景 Sentinel1 CSAR 数据进行处理，识别出 1 处位于永靖县的滑坡隐患区。韩守富等10采 用 PSInSAR 对 陕 西 绥 德 县 城 区 及 周 边 地 区2015/122018/04 共 54 景 Sentinel1A 数据，共识别出城区沉降区 8处，滑坡隐患区 39处。朱赛楠等11对比 InSAR 和 Offset Tracking 技术的分析结果，2014/10/312018/12/02 金沙江色拉滑坡体前部滑塌 变 形 区 最 大 形 变 速 率 为 48.055.0 mm/a，2018/11/72019/10/07 金沙江色拉滑坡最大形变速 率 为 319.0338.0 mm/a。姚 鑫 等12利 用PSInSAR 共识别到青藏高原泛三江并流区海拔4 000 m 以下 904 处活动性滑坡。张永双等13利用PSInSAR 监测的累积位移时间曲线，获得了古滑坡复活的起点标志为弹性变形与匀速变形之间的拐点。戴可人等14利用 Sentinel1 的 SAR 遥感数据，利用 InSAR 技术对雅砻江流域雅江县木里县段 的 高 山 峡 谷 区 域 探 测 出 8 处 隐 患 区 域。R.Dwivedi等15利用 PSInSAR 对印度北阿坎德邦特里坝水库地区的滑坡进行研究，研究表明其形变速 率 为-17.923.4 mm/a。A.Gokhan 等16利 用PSInSAR 确定了伊斯坦布尔沿海地区沉降的速率为 6.89.2 mm/a。F.Paolo等17利用 PSInSAR 对意大利中部阿尔卑斯山进行研究，发现该区域 66%的滑坡为活跃滑坡。B.Omar 等18利用 PSInSAR对阿尔及利亚君士坦丁进行变形监测，监测精度达到 mm 级。O.R.Kazeem 等19基于 Sentinel1A 卫150星数据利用 PSInSAR 对槟城岛进行地表形变监测，监测结果为-44.0 mm/a。以上学者应用 PS InSAR 主要研究天然边坡领域，对于高海拔地区人工堆积而成的排土场边坡研究尚少，高海拔排土场边坡由于其所处地域的特殊性，其安全稳定性关系到脆弱的高原环境安全和工业生产安全，但在进行 PSInSAR 监测过程中存在低相干区域较多的情况，需要提高低相干区域点目标的密度。鉴于此，本文通过对西藏山南桑日县某排土场边坡进行研究，基于 2018/11/042020/12/23 期间25 景 Sentinel1A 数据，采用 PSInSAR 解算监测终了排土场边坡的地表形变，通过时序差分干涉相位的时空分析，进行差分干涉、模型迭代计算和地理编码等解算，获得排土场边坡平均