雷达差分干涉测量空地一体化的大型滑坡形变灾害监测理论与方法

The early warning and prevention of the landslide failures of steep slopes is a key technical problem in the large scale hydropower constructions in China. This project will aim at providing a new continuous system solution in both time and space by combining the ground-based and space-born InSAR techniques and reducing the risks of using discrete points information instead of full-scale monitoring at current development stage of hydropower engineering. Improvements and developments will be taken to optimize the current InSAR time-series analysis methods and explore the regular pattern of man-made and natural targets. A new type of man-made corner reflector which can be used in both ground and space based SAR image system will be investigated and the minimax optimal filter algorithm will be developed to solve the parameters and noise uncertainties under complicated conditions of large hydropower constructions. Meanwhile, accompanied with the inherent and external dynamics analysis of disasters, various deformation information from GPS observation, InSAR results and geological resources will be used to establish a landslide dynamic model of slight deformation. This research will provide a scientific basis for the slope stability analysis and prediction in complex environment as well as improve the capabilities of disaster monitoring and prevention in China.

高边坡的滑坡预警和防治是当前我国大型水电工程建设中的一个关键技术难题。本项目通过探索地基GB-InSAR与空基InSAR信息综合的理论和方法，为复杂环境下的大型水电工程形变灾害监测提供一种时空连续的新方法，降低目前水电工程以离散点信息代替整体而引发的滑坡潜在风险。项目通过改进并优化现有时序InSAR分析方法，探求人工地物、自然地表的失相关规律；开发空、地两用人工角反射器，构造自适应的极小极大最优滤波器，解决大型水电工程复杂环境下模型参数和噪声参数不确定性问题，提供空地一体化的大范围、连续形变监测新方法。本项目还将利用丰富的GPS和InSAR等形变观测数据及地质资料，结合影响滑坡变形的内外动力因素的分析，建立微小形变的滑坡动态模型，为研究复杂环境下边坡稳定性并预测其未来变化提供科学的依据，进一步提高我国对滑坡等地质灾害的预测及防治能力。

针对我国大型水电工程滑坡预警和防治关键技术难题，联合星载SAR卫星和地面测量系统(GNSS、地基SAR系统)，研究复杂环境下水电工程边坡形变灾害监测理论与方法，为大型水电工程边坡稳定性分析与滑坡预警提供科学的依据，进一步提高我国对滑坡等地质灾害的预测及防治能力。项目主要研究内容和结果包括:（1）建立了精确的大气延迟误差改正模型并用于SAR干涉图大气改正，减弱了大气效应对滑坡变形估计的影响；（2）在分析时序SAR振幅图像统计特征基础上，提出了利用自适应阈值分割结果作为约束，综合振幅及干涉相位稳定性分析的PS选取方法，并通过水库库区实验研究验证了该方法的有效性；（3）针对水利工程应用环境的特殊性，研究适合工程实际应用的多时相InSAR数据处理方法，获取了大坝和库区边坡高质量、高精度形变时间序列信息；（4）研究基于蚁群优化的地面测量与星载DInSAR形变监测方法，利用蚁群算法对能量函数在连续空间内的求解提取地表三维形变，提高了三维形变的空间分辨率与测量精度；（5）研发了一种星载/地基InSAR两用的人工角反射装置，可同步或近似同步地获取同一观测点位上多个方向的形变资料，实现了星载和地基InSAR的空、地综合测量；（6）针对水电站边坡变形的特点，设计具有多模态处理能力的粒子滤波器，削弱了观测噪声参数不确定性对变形估计参数的影响，进而提高了边坡形变监测精度。