地基雷达干涉测量技术在地质灾害应急测绘中的应用

2020-10-23高晓旺

工程建设与设计 2020年18期

关键词：测绘雷达救援

高晓旺

（天津市森汇工程技术有限公司，天津300000）

1 引言

应急测绘技术可以针对地质灾害爆发时期的地质情况进行严格监视，同时采用地基雷达干涉测量技术与其相结合，能够有效对目标区域进行测定。准确对地质灾害问题进行预测与分析，在地质灾害防治环节具有良好的应用潜力。

2 地基雷达干涉测量技术理论基础

地基雷达干涉测量主要采用合成孔径雷达、线性调频连续波以及干涉测量等技术，其中线性调频连续波指的是雷达基站以不同的频率向外界发射电磁波，以此强化自身的长距离传输效率，同时还能提高在距离较远区域的分辨率。根据电磁波的发射方向与空间分辨率进行分析，准确界定地面位置信息，也可以在被侦测范围内添加传感器，采用电波覆盖的传播方式提升整体监测结果的准确程度。对在线调频连续波与传统的步进频率连续波的作业效果进行对比分析时，前者不仅具备扫描时间短的优势，而且可以保证测定结果的准确性，因此，可以满足应急测绘的工作需求[1]。

合成孔径雷达技术是一种主动式微波传感器，与其他遥感技术相比较，该技术不受光照与天气条件的影响，可以全天候与全节气地连续工作。合成孔径雷达技术通过分析目标回波与电磁脉冲发射之间的时间差对目标位置进行精准定位，而且测定结果与脉宽度有关，脉宽越宽，其分辨率越高，同时还可以保证雷达基站在低频工作时获得清晰的图像[2]。干涉测量技术通过对目标物体不同时间段的相位差计算出目标物体的微小变化，该技术在应急测绘中具有非常重要的意义，通过对救援区域内的物体进行扫描侦测，能够准确找出存在隐患的区域，进而及时采取有效处理措施，对救援人员的生命安全提供保障[3]。

3 地基雷达干涉测量数据采集与分析

2019年7月20日，某选矿区突发特大山体滑坡现象，造成工房与宿舍全部被淹没，多人伤亡，为防止次生灾害的发生，相关部门采用地基雷达干涉测量技术对危岩山体进行监测，及时提供预警报警，以此最大限度地避免人员伤亡，为应急救援人员的生命安全提供有效保证。

在山体滑坡事故的监测过程中，数据信息的采集频率为2min，同时雷达回波距离为600m，在本次监测中采取24h全天候模式，总共针对该地区连续2d进行数据采集。此外，在应用现场中，地基雷达干涉测量对采集的数据信息进行实时处理，发现救援队伍上方区域存在不稳定的山体，7h内变化量达到200mm，情况比较危急，如果产生二次危害，会对救援队伍的生命安全构成严重威胁。因此，及时将监测结果报告到现场救援指挥部，指挥部决定对不稳定区域实施爆破作业。具体情况如图1和图2所示，其中x轴、y轴为雷达同波距离负值信息代表变形向靠近传感器方向位移，正值信息代表变形向远离传感器方向移动。根据爆破前后对整体形变趋势的监测结果能够看出，爆发前存在较高的形变数据，在爆破作业后明显消失，说明爆破作业起到了预期效果，有效消除了该位置区域的灾害隐患。

图1 爆破作业前整体形变趋势

图2 爆破作业后整体形变趋势

4 地基雷达干涉测量关键技术研究

4.1 准确定位监测点

地基雷达在扫描过程中，需要将其坐标系统建立在极坐标的基础上，同时还要准确确定方位角与距离。但是，在实际操作过程中由于外在环境的复杂性，很难对目标位置进行测定，从而影响后续工作的质量与精度。鉴于目标位置测定在应急测绘工作中的重要性，需要通过三维地图对目标位置区域进行可视化分析与测定，以此强化对特征地物不明显地区的监测效果。此外，在针对特征物较为明显的目标区域进行测定时，可以采用与特征物匹配的方式准确定位目标位置，这样才能提升应急测绘工作的整体效率[4]。

针对特征物明显与非明显区域的监测方式如下：首先，是特征物不明显区域，监测结果很难与雷达图像有效结合，因此，在研究中采用基于三维地形的可视化分析模式，将仪器架设位置作为基础位置，对目标点开展可视性分析，再将分析结果与雷达图像进行结合分析，进而取得匹配程度良好的测定结果，具体情况如图3所示。

图3 三维可视性与雷达图像结合

其次，是特征无明显的目标区域，如果该区域内存在人工建筑与居民房屋等，这些建筑信息能够在雷达图像中形成有规则的亮点信号或形状。因此，可以将雷达图像与可见光数据分析模式进行结合匹配，具体情况如图4所示。采用监测区域的地理编号与雷达成像结合方式，准确测定目标实际位置。

图4 影视数据分析与雷达反射强度结合

4.2 大气环境改正研究

在高精度且长时间序列形变的监测环节，大气环境的变化会对测量结果构成影响，尤其是大气湿度与温度的变化，会干扰到电磁波的传播效率。同时仪器与位置目标物体在光照情况下可以产生温度变化，这些都会使测定结果产生畸变，从而增加监测误差。采用地基雷达干涉测量技术能够实时针对现场的气压、温度以及湿度等大气情况进行准确测定，并且与位置测定结果相结合，将快速计算出来的数据补偿因素与位置测定数据相结合，对最终结果进行修正。使应急测绘工作可以在地质灾害救援中快速给出准确的位置信息，以此提高救援工作的效率。