自古以来，无数文人骚客对三峡的险、奇、俊、秀进行了吟咏赞叹。回到生活，则需面对一个严峻的现实：三峡库区西起万州东至宜昌，长约380千米，区内山体众多，地势陡峭，沟谷河流纵横，为滑坡的形成提供了良好的物理条件，造成了该区域地质灾害多发。自三峡大坝建成之后，随着库水位的上升及地质因素的影响，区域内沿江分布的一些古滑坡被激活，诱发了一系列新的滑坡体。国内外的统计资料显示，滑坡造成的人员和财产损失仅次于地震，三峡库区的这些新旧滑坡体给当地居民以及建筑设施带来了巨大的安全隐患。
根据近年来自然资源部中国地质调查局公布的报告显示，已查明的滑坡及岩石崩塌点主要分布在长江主干及支流沿岸，其中滑坡总计6814处，占各类地质灾害总和的85.97%，而三峡库区滑坡地质灾害尤其值得关注和警惕，它带来的次生灾害威胁航道安全和三峡大坝的安全。地质灾害监测预警成绩的提升必然离不开科技创新的支撑，在监测、预防自然灾害的道路上，技术创新应用是永不止步的。
在三峡库区迁建城镇（市）地质安全问题高精度遥感调查与监测项目（2019年度）中，来自武汉大学的李陶教授参与了其中的巴东县、巫山县的InSAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达干涉）数据获取及动态监测研究工作。通过该项目，李陶对InSAR技术在滑坡监测中的应用进行了进一步研究。他认为，InSAR技术应用于形变监测，尤其是滑坡监测，前景广阔。通过参与该项目，也给他此后对InSAR在地灾监测中的应用研究提供了许多启发，显示了地灾监测的更多可能性。
InSAR技术在滑坡监测应用中的“三峡样本”
三峡库区是地灾频发地，现在我国已经建立了覆盖全库区的专业监测预警和群测群防监测预警体系，因为环境、地形复杂，三峡库区的形变监测还有许多值得深入研究的地方。李陶团队收集了三峡库区近年来的多源高分SAR卫星影像数据，对比分析了不同分辨率、不同雷达波段SAR影像在监测时段内的相干性问题及升降轨模式下不同的监测效果；利用欧空局免费的哨兵雷达卫星数据，结合区域内的降雨量、滑坡体坡度和坡向等因素，获取滑坡体形变的演化过程；并与中国地质大学（武汉）教育部长江三峡库区地质灾害研究中心合作开展InSAR以及GNSS技术用于滑坡演化过程的监测与评估，对三峡库区等植被覆盖茂密、地形陡峭区域的监测与治理具有重要的意义。
李陶教授（左二）团队在三峡巴东黄土坡滑坡上安装的新型二面角反射器，可以用雷达卫星来跟踪滑坡位移
记者：据了解，三峡库区迁建城镇（市）地质安全问题高精度遥感调查与监测项目主要由五部分组成，应用InSAR技术监测三峡库区部分区域的形变是其中的重要组成部分。您是在怎样的情形下参与到这个项目中来的？
李陶：长江勘测规划设计院有限责任公司（下简称“长勘院”，编者注）中标该项目，其主要内容是利用光学卫星、无人机Lidar、雷达卫星等遥感技术并结合地质勘察，对2019年度三峡库区的12个城镇开展地质调查和风险评估。长勘院和武汉大学一直以来都有良好的合作关系，所以他们邀请我们参与InSAR技术在三峡库区形变监测应用的相关研究工作。更为重要的是，8年前，我们就曾经合作探索InSAR在大坝和滑坡形变监测中的可行性。我们使用了当时分辨率还较低的欧空局Envisat卫星获取了清江上游几处滑坡的形变年速率，随后我们还与德国地球科学研究中心（GFZ）的夏耶博士一同对澜沧江上的糯扎渡黏土心墙坝进行考察，利用TerraSAR卫星获取了该坝体的干涉图。虽然这个探索项目规模不大，而且研究结果的可靠性不高也不够实用，但我们建立了良好默契的合作关系。
记者：和传统的形变监测方法相比，InSAR技术有何优势？
李陶：传统监测滑坡的方法主要有水准测量、GNSS测量、导线测量（全站仪）及沉降仪观测等。这些方法具有较高的精度和稳定性，但容易受到实地监测环境和天气条件的制约，恶劣的环境中，施工人员很难到达，观测成本较高，效率较低，不能有效地应用于大范围的形变监测中。
星载InSAR技术的快速发展以其几乎不受云雾等因素影响的优势，在滑坡监测领域应用被广泛认识和接受。随着SAR卫星朝着短重访周期、高分辨率方向发展，中高分辨率SAR干涉技术将可以监测到滑坡体短时间间隔内的精确形变场，对形变场的完整性反映是其它点位监测技术难以做到的，这在探测和监测大范围区域上具有明显优势。在我国，InSAR技术已经在地震监测、地面沉降监测等领域有较成熟的应用。国际上，InSAR技术应用于形变的监测有近三十年的历史，随着卫星数量的增多，以及分辨率的进一步提高，它还有更多潜在的应用领域和研究的理论问题值得我们进一步探索。理论上，通过雷达卫星进行形变监测，精度能够达到雷达波长的十分之一甚至更高，如果是x波段（波长3.1cm）雷达卫星，则意味着能得到毫米级的监测精度。
记者：能给我们介绍一下项目的基本情况么？
李陶：我们从2019年1月份开始参与项目的设计和规划，到2019年12月份结束。在整个项目中，我们收集并采购了巴东县、巫山县的多源卫星数据，我们对2019年这些地区中已知的一些大型的滑坡体进行监测，最终，这些滑坡体滑动的边界和我们的监测成果具有较好的一致性。我们也分析了SAR影像在不同朝向、不同坡度、不同植被覆盖情况下的形变监测效果，结合滑坡的多种因素分析了滑坡体形变的趋势等。
记者：在三峡库区的项目中，主要有哪些创新性的工作？
李陶：2009年原国土资源部航空遥感物探中心与德国GFZ的夏耶博士在三峡树坪、范家坪等地点安装了三角反射器，并且用TerraSAR卫星数据捕获了滑坡变形。在此次项目中，我们测试了新研制的人工二面角反射器。通常人工角反射器是一种金属材质的雷达信号反射装置，它无需电源、通讯，主要是把雷达卫星发射的信号原路反射回卫星天线，我们再通过卫星影像分析人工角反射器目标的位移变化。
我们设计的角反射器，支持升降轨雷达卫星信号，这就意味着我们能从升降轨方向来监测滑坡。以三峡的一些很陡峭的坡体形变为例，有可能卫星在某一个方向上难以监测到，但是在另一个方向上可以监测，我们的角反射器支持两个方向的监测，那么形变监测的效率就会提高。此前的SAR卫星影像分辨率低，使用的三角反射器体积也非常大，现在，我们将它改进成二面角的，缩小了体积，它的安装也更加灵活、方便。这是国内外首次在形变监测中使用二面角反射器，也是中德合作的重要研究内容之一。
记者：三峡库区项目的研究，对于我国三峡以外地区的形变监测是否有借鉴意义？
李陶：有借鉴意义，我们总结了不同波段的卫星数据在三峡地区的形变监测中的一些特点。在项目中，我们也得到一些启发，比如在大部分植被覆盖茂密的区域，当时间超过三个月，我们就很难从SAR卫星数据中提取到形变信息。基于这样的现实，我们在形变监测区域选择一些重要的点位设置人工角反射器，同时还要辅助一些其它的技术手段进行监测。
InSAR技术在形变监测应用中前景广阔
采访中，李陶表示，随着三峡库区项目的结束，以此为契机，他与团队的新研究早已开始。在参与三峡项目期间，李陶与中国地质大学（武汉）教育部长江三峡库区地质灾害研究中心在巴东的实验基地取得联系，他们还联合德国地球科学研究中心（GFZ），获批了免费的德国宇航局高分辨率TerrasAR卫星数据作为科研数据，他们将对黄土坡的滑坡监测进行持续研究，更加有针对性地解决InSAR技术在形变监测的工程化应用中存在的问题。
记者：您说到，三峡库区的项目在您的研究中具有承上启下的作用，在此基础上，您现在进行的研究有哪些新的内容？
李陶：我们想在接下来的中德合作研究中验证，是否当卫星影像分辨率非常高的时候，角反射器的体积可以变得更小，使其具有更强的适应性，进而改善现在的一些大型的监测设备对安装环境要求高的情况。同时我们也会对我们的一些想法进行进一步验证。
在三峡的项目中，我们还有一些疑问，比如我们将角反射器安置在滑坡体上，理论上讲，我们获得数据应该具有毫米级的精度，但是有些时候获取的数据却有5毫米以上的误差，这也是我们一直在思考的问题。我们也有一些设想，比如新建的水泥观测墩本身有一段将近几个月的稳定期，而我们观测的数据刚好只有几个月。三峡库区的落差非常大，有些落差达几百米，受到这几百米的大气折射的干扰，会出现几个毫米的误差。我们需要进一步把这些问题研究透，才能形成成熟、稳定的技术，进而广泛应用。
记者：您为什么认为InSAR技术在将来的形变监测中具有非常广阔的前景？想要更广泛应用，还需要做哪些工作？
李陶：在我国一些滑坡高发地域，人民群众的生命财产安全受到威胁，因而滑坡等形变监测工作确实是需要开展的。随着我国卫星事业的发展，尤其最近北斗组网成功，让我们也越来越有信心，我们的卫星应用水平与国外差距会越来越小，同时，一些业务也可以在全国推广开来，我们所需要的雷达遥感监测技术也可以被广泛应用。
随着5G技术的发展，让角反射器+GNSS融合的传感器制作成本越来越低，它也就能成为普适性的应用，而非仅仅应用在科研中，进而保障一些居住在有地灾风险区域的人们的生命财产安全。这些都是未来InSAR技术在形变监测得到广泛应用的一些基础定标定位基准。
还有一些具体的问题需要我们解决，在大范围广域普查中，我们的监测不能仅仅依靠数量有限的人工角反射器，还是希望通过雷达影像获取自然地物的反射信号就能提取到形变信息。现在我们研究的人工角反射器的反射信号强度以及是否发生形变都是已知的，相当于有了稳定的基准和参考点。利用这些已知的参考点，我们针对不同的自然地物的雷达散射特性进行观测和时序分析，就可以搞清楚自然地物雷达散射特性以及相位稳定性，从而为雷达干涉测量技术所获取的形变监测结果的精度评估、质量分析等提供理论依据。
如果以上我们提出的问题解决了，我们也还有很多工作可以进行，比如我们为地质工作或者研究人员提供一个完整的形变监测方案，在需要监测的地方安装角反射器，将测得的结果转化到工程地质所需要的坐标体系中，对滑坡运动做全面分析。这项工作还有很多需要完善的地方，我们希望这项技术能够真正在滑坡监测中得到广泛应用，而非仅仅是在科研项目中。
记者：InSAR技术在此后的形变监测中得到应用，是否还需要其它技术的配合呢？
李陶：肯定需要其它技术配合的。接下来，我们研究的方向和重点，就是实现GNSS和InSAR、数据处理在传感器级别上的三者合一。这样，我们就能把InSAR数据与GNSS数据进行深度融合，进而推算出被监测地点的三维变化。因为滑坡是一个非常复杂的运动，我们可以和相关地质专家合作，将滑坡运动机理及仿真建模与形变监测结果相结合。这样我们就能在遥感监测结果和滑坡运动模型上进行一个很好的匹配，这也就意味着将来LiDAR的三维地形数据是不可少的，需要LiDAR技术的配合。
也正是因为滑坡的复杂性，我们不能说一个地方产生形变，就会有危险的结果。这也就意味着，为了技术更加成熟，应用更加高效、精确，测绘需要和其它专业技术产生深度的融合。
“随着我国SAR卫星技术的发展和越来越多SAR卫星上天，InSAR技术在形变监测中的应用，是非常具有前景的，我们也希望越来越多的年轻人能够投入到相关研究中来，为InSAR形变监测应用研究出力。”李陶说。
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