黃文

國家管網(wǎng)集團西南管道重慶輸油氣分公司

摘要：采用Radarsat衛星影像和時(shí)序InSAR技術(shù)對管道周邊地表展開(kāi)時(shí)序形變分析，識別管道沿線(xiàn)地質(zhì)災害隱患區域，并進(jìn)行精細化分析。結果表明InSAR技術(shù)可以有效獲得管道線(xiàn)路的時(shí)域穩定性特征，能夠較大程度提升長(cháng)輸油氣管道地災監測能力。

關(guān)鍵詞：InSAR技術(shù)；長(cháng)輸油氣管道；地質(zhì)災害

川東北管道（又稱(chēng)“川東北—川西聯(lián)絡(luò )線(xiàn)”）位于川北低中山區，沿線(xiàn)谷嶺縱橫，地形起伏大，地質(zhì)環(huán)境條件復雜，常有崩塌、滑坡、水毀等地質(zhì)災害發(fā)生，造成了較多的管道安全隱患。為保障管道安全運營(yíng)，需對管道沿線(xiàn)地質(zhì)災害隱患進(jìn)行有效監測。近年來(lái)，隨著(zhù)星載遙感技術(shù)的發(fā)展，合成孔徑雷達干涉測量技術(shù)逐步成為地表形變、火山、滑坡、重大基礎設施的新型形變監測手段[1]。為驗證該項技術(shù)在管道行業(yè)地質(zhì)災害監測方面的可靠性，以200.7 km川東北管道為研究對象，選取覆蓋2018年至2021年的Sentinel-1A影像，采用時(shí)序InSAR技術(shù)監測管道沿線(xiàn)的變形、滑坡、崩塌、裂縫等地質(zhì)災害等，并分析管線(xiàn)附近潛在地質(zhì)災害隱患源。

1  InSAR技術(shù)原理

PS InSAR（Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar）即永久散射體合成孔徑雷達干涉測量技術(shù)，其中永久散射體是指如建筑物與構筑物的頂角、橋梁、欄桿、裸露的巖石等雷達波后向散射特性強且時(shí)序穩定的目標[2]。PS InSAR技術(shù)集合了常規InSAR技術(shù)能夠探測大范圍、微小地面形變的優(yōu)點(diǎn)，又能克服常規InSAR技術(shù)中大氣延遲和失相干的影響，能夠充分利用SAR影像，該技術(shù)在緩慢、微小地面沉降的長(cháng)時(shí)間監測方面，具有較大優(yōu)勢。PS InSAR技術(shù)的基本原理是基于多幅SAR影像，對所有影像的幅度信息進(jìn)行統計分析，篩選不受時(shí)間、空間基線(xiàn)和大氣效應影響并且能保持高相干性的點(diǎn)作為永久散射體，以此探測研究地表形變情況[3]。

2  InSAR數據處理

由于長(cháng)輸油氣管道周邊區域的植被覆蓋率較高，同時(shí)人工地物稀少，使得常規InSAR技術(shù)的影像條件較為不利。除使用InSAR技術(shù)外，還使用其他目標時(shí)序分析方法，以滿(mǎn)足數據處理需求，獲取管道沿線(xiàn)的時(shí)域穩定性情況。

在這個(gè)流程中，首先是根據時(shí)間、空間以及多普勒質(zhì)心頻率基線(xiàn)進(jìn)行影像配準，防止DEM編碼和雷達坐標中的SAR影像出現異常；其次是在配準后的影像中使用SLC影像作為組合的方式進(jìn)行干涉和處理，才能使原始的干涉相位貢獻為平地相位和地形相位，并采用配準后的DEM模型實(shí)現對不同相位差的分析；然后是利用幅度差的方式進(jìn)行選點(diǎn)，根據實(shí)際情況，一般選用后向散射的特點(diǎn)對其目標進(jìn)行選取，從而能夠得到離散穩定的三角網(wǎng)并進(jìn)行相位解纏，最終達到高相干目標的解纏相位要求[4]。

在變形速率的實(shí)際處理過(guò)程中，想要更好地降低大氣延遲而產(chǎn)生的相位差異影響，就必須將離散解纏相位進(jìn)行鄰域差分，而只有通過(guò)這種方式，才能對形變速率以及相對高程誤差積分進(jìn)行有效求解，最終得到對應點(diǎn)目標的線(xiàn)性變速率，實(shí)現對高程改正值的分析。但是對于生成的線(xiàn)性變速率和DEM誤差結果進(jìn)行有效編碼時(shí)，需要按照原有的長(cháng)輸油氣管道線(xiàn)性變速方法進(jìn)行提取和處理，才能對管道沿線(xiàn)地質(zhì)災害隱患進(jìn)行識別與監測，為管道地質(zhì)災害管理提供數據支撐，減少地質(zhì)災害對長(cháng)輸油氣管道的影響[5]。

3  InSAR形變結果分析

3.1  整體形變結果分析

前期對川東北管道InSAR成果分析，管線(xiàn)兩側各一公里區域有58處出現變形，其中14處變形較大。結合收集到的沿線(xiàn)地質(zhì)災害點(diǎn)及發(fā)育規律，經(jīng)野外實(shí)地考察和驗證，發(fā)現地質(zhì)災害隱患點(diǎn)12處。同時(shí)將全線(xiàn)的地質(zhì)災害隱患按地層、巖性及主要誘因，劃分為滑坡型為主、工程建設導致次生災害型、滑坡崩塌共存三種類(lèi)型和四個(gè)區段（圖 1）。

圖 1 地質(zhì)災害分布圖

第一種類(lèi)型（I類(lèi)）：I類(lèi)主要分布在I1段和I2段。其中I1段主要分布于達州宣漢，地層以侏羅系上統地層為主，巖性主體以砂泥巖互層為主。該段主體巖性較弱，風(fēng)化層較厚，地質(zhì)災害類(lèi)型以滑坡和不穩定斜坡為主。I2段主要分布于巴中平昌，地層以白堊系下統蒼溪組地層為主，局部屬白龍組。該段巖性泥巖含量較高，風(fēng)化層較厚，地質(zhì)災害以滑坡和不穩定斜坡為主，局部白龍組厚層砂巖陡崖會(huì )存在崩塌風(fēng)險。

第二種類(lèi)型（Ⅱ類(lèi)）：Ⅱ類(lèi)主要分布于Ⅱ段，途經(jīng)巴州區、恩陽(yáng)區。地層以白堊系下統蒼溪組地層為主，局部屬白龍組，巖性總體泥巖含量較高，地表風(fēng)化層較厚。該區主要位于城區，近些年城市道路及市政建設大規模挖方填方，房屋建設等對坡角的開(kāi)挖，形成人工陡坎，引起邊坡的失穩等，對管線(xiàn)的威脅明顯增強。

第三種類(lèi)型（Ⅲ類(lèi)）：Ⅲ類(lèi)分布于Ⅲ段，主要分布于南充閬中與廣元元壩，地層以白堊系下統白龍組地層為主，局部屬蒼溪組，巖性總體砂巖含量較高，地表陡崖較多，常形成崩塌、滑坡等地質(zhì)災害。

3.2  局部區段分析

K135+713區段形變較大原因是由于恩陽(yáng)高速服務(wù)區的修建，對原有地貌進(jìn)行改造，工程建設導致的挖方填方。挖方會(huì )導致局部邊坡的失穩，棄渣填方的斜坡存在自穩過(guò)程的變形過(guò)大。但相應的工程都采取了對應的工程措施，經(jīng)現場(chǎng)實(shí)地驗證，當前對管線(xiàn)安全影響不大。該處管線(xiàn)沿溝谷走向，巡檢時(shí)應避免存在棄渣大規模填方，防止上覆壓力過(guò)大對管線(xiàn)安全造成隱患（圖 2）。

圖 2 K135+713區段InSAR結果、光學(xué)影像及現場(chǎng)調查圖

K093+725區段整體為澌灘河沿岸的斜坡地貌，沉降處為一山間凹地平臺，沉降最大處為一溝谷農田，該處近幾年有農田平整及修路現象，導致地表有較大變形。管線(xiàn)在該斜坡上段通過(guò)，在K091+590附近，管道下方100米左右出現斜坡失穩現象，被國土資源系統判定為滑坡。該區段整體特征類(lèi)似，管線(xiàn)在斜坡上方通過(guò)，后期應加強對該區段斜坡的整體變形監測，以確保斜坡的部分失穩不會(huì )影響管線(xiàn)的安全（圖 3）。

圖 3 K093+725區段InSAR結果、光學(xué)影像及現場(chǎng)調查圖

4  結語(yǔ)

結合現場(chǎng)調查表明，采用時(shí)序InSAR技術(shù)對川東北管道進(jìn)行地質(zhì)災害監測，地災隱患點(diǎn)在InSAR結果中均有表現，驗證該技術(shù)用于管道行業(yè)地災監測的可行性，有助于實(shí)現管道沿線(xiàn)常態(tài)化InSAR快速監測，確保管道正常、穩定運行。

參考文獻：

[1]Batuhan Osmano glu,Filiz Sunar,Shimon Wdowinski, et al. Time series analysis of InSAR data: Methods and trends[J]. Isprs Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2016, 115：90-102.

[2]Alessandro Ferretti,Claudio Prati,Fabio Rocca. Permanent scatterers in SAR interferometry[J]. Ieee Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2001, 39(1)：8-20.

[3]楊夢(mèng)詩(shī)，廖明生，常玲. 城市場(chǎng)景時(shí)序 InSAR 形變解譯: 問(wèn)題分析與研究進(jìn)展[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報 (信息科學(xué)版)，2023，48(10)：1643-1660.

[4]劉曉杰. 星載雷達遙感廣域滑坡早期識別與監測預測關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 長(cháng)安大學(xué)，2023.

[5]安世澤，鄒永勝，張鵬，等. 典型地質(zhì)災害下山區油氣管道風(fēng)險管控關(guān)鍵技術(shù)研究與應用[Z/OL]. 科技成果. 2015，https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001825070&uniplatform=NZKPT&language=CHS.

作者簡(jiǎn)介：黃文，1974年生，2016年畢業(yè)于大連理工大學(xué)工程管理專(zhuān)業(yè)，現任西南管道重慶輸油氣分公司副經(jīng)理，從事油氣管道完整性管理工作。聯(lián)系方式：18696581699，475269741@qq.com。