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(wèi)星影像和時序InSAR技術(shù)對管道周邊地表展開時序形變分析，識別管道沿線地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)域，并進行精細化分析。結(jié)果表明InSAR技術(shù)可以有效獲得管道線路的時域穩(wěn)定性特征，能夠較大程度提升長輸油氣管道地災(zāi)監(jiān)測能力。

關(guān)鍵詞：InSAR技術(shù)；長輸油氣管道；地質(zhì)災(zāi)害

川東北管道（又稱“川東北—川西聯(lián)絡(luò)線”）位于川北低中山區(qū)，沿線谷嶺縱橫，地形起伏大，地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，常有崩塌、滑坡、水毀等地質(zhì)災(zāi)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，需對管道沿線地質(zhì)災(zāi)害隱患進行有效監(jiān)測。近年來，隨著星載遙感技術(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(chǔ)設(shè)施的新型形變監(jiān)測手段[1]。為驗證該項技術(shù)在管道行業(yè)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)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，采用時序InSAR技術(shù)監(jiān)測管道沿線的變形、滑坡、崩塌、裂縫等地質(zhì)災(zāi)害等，并分析管線附近潛在地質(zhì)災(zāi)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(gòu)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序穩(wěn)定的目標[2]。PS InSAR技術(shù)集合了常規(guī)InSAR技術(shù)能夠探測大范圍、微小地面形變的優(yōu)點，又能克服常規(guī)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、微小地面沉降的長時間監(jiān)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行統(tǒng)計分析，篩選不受時間、空間基線和大氣效應(yīng)影響并且能保持高相干性的點作為永久散射體，以此探測研究地表形變情況[3]。

2  InSAR數(shù)據(jù)處理

由于長輸油氣管道周邊區(qū)域的植被覆蓋率較高，同時人工地物稀少，使得常規(guī)InSAR技術(shù)的影像條件較為不利。除使用InSAR技術(shù)外，還使用其他目標時序分析方法，以滿足數(shù)據(jù)處理需求，獲取管道沿線的時域穩(wěn)定性情況。

在這個流程中，首先是根據(jù)時間、空間以及多普勒質(zhì)心頻率基線進行影像配準，防止DEM編碼和雷達坐標中的SAR影像出現(xiàn)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模型實現(xiàn)對不同相位差的分析；然后是利用幅度差的方式進行選點，根據(jù)實際情況，一般選用后向散射的特點對其目標進行選取，從而能夠得到離散穩(wěn)定的三角網(wǎng)并進行相位解纏，最終達到高相干目標的解纏相位要求[4]。

在變形速率的實際處理過程中，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行鄰域差分，而只有通過這種方式，才能對形變速率以及相對高程誤差積分進行有效求解，最終得到對應(yīng)點目標的線性變速率，實現(xiàn)對高程改正值的分析。但是對于生成的線性變速率和DEM誤差結(jié)果進行有效編碼時，需要按照原有的長輸油氣管道線性變速方法進行提取和處理，才能對管道沿線地質(zhì)災(zāi)害隱患進行識別與監(jiān)測，為管道地質(zhì)災(zāi)害管理提供數(shù)據(jù)支撐，減少地質(zhì)災(zāi)害對長輸油氣管道的影響[5]。

3  InSAR形變結(jié)果分析

3.1  整體形變結(jié)果分析

前期對川東北管道InSAR成果分析，管線兩側(cè)各一公里區(qū)域有58處出現(xiàn)變形，其中14處變形較大。結(jié)合收集到的沿線地質(zhì)災(zāi)害點及發(fā)育規(guī)律，經(jīng)野外實地考察和驗證，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患點12處。同時將全線的地質(zhì)災(zāi)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(shè)導(dǎo)致次生災(zāi)害型、滑坡崩塌共存三種類型和四個區(qū)段（圖 1）。

圖 1 地質(zhì)災(zāi)害分布圖

第一種類型（I類）：I類主要分布在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(tǒng)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(zāi)害類型以滑坡和不穩(wěn)定斜坡為主。I2段主要分布于巴中平昌，地層以白堊系下統(tǒng)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(zāi)害以滑坡和不穩(wěn)定斜坡為主，局部白龍組厚層砂巖陡崖會存在崩塌風(fēng)險。

第二種類型（Ⅱ類）：Ⅱ類主要分布于Ⅱ段，途經(jīng)巴州區(qū)、恩陽區(qū)。地層以白堊系下統(tǒng)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(qū)主要位于城區(qū)，近些年城市道路及市政建設(shè)大規(guī)模挖方填方，房屋建設(shè)等對坡角的開挖，形成人工陡坎，引起邊坡的失穩(wěn)等，對管線的威脅明顯增強。

第三種類型（Ⅲ類）：Ⅲ類分布于Ⅲ段，主要分布于南充閬中與廣元元壩，地層以白堊系下統(tǒng)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(zāi)害。

3.2  局部區(qū)段分析

K135+713區(qū)段形變較大原因是由于恩陽高速服務(wù)區(qū)的修建，對原有地貌進行改造，工程建設(shè)導(dǎo)致的挖方填方。挖方會導(dǎo)致局部邊坡的失穩(wěn)，棄渣填方的斜坡存在自穩(wěn)過程的變形過大。但相應(yīng)的工程都采取了對應(yīng)的工程措施，經(jīng)現(xiàn)場實地驗證，當前對管線安全影響不大。該處管線沿溝谷走向，巡檢時應(yīng)避免存在棄渣大規(guī)模填方，防止上覆壓力過大對管線安全造成隱患（圖 2）。

圖 2 K135+713區(qū)段InSAR結(jié)果、光學(xué)影像及現(xiàn)場調(diào)查圖

K093+725區(qū)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(nóng)田，該處近幾年有農(nóng)田平整及修路現(xiàn)象，導(dǎo)致地表有較大變形。管線在該斜坡上段通過，在K091+590附近，管道下方100米左右出現(xiàn)斜坡失穩(wěn)現(xiàn)象，被國土資源系統(tǒng)判定為滑坡。該區(qū)段整體特征類似，管線在斜坡上方通過，后期應(yīng)加強對該區(qū)段斜坡的整體變形監(jiān)測，以確保斜坡的部分失穩(wěn)不會影響管線的安全（圖 3）。

圖 3 K093+725區(qū)段InSAR結(jié)果、光學(xué)影像及現(xiàn)場調(diào)查圖

4  結(jié)語

結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查表明，采用時序InSAR技術(shù)對川東北管道進行地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，地災(zāi)隱患點在InSAR結(jié)果中均有表現(xiàn)，驗證該技術(shù)用于管道行業(yè)地災(zāi)監(jiān)測的可行性，有助于實現(xiàn)管道沿線常態(tài)化InSAR快速監(jiān)測，確保管道正常、穩(wěn)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]楊夢詩，廖明生，常玲. 城市場景時序 InSAR 形變解譯: 問題分析與研究進展[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(jiān)測預(yù)測關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 長安大學(xué)，2023.

[5]安世澤，鄒永勝，張鵬，等. 典型地質(zhì)災(zāi)害下山區(qū)油氣管道風(fēng)險管控關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)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.

作者簡介：黃文，1974年生，2016年畢業(yè)于大連理工大學(xué)工程管理專業(yè)，現(xiàn)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。