黄文

国家管网集团西南管道重庆输油气分公司

摘要：采用Radarsat卫星影像和时序InSAR技术对管道周边地表展开时序形变分析，识别管道沿线地质灾害隐患区域，并进行精细化分析。结果表明InSAR技术可以有效获得管道线路的时域稳定性特征，能够较大程度提升长输油气管道地灾监测能力。

关键词：InSAR技术；长输油气管道；地质灾害

川东北管道（又称“川东北—川西联络线”）位于川北低中山区，沿线谷岭纵横，地形起伏大，地质环境条件复杂，常有崩塌、滑坡、水毁等地质灾害发生，造成了较多的管道安全隐患。为保障管道安全运营，需对管道沿线地质灾害隐患进行有效监测。近年来，随着星载遥感技术的发展，合成孔径雷达干涉测量技术逐步成为地表形变、火山、滑坡、重大基础设施的新型形变监测手段[1]。为验证该项技术在管道行业地质灾害监测方面的可靠性，以200.7 km川东北管道为研究对象，选取覆盖2018年至2021年的Sentinel-1A影像，采用时序InSAR技术监测管道沿线的变形、滑坡、崩塌、裂缝等地质灾害等，并分析管线附近潜在地质灾害隐患源。

1  InSAR技术原理

PS InSAR（Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar）即永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术，其中永久散射体是指如建筑物与构筑物的顶角、桥梁、栏杆、裸露的岩石等雷达波后向散射特性强且时序稳定的目标[2]。PS InSAR技术集合了常规InSAR技术能够探测大范围、微小地面形变的优点，又能克服常规InSAR技术中大气延迟和失相干的影响，能够充分利用SAR影像，该技术在缓慢、微小地面沉降的长时间监测方面，具有较大优势。PS InSAR技术的基本原理是基于多幅SAR影像，对所有影像的幅度信息进行统计分析，筛选不受时间、空间基线和大气效应影响并且能保持高相干性的点作为永久散射体，以此探测研究地表形变情况[3]。

2  InSAR数据处理

由于长输油气管道周边区域的植被覆盖率较高，同时人工地物稀少，使得常规InSAR技术的影像条件较为不利。除使用InSAR技术外，还使用其他目标时序分析方法，以满足数据处理需求，获取管道沿线的时域稳定性情况。

在这个流程中，首先是根据时间、空间以及多普勒质心频率基线进行影像配准，防止DEM编码和雷达坐标中的SAR影像出现异常；其次是在配准后的影像中使用SLC影像作为组合的方式进行干涉和处理，才能使原始的干涉相位贡献为平地相位和地形相位，并采用配准后的DEM模型实现对不同相位差的分析；然后是利用幅度差的方式进行选点，根据实际情况，一般选用后向散射的特点对其目标进行选取，从而能够得到离散稳定的三角网并进行相位解缠，最终达到高相干目标的解缠相位要求[4]。

在变形速率的实际处理过程中，想要更好地降低大气延迟而产生的相位差异影响，就必须将离散解缠相位进行邻域差分，而只有通过这种方式，才能对形变速率以及相对高程误差积分进行有效求解，最终得到对应点目标的线性变速率，实现对高程改正值的分析。但是对于生成的线性变速率和DEM误差结果进行有效编码时，需要按照原有的长输油气管道线性变速方法进行提取和处理，才能对管道沿线地质灾害隐患进行识别与监测，为管道地质灾害管理提供数据支撑，减少地质灾害对长输油气管道的影响[5]。

3  InSAR形变结果分析

3.1  整体形变结果分析

前期对川东北管道InSAR成果分析，管线两侧各一公里区域有58处出现变形，其中14处变形较大。结合收集到的沿线地质灾害点及发育规律，经野外实地考察和验证，发现地质灾害隐患点12处。同时将全线的地质灾害隐患按地层、岩性及主要诱因，划分为滑坡型为主、工程建设导致次生灾害型、滑坡崩塌共存三种类型和四个区段（图 1）。

图 1 地质灾害分布图

第一种类型（I类）：I类主要分布在I1段和I2段。其中I1段主要分布于达州宣汉，地层以侏罗系上统地层为主，岩性主体以砂泥岩互层为主。该段主体岩性较弱，风化层较厚，地质灾害类型以滑坡和不稳定斜坡为主。I2段主要分布于巴中平昌，地层以白垩系下统苍溪组地层为主，局部属白龙组。该段岩性泥岩含量较高，风化层较厚，地质灾害以滑坡和不稳定斜坡为主，局部白龙组厚层砂岩陡崖会存在崩塌风险。

第二种类型（Ⅱ类）：Ⅱ类主要分布于Ⅱ段，途经巴州区、恩阳区。地层以白垩系下统苍溪组地层为主，局部属白龙组，岩性总体泥岩含量较高，地表风化层较厚。该区主要位于城区，近些年城市道路及市政建设大规模挖方填方，房屋建设等对坡角的开挖，形成人工陡坎，引起边坡的失稳等，对管线的威胁明显增强。

第三种类型（Ⅲ类）：Ⅲ类分布于Ⅲ段，主要分布于南充阆中与广元元坝，地层以白垩系下统白龙组地层为主，局部属苍溪组，岩性总体砂岩含量较高，地表陡崖较多，常形成崩塌、滑坡等地质灾害。

3.2  局部区段分析

K135+713区段形变较大原因是由于恩阳高速服务区的修建，对原有地貌进行改造，工程建设导致的挖方填方。挖方会导致局部边坡的失稳，弃渣填方的斜坡存在自稳过程的变形过大。但相应的工程都采取了对应的工程措施，经现场实地验证，当前对管线安全影响不大。该处管线沿沟谷走向，巡检时应避免存在弃渣大规模填方，防止上覆压力过大对管线安全造成隐患（图 2）。

图 2 K135+713区段InSAR结果、光学影像及现场调查图

K093+725区段整体为澌滩河沿岸的斜坡地貌，沉降处为一山间凹地平台，沉降最大处为一沟谷农田，该处近几年有农田平整及修路现象，导致地表有较大变形。管线在该斜坡上段通过，在K091+590附近，管道下方100米左右出现斜坡失稳现象，被国土资源系统判定为滑坡。该区段整体特征类似，管线在斜坡上方通过，后期应加强对该区段斜坡的整体变形监测，以确保斜坡的部分失稳不会影响管线的安全（图 3）。

图 3 K093+725区段InSAR结果、光学影像及现场调查图

4  结语

结合现场调查表明，采用时序InSAR技术对川东北管道进行地质灾害监测，地灾隐患点在InSAR结果中均有表现，验证该技术用于管道行业地灾监测的可行性，有助于实现管道沿线常态化InSAR快速监测，确保管道正常、稳定运行。

参考文献：

[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]杨梦诗，廖明生，常玲. 城市场景时序 InSAR 形变解译: 问题分析与研究进展[J]. 武汉大学学报 (信息科学版)，2023，48(10)：1643-1660.

[4]刘晓杰. 星载雷达遥感广域滑坡早期识别与监测预测关键技术研究[D]. 长安大学，2023.

[5]安世泽，邹永胜，张鹏，等. 典型地质灾害下山区油气管道风险管控关键技术研究与应用[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.

作者简介：黄文，1974年生，2016年毕业于大连理工大学工程管理专业，现任西南管道重庆输油气分公司副经理，从事油气管道完整性管理工作。联系方式：18696581699，475269741@qq.com。