【《微变形边坡雷达国内外现状文献综述》4200字】

微变形边坡雷达国内外现状文献综述1.1国外现状合成孔径雷达成像技术，最早由美国谷德亿公司的卡厄.威力于20世纪50年底初提出[23]。他提出利用多普勒频率进行分析来提高雷达的分辨率，然后伊丽挪大学的进行实验获得了SAR影像。1957年，美国密至安大学考特罗纳与离斯共同研制了机载合成孔径雷达[24]。1978年，美国发射了星载合成孔径雷达的卫星SeaSAT[25]，奠定了之后星载合成孔径雷达干涉测量的发展。合成孔径雷达干涉测量技术由Graham[26]于1974年提出。1986，美国宇航局在CV990飞机上应用了机载合成孔径雷达系统[27]，并在飞机上相隔一段距离安装两个雷达微波接收机，以此同时获得两个不同的合成孔径雷达图像。由于两个接收机之间有一定距离因此可以形成空间基线，进而可以进行干涉处理，从而获得飞行区域的高分辨地形数据。2000年，由美国、意大利、德国共同推进的SRTM计划[28]，通过双天线合成孔径雷达干涉处理，获取了地球陆地区域的约百分之80的高分辨率雷达图像，其干涉测量高程精度高达6m[29]，这对于航天，军事上有重点意义。边坡微变形雷达是在星载合成孔径雷达干涉测量技术上发展而来，相比于传统机载或星载合成孔径雷达，边坡微变形雷达由于采用定点监测因此没有空间基线，干涉相干性更高，监测精度也得到大幅度提高，并且能达到亚毫米级别。边坡微变形雷达相比于传统边坡监测手段具有全天候实时在线监测、监测精度高、监测覆盖范围广的的特点，能够很好的对滑坡进行预警，保障人民的生命财产安全。边坡微变形雷达在国外，最早由Tarchi[30]等学者于1999年运用于大坝的形变探测。由于连续线性调频信号雷达具有成本低，操作简单，信号采样高效等特点。开始不断有学者对边坡微变形雷达在建筑、水坝、边坡上进行研究。边坡微变形雷达大体分为实孔径雷达和合成孔径雷达：实孔径雷达的特点为发射天线长度固定，然后通过机械扫描获取监测区域的雷达图像，例如，南非的MSR微变形雷达系统以及澳大利亚的SSR微变形雷达系统都是采用大孔径天线发生窄波数，通过不断机械不断旋转从不同角度对监测区域进行扫描，以获得雷达图像；合成孔径雷达可根据发射信号分为步进频率和调频连续波两种合成孔径雷达，通过不断运动来达到合成虚拟孔径天线因此被称为合成孔径雷达，常见的例如意大利以及荷兰直线滑轨型雷达，通过在机械滑轨上不断移动雷达并且进行采样，最终进行合成获得SAR影像图。澳大利的SlopeStabilityRadarSSR[31]由GroundProbe研发，模式实孔径雷达，采用X波段电磁波，带宽为100MHz，监测量程850米，水平扫描角度270度，仰角向122度。测量精度，采样间隔小于30min。应用案例：新南威尔斯州的UpperHunter欧文山露天矿[32]，欧文山露天矿是澳大利亚最深的露天煤矿，SSR由于其对欧文山露天矿预测多达一千五百万立方米的坍塌预警[33]，于2005被新南威尔斯矿业协会颁发职业监控与安全创新奖励。2015年，首次引进我国，并被应用在内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗东部的黑岱狗露天煤矿[34]（a）（b）图1.3左澳大利亚SSR系统右意大利IBIS系统意大利IngegneriaDeiSistemi,IDS公司与佛罗仑撒大学合作开发的微变形雷达ImagebyInterferometricSurvey,IBIS[34]，采用17G频段，波长17.4cm，ku波段电磁波，波段为ku波段，工作距离为最大4.5km，滑台长度2m，扫描带宽300MHZ，距离分辨率0.5m，方位向分辨率4.3mrad，数据采集时间3min，功耗100w，放水等级IP66。意大利IBIS边坡雷达是最早进入我国市场的，而且商业化程度高，在国外有许多案例，在国内许多高校设计院也对其有相关研究：2014武汉大学采用了IBIS对长江兵宝剑峡链子崖进行了测试，并使用三维激光扫描坐标系与IBIS坐标系进行匹配，并放置了角反射器，架设全站仪追踪角反射器以及悬崖上几个点的位移与IBIS的监测位移进行了对比[35]。2015年中国地质大学对隔水岩水电站进行了为期7天的观测，整体位移在1.5mm内，并对云南兰坪县黄登水电站的边坡进行为期3天的观测，最大累计位移达到了6mm[36]。2016年云南堰塞湖岸边由于地震影响，岩体处于活跃的状态，而传统的边坡测量手段如全站仪、水准仪等无法进行架设，于是采用了IBIS对堰塞湖边坡安全隐患进行了监测，并选取了9代表性监测点进行长时间追踪分析边坡的稳定性，经过长时间观测该9个点的位移量均在内[37]。2018年西北勘测设计院采用IBIS对隔岸大坝形变监测并与垂线监测结果进行对比[38]。荷兰Metasensing[39]公司采用调频连续波的方式,模式为直线滑轨合成孔径，17.2GHz，Ku波段，带宽300MHz,最大工作距离4Km，距离向分辨率0.5m，方位向4.8mrad，采集时间10s,测量精度亚毫米级别，如图1.4（a）所示。FastGBSAR在我国也在实际应用。2018年四川大学对校内的人工大坝模型进行了测试，并采用三维激光扫描模型与FastGBSAR进行了对比，模型放水时视线方向位移达到了2mm[40]，2019年湖南科技大学采用了FastGBSAR对硐室开挖地基高边坡进行监测且对边坡稳定性进行了分析，且采用了全站仪与FastGBSAR数据进行了对比，结果显示FastGBSAR监测精度能够达到亚毫米级别，沉降在以内[41]2019年兰州交通大学对青藏高原东部的锦屏水电站进行了形变监测实验，并与RIEGL公司的VZ-2000三维激光扫描进行了为期2天的对比实验，且雷达扫描数据与三维激光扫描数据进行了融合。大坝的最大形变量为10mm，精度达到了亚毫米[42]由欧盟联合研究所JointResearchCentre研发的LISA微变形雷达，如图1.4（b），监测精度达到亚毫米级别，采用ku波段18Ghz微波信号，带宽500MHZ，采用滑轨式合成孔径扫描方式，轨道长度2.8公里，并应用在冰山、滑坡、大坝、火山等监测项目[43]。瑞士GAMMA公司研制GammaPoratbleRadarInterferometry，GPRI雷达[44]，采用旋转式扫描，17.2G波段微波信号，天线长度2.06m，带宽200MHZ，最大监测距离4km，方位向分辨率6.9mrad，采样间隔小于20min。瑞士GAMMA公司成立于1995年，主要做星载雷达信号处理，旗下gamma软件是星载雷达影像处理专业软件，其GPRI搭配的也是自家旗下的gamma雷达影像处理软件。（a）（b）图1.4国外边坡雷达系统西班牙伽泰洛尼亚大学研制RiskSAR极化微变形雷达[45]，相比其他几家微变形雷达，RiskSAR拥有极化处理，通过发射水平极化H，以及垂45直极化V脉冲波，更加完整的记录雷达目标物回波特性，极大增加了雷达对目标物信息的捕获能力。英国的雪尓大学TheUniversityofSheffield、日本东北大学以及韩国地球科学研究所研制的微变形雷达都是采用矢量网路分析来发射宽带信号[46]。1.2国内现状国内对微变形雷研究应用达起步较晚，国内微变形雷达设备的研发有：中国科学院电子所研制了ASTRO系统，采用合成孔径的方式，中国科学院国家空间科学中心研究所蔡永俊等科研人员以安捷伦公司生产的矢量网络分析仪作为雷达微波信号发射接受机制作了微变形雷达样机。并且通过吸波材料进行验证微变形测量的能力，并对辽宁大厦进行测试实验[47]。（a）（b）图1.5中科院ASTRO系统北京理工雷科电子信息技术有限公司，由北京理工大学开发MIMO相控阵微变形雷达，其原理不同于常规实孔径方式以及合成孔径方式，采用的是MIMO相控阵原理。最大监测距离4km，ku波段，带宽1G，距离向分辨率0.15m，方位向7.5mrad，采样时间5min，监测精度亚毫米级别，防水等级IP66。2013年10月在北京房石山矿场边坡有应用，2014年12月在河北唐山迁安铁矿场进行安全监测[48]，甘肃以及四川危险边坡有应用，浙江丽水市大枫湾库岸边坡进行应用，河北省迁安市马兰庄某露天矿进行应用[49]。中国安全生产科学研究院于2013在国家科项目支持下，如图1.6（b），研制了滑轨式微变形雷达S-SAR，采用的是直线滑轨合成孔径式方式，ku波段，带宽500MHZ，滑轨长度2m，距离向分辨率0.3m，方位向分辨率4.5mrad，最大监测距离5km，采用时间1-10min，防水等级IP65,监测精度达到亚毫米级别。在西藏自治区白格村“11.03”白各滑坡中进行了应急监测。北京市首云铁矿露天矿进行了边坡安全监测，福建省龙岩市上杭县紫金山金铜矿排土场进行了边坡安全监测[50]第一章绪论（a）（b）图1.6北京理工大学以及安科院内蒙古方向图科技有限公司研制的MPDMR-LSA微变形雷达，采用直线滑轨合成孔径的方式，最大监测范围5km，ku波段，带宽750MHz，距离向分辨率0.2m，方位向4.5mrad，滑轨长度2m，防水等级IP65，监测精度亚毫米级别。2017年在辽宁某天露天矿投入使用，2018年内蒙古某旗某煤矿，矿坑西邦发生滑坡出现断层后矿上剥离土进行根基回填，采用了MPDMR-LSA进行监测[51]。图1.11MPDMR-LSA微变形雷达江西云沛科技发展有限公司自主研发的360度旋转微变形边坡雷达，采用合成孔径模式，能够实现360度全方位扫描，X/ku波段，带宽300MHz~1GHz，距离向分辨率0.15至于0.5m，方位向分辨率3~4.5mrad，最高防水等级IP66，监测精度亚毫米。在边坡，以及大坝，露天矿监测上均有应用。图1.12云沛科技360度微变形边坡雷达在理论以及应用方面研究有：2017年太远理工大学对山西省朔州市平鲁区安家岭露天煤矿采用了微变形雷达进行了监测，并采用了神经网络算法GA-BP模型结合微变形雷达监测数据对滑坡进行了预测[52]。2018年中铁第四勘探设计院对武汉地铁8号线施工沉降监测采用了微变形雷达，实验表明微变形雷达监测技术能够获取地铁施工的地表沉降数据，且大部分施工区域累计形变在10mm以内[53]。2019年桂林电子科技大学研究了基于经验模态分解法对PS点进行识别[54]。文献张帅,贺拿,钟卫,胡凯衡,杨红娟.滑坡灾害监测与预测预报研究现状及展望[J].三峡大学学报(自然科学版),2021,43(05):39-48.《地质通报》——全方位展示中国地质调查科技信息的重要窗口及时了解中国地质调查与研究最新成果的必备读物[J].地质通报,2021,40(06):1012.[3],国土资源管理地质勘查与年检.王西林主编,新密年鉴,中共党史出版社,2012,197,年鉴.[4]李爱农,南希,张正健,赵银兵,汪士中,刘睿家.茂县“6·24”特大高位远程崩滑灾害遥感回溯与应急调查[J].自然灾害学报,2018,27(02):43-51.[5]李华,史文兵,朱要强,彭雄武.贵州省水城县“7·23”灾难性滑坡形成机制研究[J].自然灾害学报,2020,29(06):188-198.[6]汪民.关于地质灾害防治需要关注的几个问题[J].中国地质灾害与防治学报,2022,33(01):1-5.[7]LiuZijing,QiuHaijun,ZhuYaru,LiuYa,YangDongdong,MaShuyue,ZhangJuanjuan,WangYuyao,WangLuyao,TangBingzhe.EfficientIdentificationandMonitoringofLandslidesbyTime-SeriesInSARCombiningSingle-andMulti-LookPhases[J].RemoteSensing,2022,14(4).[7]杨庆振.大地测量中不适定问题的正则化解法研究[J].工程建设与设计,2020,(10):279-280.[8]党亚民,陈俊勇.GGOS和大地测量技术进展[J].测绘科学,2006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