用于滑坡運(yùn)動(dòng)的遙感技術(shù)

滑坡地表位移場(chǎng)是用于研究滑坡形狀和力學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)?？梢杂眠b感的方法計(jì)算地表位移，如利用雷達(dá)數(shù)據(jù)的雷達(dá)干涉測(cè)量法和利用光學(xué)數(shù)據(jù)的圖像相關(guān)法。近十年來這些方法被詳細(xì)地研究并成功地應(yīng)用到各類傳感器（雷達(dá)、照相機(jī)和地面三維激光掃描成像儀）上，傳感器既可放置到空間或空中平臺(tái)如衛(wèi)星、飛機(jī)和無人無線電控制平臺(tái)（無人駕駛飛機(jī)和直升機(jī)）上，也可安裝到滑坡前緣的固定位置上。本文總結(jié)了用于測(cè)量位移的圖像分析技術(shù)（雷達(dá)干涉測(cè)量法和光學(xué)數(shù)據(jù)圖像相關(guān)方法），并研究了每種平臺(tái)的性能，以法國(guó)南部的阿爾卑斯山為例展示了這些技術(shù)的應(yīng)用。依據(jù)滑坡的性質(zhì)（出露的位置、大小和速度）和研究目的（實(shí)用或科學(xué)目的），運(yùn)用了一種或多種技術(shù)與數(shù)據(jù)（分辨率、精度、覆蓋面和回訪時(shí)間）相結(jié)合的方法。由于各類方法在山區(qū)應(yīng)用的局限性，因此用雷達(dá)差分干涉測(cè)量或永久散射體技術(shù)處理雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)主要適用于科學(xué)研究。光學(xué)衛(wèi)星遙感圖像具有相當(dāng)高的分辨率，可用于科學(xué)研究，但是它與大氣條件有很大的關(guān)系。平臺(tái)和傳感器，如無人駕駛飛機(jī)，固定相機(jī)，固定雷達(dá)和激光雷達(dá)都具有很高的適應(yīng)性，通過它們可以獲得極高分辨率和精確度的三維數(shù)據(jù)（精確到cm），非常適合于科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用。一、引言分析地表速度場(chǎng)可以用來確定控制低速滑坡（從每年甚至幾年運(yùn)動(dòng)幾cm到每天運(yùn)動(dòng)幾cm）運(yùn)動(dòng)的參數(shù)，對(duì)于科學(xué)和災(zāi)害相關(guān)的研究都是有用的。地表速度在時(shí)間上的變化范圍是很大的，包括多年的趨勢(shì)、季節(jié)的變化（受氣象影響）以及突發(fā)事件（Casson等，2003）。所以需要多時(shí)多尺度研究不同的參數(shù)特性。目前，用于監(jiān)測(cè)滑坡位移的大多數(shù)技術(shù)都來自于參考站臺(tái)連續(xù)位置的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。傳統(tǒng)的測(cè)地技術(shù)（三角測(cè)量法和視距測(cè)量法）和應(yīng)變測(cè)量技術(shù)仍然是最為普遍的方法（Angeli等，2000），GPS（全球定位系統(tǒng)）測(cè)量也是一種可供選擇的方法（Jackson等，1996；Malet等，2002）。通過這些方法獲得的數(shù)據(jù)只適用于大型滑坡。GPS數(shù)據(jù)只有最近15年的數(shù)據(jù)是有效的；激光數(shù)據(jù)也只有20年。而且由于地面運(yùn)動(dòng)在空間和時(shí)間上的不均勻性，這些基于地面的測(cè)量不能完全準(zhǔn)確地描述滑坡的速度場(chǎng)。另外，這些技術(shù)需要對(duì)滑坡或其周圍進(jìn)行人為干涉。遙感成像技術(shù)是測(cè)量滑坡位移的一個(gè)強(qiáng)有力的工具，因?yàn)樗軌蛱峁┗碌膹V景圖，并能以不同的時(shí)間間隔重復(fù)提供。此外，這種技術(shù)對(duì)從滑坡到整個(gè)區(qū)域上的各種范圍都有效。但是，對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星圖像只有大約25年的歷史。而且，直到最近對(duì)光學(xué)傳感器進(jìn)行了改進(jìn)，如船載IKONOS、Quickbird或者SPOT5，光學(xué)衛(wèi)星成像系統(tǒng)的空間分辨率才適合于進(jìn)行滑坡研究。固定在由無線電操控的無人平臺(tái)上的高分辨率數(shù)字相機(jī)的發(fā)展，使我們能夠獲得具有合適時(shí)間頻率的高分辨率圖像。最后，陸地?cái)z影測(cè)量激光測(cè)距（或陸地三維激光掃描成像）傳感器在地形和正色攝影方面都給出了厘米量級(jí)的分辨率和精度。近幾年主要有兩種位移測(cè)量法。一種是合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)（DInSAR），利用的是合成孔徑雷達(dá)（SAR）數(shù)據(jù)；第二種是圖像相關(guān)的方法（也叫做特征跟蹤），利用的是光學(xué)數(shù)據(jù)。這些技術(shù)的發(fā)展與新平臺(tái)和傳感器的發(fā)展密切相關(guān)。新的平臺(tái)和傳感器可以在與滑坡速度相對(duì)應(yīng)的時(shí)幀內(nèi)獲得數(shù)據(jù)。本文介紹了DInSAR和光學(xué)相關(guān)技術(shù)在位移測(cè)量中的應(yīng)用，并比較了二者的潛力和局限性，還回顧了用于數(shù)據(jù)獲取的平臺(tái)和傳感器，最后討論了各類數(shù)據(jù)的具體用途。文中所描述的大部分技術(shù)及其發(fā)展都已經(jīng)在LaClapière滑坡研究中進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證。LaClapière滑坡位于法國(guó)Tinée河左岸Mercantour山上，寬約1300米，高650米，體積估計(jì)有50.106立方米，由海西期變質(zhì)巖和混合巖漿巖組成。最近30年的平均速度為1cm/d，測(cè)量點(diǎn)的速度達(dá)30cm/d（Follacci，1988）。二、位移測(cè)量的方法（一）合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)（DInSAR）干涉雷達(dá)（InSAR）技術(shù)是對(duì)地面同一景觀兩次SAR成像的處理。這些圖像可以通過裝載在平臺(tái)上的一根天線在兩次成像之間輕微移動(dòng)獲得（“重軌”干涉），也可以同一個(gè)平臺(tái)上的兩根天線獲得（“單軌”干涉）。不管是單軌還是重軌干涉，都要在兩次成像之間沒有運(yùn)動(dòng)或只有很小運(yùn)動(dòng)的情況下才能計(jì)算DEM（DEM）（Zebker和Goldstein，1985）。在重軌干涉技術(shù)中，利用DInSAR對(duì)發(fā)生在兩次成像之間的地表位移的變化進(jìn)行探測(cè)和量化。DInSAR技術(shù)給出的圖像，稱為差分干涉圖，表示了發(fā)生在兩次成像之間的地面運(yùn)動(dòng)，精度為1cm，分辨率為10m（Massonnet等，1993）。在消除地形因素影響之后，通過差分兩幅SAR圖像的相位得到位移。以復(fù)合信號(hào)來表示運(yùn)動(dòng)，信號(hào)中一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)相位相當(dāng)于雷達(dá)波長(zhǎng)的一半。該技術(shù)只能提供沿人造衛(wèi)星視線向的地面位移總向量的投影（大多數(shù)衛(wèi)星的入射角為23°~35°）。在逐漸傾斜的地區(qū)，合并上升和下降軌道圖像可以得到位移矢量的第二分量（Fialko等，2005）。DInSAR技術(shù)已被成功應(yīng)用于自然和人為因素造成的地表位移的探測(cè)和繪圖中，例如地震（Massonnet等，1993；Zebker等，1994）；冰川流動(dòng)（Goldstein等，1993）；火山活動(dòng)（Massonnet等，1995）和地面沉降（Carnec等，1996；Amelung等，1999；Raucoules等，2006）。已證實(shí)，DInSAR技術(shù)只在一些情況下能用來確定滑坡區(qū)的速度場(chǎng)（Fruneau等，1996；Carnec等，1996；Rott等，1999；Kimura和Yamaguchi，2000；Squarzoni等，2003；Strozzi等，2005）。事實(shí)上，DInSAR技術(shù)不適合山區(qū)研究，因?yàn)槭艿脚c地形、地表狀態(tài)和大氣影響相關(guān)的多種條件的嚴(yán)格限制。1、成像幾何關(guān)系的限制側(cè)視成像模式造成了SAR圖像的幾何變形（Schreier，1993）。受到覆蓋或遮蔽的地區(qū)不能通過傳感器成像（Nagler等，2002）。有一些變形是由于地形因素，更特殊的是由于沿衛(wèi)星視線向的局部?jī)A斜。解決這一問題的一個(gè)方法是結(jié)合同一地區(qū)的上升和下降軌道。例如，在法國(guó)南部阿爾卑斯山，31%的地面都不能用下降軌道上的地球資源（ERS）衛(wèi)星進(jìn)行成像（Delacourt等，2003），但是結(jié)合上升和下降軌道可以把有覆蓋物的面積降低到7%。但是在可見地區(qū)，依據(jù)局部?jī)A斜，地面空間分辨率范圍是8米（ERS傳感器處于最佳幾何關(guān)系時(shí)）到幾百米。因此，根據(jù)滑坡的大小和方向，能夠成功應(yīng)用DInSAR技術(shù)的地區(qū)會(huì)大量減少。2、地表狀態(tài)變化的限制土體物理或幾何性質(zhì)的時(shí)間變化（植被覆蓋率、含水量）引起雷達(dá)回波的去相關(guān)（Zebker和Villasenor，1992）。在干涉圖中，這種去相關(guān)性造成了干擾噪音，遮蔽了地表位移的信號(hào)。在大多數(shù)情況下，這種去相關(guān)性會(huì)增強(qiáng)兩次成像之間的時(shí)間間隔的聯(lián)系。利用ERS-1衛(wèi)星C波段（波長(zhǎng)為5.6cm）SAR天線獲得的法國(guó)南部阿爾卑斯山圖像，幾天之后就發(fā)生了樹線下面的去相關(guān)（Delacourt等，2003）。植被少有利于圖像的一致性。然后必須在缺少相關(guān)性和最小信號(hào)檢測(cè)之間找到一個(gè)折衷的方法。至于緩慢滑坡，兩次成像之間的時(shí)間間隔必須足夠大，使之能檢測(cè)到信號(hào)，但是為了避免去相關(guān)又要足夠短。L波段（波長(zhǎng)為23.5cm）雷達(dá)圖像，例如由JERS-1衛(wèi)星（到1998年）獲得的圖像，有部分能克服這個(gè)問題。L波段的信號(hào)的確比C波段穿透植被的能力強(qiáng)，因此，能夠從更穩(wěn)定的散射體上獲取信息，由于植被變化而引起的時(shí)間去相關(guān)也就更少些（Strozzi等，2003，2005；Raucoules等，2006）。L波段特別適合研究緩慢位移（Strozzi等，2003）。它的一個(gè)干涉條紋對(duì)應(yīng)了衛(wèi)星視線向上11.25cm的運(yùn)動(dòng)（而C波段是2.8cm）。因此，用L波段來檢測(cè)幾個(gè)月才發(fā)生幾厘米位移的緩慢滑坡需要幾個(gè)月的時(shí)間間隔。3、大氣artefacts的限制不同成像之間的大氣層下部（對(duì)流層）大氣條件的變化改變了雷達(dá)信號(hào)的時(shí)間延遲，造成雷達(dá)信號(hào)相位的旋轉(zhuǎn)。因此，可以在干涉圖上觀測(cè)到一些對(duì)流層的邊緣（Tarayre和Massonnet，1996）。在山區(qū)有兩類對(duì)流層的artefacts。第一種是大氣的均勻變化產(chǎn)生了與地形相關(guān)的低空間頻率的artefacst，可以通過統(tǒng)計(jì)法（Beauducel等，2000）、模擬（Delacourt等，1998）或者用輔助衛(wèi)星數(shù)據(jù)測(cè)量含水量的方法來消除（MODIS，Remi，2005）。第二類artefact是由于對(duì)流層水蒸氣含量小范圍的局部非均質(zhì)性造成的，產(chǎn)生了高頻artefact（Tarayre和Massonnet，1996）。由于在幾十米到幾千米的水平范圍內(nèi)的大氣的不均勻現(xiàn)象，因此這些artefacst可以解釋為滑坡運(yùn)動(dòng)的信號(hào)。大部分的大氣非均質(zhì)性不存在空間和時(shí)間上的相關(guān)性，因而無法利用單一的干涉圖檢測(cè)和消除這些artefacts。因此唯一的辦法是比較各種不相關(guān)的干涉圖。4、永久散射體技術(shù)永久散射體技術(shù)，例如PS技術(shù)（Ferretti等，2001），可以在一定程度上克服由于缺少相關(guān)性（在不完全相干的地方）和大氣artefacsts造成的限制。這種方法識(shí)別很多SAR圖像（多于20個(gè)）中的永久散射體（PS）、雷達(dá)高清和相位穩(wěn)定的目標(biāo)，例如建筑物、公用設(shè)施和出露巖體，來獲得一系列高時(shí)空分辨率的位移。這種技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到城市地區(qū)（Colesanti等，2003a，2003b），這些地方的永久散射體密度達(dá)到每平方公里幾百個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。利用這種技術(shù)已經(jīng)成功地描述了植被稀少地區(qū)的緩慢滑坡（為幾mm/y）在幾年內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況（Colesanti等，2003c；Hilley等，2004）。但是在沒有出露巖體和人造建筑的植被區(qū)，永久散射體密度會(huì)降到0，就不能應(yīng)用永久散射體技術(shù)。而且，永久散射體技術(shù)要求采集圖像時(shí)位移處于穩(wěn)定狀態(tài)。阿爾卑斯山的大部分滑坡運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和空間變化都很快，因此會(huì)限制永久散射體技術(shù)的系統(tǒng)應(yīng)用（Squarzoni等，2003）。有4種主要的衛(wèi)星已經(jīng)獲得了大量的雷達(dá)圖像，能夠用干涉測(cè)量進(jìn)行處理：a）歐洲ERS1-2（），b）歐洲ENVISAT（），赤c凳）加拿大援RADARS點(diǎn)AT巾（愿http:/紋/radar個(gè)sat.sp襯ace.gc北.ca/a而sc/en包g/sat共ellite裕s/rad棋arsat1督/back佳ground雀.asp漸），貝d愉）日本玩JERS曬（籠http:/秒/www.e勻orc.na害sda.go殊.jp/JE黨RS-1/德）。觸5繭、雷達(dá)衛(wèi)星的辦前景您未來的雷達(dá)衛(wèi)愉星將會(huì)進(jìn)一步聽提高空間分辨乎率。例如敏RADARS錦AT2葵衛(wèi)星，于瓦2006遮年發(fā)射（樣http:/翠/www.r幼adarsa毅t2.inf子o/冬），分辨率能住達(dá)到篩3助米。正DInSAR質(zhì)技術(shù)將不能應(yīng)拐用到大于幾米仍的地表位移的豈探測(cè)和繪圖中腎。兩個(gè)鄰近象紹元之間大于四逃分之一波長(zhǎng)的枕相對(duì)位移（相埋位混淆）無法紹觀測(cè)到（辱Masson限net塌和剝Feigl等，賽1998逮）。衛(wèi)星分辨軟率的提高能更齡好的評(píng)估小范信圍或大梯度的勸位移。因此能鞭研究更大范圍幫的滑坡（不僅軋是面積最大、莖速度最慢的滑季坡）。申Cosmo-勢(shì)Skymed紐衛(wèi)星系統(tǒng)于半2007臥年發(fā)射（暫http:/柏/www.a輝si.it/鬧sito悟/progr窗ammi_誓cosmo.除htm疏），優(yōu)點(diǎn)是二賺次訪問的間隔燙時(shí)間短（比較叨好的情況下是心12兵小時(shí)）。但是爆對(duì)于干涉測(cè)量秘技術(shù)，在時(shí)間圣去相關(guān)方面，互這些衛(wèi)星的闖X女波段傳感器可柏能沒有趟C假和砍L沫波段有效：這悉樣就會(huì)在分析雜大多數(shù)位于郊想外或者干旱區(qū)禽的滑坡方面有殲局限性。櫻另一方面，肚ALOS飼衛(wèi)星（遇http:/妄/www.n仿asda.g水o.jp/p欄roject鼠s/sat舟/alos/酷index_溪e.html炕）或舞TerraS宵AR-L王衛(wèi)星（社Zink席，墓2003丘）上的新傳感術(shù)器能夠提供約L怒波段的優(yōu)勢(shì)。洗不過，在這些個(gè)衛(wèi)星建立適合竊多時(shí)處理（永感久散射體和其互它技術(shù)）的數(shù)德?lián)鏅n之前，攜還需要好幾年開。在未來的幾粘年里，那些方告法仍然要用燦ERS-2職衛(wèi)星（自從在逆2001西年發(fā)生姿態(tài)問賽題以來到現(xiàn)在陳還有問題）和若ASAR埋衛(wèi)星（來自航ENVISA咬T隆平臺(tái)）。型Ferret穗ti解等（然2004頌）證實(shí)了井ERS芳和懂ASAR江數(shù)據(jù)之間的中輩等兼容性，盡巴管信號(hào)頻率有中輕微的不同，唱但還是可以進(jìn)齡行永久散射體蔑處理。因此當(dāng)母ERS偉衛(wèi)星任務(wù)結(jié)束伴時(shí)，弱ASAR下傳感器可以保撲持?jǐn)?shù)據(jù)的連貫苗性。6、固定雷達(dá)鉛2000都年發(fā)明了地面閃SAR給干涉儀（考Antone裝llo繞等，林2004渾）。這個(gè)系統(tǒng)勺是最SAR中裝置的半便攜貓式版本，稱為升LISA臥（線性榨SAR莖）。它由一個(gè)銀幾米長(zhǎng)的直軌疏道組成，裝有宋高頻雷達(dá)（標(biāo)嫌稱波長(zhǎng)是動(dòng)1.8cm固）。這樣的話薄，一個(gè)完整的與旋轉(zhuǎn)相位對(duì)應(yīng)兩了引9mm趴的運(yùn)動(dòng)。空間度分辨率依據(jù)的晃是雷達(dá)和目標(biāo)頑之間的距離。群這個(gè)裝置已被雕試用軟到稿“斃Ruinon丑”側(cè)滑坡中（意大撞利）（按Antone渾llo揉等，轟2004充）。通過蓋18默個(gè)小時(shí)的測(cè)試筒調(diào)查，利用裝LISA菊觀察到了分9mm音的最大位移。綱但是由于雷達(dá)韻的高頻率，這德種技術(shù)對(duì)地表往狀態(tài)的改變十捕分敏感。為了兆降低相干性的件損失，可以應(yīng)精用扔LISA角的印C必波段和辭L許波段。蹈（二）光學(xué)數(shù)匹據(jù)的相關(guān)性冰利用在不同時(shí)竭間內(nèi)獲得的兩饑幅光學(xué)圖像的咽相關(guān)性，得到稿地表的二維位衛(wèi)移場(chǎng)。這種方艱法已經(jīng)被應(yīng)用割到航片和衛(wèi)片怪中，來測(cè)量由瞇地震（闖VanPu陰ymbroe射ck老等，民2000播）、滑坡（慮Delaco沃urt魂等，委2004御；扶Casson家等，刃2005怨）和冰川流（購Scambo奇s希等，暢1992袖；底K??b走，址2002面；舒K??b洽等，完2005咸；離Berthi舒er放等，招2005略）引發(fā)的位移劉。相關(guān)圖像必忍須有共同的（倍地面或圖像）庭幾何形態(tài)，可哥以通過正射校橋正兩幅圖像（下相關(guān)性體現(xiàn)在漢地面的幾何形窮態(tài)上）或在參汽考圖像的幾何捕形態(tài)上再采樣皺一幅二次圖像嚷（相關(guān)性體現(xiàn)戰(zhàn)在圖像的幾何狐形態(tài)上）獲得蜜。在這兩種情曉況下，都需要愧DEM羨，它所需要的似精度和相關(guān)圖托像的視角差反鋸相關(guān)。理論上拜，應(yīng)該用到兩奧個(gè)不同的畢DEM患，它們與每幅梅相關(guān)圖像是同槽期的。對(duì)于穩(wěn)雀定的區(qū)域，兩莫幅連續(xù)圖像上達(dá)的可見地面特慢征應(yīng)該是重疊荒的。當(dāng)?shù)孛姘l(fā)形生運(yùn)動(dòng)，可見芝和可以識(shí)別的注特征由于位移蕩而移動(dòng)。為了膛確定發(fā)生在兩閉幅圖像之間的印地表位移，在施參考圖像上（硬通常是最早的庫那幅）定義一瞇個(gè)給定窗口（切大約罷15~50潔象元）。利用蘆最大化相關(guān)函堅(jiān)數(shù)，在二次圖份像上尋找相應(yīng)孝的窗口（囑Vadon構(gòu)和蔥Masson模net妨，笛2000石；哈Barato揭ux捧等，類2001解）。尋找的起捎點(diǎn)是假設(shè)兩次驟成像之間沒有暈位移發(fā)生的那醫(yī)個(gè)預(yù)計(jì)位置。逆測(cè)量的這個(gè)移副動(dòng)直接與地表貍位移的象元大蘭小相關(guān)。計(jì)算儲(chǔ)的主要參數(shù)是噴局部窗口的大行小和預(yù)計(jì)的兩慧次成像之間的午最大位移。在興最早的圖上，約對(duì)每個(gè)象元重解復(fù)這個(gè)過程。躬結(jié)果由與相關(guān)蟻圖像同樣大小偵的趴3殊個(gè)數(shù)組組成。歲第一個(gè)數(shù)組包芒含的是每個(gè)象覺元在橫向上的著移動(dòng)，第二個(gè)盜數(shù)組是在縱向然上的移動(dòng)，第長(zhǎng)三個(gè)數(shù)組說明架了相關(guān)性的好椅壞。相關(guān)窗口衡大小的選擇是低在想要得到的牽移動(dòng)精度和速猾度場(chǎng)所需的空輕間分辨率之間璃折衷。隨著窗舞口大小的增加花，由于每次測(cè)乞量是整個(gè)窗口恩上的平均值，第因此噪音和無謎關(guān)測(cè)量的數(shù)量刮會(huì)減少。地表央狀態(tài)的變化（蛾由植被生長(zhǎng)、鴉崩積層的運(yùn)動(dòng)濤或人為活動(dòng)造再成）是顯著影逮響相關(guān)性好壞脂的一個(gè)因素。近但是，相關(guān)技淡術(shù)沒有蜜InSAR覆對(duì)地表變化那符么敏感：對(duì)于牛滑坡，找到好濫的相關(guān)性需要送利用幾年時(shí)砌幀洲的光學(xué)圖像。尿這個(gè)時(shí)間間隔轟對(duì)于任何準(zhǔn)確鵲的池InSAR罩處理都太長(zhǎng)。斤在圖像要求不波同的日光條件掘下又出現(xiàn)了另坦一個(gè)問題。一稿些穩(wěn)定的特征姿確實(shí)會(huì)在相關(guān)像圖像上表現(xiàn)出塊明顯的位移，環(huán)因?yàn)樗鼈兊年庿f影的大小和方納向發(fā)生了變化忙（支Berthi擊er肉，龜2005掃）。因?yàn)樵谙嗝涥P(guān)窗口中不同怖樹木的信號(hào)太劈多，在森林中攤要獲得一個(gè)好妙的相關(guān)性也很跟難。這種技術(shù)獄的精確度主要惠依賴于具有相輸同幾何形態(tài)的挑兩幅圖像的投邊影質(zhì)量，這就村意味著至少要歌再取樣一幅圖闖像。對(duì)于衛(wèi)星示影像，估計(jì)位盈移值的下界大司約是象元大小凳的倡1/5嗽，對(duì)于航空數(shù)亂據(jù)是兩或三個(gè)師象元（由于光片學(xué)圖像較嚴(yán)重楊的變形）。位哨移值的上界不圍受相關(guān)技術(shù)的雷限制，更多的芹是取決于與位臘移相關(guān)的地表堤變化：燕Delaco恥urt堤等（攻2004剃）指出測(cè)量到嗽的位移高達(dá)渠80臂像素。枕利用這種方法幸，可以測(cè)量到蟻局部位移向量獨(dú)在傳感器焦平彈面上的投影。倚在用垂直入射鉆角獲取圖像的今情況下（最常券見的情況），英測(cè)量的是平面遭（水平）移動(dòng)州。如果圖像是糧用兩個(gè)相似但仙不垂直的入射臨角獲取的，那錫么相關(guān)性也對(duì)量垂直位移敏感即（休Berthi狐er蔥等，已2006酒）。用兩個(gè)多止時(shí)相腳DEM釀和水平位移分比量來確定垂直法位移量。垂直撥位移等于最早愧圖像上的一個(gè)跡象元的高程值吧與最新圖像上菠相應(yīng)象元的高屯程值之間的差己值，這些高程裙值可以在對(duì)應(yīng)爽的屈DEM奔上測(cè)量出。為概了提高測(cè)量的賢精確度，用最薪小化固定區(qū)域歷的垂直距離來盆調(diào)整修D(zhuǎn)EM瘡。如果那樣的沈話，垂直分量必的精度依賴于朱DEM吳的相對(duì)精度，抹一般等于象元烤的大小或者更垮好（慈Casson左等，果2005合）。之由不同傳感器假獲得的圖像也摩能分析相關(guān)性責(zé)（眾Delaco燕urt池等，率2004驗(yàn)）。為了確攔定怒“貢LaCla份pière寶”跑滑坡的速度場(chǎng)棄，已經(jīng)成功地玻把該滑坡的航汗片和高分辨率林的膽Quickb列ird籮影像相關(guān)起來侄，盡管二者的奧幾何形態(tài)不同胳。如果是在同父一個(gè)地點(diǎn)獲得啦的連續(xù)的單象躺圖像，也能應(yīng)農(nóng)用圖像相關(guān)技么術(shù)。這些圖像搞中必須包含可面用來參考的固掌定點(diǎn)。因?yàn)橄笪拇笮∫蕾嚳ㄓ谄涞较鄼C(jī)的情距離，所以在蔑比例尺方面，螞速度場(chǎng)不是均過勻的。因此，興相關(guān)性的結(jié)果紅不能直接解譯什為速度場(chǎng)。飽三、數(shù)據(jù)集、姜平臺(tái)和傳感器胃（一）航空影蕩像綿從厲1937失年開始，用兩提次連續(xù)調(diào)查之筆間間隔時(shí)間大抬約為灶5不年的航片來拍瓣攝法國(guó)領(lǐng)土，琴這項(xiàng)工作由杰IGN即（法國(guó)國(guó)家地訴理協(xié)會(huì)）負(fù)責(zé)壘。這些航片用錘底片為音24仆cm濤×倍24汪cm俱的測(cè)量攝影相可機(jī)拍攝，一個(gè)乓場(chǎng)景覆蓋的地義表范圍大約為時(shí)5km婚×乓5km喊，相鄰場(chǎng)景有馳60%顫重疊。用攝影求測(cè)量掃描儀對(duì)餐圖像進(jìn)行掃描框，控制變形要宋小于萬分之一追。一般掃描精遲度為鋒1000dp匪i滋，所以像素的色分辨率會(huì)高于輸1m鬧。再利用相鄰方場(chǎng)景的數(shù)字掃播描、冠IGN傅提供的相機(jī)的表內(nèi)在參數(shù)（焦尚距、基準(zhǔn)點(diǎn)的援位置、相機(jī)主范要點(diǎn)的位置和角鏡頭的失真）卻以及被測(cè)量區(qū)圣域內(nèi)地面控制矩點(diǎn)（游GCP皂）的絕對(duì)位置版來建立數(shù)DEM枝。甚至對(duì)于缺帶少輻射動(dòng)力學(xué)律的圖像，也有先可能得到分辨姑率為倉1m唯的地理參考錦DEM發(fā)，相對(duì)精度高秧于截1m浩（塌Casson環(huán)等，跪2003竟）。在最差的散情況下，也能胡建立相應(yīng)的正杯攝圖像，精度潔為墻1m壺，進(jìn)而可以估戒計(jì)精度為賓1m槽的三維位移場(chǎng)餓。當(dāng)時(shí)間間隔幣為慧5攜年，這些圖像救可以成功地監(jiān)塞測(cè)速度為每年怕0.5m霉至宵16m錘的滑坡運(yùn)動(dòng)，圈對(duì)應(yīng)的位移為誓2.5瓶個(gè)像素至攜80脅個(gè)像素。汽總之，航片的類主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)州是數(shù)據(jù)存檔的怒價(jià)值（法國(guó)橋50植年的數(shù)據(jù)）和避數(shù)據(jù)的精度（裂接近于爛1m損）。這種方法壘的主要缺點(diǎn)是孫瞬時(shí)清晰度低鏡。為了提高瞬共時(shí)清晰度，需床要有計(jì)劃地進(jìn)覆行專門研究，劣不過這一解決碧方法成本很高語。撒（二）衛(wèi)星光詢學(xué)圖像床對(duì)于上面提到服的限制因素，訓(xùn)解決方法之一藥是用更新時(shí)間問為妄20~30狂天的衛(wèi)星圖像螞。直到碎21輔世紀(jì)初，光學(xué)紡衛(wèi)星（涉SPOT義，宏LANDSA元T排）的平均空間扔分辨率是評(píng)10m更。由于大多數(shù)劃阿爾卑斯山的嘉滑坡面積小，螞這些圖像不適譽(yù)合進(jìn)行滑坡分桶析。新一代的重高分辨率衛(wèi)星?。▎蔍konos肚；紀(jì)QuickB愛ird垃）可以提供顫0.6m括至挖1m罰分辨率的數(shù)據(jù)軌，覆蓋面積為劈10km×1寄0km姜。適2002終年掃5杏月移4訂日發(fā)射的筐SPOT5竭衛(wèi)星在很高的繁分辨率模式下順地面分辨率較就低（柔2.5m利），但是檔60km×6蝕0km解的覆蓋區(qū)對(duì)于綠區(qū)域研究是很前有用的。此外業(yè)，圖像能夠給弄出精確的軌道躍位置和姿態(tài)說陷明。在沒有任瞇何啊GCP冬（地面控制點(diǎn)學(xué)）的情況下，垂一幅地面圖像厚的精度為增30m庫的均方根。雖姿然對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)胞星與太陽同步航，但是在兩次費(fèi)成像之間光照傍的改變使得陰海影的長(zhǎng)度和方幅向發(fā)生了很大呈的變化。例如參，握2003輛年圍9么月贈(zèng)19毯日拍的第一張領(lǐng)圖像，蓋2004巖年嫌8享月琴22害日對(duì)同一點(diǎn)拍虹攝，一棵質(zhì)4m平高的樹的陰影納，在南北方向叼上有大約管1.2m星（光0.5普個(gè)像素）的明貿(mào)顯位移，從而齊影響了直線方露向上的相關(guān)性嘗。在不同季節(jié)高獲得的圖像上間，位移更明顯蹲。駐雖然衛(wèi)星數(shù)據(jù)訪的瞬時(shí)清晰度孕比航空數(shù)據(jù)的沒要高，但是圖教像的獲得與軌蘇道參數(shù)緊密相私連。此外，對(duì)良于小的慢速滑走坡，米量級(jí)的謊空間分辨率和筐大約咐20拔天的瞬時(shí)清晰廟度不總是相配煩的，加上高分花辨率的衛(wèi)星存健檔數(shù)據(jù)也是很敲有限的，因此豪目前還不能應(yīng)栗用到山丘范圍術(shù)或單一滑坡的掙一般調(diào)查中。堆（三）遙控平紫臺(tái)頌直到上世紀(jì)詳90僻年代中期，配成備像素大于級(jí)6M澆的傳感器和高瓶質(zhì)量鏡頭的數(shù)迎碼相機(jī)的發(fā)展掙，才逐漸帶動(dòng)押了新型遙感技折術(shù)的發(fā)展。這扣種相機(jī)，重量渾小于交2kg父，可以安裝在凳低速無人駕駛數(shù)飛機(jī)或直升機(jī)鳴上，在地面上麻用無線電控制挖，與操作員之咳間的距離可以班達(dá)到潛2km針。無人駕駛飛惡機(jī)是一個(gè)兩米沃翼展的降落傘色，可以低速飛爪行，速度大約揀15km/h釀，飛行高度達(dá)役到撞600m們。這種飛機(jī)很尖容易受氣壓條退件的影響，只卷有當(dāng)風(fēng)速小于豆20km/h郊時(shí)才能飛行。驚直升機(jī)的旋翼勸為荷1.5m稀的直徑，當(dāng)風(fēng)督速達(dá)到春50km/h譯時(shí)可以飛至型100m計(jì)的高空。無人土駕駛飛機(jī)和直久升機(jī)都備有一座個(gè)擺動(dòng)裝置，估相機(jī)就固定在進(jìn)上面，這樣相駝機(jī)的視線向近音于垂直。為了捆保證高質(zhì)量的色定位和導(dǎo)航作禽用，在無人駕防駛飛機(jī)和直升染機(jī)上配備了影GPS烈和攝影機(jī)。根聲據(jù)飛行高度和叫相機(jī)的光學(xué)質(zhì)青量，圖像的分禍辨率為彎1cm~10絨cm套，圖像覆蓋的妄地面面積在計(jì)30m×20蓮m~400m年×250m捕之間。數(shù)據(jù)的后質(zhì)量事實(shí)上依潛賴的是鏡頭的計(jì)質(zhì)量、平臺(tái)的剪速度和控制曝雄光時(shí)間的光照荒條件。圖像一對(duì)般是連續(xù)拍攝盯的，并要求重博疊部分達(dá)到妥70%炎。利用在絕對(duì)村參考系中精確鄉(xiāng)定位的研GCP煙，以傳統(tǒng)方法鹿獲得猛DEM查和正色攝影。筋影響費(fèi)DEM擔(dān)和正色攝影精芹度的因素是誘GCP碗的位置，為了造精確地給出相把機(jī)的位置，必惕須用與圖像分姥辨率相似的精診度進(jìn)行確定。煮利用差分庫GPS長(zhǎng)和視距法，可怎能分別獲得芳1cm糧和爺5cm雞的精度。因?yàn)檎铣上竦幕旅鎽?yīng)積一般都大于廣300m×2叼00m刪，所以必須把循一些煮DEM震和正色攝影都算結(jié)合在一起，辨得到一幅完整近的滑坡圖像。遼這種結(jié)合也會(huì)遙引起一些誤差霉，大致是林2倘至畜5喊個(gè)像素。因而允，由該系統(tǒng)測(cè)列量的位移會(huì)比嶺較大，誤差條益線外面有甘5耐個(gè)像素，對(duì)應(yīng)她的位移的絕對(duì)餅值是栗5~50cm升。這種系統(tǒng)的國(guó)主要優(yōu)點(diǎn)是可休以用適合于滑灌坡速度的頻率脖來獲取數(shù)據(jù)，騎并且空間分辨艦率很高。線（四）固定相線機(jī)勞在飛行平臺(tái)上域獲得的數(shù)據(jù)，咳存在一個(gè)主要俯的問題：不能智獲得絕對(duì)相同坐幾何形態(tài)的圖擋像，瞬時(shí)清晰微度要依賴于飛句行條件。建立蘋DEM甩要求相機(jī)的位勇置和方向能夠懸從寒GCP也計(jì)算得到。數(shù)況碼相機(jī)安裝在冤滑坡的前緣，撤并且以不變的融時(shí)間步長(zhǎng)來拍史攝圖像。如果矛這樣的話，圖島像就具有了相制同的幾何形態(tài)顆，并能夠直接禍相關(guān)。相關(guān)性性的精度受幾個(gè)據(jù)方面影響：?jiǎn)朼匪）相關(guān)性的計(jì)迎算方法，零b壤）由于熱變化隆造成的相機(jī)運(yùn)咸動(dòng)，魯c兵）相機(jī)和滑坡示之間大氣折射懇指數(shù)的改變，席d箏）光照的變化觀。用亞像素的狠精度來實(shí)現(xiàn)相撤關(guān)性可以忽略貞影響摸a旬）。如果相機(jī)近被固定在一個(gè)超剛性架上，虜b歸）就可以被避般免。實(shí)驗(yàn)表明怒，如果把一個(gè)衫焦距為呀22mm子的相機(jī)安裝在方離滑坡演1km誘處，完c拴）造成的表面號(hào)位移能達(dá)到羞2育個(gè)像素。為了斤最小化這些不眨利影響，圖像撞必須包括一個(gè)貓能夠作為參考劈的穩(wěn)定區(qū)域。錢因?yàn)榉€(wěn)定區(qū)內(nèi)和沒有位移，用暢相關(guān)方法計(jì)算災(zāi)的最大位移將追會(huì)給出不穩(wěn)定魚區(qū)誤差的一個(gè)其上邊界。為了百降低光照的影披響，只有對(duì)連阻續(xù)兩天同一時(shí)背間獲得的圖像反進(jìn)行相關(guān)分析攤，優(yōu)先選擇太喜陽高度最大時(shí)痛獲得的圖像。糊也可以對(duì)每年揀同一日照時(shí)間臥下獲得圖像進(jìn)凳行相關(guān)分析，鐘效果比較好。區(qū)另一個(gè)問題來勁自滑坡的大小繩和圖幅寬的比蜓較。一般只對(duì)圍滑坡的下部進(jìn)剪行成像。這些亭方法也有固有罰的技術(shù)局限性爆。為了快速處衫理數(shù)據(jù)，圖像汗傳輸系統(tǒng)必須謎與獲得圖像的激過程連接起來商。另一個(gè)問題書更理論化：如塞果沒有用劫DEM飾，圖像的精度鄉(xiāng)就依賴于滑坡掏和相機(jī)的距離姓。還有位移要證用相關(guān)方法以美像素為單位來滑求取，不能用脂距離進(jìn)行轉(zhuǎn)化仗。如果有高空秋間分辨率的灶DEM男可用，那么就宴會(huì)繞開這個(gè)問參題。通過調(diào)節(jié)渣兩次成像的間雜隔時(shí)間，對(duì)于歲很快和很慢的施滑坡，都可以沒應(yīng)用這種技術(shù)蜓。另一個(gè)嚴(yán)重曠的約束是地表城的變化，這種救變化必須足夠倒小以保證還存扛在相關(guān)性。我承們把這種方法抵運(yùn)用秋到屈“賀LaCla自pière夾”塌滑坡上。在滑嬸坡前方大約緞1km越處安裝了一個(gè)揀600伯萬像素、鏡頭晝焦距為頓22cm絡(luò)的數(shù)碼相機(jī)。介因此，圖像能接夠包括滑坡的掛下部和在其東而北方向的一個(gè)圓穩(wěn)定區(qū)域。每該30斷分鐘成一次像捧。得到了亦2004津年滾7她月屠22霜日到步2005廚年工9基月謠2刑日之間的位移店分布。因?yàn)橄嘞輽C(jī)固定在滑坡欺前方，所以位敲移主要發(fā)生在話圖像的線性方填向上?；碌娜~東部邊界清晰眾可見，還可以狠評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)的空叔間變化。在植據(jù)被區(qū)，成像期居間地表狀態(tài)的卸變化掩蓋了位賀移分量。端（五）陸地三曲維激光掃描儀司成像意三維激光掃描當(dāng)儀本質(zhì)上就是陽一個(gè)計(jì)算三維胖空間內(nèi)沿著已紫知軌道與目標(biāo)桃點(diǎn)距離的測(cè)距嚼儀。它由一個(gè)裙放射二極管組拼成，能夠以特彼殊頻率產(chǎn)生激需光源。當(dāng)脈沖籃以極快的速度蘇放射出來時(shí)，溜掃描儀前面的暗旋鏡將不同軌戀道的光線反射尸到一個(gè)垂直面全上。同時(shí)，整龜個(gè)掃描儀頂端沃在水平面上旋閣轉(zhuǎn)，進(jìn)而連續(xù)末收集數(shù)據(jù)（役Riegl腥，鞏2004映）。這個(gè)系統(tǒng)宇與一個(gè)經(jīng)過校詢準(zhǔn)并固定方向露的高精度數(shù)碼午相機(jī)相連。本慢次研究所用的鷹系統(tǒng)是醬RIEGL同LMS-Z4執(zhí)20i藥激光掃描儀和梢Nikon蠶D100蛙數(shù)碼相機(jī)。這程個(gè)完全便攜式迫的系統(tǒng)能提供天地形（激光）奪和照片（照相進(jìn)機(jī)），精度高乏于益1cm基（每百萬州+慰/喝–飽1/20寺），分辨率高柏（根據(jù)激光掃流描儀與目標(biāo)之售間的距離，實(shí)也際最大的角分眠辨率為觸0.004平°夏）。為了能覆店蓋較寬的面，側(cè)必須把不同的礙圖像組合在一框起。根據(jù)目標(biāo)哥的后向散射條遵件，激光和滑躬坡之間的最大磁距離能夠達(dá)到另800m謠。在潮濕的條駝件下，在由黑泊色泥灰土組成溝的滑坡上，這猜個(gè)最大距離會(huì)嫩小于助400m叮。這種技術(shù)被酬成功地應(yīng)用在棋“收LaCla末pièr桐e晴”礙滑坡坡腳處面俱積為迷100m×1黎00m彎的范圍內(nèi)。在打2003戒年譯7芝月、蹄2003叨年惱10揀月和役2004折年厲10羨月進(jìn)行了三次屬成像。植被的窯變化影響了數(shù)堤據(jù)質(zhì)量，阻礙綢了我們用相關(guān)襪技術(shù)對(duì)這些相夕片進(jìn)行分析。益不過由于高采襯樣率（平均每企25cm惠2卻一個(gè)點(diǎn)），煤10%習(xí)的點(diǎn)沒有植被公覆蓋，可以單桑獨(dú)地建立辣DEM菊。再DEM蛙可以清晰地表家現(xiàn)滑坡的各種晶特征，例如弧輕形陡坡。最后劇計(jì)算多時(shí)差分?jǐn)[DEM賊，反映滑坡上處部損耗和下部誕堆積的情況。四、結(jié)論姜根據(jù)暴露條件槽、滑坡的大小傘和速度，以及考研究目的