基于差分干涉的大理“5.21”震后地质形变分析及其对电网设施影响

耿浩，沈龙，马仪，周仿荣，潘浩，文刚

（电力遥感技术联合实验室（云南电网有限责任公司电力科学研究院），昆明 650217）

0 前言

云南省地处我国西南边陲，占地面积38.32万平方千米。自然条件复杂，低纬度，高海拔，受季风气候影响，形成了年温差小、日温差大、干湿分明、河流分布众多、河流纵横交错的地形地貌[1]。地质灾害发生频繁，云南省主要遭受的地质灾害为地质沉降、地震、滑坡、泥石流等。地质沉降是土体孔隙压缩在地面的反应，具有发生速度缓慢、积累时间长、影响范围广、一经发生极难恢复等特点[2]，云南电网输电线路覆盖区域广阔，电网网架结构复杂，是承担着向各行各业输送电能的基础设施，沿途气象、地理环境复杂，容易受到极端地质灾害的影响，电网设备及其本体长期在这种环境中会受到扰动，主要影响包括地质灾害造成的剧烈形变或长久缓慢形变地质变化引起的电网设备本体产生形变，这种形变或多或少会对电网安全产生影响，严重时造成塔杆倾斜、倒塌等事故，对电网系统造成的破坏较为突出，地质灾害导致的电网大面积停电风险始终存在，这给当地社会及周边国家的社会稳定及经济繁荣造成很大的威胁。

近年来，随着卫星数据的增多及相应数据获取难度的降低，差分干涉测量技术（DInSAR）逐渐被用于地表形变的监测[3-6]，InSAR相较于传统实地调查、人工排查及群防群测等人力为主的监测手段，具有远程监测、范围广、成本低、高分辨率等特点，为我国西南地区地灾监测提供了新手段[7-10]。由于卫星遥感技术覆盖范围广，相对GPS水准测量只能在若干点建立水准观测点来说，SAR图像覆盖范围广，有效监测点多，获得的形变信息更精细；安全系数高，相对与传统实地勘测，针对云南省地形复杂多山地地震、地质沉降及滑坡等自然灾害的现实情况，实地勘测人员成本高，且有些地区环境险峻，不容易或无法由勘测人员进行现场勘测。相关的InSAR 技术被各行各业用于大范围、高精度获取地表短周期内空间连续的地表形变信息，作为防灾减灾业务的基本技术手段。

本文基于DInSAR技术，选取2景Sentinel-1A降轨数据分析大理漾濞县“5.21”地震对云南电网的影响，可为电网的防灾减灾提供有力的支持。

1 DInSAR基本技术原理

DInSAR技术的几何原理，如图。

图1 DInSAR几何原理示意图

SAR影像是复数影像，其中记录了每个地表分辨单元的散射强度信息和相位信息。设C1和C2分别代表地面同一分辨单元在两景SAR影像上的复数值，则：

其中，A1、A2是C1、C2的强度值，φ1、φ2是C1、C2的相位值。地表分辨单元的干涉相位记为φ，则：

式中，φ存在整周模糊数问题，须使用相位解缠方法求得整周模糊数。

SAR相位观测值φi(i=1,2)可表示为：

式中，λ表示雷达波长；ρi表示雷达波的单程传播距离；ζi表示分辨单元散射特性相关的相位延迟。SAR相位观测值φi(i=1,2)受雷达波传播的距离和地面分辨单元的散射特性这两个因素的影响。

假设SAR两次成像地表分辨单元的散射性质不变，即ζ1=ζ2。则干涉相位φ：

式中，Δρ表示包含多种因素导致的雷达波单程传播距离之差，主要包含5部分内容，即参考椭球导致的距离差、地形起伏导致的距离差、地表形变导致的距离差、大气效应影响的距离差以及各种噪声引起的距离差，5种距离差分别引起的干涉相位分别为平地相位φflat、地形相位φtopo、形变相位φdefo、大气相位φatm、噪声相位φnoi，将5种分量带入得干涉相位φ：

综上，去除平地相位φfla、地形相位φtopo、大气相位φatm、噪声相位φnoi等即可获得真实的形变相位，进而反演地表形变量。

2 案例分析

某县（北纬25.67度，东经99.87度）发生6.4级地震，震源深度8公里。地震中心位置如图2所示。

图2 地理位置图

针对漾濞地震，选择哨兵1号降轨数据作为地质形变分析数据，其中5月10日（震前）获取的SAR影像为主影像，5月22日（震后）获取的SAR数据作为副影像，采用DInSAR技术进行分析。干涉对SAR数据时间基线为12天，空间基线为-51.709 m，合理的时间、空间基线保证了较好的干涉相关性。

表1 DInSAR参数表

图4 去平后干涉图

图5 滤波后干涉图

由图3-图6可知，原始干涉图在经过去平、滤波及解缠等处理后，干涉条纹较为清晰平滑。由图7可知，震区相干系数较大，均值在0.52以上，最终效果较好。

图3 干涉图

图6 相位解缠结果

图7 相干系数直方图

由图8及图9可知，本次地震发生的位置，存在两个方向相反的形变区，西南侧沉降，东北侧抬升，形变量在10 cm左右。在地表抬升位置，分布有新雪漾线T接线、茅下漾线T接线、新雪漾线等110 kV线路，应该加强线路杆塔沉降巡视，震区无220 kV及以上线路。

图8 地质沉降分布图

图9 漾濞地质沉降分布图

3 结束语

本文使用2景Sentinel-1A降轨数据进行大理漾濞县地震形变分析及其评估对电网设施的影响，得出以下结论：

1）分析结果显示本次地震存在两个相反方向的形变区，震区地质形变量在10 cm左右；

2）云南电网无220 kV及以上设备分布于形变区，存在3条110 kV输电线路跨越形变区，分别为新雪漾线T接线、茅下漾线T接线、新雪漾线。为此，根据形变分析结果，后续运维过程应该加强对上述3条线路的现场勘察，以防出现震后次生灾害影响线路正常运行的事故事件发生。

3）本文得出了震区输电线路的地质形变风险趋势，但是进一步输电线路杆塔倾斜、倒塌等与地质形变量累积量的风险对应关系尚无法得到，将是后续研究的主要方向。