地质雷达探测岩溶,雷达卫星和遥感卫星

遥感，即为遥远的感知，泛指一切无接触的远距离的探测。遥感有很多种类型。按照遥感平台的不同，可以分为航空遥感（飞机）、航天遥感（卫星）；按照谱段，可以分为可见光遥感、红外遥感和微波遥感。

而成像雷达是微波遥感（波长从1毫米到1000毫米）的重要组成部分。为了兼顾方位和距离向分辨率，合成孔径雷达（SyntheticAperture Radar，SAR）是该技术发展主流方向。

SAR发明于20世纪50年代，具备全天时、全天候、多极化、高分辨率获取地面散射特性能力。目前以TerraSAR/TanDEM-X、Cosmo-SkyMed、Radarsat-2和PALSAR-2为代表的第二代星载SAR平台，空间分辨率可优于1米、卫星轨道重访周期可缩短至几天，为雷达遥感“天眼”在考古勘查与遗产监测中的应用揭开了新篇章。

那么，雷达遥感究竟能发挥怎样的作用？

雷达遥感（SAR）能穿透云雨，弥补了光学遥感在多云多雨地区数据获取困难的缺点，成为柬埔寨吴哥和美洲玛雅等文化遗产观测的宝贵数据资源。长波雷达信号能穿透细颗粒干旱沉积物，便于发现边远、荒漠地区的地下遗迹，揭开了撒哈拉等沙漠古水系及周边古聚落系统。另外，雷达遥感能捕获地表粗糙度、土壤湿度、介电常数、微地形与地物几何特征等物理参数，可用于考古信息增强与目标识别，这一特性帮助发现了宁夏/陕西古长城。作为景观分析的基本地理要素，雷达干涉技术可生产数字高程模型（DEM）并服务于环境考古。雷达遥感的这些特性在抢救性考古勘查方面大显身手。

而在遗产监测与保护方面，得益于大范围、无侵入、毫米级形变反演能力，雷达干涉技术，尤其是多基线雷达干涉技术在遗产病害监测上具备独特优势。2012年，联合国教科文组织（UNESCO）正式把雷达干涉作为遗产地保护与管理的新型技术手段。与此同时，欧洲学者们率先把经典的多基线雷达干涉技术应用于罗马遗址、威尼斯文化古城等文化遗产监测。目前，该技术在我国文化遗产保护中尚属空白；国际上该技术方法在遗产监测的适应性、遗产健康诊断规范等方面仍存短板，亟需国家统筹规划，以支持该新兴领域的基础研究与共性关键技术研发。

中国科学院遥感与数字地球研究所陈富龙研究员带领的科研团队，紧跟国际形势，2012年始便专注雷达遥感考古及遗产保护方法理论体系研究。目前，该科研团队研发了面向遗产病害监测与健康诊断的双尺度雷达干涉方法与模型，在全球首次应用于柬埔寨吴哥窟世界遗产地可持续发展评估中，相关成果发表于Science子刊Science Advances，并获Science等媒体关注与报道。该研究认为：雷达干涉“天眼”在世界遗产病害异常形变监测中具有非凡潜力；吴哥遗址核心区并未出现地下水下陷，地表总体稳定，推翻了古寺庙群倒塌原有主流论断；通过对重要寺庙结构不稳定性驱动力分析，发现地下水季节性变化、材质热胀冷缩与古建自然风化存在耦合与互动，可触发1-2毫米/年差异性结构形变。研究构建的寺庙群病害演化动力模型为揭开吴哥世界遗产地退化之谜提供了全新视野与科学依据。

图1 雷达干涉提取并监测Angkor Wat寺庙结构病害形变

图2 吴哥遗产地古寺庙结构不稳定驱动力分析（地下水季节性变化与材料热胀冷缩贡献）

图3 吴哥寺庙群病害演化动力模型

作者系中科院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室研究员