人类的未来会怎样?这是很多人心心念念的问题。其实回答这个问题的重担,就落在了各位前沿科研工作者肩上。地面形变是一个全球性问题,由于受人类活动的影响,加剧了这种地质灾害发生的程度与范围。现如今,全球性气候变暖明显,导致海平面上升,地面沉降对沿海地区的影响尤为严重,造成巨大的经济损失,危及到人类的未来。如果将地面沉降数据统计出来,则能为地面沉降防治工作带来重要的决策依据,同时也对未来的土地规划和政策制定极为重要。卫星InSAR(合成孔径雷达干涉测量) 技术的不断发展,使之在监测地面沉降方面成为一种可靠的新手段,广东工业大学特聘教授、博士生导师吴希文长期从事遥感图像算法研制及其在地质灾害监测中的应用研究,在 InSAR基础理论研究和相关算法的设计及实现、地面形变监测应用等方面取得一系列创新性的成果。未来,他也会为此而不遗余力地进行探索研究,希望为自然灾害的预测预警和风险评估提供更加科学的依据,助力保障国计民生,进而为人类赢得光明未来。
矢志不渝,追逐地质梦想
1983年,吴希文出生于香港,少年时期随家人移民新西兰,整个求学期间均在国外。2004年,本科毕业于澳大利亚新南威尔士大学电气工程学院,2005年取得同校硕士学位,2011年,又在同校测量与空间信息系统工程学院取得博士学位。吴希文的研究主攻方向为 InSAR 时间序列分析方法及其在地面形变监测中的应用,从 2010年到 2016年期间,他先后在新南威尔士大学测量与空间信息系统学院和土木与环境工程学院从事地面沉降的相关研究。
在澳大利亚学习和工作的十多年中,吴希文先后主持及参与澳大利亚国家空间信息合作研究中心专项、BHP Billiton项目、中澳联合协调组织洁净煤技术基金项目等多项重大研究工作。2010 年,吴希文根据地下土层/地层数据生成矿区沉降模型,并利用该模型估算变形序列,从 InSAR 结果与模拟结果之间可以观察到高度的相关性。在此之后,吴希文在通过研究地表形变模型参数的不确定性、模型的误差以及通过地质参数和开采信息建立的初始开采沉陷模型可能存在的偏差,提出了基于多重沉陷模型的InSAR相位解缠方法,可通过迭代方式反演出多重沉降漏斗信号并使其从干涉图中分离,能够大幅提高相位解缠可接受的最大相位梯度,有效解决了单幅干涉图在沉降中心相位解缠错误的问题。
基于此模型,吴希文还提出了一种考虑采矿区形变特性的时序InSAR数据处理方法,并通过分析InSAR形变结果与矿区沉降模型模拟结果的相关性,首次证明了利用时序InSAR 技术提高动态矿区沉降的预测精度的可能性。
当时,吴希文虽然身在海外,但是对于国内的相关研究亦十分关注,2012年,他就结合 ALOS 卫星与 ENVISAT卫星的 SAR 数据,成功取得我国北京市 2003-2009年的水平方向与垂直方向的形变速率,发现北京市的地面沉降与地下水位下降量具有非常强烈的相关性,表明地面沉降的主要成因是由地下水开采造成的。
在澳大利亚的相关研究工作中,吴希文建树颇丰。澳大利亚科学院的科学家曾利用沉降模型预测吉普斯兰盆地将出现地表沉降,会造成沿海地区被淹没,当局十分重视。2015年,吴希文通过使用不同轨道的ALOS卫星SAR数据生成了多轨道形变图,成功结合不同轨道的地面形变图取得了该盆地的大覆盖面的地面形变结果,结果显示,2007-2011年吉普斯兰盆地沿岸地面稳定,澳方科学家预测的沉降并未实现,该研究成果发表在遥感领域顶级学术期刊 Remote Sens Environ 上。
除此之外,吴希文还提出了时序InSAR自适应稳定点识别算法来提高时序InSAR 结果的空间分辨率,并证明该算法可极大提高监测目标点的密度,该方法已于 2012年成功应用于监测印尼雅加达市的城市地面形变。同时,吴希文还为 UNSW 的 GEOS 研究小组开发出时间序列 InSAR技术数据处理系列软件GEOS-PSI和GEOS-ATSA,这些软件被成功应用到多个地区的地面形变监测,以取得精确的变形测量结果,成果发表在多个国际知名期刊上。
砥砺前行,披荆斩棘创新篇
2017年,吴希文心心念念的回国开展科研工作终于实现,此后,他依托广东工业大学入选国家“海外高层次人才引进计划”青年项目,广东工业大学的支持下,他建立了自己的研究团队,开始深入研究InSAR 的基础理论,并研发更加先进的InSAR 技术,揭示制约其高精度高分辨率、高覆盖、高适用性结果生成的技术和理论瓶颈。并加以详细分析,明确其产生的根本原因,有针对性地提出相应的解决方案和数据处理软件,研究新的变形监测应用,以助力自然灾害的预警,保障国家和人民的财产生命安全。
回国五年多来,吴希文在自己的科研领域大展拳脚。一刻不得闲,现已主持或参与多项省部级以上的重大项目。取得了多项进展,主要成果包括:编写了一套顾及极化信息的InSAR时间序列分析软件和地面形变监测成果在线展示系统,这些工具目前已被多位研究员利用来分析InSAR数据,其成果已发表在多个国际知名的期刊,如Remote Sens Environ, Int J Digit Earth等;提出了一套多极化时序InSAR数据处理方法,与传统方法相比,大幅提高了测量目标点的密度;提出了一种考虑了采矿区形变特性的时序InSAR数据处理方法,通过结合InSAR形变结果与矿区沉降预计模型,提高时序InSAR技术动态矿区沉降的监测的精度;采用了多源InSAR数据,对多个地区的地面沉降地面沉降现象进行了深入研究,通过结合土地分类数据、水文地质资料等多元信息,从自然因素和人为活动角度,全面剖析了粤港澳大湾区地面沉降的主要驱动因素;通过对沉降原因的详细分析,识别出了与珠江三角洲西部地区地面沉降密切相关的关键影响因子,并基于这些因子建立了一个针对珠江三角洲西部地面沉降的预测模型,并进一步将此沉降预测模型的结果与社会经济指标数据相结合,构建了地面沉降风险评估模型。针对珠江三角洲西部进行了全方位的地面沉降风险评估研究,并对该区域的地面沉降风险性进行了评价。
“欲渡黄河冰塞川,将登太行雪满山。”对于吴希文而言,向着科研高峰前行和挑战是一件永无止境的事。在他心中,塞川之冰和满山白雪终将随着坚定的脚步散去,变成通向InSAR 技术应用上开辟出的更广阔的坦途,为国家的发展和人民的福祉发挥更大作用。面向未来,砥砺前行;路有险阻,披荆斩棘;道阻且长,行之将至;前路不远,未来可期。
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