丹妮
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我國是世界上地質災害最嚴重、受威脅人口最多的國家之一。地質災害具有種類多、分布地域廣、特徵複雜等特點。為實現習近平總書記「建立高效科學的自然災害防治體系，提高全社會自然災害防治能力」的要求，我國正在按照研究原理、發現隱患、監測隱患、發布預警「四步」工作方案，針對關鍵領域和薄弱環節，全面提升地質災害的風險調查、重點隱患排查、綜合監測以及風險早期識別和預報預警等能力。
那麼，如何儘可能搞清楚「隱患點在哪裡」「什麼時候可能發生」等地災防治的核心問題？近日，長安大學地質工程與測繪工程學院教授張勤、公路學院道路災害防治研究所副教授李家春等專家，從實踐出發，談起了我國地質災害隱患點早期識別和監測預警技術的現狀和發展趨勢。
「三查」體系查出大量地災隱患點
目前，全國範圍內已發現的地質災害隱患點有28.2萬處，威脅約2000萬人的生命安全和4500億元的財產安全。
據相關部門統計，我國自20世紀90年代起，先後開展了全面的、系統的地質災害詳細調查和多輪針對災害隱患的拉網式、地毯式排查，由於點多面廣，過去的調查工作主要是圍繞城鎮、重大工程等地區開展調查，以災害隱患點調查、汛期巡查等方式。但由於其調查方法的局限性，近年來發生的絕大多數重大地質災害事件都不在預案點範圍內。
根據國務院2003年頒發的《地質災害防治條例》，地質災害包括山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質作用有關的災害。通常，山體崩塌、滑坡、泥石流的發生具有一定的突發性，被稱為突發性地質災害；而地面塌陷、地裂縫以及地面沉降的形成和發生往往較為緩慢，被稱為漸變性地質災害。李家春介紹說，地表變形有一個尺度和研究範圍的問題，針對不同尺度的監測對象和精度要求，要採用不同的監測方法。
空天地一體化監測示意圖
目前，在地災監測預警方面，自然資源部強調要綜合運用合成孔徑雷達測量、高分衛星遙感、無人機航測、機載雷射雷達測量等多種新技術手段，進一步提高全國地質災害預防水平。這也是著名地質災害專家、成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室常務副主任許強教授提出的空天地一體化的「三查」體系。
具體來說，首先藉助於高解析度的光學影像和InSAR識別歷史上曾經發生過明顯變形破壞和正在變形的區域，實現對重大地質災害隱患區域性、掃面性的普查；隨後，藉助於機載LiDAR和無人機航拍，對地質災害高風險區、隱患集中分布區或重大地質災害隱患點的地形地貌、地表變形破壞跡象乃至巖體結構等進行詳細調查，實現對重大地質災害隱患的詳查；最後，通過地面調查覆核以及地表和斜坡內部的觀測，甄別並確認或排除普查和詳查結果，實現對重大地質災害隱患的核查。目前使用無人測量船和多波束測深儀等設備，還能將這種應用延伸至水域。
據悉，許強教授團隊已利用空天地一體化的「三查」體系在四川、貴州等省進行示範應用，並取得了良好的成效。貴州省利用InSAR、機載LiDAR，對全省高位隱蔽性災害進行專業排查，發現新的地質災害隱患點2000處，其中高位隱蔽性隱患點近900處。四川省利用InSAR與光學遙感相結合，對6萬平方千米地質災害高風險區進行清掃式隱患識別，新發現形變區840處，經現場調查覆核，具有明顯變形的點超過70%。
需要清醒認識的是，光學遙感、InSAR、雷射雷達、無人機攝影測量等現代遙感技術都有獨自的優勢和能力，但也都有各自的條件限制和缺點，所以不能靠單一的技術手段來解決災害隱患識別問題。如何有效結合，是當下專業人員需要面對的課題。
高精度監測系統實現及時預警預報
目前，地質災害的地面和坡體內部的監測中，位移、應力、含水量、水位、雨量等各種指標的現場自動採集、監測數據的遠程無線傳輸等技術均已成熟。但客觀地講，目前地質災害的預警預報還是一個國際難題，還不可能提前對災害發生的時間作出準確的預報。對大多數已進行科學、專業監測的地質災害體而言，在災害發生前，提前數小時、數分鐘發出預警信息還是可能的。
2018年2月19日，G108周至段發生崩塌，3萬餘立方米土石崩塌而下，造成該段公路瞬間被摧毀，交通被阻斷，所幸李家春指導的團隊提前5天發出紅色預警，避免了重大交通損失和人員傷亡。此次成功監測預警是陝西省首例，也是公路交通部門通過預警和應急響應成功減災防災的典型案例。
在今年的3月26日，甘肅省水靖縣鹽鍋峽鎮黨川村發生了一起黃土滑坡，滑坡體積約2萬立方米。
2019年3月26日，甘肅黨川6號滑坡體全貌。
張勤教授研究團隊和成都理工大學許強教授研究團隊聯合監測預警，提前2天對滑坡發出黃色預警、提前1天發出橙色預警、提前40分鐘發出紅色預警，相關單位做好了相應的防範工作，未造成人員傷亡和財產損失，安裝在滑體上的遠程視頻監測裝置記錄了滑坡災害發生的全過程。
近日，張勤教授研究團隊利用InSAR監測技術檢測到四川涼山州雷波縣一個有幾百戶村民的村莊存在加速滑動滑坡威脅，立即將相關監測資料和信息上報自然資源部相關部門，當地政府隨即展開了應對措施。
據李家春介紹，當前全國範圍內在群測群防基礎上，通過逐步建立起來的「全方位、全天候、全要素、全尺度」的監測體系獲取了大量的監測數據，因為監測對象和監測手段的複雜性和多樣性，如何進行現場監測數據的分析處理，以及根據監測數據建立模型對災害的發生時間作出及時準確的預警預報，是目前地災防治研究人員面臨的最大挑戰。
他強調，地質災害防治工作確實是一項涉及面廣、專業性強的工作，涉及的業務鏈條長，專業知識要求高，需要在整個過程中對災害機理進行深入研究，結合數據進行反覆研究。
地災防治工作期待更多技術突破
目前在全國範圍內成功的災害預警案例中，依靠專業地質災害早期識別並成功預警的越來越多。一方面，是因為測量學、工程地質、遙感地質、計算機技術等多個學科人才和技術的融合，另一方面，則是光學遙感、InSAR、雷射雷達、無人機航測以及各種地面和坡體內部觀測數據多源數據的處理越來越成熟。
李家春認為，全世界歷史上發生的滑坡或者地質災害非常多，但記錄下來的大多數只是地質災害體體積多大、人員傷亡等宏觀、簡單的數據。隨著定量數據的積累、大量資金的投入、技術的提升，將形成大量有效的多源地質災害監測數據，利用人工智慧對他們進行自主學習、綜合分析，最大可能地作出準確的預警預報指日可待。
隨著技術的進步，當前的地災監測預警方法和手段已經有了很大的可選用空間。張勤是從2003年開始研究將InSAR技術應用於地質災害監測，也是因為她們早一批研究先驅的努力，讓InSAR技術成為識別和發現正在變形的地質災害隱患的非常有效和重要手段，尤其是近年來示範應用效果顯著。
2019年3月24日，北鬥/GNSS監測系統提前兩天預警甘肅黃土滑坡，無人傷亡。滑坡區域略圖(紅色區域為村莊，黃色區域為北鬥GNSS監測點位置)。
有些高位重大地質災害往往地處山體的中上部斜坡陡峭部分，調查人員難以到達，有些災害隱患甚至處於人跡罕至部位或者無人區，災害一旦發生，讓人束手無策。針對這種情況，張勤近期提出向這些地區拋撒傳感器的方案，「既能滿足精度要求，價格又很低，這是以後監測傳感器的發展趨勢。」
甘肅省的突發性黃土滑坡監測預警是利用張勤教授團隊最新研發的基於雲平臺的千元級低成本高精度北鬥/GNSS監測系統實現的，初步驗證了相關算法和軟體硬體系統的可靠性，這個監測預警系統是張勤教授研究團隊承擔的國家自然基金重點項目「基於空天地技術的滑坡識別與智能監測預警」和國家重點研發計劃項目「特大滑坡實時監測預警與技術裝備研發」的初步研究成果，此次成功預警也為後續開展滑坡等突發性地質災害的監測預警和技術裝備研發奠定了基礎。
20餘年的研究中，張勤一直在針對遇到的各種問題不斷尋求新的解決方法，並經過反覆實踐論證，她說：「一定要學會跳出固有思維，不要局限在一個特定領域，視野放開闊。首先要敢想，第二要找難點，肯下功夫就一定會有辦法。」
在地質災害監測和預警技術發展趨勢的這個問題上，張勤說：「不要指望科技是一步到位的，遇到問題能夠馬上解決的，我們只要能夠往前推進就好，科學是一代一代人努力的結果，往前推進，就有價值，人類的能力也在這個過程中越來越強。」
地質災害防治是一場持久戰，很難一勞永逸。自然資源部提出，從2018年起，力爭用3年左右時間，完善機制、加大投入建立地質災害防治體系，有效提升我國地質災害防禦能力，減少因地質災害造成的重大人員傷亡事件。地質災害監測預警是防治體系的重要組成部分，重點應強化科技支撐，利用現代化技術，建設完善互聯互通的國家、省、市、縣地質災害監測信息預警平臺和應急調度指揮系統。
中國地質災害點多面廣，對於一般性的地質災害，人工調查排查和群測群防還是必不可少，和專業監測預警有機結合，相互補充驗證，才能最大限度地發現地質災害隱患。
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本期編輯：趙志坤
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