◎ 丹妮

我國(guó)是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重、受威脅人口最多的國(guó)家之一。地質(zhì)災(zāi)害具有種類多、分布地域廣、特征復(fù)雜等特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)習(xí)近平總書記“建立高效科學(xué)的自然災(zāi)害防治體系，提高全社會(huì)自然災(zāi)害防治能力”的要求，我國(guó)正在按照研究原理、發(fā)現(xiàn)隱患、監(jiān)測(cè)隱患、發(fā)布預(yù)警“四步”工作方案，針對(duì)關(guān)鍵領(lǐng)域和薄弱環(huán)節(jié)，提升地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查、重點(diǎn)隱患排查、綜合監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)早期識(shí)別和預(yù)報(bào)預(yù)警等能力。

那么，如何搞清楚“隱患點(diǎn)在哪里”“什么時(shí)候可能發(fā)生”等地災(zāi)防治的核心問題？近日，長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪工程學(xué)院教授張勤、公路學(xué)院道路災(zāi)害防治研究所副教授李家春等專家，從實(shí)踐出發(fā)，談起了我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)早期識(shí)別和監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。

“三查”體系查出大量地災(zāi)隱患點(diǎn)

目前，全國(guó)范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)有28.2 萬(wàn)處，威脅約2000 萬(wàn)人的生命安全和4500 億元的財(cái)產(chǎn)安全。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)自20 世紀(jì)90 年代起，先后開展了全面系統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查和多輪針對(duì)災(zāi)害隱患的拉網(wǎng)式、地毯式排查，由于點(diǎn)多面廣，過去的調(diào)查工作主要以災(zāi)害隱患點(diǎn)調(diào)查、汛期巡查等方式，圍繞城鎮(zhèn)、重大工程等地區(qū)開展調(diào)查。但由于調(diào)查方法的局限性，近年來發(fā)生的多數(shù)重大地質(zhì)災(zāi)害事件都不在預(yù)案點(diǎn)范圍內(nèi)。李家春介紹說，地表變形有一個(gè)尺度和研究范圍的問題，針對(duì)不同尺度的監(jiān)測(cè)對(duì)象和精度要求，要采用不同的監(jiān)測(cè)方法。

目前，在地災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警方面，自然資源部強(qiáng)調(diào)要綜合運(yùn)用合成孔徑雷達(dá)測(cè)量、高分衛(wèi)星遙感、無人機(jī)航測(cè)、機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量等多種新技術(shù)手段，進(jìn)一步提高全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防水平。這也是著名地質(zhì)災(zāi)害專家、成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任許強(qiáng)教授提出的空天地一體化的“三查”體系。

具體來說，首先借助高分辨率的光學(xué)影像和InSAR 識(shí)別歷史上曾發(fā)生過明顯變形破壞和正在變形的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)重大地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)域性、掃面性的普查；隨后，借助機(jī)載LiDAR 和無人機(jī)航拍，詳細(xì)調(diào)查地質(zhì)災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、隱患集中分布區(qū)或重大地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的地形地貌、地表變形破壞跡象，乃至巖體結(jié)構(gòu)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)重大地質(zhì)災(zāi)害隱患的詳查；最后，通過地面調(diào)查復(fù)核及地表和斜坡內(nèi)部的觀測(cè)，甄別并確認(rèn)或排除普查和詳查結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)重大地質(zhì)災(zāi)害隱患的核查。目前使用無人測(cè)量船和多波束測(cè)深儀等設(shè)備，能將這種應(yīng)用延伸至水域。

據(jù)悉，許強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)已利用空天地一體化的“三查”體系在四川、貴州等省進(jìn)行示范應(yīng)用。貴州省利用InSAR、機(jī)載LiDAR，對(duì)全省高位隱蔽性災(zāi)害進(jìn)行專業(yè)排查，發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)2000處，其中高位隱蔽性隱患點(diǎn)近900 處。四川省利用InSAR 與光學(xué)遙感相結(jié)合，對(duì)6 萬(wàn)平方千米地質(zhì)災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行清掃式隱患識(shí)別，新發(fā)現(xiàn)形變區(qū)840 處，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查復(fù)核，具有明顯變形的點(diǎn)超過70%。

需要清醒認(rèn)識(shí)的是，光學(xué)遙感、InSAR、激光雷達(dá)、無人機(jī)攝影測(cè)量等現(xiàn)代遙感技術(shù)有獨(dú)自的優(yōu)勢(shì)和能力，但也有各自的條件限制和缺點(diǎn)，所以不能靠單一的技術(shù)手段來解決災(zāi)害隱患識(shí)別問題。如何有效結(jié)合，是當(dāng)下專業(yè)人員面對(duì)的課題。

高精度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)

目前，在地質(zhì)災(zāi)害的地面和坡體內(nèi)部的監(jiān)測(cè)中，位移、應(yīng)力、含水量、水位、雨量等各種指標(biāo)的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)采集、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸?shù)燃夹g(shù)均已成熟。但客觀地講，目前地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)還是一個(gè)國(guó)際難題，還不可能提前對(duì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)間準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。對(duì)大多數(shù)已進(jìn)行科學(xué)、專業(yè)監(jiān)測(cè)的地質(zhì)災(zāi)害體而言，在災(zāi)害發(fā)生前，提前數(shù)小時(shí)、數(shù)分鐘發(fā)出預(yù)警信息還是可能的。

2018 年2 月19 日，G108 周至段發(fā)生崩塌，3 萬(wàn)余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(dǎo)的團(tuán)隊(duì)提前5 天發(fā)出紅色預(yù)警，避免了重大交通損失和人員傷亡。此次成功監(jiān)測(cè)預(yù)警是陜西省首例，也是公路交通部門通過預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)成功減災(zāi)防災(zāi)的典型案例。

3 月26 日，甘肅省水靖縣鹽鍋峽鎮(zhèn)黨川村發(fā)生了一起黃土滑坡，滑坡體積約2 萬(wàn)立方米。張勤教授團(tuán)隊(duì)和成都理工大學(xué)許強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合監(jiān)測(cè)預(yù)警，提前2 天對(duì)滑坡發(fā)出黃色預(yù)警、提前1 天發(fā)出橙色預(yù)警、提前40 分鐘發(fā)出紅色預(yù)警，相關(guān)單位做好了相應(yīng)的防范工作，未造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，安裝在滑體上的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)裝置記錄了滑坡災(zāi)害發(fā)生的全過程。

近日，張勤教授團(tuán)隊(duì)利用InSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)檢測(cè)到四川涼山州雷波縣一個(gè)有幾百戶村民的村莊存在加速滑動(dòng)滑坡威脅，立即將相關(guān)監(jiān)測(cè)資料和信息上報(bào)自然資源部相關(guān)部門，當(dāng)?shù)卣S即展開了應(yīng)對(duì)措施。

據(jù)李家春介紹，當(dāng)前全國(guó)范圍內(nèi)在群測(cè)群防基礎(chǔ)上，通過逐步建立的“全方位、全天候、全要素、全尺度”的監(jiān)測(cè)體系獲取了大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)手段的復(fù)雜性和多樣性，如何進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理，以及根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立模型對(duì)災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間作出及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)警預(yù)報(bào)，是目前地災(zāi)防治研究人員面臨的最大挑戰(zhàn)。

他強(qiáng)調(diào)，地質(zhì)災(zāi)害防治工作是一項(xiàng)涉及面廣、專業(yè)性強(qiáng)的工作，涉及的業(yè)務(wù)鏈條長(zhǎng)，專業(yè)知識(shí)要求高，需在整個(gè)過程中對(duì)災(zāi)害機(jī)理進(jìn)行深入研究，結(jié)合數(shù)據(jù)反復(fù)研究。

地災(zāi)防治工作期待更多技術(shù)突破

目前，在全國(guó)成功的災(zāi)害預(yù)警案例中，依靠專業(yè)地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別并成功預(yù)警的越來越多。一方面，是因?yàn)闇y(cè)量學(xué)、工程地質(zhì)、遙感地質(zhì)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多個(gè)學(xué)科人才和技術(shù)的融合，另一方面，則是光學(xué)遙感、InSAR、激光雷達(dá)、無人機(jī)航測(cè)及各種地面和坡體內(nèi)部觀測(cè)數(shù)據(jù)多源數(shù)據(jù)的處理越來越成熟。

李家春認(rèn)為，全世界歷史上發(fā)生的滑坡或者地質(zhì)災(zāi)害非常多，但記錄下來的大多只是地質(zhì)災(zāi)害體體積多大、人員傷亡等宏觀、簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)。隨著定量數(shù)據(jù)的積累、大量資金的投入、技術(shù)的提升，將形成大量有效的多源地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用人工智能對(duì)它們進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、綜合分析，最大可能地作出準(zhǔn)確的預(yù)警預(yù)報(bào)指日可待。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，當(dāng)前的地災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警方法和手段有了很大的可選用空間。有些高位重大地質(zhì)災(zāi)害往往地處山體的中上部斜坡陡峭部位，調(diào)查人員難以到達(dá)，有些災(zāi)害隱患甚至處于人跡罕至部位或者無人區(qū)，災(zāi)害一旦發(fā)生，讓人束手無策。針對(duì)這種情況，張勤提出了向這些地區(qū)拋撒傳感器的方案，“既能滿足精度要求，價(jià)格又很低，這是以后監(jiān)測(cè)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)”。

甘肅省的突發(fā)性黃土滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警是利用張勤教授團(tuán)隊(duì)最新研發(fā)的基于云平臺(tái)的千元級(jí)低成本高精度北斗/GNSS 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，初步驗(yàn)證了相關(guān)算法和軟件硬件系統(tǒng)的可靠性，這個(gè)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是張勤教授團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的國(guó)家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目“基于空天地技術(shù)的滑坡識(shí)別與智能監(jiān)測(cè)預(yù)警”和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“特大滑坡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警與技術(shù)裝備研發(fā)”的初步研究成果，此次成功預(yù)警為后續(xù)開展滑坡等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警和技術(shù)裝備研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

在20 余年的研究中，張勤一直在針對(duì)遇到的各種問題不斷尋求新的解決方法，并經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐論證，她說：“一定要學(xué)會(huì)跳出固有思維，不要局限在一個(gè)特定領(lǐng)域，視野放開闊。首先要敢想，第二要找難點(diǎn)，肯下功夫就一定會(huì)有辦法?！?/p>

在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)這個(gè)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(jìn)就好，科學(xué)是一代代人努力的結(jié)果，往前推進(jìn)就有價(jià)值，人類的能力也在這個(gè)過程中越來越強(qiáng)。”

地災(zāi)防治是一場(chǎng)持久戰(zhàn)，很難一勞永逸。自然資源部提出，從2018 年起，力爭(zhēng)用3 年左右時(shí)間，完善機(jī)制、加大投入建立地災(zāi)防治體系，提升我國(guó)地災(zāi)防御能力，減少因地質(zhì)災(zāi)害造成的重大人員傷亡事件。地災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警是防治體系的重要組成部分，應(yīng)強(qiáng)化科技支撐，利用現(xiàn)代化技術(shù)，建設(shè)互聯(lián)互通的國(guó)家、省、市、縣地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)信息預(yù)警平臺(tái)和應(yīng)急調(diào)度指揮系統(tǒng)。

中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)多面廣，對(duì)于一般性的地質(zhì)災(zāi)害，人工調(diào)查排查和群測(cè)群防必不可少，和專業(yè)監(jiān)測(cè)預(yù)警有機(jī)結(jié)合，相互補(bǔ)充驗(yàn)證，才能最大限度地發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患。