魏少偉,

(1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081；2.北京鐵科特種工程技術有限公司，北京 100081)

地質災害監(jiān)測主要是監(jiān)測地質災害時域、空域演變信息，包括應變場、應力場、溫度場、誘發(fā)因素等，據此記錄地質災害發(fā)展過程，作為穩(wěn)定性評價及預警的依據。地質災害監(jiān)測根據線性工程(公路、鐵路等)所處的不同階段，可分為施工安全監(jiān)測、防治效果監(jiān)測和長期穩(wěn)定性監(jiān)測;根據監(jiān)測內容，可分為災變動態(tài)變形監(jiān)測及觸發(fā)災變的環(huán)境因素監(jiān)測，即因果監(jiān)測。

目前，我國在線性工程地質災害監(jiān)測領域處于從單點監(jiān)測向全線路整體監(jiān)測、從人力現場監(jiān)測向自動傳輸監(jiān)測、從單一地面監(jiān)測向天空地立體化監(jiān)測的過渡階段。

1 地質災害監(jiān)測技術研究與應用現狀

目前國內外用于地質災害監(jiān)測的技術包括天基監(jiān)測技術、空基監(jiān)測技術和陸基監(jiān)測技術。天基監(jiān)測是依靠光學影像或衛(wèi)星雷達技術對各種地質災害現象進行災害要素分析并對災害活動跡象進行監(jiān)測；空基監(jiān)測主要是采用無人飛行器(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)低空遙感技術監(jiān)測各種地質災害宏觀變形跡象、發(fā)育特點與成災規(guī)律；陸基監(jiān)測則是通過設置在地面或地下的光學和電子測量儀器監(jiān)測各種地質災害孕育、發(fā)展和形成的過程及觸發(fā)環(huán)境條件。

1.1 天基監(jiān)測技術

天基監(jiān)測技術主要包括光學衛(wèi)星影像、SAR(Synthetic Aperture Radar)圖像、衛(wèi)星定位、星載降水雷達等。

1.1.1 光學衛(wèi)星影像

光學衛(wèi)星影像利用可見光和紅外波反射，通過衛(wèi)星攝影和掃描方式來成像，獲得目標物的信息。

目前常用的可見光/近紅外光學衛(wèi)星影像衛(wèi)星包括Landsat7 ETM+和ASTER(中等分辨率，可生成15，30 m分辨率的DEM數據)、SPOT5和ALOS(高分辨率，分辨率提高到2.5 m)及IKONOS和QuickBird(極高分辨率，全色波段分辨率為0.61 m，多光譜分辨率為2.44 m)。這些高分辨率衛(wèi)星影像的單幅影像數據量較低分辨率衛(wèi)星影像顯著增加，成像光譜波段變窄，目標物的幾何和紋理信息更加清晰，具備三維成像功能，時間分辨率高。

1.1.2 SAR圖像

干涉雷達指采用干涉測量技術的合成孔徑雷達(Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR)，是新近發(fā)展起來的空間對地觀測技術，其原理如圖1所示。干涉雷達成像原理為：假設有2條天線接收同一目標產生的回波信號，2條天線是確定的且視向相同，2條天線接收信號的路徑分別為r1，r2，則其路徑差Δr為

圖1 干涉雷達成像原理示意

(1)

若考慮系統(tǒng)使用同一天線作為發(fā)射源，則

Δr=Bcos(θ-θb)

(2)

路徑差Δr產生的相位差φ為

(3)

式中：B為2條天線之間的基線距；θ為入射角；θb為天線基線與飛行水平面法線間的夾角；λ為波長；f為頻率；c為雷達傳播速度，即光速。

干涉雷達可以全天時、全天候、近實時地獲得大面積地球表面三維地形信息，空間分辨率高，對大氣和季節(jié)的影響不敏感。

差分干涉雷達(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar，D-InSAR)技術對地表垂向運動和運動目標十分敏感，精度可達毫米量級。此技術已應用于滑坡災害的變形監(jiān)測(Gabriel等[1]，1989；Massonnet等[2]，1993)。Dario等[3](2003)認為D-InSAR具有以下不足：①固定的入射角和環(huán)繞軌道限制在垂向和沿方位角方向上的位移達到精度要求；②SAR圖像受待監(jiān)測區(qū)的變形和地形影響，不適合監(jiān)測地形陡峭的滑坡區(qū)和狹小的山谷區(qū)；③受圖像分辨率的限制，只適合監(jiān)測大型滑坡的地表變形；④ 受衛(wèi)星重返周期的影響，不能用于監(jiān)測快速變形；⑤在高密度植被覆蓋區(qū)獲取的影像數據相干性差。Rott等[4](2006)指出星載D-InSAR適合于監(jiān)測地形平緩、植被覆蓋稀少或裸露地區(qū)的大型邊坡的緩慢變形。鑒于以上缺點，干涉雷達不能全面應用于監(jiān)測滑坡變形。在一個分辨單元內當電磁剖面或散射位置隨著時間改變而改變時，時間不相關性導致干涉測量不可行。

Ferretti等[5](1999)提出了永久散射(Persistent Scatterer，PS)技術，即通過識別SAR技術中的永久散射體消除大氣的影像，充分利用長基線距的干涉圖像對，最大限度提高干涉圖像的利用率，獲得精度為毫米級的地表位移量。大氣窗口獲得的SAR 影像與地點相關性大，與時間相關性小。相反，通常情況下，目標運動點與時間相關性大并且在位移上表現出不同程度的空間相關性?；诖耍ㄟ^融合長時間序列的SAR 影像消除大氣的影響。PS技術成功地監(jiān)測了意大利Ancona滑坡運動位移。PS技術有以下優(yōu)點：①在偏遠的基巖山區(qū)，由于觀測點少且監(jiān)測時間滯后，PS技術可以更好地利用有效相位信息；②當散射點小于掃描相機分辨率時，由于PS技術基線較長，有利于測量精度的提高；③ 如果散射點的密度足夠大，PS技術有利于消除大氣相位屏的影響，進一步提高監(jiān)測地表變形的精度。即使是在植被覆蓋區(qū)，也能夠監(jiān)測滑坡地表變形，適用于監(jiān)測小型滑坡的緩慢地表變形量。

1.1.3 衛(wèi)星定位

1)GPS全球定位系統(tǒng)

1958年美國軍方開始研發(fā)GPS(Global Positioning System)全球定位系統(tǒng)，1964年投入使用。20世紀70年代，美國軍方又研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)。截至1994年，GPS共發(fā)射24顆衛(wèi)星，全球覆蓋率高達98%。

GPS技術具備全天候、高精度、高時間采樣率、全覆蓋、布網迅速、三維動態(tài)等優(yōu)勢，在全球得到廣泛應用。目前，其平面定位精度可達±(1～3) mm，高程方向的定位精度也可達±(2～6) mm。但是GPS定位精度也受到多種因素影響，尤其在高程方向，由于大氣折射、多路徑效應、信號衍射等誤差的影響，定位精度比平面方向要低2～3倍，同時點位布設、監(jiān)測作業(yè)、數據處理等也會對觀測精度產生較大影響。

2)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自主建設、獨立運行的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。我國在2003年完成了具有區(qū)域導航功能的北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)；2012年年底建成了北斗二號系統(tǒng)，向亞太地區(qū)提供服務；2020年前后將建成北斗全球系統(tǒng)。

在利用北斗衛(wèi)星定位技術進行地表位移監(jiān)測方面，我國尚處于起步階段。與GPS相比，北斗的優(yōu)勢在于通過短信服務和導航增加了通訊功能，通信盲區(qū)極少，可實現全天候快速定位(郭晉[6]，2011)；北斗一號系統(tǒng)在精度方面比GPS低，但是北斗二號系統(tǒng)通過差分定位能實現對5 mm地面變動的監(jiān)測和預警，精度甚至比GPS還高(周林麗[7]，2010)，而價格遠比GPS低。這也預示著北斗衛(wèi)星定位技術在地質災害監(jiān)測領域廣闊的應用空間與市場前景。

1.1.4 星載降水雷達[8]

星載降水雷達具有探測范圍廣、探測精度高、靈敏度高、雙頻雷達同步觀測等優(yōu)點。目前運行的TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)衛(wèi)星，搭載的降水雷達(Precipitation Radar，PR)是全球第一臺星載降水雷達，1997年運營以來一直穩(wěn)定工作，該雷達刈幅寬度在220 km，距離分辨率是250 m。GPM(Global Precipitation Measurement)是美國和日本聯合提出的TRMM的后繼任務，將通過安裝在GPM核心星上的雙頻降水雷達(Dual-frequency Precipitation Radar，DPR)進行精確的降水測量。搭載微波輻射計的8顆星座衛(wèi)星可實現每隔3 h覆蓋全球1次。

我國在星載降水雷達上的研究與應用尚屬起步階段。2005年我國啟動了星載降水雷達的研發(fā)，2011年降水雷達通過驗收，填補了我國星載主動式氣象遙感載荷技術的空白。2015年風云三號氣象衛(wèi)星系列發(fā)射了搭載有我國自主研發(fā)的星載降水雷達的衛(wèi)星，目前雷達應用尚屬試驗階段。

1.2 空基監(jiān)測技術[9]

空基監(jiān)測技術主要指無人飛行器(UAV)低空遙感技術，即利用先進的無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通訊技術、GPS差分定位技術和遙感應用技術，實現自動化、智能化、專用化快速獲取國土資源、自然環(huán)境、地震災區(qū)等空間遙感信息，且完成遙感數據處理、建模和應用分析的應用技術。目前，無人機在技術性能方面，包括空中部分、地面部分和數據后處理部分已經達到了非常高的水平。

無人飛行器低空遙感技術具有機動靈活、精細準確、作業(yè)成本低、適用范圍廣等優(yōu)點，飛行受云層影響小，在小區(qū)域和常規(guī)飛行困難地區(qū)具有明顯優(yōu)勢。目前無人飛行器遙感技術在地質災害巡查中的應用主要是高分辨率照相或視頻錄制技術及反演分析，高分辨率照片解譯后分辨率可以達到10 cm。

無人飛行器低空遙感技術在使用過程中的主要問題主要為：①受起降技術與風的影響較大；②適合無人飛行器搭載的小、輕型傳感器缺乏；③如何使遙感傳感器的控制系統(tǒng)能夠根據預先設定的航攝點、攝影比例尺、重疊度等參數以及飛行控制系統(tǒng)實時提供的飛行高度、飛行速度等數據自動計算并自動控制遙感傳感器的工作，使獲取的遙感數據在精度、比例尺、重疊度等方面滿足遙感的技術要求，還需進一步研究。

1.3 陸基監(jiān)測技術

1.3.1 變形監(jiān)測方法

1)光學和電子測量儀器

常用于地質災害監(jiān)測的光學和電子測量儀器，如全站儀、經緯儀、水準儀、測距儀等，通過設備周期性地觀察角度、距離、高差數據，采用構網法、交匯法、極坐標法、視準線法等分析目標點的變形方向、大小、速率等相關數據，據此對地質災害體的危險性進行評估。由于其自動化成本較高，所以經常應用在需要重點嚴防、嚴控的單點地質災害監(jiān)測和評估中。

2)伸長計

伸長計可以測量幾個固定點的相對位置的變化。其優(yōu)點是安裝簡單、價格便宜。簡易的伸長計用不銹鋼鋼纜一端連接著斜坡表面固定點，另一端連接著滑動區(qū)的鏈軌式重物。斜坡一旦運動，將拉著重物逐漸移動而留下運動軌跡，這樣即可測量到運動變形量和運動速率。但是伸長計安裝完成后，易被人為或動物毀壞。為避免這種缺陷，伸長計也可用變化電阻裝置測量坡體變形。由于其電纜和傳感器埋在地下，可以防止人為破壞。

3)裂縫計

裂縫計用于測量擋土墻表面裂縫的寬度和巖體裂隙的張開度。其優(yōu)點是：①安裝方便，數據采集可直接連接到數采儀；②測量精度高，控制在0.1 mm之內。裂縫計由1個振弦感應元件串聯1個溫度測量計，通過彈簧將一端的電纜和另一端的連接桿連接，連接桿從量規(guī)體內拉出，彈簧也隨之被拉長，引起張力增加，振弦元件感應。裂縫計和伸長計主要用于監(jiān)測巖土體表層變形及開裂程度，為滑坡失穩(wěn)預測提供依據。

4)鉆孔測斜儀

鉆孔測斜儀是巖土工程中用于監(jiān)測斜坡深部水平變形的常用儀器，通過在鉆孔測斜管不同深度按照一定的間距放置測斜傳感器，傳感器之間用不銹鋼連接桿相連。測斜傳感器測可測出每個傳感器相對于前一個傳感器位置偏離垂直方向的角度，而水平位移是角度的正弦值與2個傳感器之間距離的乘積。

5)TDR監(jiān)測技術

時域反射(Time-domain Reflectometry，TDR)技術是一種監(jiān)測邊坡、壩體位移的新技術，始于20世紀90年代，可以對邊坡工程進行在線監(jiān)測和實現動態(tài)分析。TDR監(jiān)測系統(tǒng)主要由電脈沖信號發(fā)射器、傳輸線(同軸電纜)、信號接收器3部分組成，具有以下優(yōu)點：①相 對于鉆孔測斜儀，能夠節(jié)省預算；②讀取數據僅僅需要幾分鐘，用時短；③可以自動采集數據。在埋設時，在待監(jiān)測邊坡上鉆孔，將鉆孔底部封好防止水入滲，然后把同軸電纜置于鉆孔中，頂端與TDR測試儀相連，并以砂漿填充電纜與鉆孔之間的空隙，確保同軸電纜與邊坡巖土體同步變形。其工作原理是電纜測試儀發(fā)射電子脈沖到鉆孔中的同軸電纜上，脈沖信號隨著電纜的變形或破裂發(fā)生反射。脈沖反射在波形上表現為一個波峰信號，這樣，相對位移變化量和變化速率、潛在滑動帶的位置都將被瞬時監(jiān)測出來，波峰信號會隨著變形量增加而增大。圖2為電纜監(jiān)測儀上顯示的同軸電纜變形波峰信號。

圖2 電纜監(jiān)測儀上顯示的同軸電纜變形波峰信號

6)SAA監(jiān)測技術

SAA(Shape Accel Array)是一種可以被放置在一個鉆孔或嵌入結構內的變形監(jiān)測傳感器。由多段連續(xù)節(jié)(每節(jié)一般為30 cm或50 cm)串接而成，內部由微電子機械系統(tǒng)加速度計組成。該技術通過檢測各部分的重力場，計算出各段軸之間的彎曲角度θ，從而得出每段SAA的變形Δχ，即Δχ=θL，L為各段軸長度，再對各段算術求和，可得到距固定端點任意長度的變形量。

此監(jiān)測方法32 m累積誤差為±1.5 mm，具有高精度、高穩(wěn)定性、可重復性、大量程(可保證20 cm的變形量程)、數據采集多樣化和較完善的數據處理平臺的特點?？梢詰迷跇蛄?、隧道、路基以及邊坡、滑坡等需要監(jiān)測變形的地方。

7)光纖故障定位監(jiān)測技術[10]

基于光纖故障定位技術的邊坡監(jiān)測預警方法是通過在邊坡體上預先埋置多路分布式光纖，運用光時域反射 (Optical Time-domain Reflection，OTDR) 原理，檢測光纖宏彎變形或斷裂、破壞等故障事件，定位邊坡巖土體的變形破壞位置，通過報警門限設置，實現邊坡安全自動監(jiān)測報警。這種技術把傳統(tǒng)的分散式監(jiān)測改變?yōu)榉植际奖O(jiān)測，分布式光纖既是傳感器又是傳輸線，具有布設靈活、成本低廉、操作簡單、直觀可靠和便于實時遠程自動監(jiān)測報警等優(yōu)點，而且突破了以往監(jiān)測報警手段只能對重點邊坡的重要部位布控的局限，特別適用于對大量邊坡進行全面安全管控，是邊坡安全監(jiān)測報警技術的一個重要創(chuàng)新和突破，其在邊坡變形監(jiān)測中的定位精度一般可達到±1 m，從而可用于準確定位邊坡安全故障位置。

1.3.2 其他物理量的監(jiān)測方法

1)地下水位監(jiān)測

地下水位監(jiān)測主要采用水位計。水位計包括人工測水尺、浮子式水位計、遙測水位計、振弦式水位計等。

人工測水尺用于人工觀讀水位數據，受外界因素影響，測量存在很大誤差，且費時費力。浮子式水位計安裝復雜，誤差較大，已被遙測水位計取代。遙測水位計包括電阻式、電感式、電容式、鋼弦式等，可利用便攜式數字式儀表人工測量或自動采集水位值。

振弦式傳感器結構簡單，精度與分辨力高，穩(wěn)定性好，安全耐久，抗干擾能力強，輸出為頻率信號，便于遠距離傳輸。振弦式水位計廣泛用于監(jiān)測斜坡地下水位變化情況，利用儀器內部壓力傳感器測量靜水壓力，直接計算得出傳感器入水深度。

2)孔隙水壓力監(jiān)測

孔隙水壓力監(jiān)測主要采用滲壓計和張力計。滲壓計用于測量飽和土體中的孔隙水壓力，包括振弦式和差阻式2種。張力計用于測量非飽和土體中孔隙壓力，進而計算出土體中基質吸力。目前廣泛應用于野外測量非飽和土孔隙壓力的儀器是振弦式張力計，可測量最大負孔壓為100 kPa。

3)滑動力監(jiān)測

基于何滿潮院士[11](2009)提出的學術思想，以工程邊坡和自然邊坡為研究背景，以邊坡滑動力與抗滑力相互作用規(guī)律、滑坡發(fā)生的充分必要條件等關鍵問題為突破點，運用多學科理論，歷時20年研發(fā)了具有負泊松比效應的恒阻大變形纜索功能材料，建立了相關的試驗系統(tǒng)，采用室內和現場測試、物理和數值模擬等綜合研究方法，結合現代通信與計算機技術等高新技術手段進行了系統(tǒng)研究，研發(fā)了基于滑動力變化的滑坡地質災害監(jiān)測預警新方法和新技術，實現了對滑坡災害全過程的超前監(jiān)測預警目標。

4)地質災害特征監(jiān)測

在地質災害特征信息監(jiān)測中經常采用網絡視頻監(jiān)測、地聲監(jiān)測等手段以針對泥石流災害，還有泥位監(jiān)測、流量監(jiān)測等手段。受到野外惡劣環(huán)境的影響，開發(fā)復雜環(huán)境(降雨、大風、大溫差、防塵、光照等)下的長期、穩(wěn)定、可靠的監(jiān)測設備是現在發(fā)展的趨勢。

1.4 其他監(jiān)測技術

1.4.1 三維激光掃描技術

三維激光掃描技術是測繪領域繼GPS技術之后的一次技術革命，是對確定目標的整體或局部進行完整的三維坐標數據測量，即采用激光測量單元進行從左到右、從上到下的全自動高精度步進測量，進而得到全面、連續(xù)、關聯的全景點坐標數據，也叫“點云”(陳曉雪[12]，2008)。激光掃描獲取的密集“點云”圖，每一個點代表三維空間坐標，點的密度可達到5～10 mm的分辨率，進而反映了細微地物的三維形態(tài)特征，測量距離可達200 m。

三維激光掃描儀可以獨立地進行滑坡的面式測量，測量速度快，點密度高，可實現全天候監(jiān)測，為滑坡變形提供第一手可靠數據資料，進而為準確預測預報滑坡發(fā)生時間提供依據，因此三維激光掃描儀適用于滑坡災害的短期監(jiān)測和臨滑預測預報。

三維激光掃描技術受到大氣折射影響，其測量精度降低。在實際應用中植被及測量場地的通視情況直接限制了其使用。三維激光掃描儀精度受到其測量距離的限制，單次測量的點距精度可以達到6 mm，可以采用重復測量或減少掃描距離的方法使間距精度進一步提高。

1.4.2 地面合成孔徑干涉雷達

圖3 GB-InSAR系統(tǒng)

地面合成孔徑干涉雷達(Ground-based Interferometric Synthetic Aperture Radar，GB-InSAR)系統(tǒng)包括步進連續(xù)雷達波組成的微波系統(tǒng)、信號源網絡分析臺、相關轉換模塊及手工操作裝置，如圖3所示。微波系統(tǒng)建立在30 kHz～6 GHz的信號源網絡分析臺基礎之上，轉換模塊將頻率轉換為17 GHz；手工操作裝置由長2.8 m的直線導軌拖著機動的臺車掌控著雷達天線，雷達天線的運動由線性定位器控制。TARCHI等[3](2003)提出系統(tǒng)利用Ku 波段(17 GHz)運行，可以提供高分辨率的地表變形圖，空間分辨率可達2 m，監(jiān)測變形精度在1 mm之內。GB-InSAR克服了星載干涉雷達的一些缺點，可以根據滑坡運動機制和位移速率的變化，相應調整監(jiān)測系統(tǒng)參數。同時該技術也受一些條件的限制，如系統(tǒng)所能覆蓋的區(qū)域有限，適合監(jiān)測能見度好的地區(qū)或裸地，需要安裝在穩(wěn)定的地區(qū)。由于系統(tǒng)獲取圖像速度快、間隔短，適合于監(jiān)測滑坡的快速變形。

1.4.3 陸基測雨雷達

陸基測雨雷達主要指氣象雷達。氣象雷達，或稱氣象監(jiān)視雷達(Weather Surveillance Radar，WSR)，是利用雨滴、云狀滴、冰晶、雪花等對電磁波的散射作用來探測大氣中的降水或云中大滴的濃度、分布、移動和演變，了解天氣系統(tǒng)的結構和特征。

目前陸基測雨雷達多為多普勒脈沖雷達，多普勒雷達利用物理學上的多普勒效應來測定降水粒子的徑向(朝向雷達或遠離雷達方向)運動速度，并通過這種速度信息推斷風速分布、垂直氣流速度、大氣湍流、降水粒子分布及強度、降水中特別是強降水中的風場結構特征，這些數據可以用來分析其能否在未來造成惡劣天氣。陸基測雨雷達常用工作波長為3，5，10 cm。國內目前普遍使用的是國產713雷達(5.6 cm)、714雷達(10 cm)和711雷達(3.2 cm)。雷達探測高度為20 km，探測距離為200～400 km。

由于陸基測雨雷達價格高昂，所以目前雷達基站建設和運營均由國家氣象部門負責并向社會無償發(fā)布。地質災害監(jiān)測中，降雨是最重要的誘發(fā)因素之一，對降雨準確預測是進行災害預警與及時決策的前提。而準確的降雨數據的獲取依賴于國家氣象部門的氣象服務質量。鐵路部門為實現沿線地質災害提前預警，與中國氣象局公共氣象服務中心聯合打造了《鐵路氣象服務系統(tǒng)V2.0》(2012年)，實現了全國和區(qū)域雷達拼圖生成時間縮短至20 min；界面顯示更加精細，分辨率從5 km提高至1 km；可針對專業(yè)用戶特殊需求，展示不同地理信息及范圍；融合衛(wèi)星、雷達等多元素數據，集中分析并展示；同時更加科學的硬件及數據部署可以讓系統(tǒng)更加穩(wěn)定地運行。

2 崩塌、滑坡、泥石流地質災害監(jiān)測應用現狀

2.1 崩塌與滑坡監(jiān)測

2.1.1 監(jiān)測內容

崩滑體監(jiān)測可分為變形監(jiān)測、相關因素監(jiān)測、宏觀前兆監(jiān)測。

崩滑體變形監(jiān)測包括位移監(jiān)測、傾斜監(jiān)測、與變形有關的物理量監(jiān)測等。位移監(jiān)測分為地表和地下的絕對或相對位移監(jiān)測，是崩滑體監(jiān)測的重要內容。傾斜監(jiān)測分為地面和地下傾斜監(jiān)測，用于監(jiān)測崩滑體的角變位或傾倒變形。

崩滑體相關因素監(jiān)測一般包含地表水監(jiān)測、地下水監(jiān)測、氣象監(jiān)測、地震監(jiān)測、人類活動監(jiān)測等，并據以分析其對崩滑體穩(wěn)定性的影響。

崩滑體宏觀前兆監(jiān)測一般包含宏觀地形變監(jiān)測、宏觀地聲監(jiān)聽、動物異常觀察、地表水和地下水宏觀異常監(jiān)測等。

2.1.2 變形監(jiān)測方法

崩滑體變形監(jiān)測方法分為簡易監(jiān)測、地表儀器監(jiān)測、地下儀器監(jiān)測和與變形有關的物理量監(jiān)測等。

1)崩滑體變形簡易監(jiān)測常用的方法有：裂縫兩側打樁法、裂縫上粘貼標記物等。這些方法簡便、可靠、快速，經濟，且不受環(huán)境因素的影響，缺點是精度略差，監(jiān)測信息量少。

2)崩滑體變形地表儀器監(jiān)測是在崩滑體地表設置專門儀器，監(jiān)測其相對的或絕對的變形情況，主要方法有：大地測量法、全球定位系統(tǒng)(GPS)法、遙感(Remote Sensing，RS)法、近景攝影法、地面測斜法、地表測縫法等。

3)崩滑體變形地下儀器監(jiān)測，即利用鉆孔、平硐、豎井等，在崩滑體內部設置專門儀器，監(jiān)測其相對的或絕對的變形。主要方法有：地下測斜法、地下測縫法、垂錘法、沉降法等。

4)崩滑體變形有關物理量監(jiān)測方法常用的有：地聲監(jiān)測法、地應力監(jiān)測法、地溫監(jiān)測法等。

2.2 泥石流監(jiān)測

泥石流監(jiān)測內容可分為形成條件監(jiān)測、運動情況監(jiān)測及流體特征監(jiān)測3大類。

形成條件監(jiān)測包括固體物質來源、供水水源等監(jiān)測。固體物質來源監(jiān)測與崩滑體監(jiān)測方法相同。供水水源監(jiān)測多采用常規(guī)氣象儀器監(jiān)測氣溫、風向、風速、降雨量(時段降雨量和連續(xù)變化降雨量)等。當前一些重大復雜災害點開始采用遙測雨量監(jiān)測系統(tǒng)、測雨雷達超短時監(jiān)測系統(tǒng)、氣象衛(wèi)星短時監(jiān)測系統(tǒng)等較先進、自動化的監(jiān)測儀器，進行降雨量的監(jiān)測。

運動情況監(jiān)測包括流動動態(tài)要素、動力要素、輸移沖淤等監(jiān)測。常用的有雷達測速儀、沖擊力儀、無線遙測地聲儀、有線或無線超聲波泥位計、地震式泥石流報警器，以及重復水準測量、動態(tài)立體攝影等。

流體特征監(jiān)測包括物質組成及其物理化學性質等監(jiān)測。泥石流流體特征監(jiān)測與泥石流運動情況監(jiān)測通常結合進行。一般用取樣器采集動態(tài)樣品，用黏度計、比重計、流塑限儀、密度儀、酸度計和砂漿流變儀、大型直剪儀等進行有關參數的測試。

近年來，也有采用遙感技術進行泥石流規(guī)模、發(fā)育階段、活動規(guī)律等的中長期動態(tài)監(jiān)測，采用地面多光譜陸地攝影、地面立體攝影測量技術進行泥石流基本參數變化的短周期動態(tài)監(jiān)測。

3 監(jiān)測技術發(fā)展趨勢

目前我國在地質災害監(jiān)測技術方面，缺乏天基、空基、陸基監(jiān)測預警多維網絡化監(jiān)測技術的融合和集成；先進、實用的監(jiān)測技術手段不足，需開發(fā)先進、實用的新型監(jiān)測技術。地質災害監(jiān)測技術具有以下發(fā)展趨勢。

3.1 監(jiān)測技術從單一技術向天空地立體化的多基立體化技術發(fā)展

由于裝備條件的限制，我國早期線性工程地質災害監(jiān)測(包括滑坡、崩塌、泥石流)主要是根據降雨情況、人工觀測地表變化特征、地下水變化以及周圍動植物的異常來推斷其發(fā)生的可能性。之后，隨著時代發(fā)展和科技進步，全站儀、經緯儀、水準儀、高清衛(wèi)星影像、北斗衛(wèi)星/GPS定位系統(tǒng)、低空無人飛行器、地面雷達等先進遙感技術得到發(fā)展，遙感技術在地質災害研究中的應用經歷著從單一的遙感影像資料向多時相、多數據源的復合分析，從靜態(tài)的定性制圖向動態(tài)監(jiān)測、定量滑坡特征數據和信息獲取的發(fā)展過程。

目前不同監(jiān)測方法的有機組合正成為地質災害監(jiān)測技術發(fā)展的趨勢，如GPS監(jiān)測可以高準確度地獲取地面各點的三維絕對變形量，但是對一個大的研究區(qū)域而言，由于財力物力，特別是GPS監(jiān)測點密度的限制，很難有效地獲取整個區(qū)域面上的變形信息；而InSAR監(jiān)測技術可以以很高的分辨率獲取整個監(jiān)測區(qū)域面上的相對變形量，但是，由于缺乏準確的絕對位置和絕對變形參考基準，加上對一些諸如大氣等誤差缺乏有效的消除手段，所以其獲取的絕對變形精度不夠高?？梢砸訥PS和InSAR監(jiān)測成果為數據源，通過將高精度的GPS監(jiān)測成果與InSAR監(jiān)測成果融合和內插處理，得到GPS經InSAR沉降監(jiān)測成果融合加密內插后的變形。其基本思路是，以高精度GPS監(jiān)測成果為基準約束，采用插值、濾波等方法對InSAR監(jiān)測成果進行改正，然后將GPS和改正到GPS基準后的InSAR監(jiān)測成果融合在一起繪制變形等值線。

3.2 監(jiān)測傳感器(陸基)向智能化方向發(fā)展

傳統(tǒng)的全靠人力進行地質災害監(jiān)測數據獲取的方式不能滿足地質災害區(qū)域監(jiān)測、評估和預警工作需要。隨著計算機智能芯片技術的發(fā)展，智能傳感器已直接用于測量設備的制造，現已大量應用于地質災害監(jiān)測中。

3.3 監(jiān)測手段從注重位移監(jiān)測向因果并重發(fā)展

地質體的失穩(wěn)和地質災害的發(fā)生主要取決于地質體中力的變化。僅對邊坡體等地質體進行表面變形(位移、裂縫)等宏觀表象特征的監(jiān)測，不能抓住地質災害孕育、發(fā)展以及變化的本質。隨著監(jiān)測技術水平的提高，現在對反映地質災害體變化趨勢的力的指標進行監(jiān)測，監(jiān)測手段從單一的結果表象監(jiān)測向因果并重發(fā)展。

3.4 在數據采集和分析方面向數據實時獲取和數據處理的智能化、模型化、網絡化方面發(fā)展

將衛(wèi)星和遙感數據及無人飛行器影像數據作為獲取實時數據的重要手段，通過采用不同空間尺度分辨率的多源遙感數據進行影像融合，得到更高精度的數據源，從而提高信息提取及解譯準確性，為提高地質災害反演模型參數精度提供可靠保障。計算機智能監(jiān)測芯片和網絡技術的發(fā)展不僅使數據的智能獲取和遠程傳輸得以實現，而且使得大量實時數據的快速智能分析和智能決策變?yōu)榭赡堋?/p>

4 結論

本文針對線性工程地質災害監(jiān)測技術現狀及發(fā)展趨勢進行全面梳理與總結，得出以下結論。

1)目前地質災害監(jiān)測技術可分為天基監(jiān)測技術、空基監(jiān)測技術、陸基監(jiān)測技術及其他監(jiān)測技術4大類。天基監(jiān)測技術主要包括光學衛(wèi)星影像、SAR圖像、衛(wèi)星定位、星載降水雷達等；空基監(jiān)測技術主要指無人飛行器(UAV)低空遙感技術；陸基監(jiān)測技術指對陸地的變形及其他物理量的監(jiān)測技術；其他監(jiān)測技術包括三維激光掃描技術、地面合成孔徑干涉雷達、陸基測雨雷達等。

2)崩滑體監(jiān)測分為變形監(jiān)測、相關因素監(jiān)測、宏觀前兆監(jiān)測；泥石流監(jiān)測分為形成條件監(jiān)測、運動情況監(jiān)測、流體特征監(jiān)測。

3)當前線性工程地質災害監(jiān)測技術缺乏天基、空基、陸基監(jiān)測預警多維網絡化監(jiān)測技術的融合和集成；先進、實用的監(jiān)測技術手段不足，面臨地質體和工程因素的復雜性與監(jiān)測因素(監(jiān)測手段)單一的突出問題。

4)地質災害監(jiān)測發(fā)展趨勢為：監(jiān)測技術從單一技術向天空地立體化的多基立體化技術發(fā)展；監(jiān)測傳感器(陸基)向智能化方向發(fā)展；監(jiān)測手段從注重位移監(jiān)測向因果并重發(fā)展；在數據采集和分析方面向數據實時獲取和數據處理的智能化、模型化、網絡化方面發(fā)展。