魏 迎 奇，孫 黎 明，傅 中 志2，吳 帥 峰，蔡 紅

(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100048； 2.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029)

堰塞湖是指在一定的地質(zhì)與地貌條件下，由地震、強(qiáng)降雨或火山噴發(fā)等突發(fā)事件引發(fā)的滑坡體、泥石流、火山噴發(fā)物、冰川堆積物等物質(zhì)橫向阻塞河道形成堰塞體，進(jìn)而造成上游段壅水而形成的湖泊。由于堰塞體主要由巖土快速堆積而成，結(jié)構(gòu)物質(zhì)松散，缺乏專(zhuān)門(mén)的泄水設(shè)施，很容易在短時(shí)間內(nèi)潰決。堰塞湖形成后，堰塞湖湖區(qū)水位快速上漲，回水可能會(huì)淹沒(méi)上游居民地及其它基礎(chǔ)設(shè)施；而堰塞體一旦發(fā)生潰決，瞬間將對(duì)下游形成重大的洪水災(zāi)害[1-2]。如1812年意大利Savio河上大滑坡形成的堰塞湖，回水淹沒(méi)造成18人死亡(其中大多數(shù)是溺水死亡)；1933年8月25日四川岷江上游茂縣疊溪鎮(zhèn)發(fā)生7.5級(jí)地震誘發(fā)的疊溪堰塞湖，據(jù)1933年10月21日《民國(guó)公報(bào)》載“10月11日大水災(zāi)，遍及縣境16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，死亡三四千人，沖去田地一萬(wàn)六千余畝，房屋、財(cái)產(chǎn)無(wú)計(jì)其數(shù)?！?840年冬天地震在印度河(Indus River)上誘發(fā)的堰塞湖，次年6月潰決造成的大水災(zāi)，下游400 km處一座兵營(yíng)及500人被吞沒(méi)，另有數(shù)百名村民被沖走，數(shù)千人失蹤；2018年5月12日四川汶川發(fā)生里氏8.0級(jí)地震后，導(dǎo)致大量山體滑坡、崩塌，形成了唐家山、石板溝、肖家橋等34座堰塞湖，其中多處堰塞湖面臨潰壩風(fēng)險(xiǎn)，成為災(zāi)區(qū)內(nèi)最主要的次生災(zāi)害隱患。

以往因?yàn)閿?shù)據(jù)匱乏、信息快速獲知和多源數(shù)據(jù)融合識(shí)別困難等問(wèn)題，給堰塞湖的應(yīng)急處置和科學(xué)治理決策帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)[3-4]，導(dǎo)致堰塞湖應(yīng)急處置不及時(shí)或治理不當(dāng)?shù)榷l(fā)生了嚴(yán)重的次生災(zāi)害，損失觸目驚心。汶川地震后形成的34座堰塞湖，特別是唐家山堰塞湖，在其形成之后，由于及時(shí)開(kāi)展了材料的收集、整理、分析、預(yù)測(cè)及預(yù)報(bào)等相關(guān)工作，因此唐家山堰塞湖的應(yīng)急處置取得了很好的效果，說(shuō)明在堰塞湖發(fā)生后盡快進(jìn)行堰塞湖的應(yīng)急處理是防治和降低堰塞湖次生災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的最重要手段，快速全面對(duì)堰塞湖影響區(qū)域內(nèi)的信息進(jìn)行全面透徹的感知是進(jìn)行堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)處置和搶險(xiǎn)救災(zāi)的前提條件和基礎(chǔ)。

雖然堰塞湖形成的原因各不相同，但表征堰塞湖本體信息和環(huán)境影響因素信息的內(nèi)容基本相同，主要包括堰塞湖地形、地質(zhì)地貌、堆積體材料特征、水文氣象、影響區(qū)內(nèi)的重要工程及設(shè)施、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境等，這些信息將為堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、應(yīng)急處理以及后續(xù)處置提供重要支撐。

目前對(duì)于堰塞湖信息的獲取和收集有很多手段和方法，如歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)和收集、現(xiàn)狀信息的監(jiān)測(cè)或遙測(cè)、類(lèi)似信息的經(jīng)驗(yàn)推求等，由于信息獲得的手段不同，方法不同，因而所獲信息的格式不同，體現(xiàn)出信息的多源異構(gòu)特征。

信息技術(shù)隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能分析的發(fā)展也在不斷發(fā)展，其已從信息的收集、采集向著信息透徹感知方面轉(zhuǎn)變?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文針對(duì)堰塞湖分析和處置的現(xiàn)狀需求，深入探討和研究了堰塞湖信息感知的基本內(nèi)涵、信息內(nèi)容、感知方式以及當(dāng)前信息感知中存在的問(wèn)題，以期通過(guò)這些探討來(lái)明確堰塞湖信息的獲取的有效方式和獲取過(guò)程，為堰塞湖的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和處置提供基本依據(jù)。

1 信息感知的基本特征

1.1 信息感知

感知一詞原意是指人們對(duì)某一客觀(guān)事物表面特性的直接反映，是通過(guò)意識(shí)對(duì)內(nèi)外界信息的覺(jué)察、感覺(jué)、注意、知覺(jué)的一系列過(guò)程。人是一個(gè)極度復(fù)雜、協(xié)調(diào)和智能的系統(tǒng)，其身體上的每一個(gè)器官都是外在世界信號(hào)的“接收器”，只要是它范圍內(nèi)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)某種刺激，器官就能將其接收，并轉(zhuǎn)換為感覺(jué)信號(hào)，再經(jīng)由自身的神經(jīng)網(wǎng)路傳輸?shù)饺诵哪钏季S的中心“大腦”中進(jìn)行情感格式化的處理，之后形成人的感知。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳感技術(shù)的快速發(fā)展[5-6]，人工智能與信息感知必然會(huì)成為目前面向信息感知和數(shù)據(jù)挖掘背景下各種技術(shù)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)和手段，因此研究和探討基于物聯(lián)網(wǎng)和傳感手段的多源信息感知技術(shù)對(duì)提升專(zhuān)業(yè)人工智能分析至關(guān)重要。

類(lèi)似人的感知，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知也由兩個(gè)基本部分組成，即能夠接收和反映物與環(huán)境變化過(guò)程的表達(dá)以及能夠?qū)⑦@種表達(dá)通過(guò)網(wǎng)路傳輸并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

對(duì)于人類(lèi)而言，有些東西是人用眼睛看不到的，如黑暗中的物體，但人卻可以憑借手和身體去感知它們的存在；有些東西人無(wú)法用手和身體能夠觸摸到，如遠(yuǎn)處的物體或者是風(fēng)景，但人卻可以用眼睛來(lái)感知它們的存在；有些東西人無(wú)法用眼睛看到，也不能用手和身體去觸摸，如歌聲、音樂(lè)、話(huà)語(yǔ)等，但人卻可以用耳朵來(lái)感知它們的存在；還有一些東西，是人的感官無(wú)法直接來(lái)感覺(jué)的，如紫外線(xiàn)、紅外線(xiàn)、細(xì)胞、粒子與電磁波等，但人可以通過(guò)各種儀器或借助相關(guān)工具來(lái)感知它們的存在。對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，雖然其沒(méi)有手眼耳鼻，但其可以通過(guò)聲控技術(shù)、量測(cè)技術(shù)、傳感技術(shù)、識(shí)別技術(shù)等各種手段來(lái)獲得各種多源信息，并對(duì)這些異構(gòu)信息進(jìn)行識(shí)別處理，形成計(jì)算機(jī)的感知。

就象所有生命體都能感知但其感知能力卻各不相同一樣，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的感知也會(huì)由于感知形式的不同而表現(xiàn)出不同的能力，其感知能力的差距主要體現(xiàn)在感知手段或感知形式的先進(jìn)性和有效性方面。

1.2 堰塞湖多源信息感知體系

堰塞湖的形成和處理是一個(gè)及其復(fù)雜的過(guò)程，包括堰塞體的地質(zhì)學(xué)成因、環(huán)境誘因、堰塞體形成機(jī)制和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征、堰塞體物質(zhì)動(dòng)態(tài)演化特征、堰塞體結(jié)構(gòu)及形態(tài)形成規(guī)律與特征、堰塞湖水文氣象特征、堰塞湖影響區(qū)生境特征和社會(huì)特征、堰塞湖次生災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、堰塞湖應(yīng)急治理和永久處置等等，而所有這一切都涉及到了對(duì)堰塞湖多源異構(gòu)信息的感知，感知技術(shù)已成為當(dāng)前堰塞湖研究和管控的首要和必備條件。

在傳統(tǒng)的堰塞湖搶險(xiǎn)救災(zāi)過(guò)程中存在交通條件差、時(shí)間要求高、數(shù)據(jù)種類(lèi)多、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)來(lái)源多、數(shù)據(jù)類(lèi)型復(fù)雜、地理參考不統(tǒng)一等問(wèn)題，因此導(dǎo)致人們?cè)谶M(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析方面出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。基于統(tǒng)一性需要，本文歸納建立了堰塞湖多源信息感知的基本感知體系(圖1)，通過(guò)堰塞湖信息數(shù)據(jù)的基本分類(lèi)，可以根據(jù)內(nèi)容和分類(lèi)之間的關(guān)系，確定采用的感知方法，評(píng)估對(duì)應(yīng)傳感器的感知能力，為今后堰塞湖搶險(xiǎn)救災(zāi)提供理論支撐和工程指導(dǎo)。

堰塞湖形成后，快速獲取覆蓋堰塞湖上下游影響區(qū)域內(nèi)的所有信息，并進(jìn)行融合、識(shí)別和應(yīng)用為搶險(xiǎn)救災(zāi)提供數(shù)據(jù)支撐。以往堰塞湖的數(shù)據(jù)采集主要是單向的靜態(tài)信息收集、傳感器動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取和信息的一致化處理過(guò)程。而與傳統(tǒng)的單純數(shù)據(jù)的采集過(guò)程不同，信息感知是在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，增加數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)獲取、挖掘、融合、識(shí)別過(guò)程，使得數(shù)據(jù)的價(jià)值被充分利用，實(shí)現(xiàn)感知信息的智能化應(yīng)用，是在單向采集“感”的基礎(chǔ)上增加了“知”的智能化感知環(huán)節(jié)。

對(duì)堰塞湖進(jìn)行感知首先要統(tǒng)籌需要進(jìn)行感知的所有內(nèi)容，建立一體化的立體感知體系，實(shí)現(xiàn)各傳感器之間的協(xié)同感知，避免分散化造成的數(shù)據(jù)不一致和資源重復(fù)浪費(fèi)。堰塞湖發(fā)生后進(jìn)行多源信息快速感知，首先需要確定感知的信息種類(lèi)和內(nèi)容，才能根據(jù)數(shù)據(jù)的特征選擇相應(yīng)的感知手段和傳感器類(lèi)型，因而堰塞湖信息感知內(nèi)容的確定是進(jìn)行感知的基礎(chǔ)。

2 堰塞湖信息感知基本內(nèi)容

通過(guò)以往堰塞湖大數(shù)據(jù)的收集、整理、歸納與分析，提出了依據(jù)數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)類(lèi)型、數(shù)據(jù)獲取方式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型3種方法的分類(lèi)方式，如圖2所示。

圖1 堰塞湖多源信息的感知體系Fig.1 Perception system of multi-source information of barrier lakes

圖2 堰塞湖多源信息的感知內(nèi)容與分類(lèi)Fig.2 Content and classification of multi-sources information perception of barrier lakes

2.1 按照專(zhuān)業(yè)類(lèi)型分類(lèi)

根據(jù)堰塞湖相關(guān)的影響區(qū)域、數(shù)據(jù)的行業(yè)類(lèi)別和專(zhuān)業(yè)類(lèi)型，從堰塞湖的專(zhuān)業(yè)內(nèi)容用途角度，感知內(nèi)容可以分為以下6類(lèi)。

(1) 地理信息數(shù)據(jù)。堰塞湖發(fā)生區(qū)通常是人跡罕至、缺乏監(jiān)測(cè)的偏遠(yuǎn)區(qū)域，堰塞湖形成后快速掌握堰塞湖發(fā)生地、堰塞湖水下、上游淹沒(méi)區(qū)和潰壩后下游可能的洪水淹沒(méi)區(qū)的地形和影像，可以快速掌握堰塞湖的上下游的地形和地物狀況，快速輸出高精度三維地形圖、專(zhuān)題地圖、等高線(xiàn)圖、形變圖等，為救災(zāi)決策和分析提供基礎(chǔ)地理地形和影像數(shù)據(jù)。

(2) 水文、氣象數(shù)據(jù)。堰塞湖災(zāi)害發(fā)生特別是泄流以后的水文數(shù)據(jù)是評(píng)估下游災(zāi)害影響的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[7-8]，通過(guò)事后重新模擬堰塞湖潰壩洪水的演進(jìn)對(duì)已有水電工程設(shè)施的影響，最終能給出災(zāi)害的影響結(jié)果和提前預(yù)防性應(yīng)對(duì)措施。具體的水文氣象數(shù)據(jù)主要包括水位、流量、流速、橫縱斷面等水文站點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)；氣象數(shù)據(jù)包括雨量和天氣等；時(shí)間范圍包括堰塞湖發(fā)生前后時(shí)間段和歷史數(shù)據(jù)；位置主要包括水文站點(diǎn)和堰塞湖入庫(kù)、出庫(kù)和過(guò)流位置。

(3) 堆積體及相關(guān)巖土材料物理力學(xué)數(shù)據(jù)。為分析和預(yù)測(cè)堰塞體的穩(wěn)定性及可能出現(xiàn)的破壞模式，提出相應(yīng)的應(yīng)急措施及搶險(xiǎn)救災(zāi)規(guī)劃方案，需充分掌握堆積體及相關(guān)巖土材料的物質(zhì)組成、物理力學(xué)特性，需要采集典型位置處的物質(zhì)構(gòu)成、顆分狀態(tài)、密度、含水率、孔隙率、滲透特性、力學(xué)性質(zhì)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。堰塞體的物質(zhì)組成與物理力學(xué)特性是決定壩體穩(wěn)定的關(guān)鍵內(nèi)在因素，但其獲取手段往往較為傳統(tǒng)，如顆分需現(xiàn)場(chǎng)采樣后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室篩分，密度、含水率、孔隙率均需現(xiàn)場(chǎng)取得原狀樣后實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，滲透與力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)要求精度更高，往往難以現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)獲取，這就對(duì)感知手段提出了更高的要求。

(4) 滑坡地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)。為了對(duì)滑坡堰塞湖災(zāi)害進(jìn)行提前預(yù)警預(yù)報(bào)，應(yīng)查明堰塞湖滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件，包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)現(xiàn)象和水文地質(zhì)條件；各滑坡分布范圍、規(guī)模、形態(tài)特征、邊界條件、滑體結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成、滑帶特征及其埋深與標(biāo)高、近期變形特征;研究滑坡的成生條件、形成機(jī)制和誘發(fā)因素、測(cè)試滑帶和滑體與滑床的物理力學(xué)性質(zhì)和滲透性能，分析滑坡的變化特點(diǎn)與規(guī)律；評(píng)價(jià)各滑坡體在不同工況條件下的穩(wěn)定性，為防治工程初步設(shè)計(jì)提供工程地質(zhì)依據(jù)[9]。

(5) 生境信息數(shù)據(jù)。針對(duì)堰塞湖暴發(fā)后帶來(lái)嚴(yán)重的社會(huì)危害屬性以及在堰塞湖應(yīng)急處置和災(zāi)后恢復(fù)重建工作中所涉及的社會(huì)因素，在上游地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)鏈評(píng)估中應(yīng)充分考慮生境數(shù)據(jù)，具體有沿江影響范圍內(nèi)人口居民分布、交通基礎(chǔ)設(shè)施、大型廠(chǎng)礦等設(shè)施、文物等元素。

當(dāng)堰塞湖發(fā)生后，首先是關(guān)心對(duì)下游的人口和重大設(shè)施的影響情況，需要根據(jù)模擬分析的結(jié)果，進(jìn)行相應(yīng)準(zhǔn)確的人員撤離和損失評(píng)估。主要需要掌握下游的重要工程設(shè)施、人口分布、村莊位置和河流寬度。數(shù)據(jù)包括人口分布、交通基礎(chǔ)設(shè)施、大型廠(chǎng)礦設(shè)施、河流的支流和匯水等。

(6) 重大工程設(shè)施信息數(shù)據(jù)。重大設(shè)施工程數(shù)據(jù)主要包括規(guī)劃、在建、已建的水電站、交通、廠(chǎng)礦等相關(guān)資料，以便評(píng)估堰塞湖險(xiǎn)情對(duì)現(xiàn)有工程的影響，以及針對(duì)災(zāi)害的應(yīng)急預(yù)案。需要的數(shù)據(jù)包括：下游水電站的調(diào)度預(yù)案、工程的設(shè)計(jì)報(bào)告和施工報(bào)告、規(guī)劃電站的工程施工方案。主要通過(guò)相關(guān)工程主管單位及時(shí)提供。

2.2 按照數(shù)據(jù)獲取方式分類(lèi)

通過(guò)上面的專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)分類(lèi)可知，需要完全研究堰塞湖的成因、形成、處置和救災(zāi)的過(guò)程，數(shù)據(jù)量龐大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也各有不同，不同專(zhuān)業(yè)類(lèi)型的數(shù)據(jù)需要不同的處理方法，根據(jù)堰塞湖多源信息的不同采集手段，可以將感知內(nèi)容分為以下幾類(lèi)。

(1) 遙感數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)主要是指采用衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)等搭載光學(xué)傳感器或者激光傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量獲取影像和地形的方法，可以利用遙感手段快速準(zhǔn)確獲取大范圍的精細(xì)地形和影像[10]。堰塞湖多源數(shù)據(jù)中的大范圍地理信息、InSAR的滑坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和水底地形數(shù)據(jù)等。通常上下游流域大范圍的地形需要通過(guò)光學(xué)衛(wèi)星或者固定翼大飛機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，需要時(shí)間較長(zhǎng)，而局部高精度地形和影像則利用旋翼無(wú)人機(jī)、三維激光掃描儀、多波束測(cè)深儀或者機(jī)載LiDAR進(jìn)行快速測(cè)量，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式主要是地理柵格圖像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

(2) 傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要是指采用壓力、位移、水位、溫度、雨量等單一傳感器監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，傳感器的數(shù)據(jù)可以體現(xiàn)全天候、實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

(3) 文檔和檢索數(shù)據(jù)。文件檢索數(shù)據(jù)主要包括通過(guò)收集的文檔和通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)中進(jìn)行檢索的獲取的結(jié)果，收集的文檔包括報(bào)告、資料、紙質(zhì)地圖、書(shū)籍等文檔資料，包括現(xiàn)有的工程報(bào)告、地圖、存檔檔案等，檢索數(shù)據(jù)包括從互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、大數(shù)據(jù)中心或者在線(xiàn)地圖中查詢(xún)到的數(shù)據(jù)，包括下游生境數(shù)據(jù)、水電工程數(shù)據(jù)等。

(4) 圖像識(shí)別數(shù)據(jù)。通過(guò)計(jì)算機(jī)機(jī)器學(xué)習(xí)方法從現(xiàn)有的圖像中學(xué)習(xí)后提取和識(shí)別出的數(shù)據(jù)，例如利用對(duì)堰塞體的拍照初步利用機(jī)器學(xué)習(xí)識(shí)別粒徑大小，利用遙感影像通過(guò)圖形識(shí)別技術(shù)提取堰塞湖影響區(qū)下游的居民點(diǎn)和道路。

(5) 采樣實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)。堰塞體的物質(zhì)組成與材料特性通常需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采樣然后實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的方式獲取。此類(lèi)數(shù)據(jù)通過(guò)土工實(shí)驗(yàn)規(guī)范要求的測(cè)定方式獲取，如密度、含水率、孔隙率通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)刀取樣后室內(nèi)測(cè)定的方法，滲透特性、力學(xué)特性需現(xiàn)場(chǎng)取樣后進(jìn)行二次制樣后進(jìn)行室內(nèi)測(cè)定，顆分狀態(tài)在有條件情況下可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人工過(guò)篩稱(chēng)重方式獲取，堰塞體物質(zhì)組成為非常規(guī)試驗(yàn)，通常結(jié)合地質(zhì)物探的方式獲取。

2.3 按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型分類(lèi)

根據(jù)堰塞湖多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，對(duì)應(yīng)相應(yīng)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理方式，根據(jù)堰塞湖多源信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以將感知內(nèi)容分為以下幾類(lèi)。

(1) 地理柵格影像。具備坐標(biāo)投影和地理坐標(biāo)參考的單波段灰度圖(DEM、水底地形)和三波段彩色遙感影像(例如數(shù)字正射影像，DOM)，數(shù)據(jù)文件格式通常為GeoTIFF(*.tif)jpg或image(*.img)等。

(2) 圖片數(shù)據(jù)。主要是包括相機(jī)拍攝的圖片和圖片形式的資料地圖，包括jpg、png和emf等文件格式，與柵格影像相比缺乏地理參考坐標(biāo)。

(3) 文檔數(shù)據(jù)。主要包括相關(guān)的報(bào)告、文字、文檔等常見(jiàn)的文件格式，可以直接讀取內(nèi)容，包括doc、pdf、txt、docx等。

(4) 點(diǎn)云數(shù)據(jù)。包括利用三維激光掃描儀或者激光雷達(dá)獲取的高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，文件格式通常為las。

(5) 矢量圖形數(shù)據(jù)。包含地理坐標(biāo)的矢量圖形點(diǎn)線(xiàn)面，通常是用GIS軟件(ArcGIS、QGIS、GlobalMapper、MapGIS)和CAD軟件(AutoCAD、OpenCAD)進(jìn)行編輯和保存的，文件格式shp、dxf、dwg等。

3 堰塞湖信息感知技術(shù)及分類(lèi)

堰塞湖信息感知技術(shù)是針對(duì)傳感器和數(shù)據(jù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)感知方法，根據(jù)需要獲取的信息數(shù)據(jù)種類(lèi)，利用合理的傳感器和合理的感知技術(shù)，最終得到感知數(shù)據(jù)并用于應(yīng)用和分析。對(duì)第三節(jié)中感知內(nèi)容，將堰塞湖的數(shù)據(jù)根據(jù)感知方法可以分為遙感、傳感器監(jiān)測(cè)等多種感知技術(shù)手段；根據(jù)堰塞湖多源信息的精度要求和時(shí)效性要求不同，選擇適用于堰塞湖多源信息感知的傳感器和感知技術(shù)是決定數(shù)據(jù)感知整個(gè)流程的關(guān)鍵?，F(xiàn)有堰塞湖信息感知技術(shù)主要包括以下幾種方法。

(1) 遙感方法。遙感方法具體是利用非接觸的遠(yuǎn)距離的地球探測(cè)技術(shù)，通過(guò)利用地面、飛機(jī)、無(wú)人機(jī)或者衛(wèi)星上面搭載的測(cè)量傳感器進(jìn)行大范圍快速測(cè)量的感知技術(shù)。遙感方法具有面積大、效率高且受地形環(huán)境和天氣影響小，因而是目前最高效的地理信息獲取手段。

其中遙感手段的搭載平臺(tái)主要包括人造地球衛(wèi)星、航天飛機(jī)、飛行器、無(wú)人機(jī)和地面基站等，搭載的測(cè)量傳感器包括光學(xué)相機(jī)、高光譜相機(jī)、激光雷達(dá)和干涉雷達(dá)等。遙感方法的特點(diǎn)是距離越遠(yuǎn)獲取數(shù)據(jù)效率越高，但是分辨率提升就需要更高性能的傳感器。

目前衛(wèi)星遙感方法在堰塞湖信息感知中用于堰塞湖影響區(qū)所在上下游流域的大范圍地形和高分辨率遙感影像的獲取，星載InSAR用于滑坡普查數(shù)據(jù)的感知；無(wú)人機(jī)遙感用于對(duì)堰塞湖區(qū)的地形和影像進(jìn)行高精度快速測(cè)量，可以在堰塞湖發(fā)生第一時(shí)間利用無(wú)人機(jī)完成現(xiàn)場(chǎng)情況的勘察和地理信息獲??；機(jī)載SAR和三維激光掃描用于獲取滑坡面和堰塞體的精確形狀[11-12]。

(2) 傳感器監(jiān)測(cè)方法。針對(duì)利用固定安裝的自動(dòng)半自動(dòng)的測(cè)量傳感器進(jìn)行的實(shí)時(shí)值監(jiān)測(cè)，可以充分利用現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將堰塞湖現(xiàn)場(chǎng)與流域上下游部署固定傳感器并組建物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相關(guān)的信息變量值，實(shí)現(xiàn)信息的感知。其中物聯(lián)網(wǎng)的組建通常借助于3G/4G網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)和北斗的短報(bào)文通訊系統(tǒng)，可以保證傳感器與數(shù)據(jù)中心之間形成通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)回傳數(shù)據(jù)和傳感器控制。應(yīng)用的傳感器主要是指GNSS位移傳感器、水位傳感器、雨量傳感器、裂縫計(jì)、壓力計(jì)、溫度傳感器和流速儀等，可以全天候、自動(dòng)化、實(shí)時(shí)回傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在堰塞湖多源信息感知中，傳感器監(jiān)測(cè)主要用于水文、氣象、滑坡、堰塞體等信息獲取。

(3) 取樣與實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法。取樣與實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法主要是針對(duì)堰塞體的巖土物理特性需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)測(cè)定。包括采用環(huán)刀取樣后進(jìn)行稱(chēng)重獲取密度，通過(guò)烘干測(cè)得含水率，通過(guò)比重瓶測(cè)得比重后換算孔隙率，通過(guò)二次制樣進(jìn)行滲透系數(shù)測(cè)定獲取滲透特性，通過(guò)直剪、三軸、壓縮實(shí)驗(yàn)獲取相應(yīng)力學(xué)參數(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)篩分結(jié)合方法測(cè)定顆分狀態(tài)。

(4) 機(jī)器學(xué)習(xí)識(shí)別。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)利用衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)和視頻監(jiān)控?cái)z像頭等傳感器設(shè)備獲取的大量圖形圖像，利用計(jì)算機(jī)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)通過(guò)學(xué)習(xí)已有樣本規(guī)律提取圖片中關(guān)注的信息，包括從堰塞體照片提取粒徑尺度、圖片中文字的識(shí)別和提取、遙感影像中識(shí)別下游居民區(qū)和遙感影像中提取淹沒(méi)區(qū)域等應(yīng)用。機(jī)器學(xué)習(xí)識(shí)別方法需要大量的原始樣本，然后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，最終應(yīng)用于新的圖像識(shí)別。

(5) 數(shù)據(jù)檢索查詢(xún)。數(shù)據(jù)檢索查詢(xún)用于在海量空間數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化文件或者服務(wù)接口中進(jìn)行查詢(xún)數(shù)據(jù)的方法，對(duì)于部分信息需要通過(guò)大數(shù)據(jù)文件或者空間數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行查詢(xún)才能得到的數(shù)據(jù)結(jié)果，包括堰塞湖上下游淹沒(méi)區(qū)包括的人口、交通、居民地等生境信息，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)上的大數(shù)據(jù)檢索查詢(xún)堰塞湖災(zāi)害的相關(guān)資訊和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)檢索查詢(xún)方法主要是利用對(duì)外的REST服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)接口和空間數(shù)據(jù)查詢(xún)接口完成。

4 堰塞湖信息感知能力分析

信息感知能力是對(duì)傳感器獲取信息能力的一種方法，主要包括評(píng)估精確度和時(shí)效性，三個(gè)重要指標(biāo)為完備性、準(zhǔn)確性、時(shí)效性[13-14]。

4.1 遙感方法

近些年，采用遙感方法進(jìn)行信息感知是目前最常用的堰塞湖地理信息獲取手段，由于其快速、全天候、不受環(huán)境影響等特點(diǎn)，在堰塞湖搶險(xiǎn)救災(zāi)中是最主要的感知方式。目前遙感方法的感知能力按照搭載平臺(tái)和傳感器的不同有區(qū)別：國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星搭載的光學(xué)相機(jī)得到的影像分辨率已經(jīng)可以達(dá)到30 cm級(jí)別，其中中國(guó)國(guó)產(chǎn)的高分2號(hào)衛(wèi)星則達(dá)到了80 cm[15]，搭載資源3號(hào)衛(wèi)星立體相機(jī)制作的DEM分辨率的分辨率通常3.5 m；固定翼和旋翼飛機(jī)得到的影像和DEM數(shù)據(jù)分辨率則可以高于10 cm，測(cè)量效率每天可以作業(yè)幾十km2；機(jī)載和基站的三維激光掃描垂直方向精度則可以達(dá)到毫米級(jí)[16]。遙感方法在近些年得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，為了適應(yīng)堰塞湖、地震等地面部署相控點(diǎn)困難的情況，一些免相控、后差分的無(wú)人機(jī)快速測(cè)量方法也逐步應(yīng)用；更高分辨率的光學(xué)衛(wèi)星和雷達(dá)衛(wèi)星產(chǎn)品也在增加，國(guó)產(chǎn)的InSAR衛(wèi)星也即將投入使用，可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)在堰塞湖的多源信息感知方面，遙感技術(shù)仍將是最重要的方法。但是，如何利用遙感手段提前準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)滑坡的可能性，仍然是堰塞湖和滑坡地質(zhì)災(zāi)害信息感知研究中需要攻克的難題。

4.2 傳感器監(jiān)測(cè)能力

傳感器監(jiān)測(cè)方法重點(diǎn)利用傳感器自身的測(cè)值和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)達(dá)到測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹Ｄ壳霸谘呷l(fā)生后采用多種傳感器進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測(cè)，具體測(cè)量值的精度取決于傳感器的硬件能力，傳輸效率取決于物聯(lián)網(wǎng)的通訊效率，最新的北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)的短報(bào)文通訊功能解決了信號(hào)全覆蓋的難題。目前在堰塞湖多源信息感知領(lǐng)域，傳感器監(jiān)測(cè)方法已經(jīng)比較成熟，無(wú)論是水文監(jiān)測(cè)、氣象觀(guān)測(cè)還是滑坡位移監(jiān)測(cè)，都有比較好的示范應(yīng)用，也為救災(zāi)提供了較大幫助。例如白格堰塞湖在第一次滑坡發(fā)生后部署的GNSS變形監(jiān)測(cè)傳感器，成功預(yù)測(cè)了第二次滑坡的發(fā)生，并且嘗試了無(wú)人機(jī)流速測(cè)量，熒光浮標(biāo)測(cè)量等都取得了較好效果。但是目前傳感器監(jiān)測(cè)在堰塞湖多源數(shù)據(jù)感知應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題，如在滑坡發(fā)生后，快速安全地在不穩(wěn)定滑坡體上部署傳感器，應(yīng)急快速監(jiān)測(cè)水文數(shù)據(jù)，在堰塞湖過(guò)流后如何設(shè)置相關(guān)的水文的傳感器參數(shù)，在洪水到來(lái)時(shí)仍然可以正常工作并傳回?cái)?shù)據(jù)，這些方面仍然需要研究和改進(jìn)。

4.3 取樣與實(shí)驗(yàn)測(cè)定

堰塞體的物質(zhì)組成與材料特性新的獲取手段通常為現(xiàn)場(chǎng)取樣后送至實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，該方法雖具備較高精度，但堰塞湖發(fā)生地通常較為偏遠(yuǎn)，不具備現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)實(shí)驗(yàn)的條件，這與堰塞湖應(yīng)急處置對(duì)信息感知時(shí)效性要求高相矛盾。目前雖有一些快速測(cè)定的方法，但安全性、準(zhǔn)確性或完備性不足，如密度、含水率和孔隙率可通過(guò)核子密度濕度儀快速即時(shí)獲取，但該方法有一定程度的輻射安全問(wèn)題；針對(duì)顆分狀態(tài)，相關(guān)科研單位開(kāi)發(fā)了利用圖像識(shí)別方法快速獲取，但只能得到表層的分布狀態(tài)，且其準(zhǔn)確性也是亟待解決的問(wèn)題；力學(xué)特性、滲透特性目前并無(wú)較好的快速即時(shí)獲取手段，通常靠經(jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)家根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)材料表觀(guān)狀態(tài)推定，其準(zhǔn)確性也具備很大的主觀(guān)性。因此，在堰塞湖應(yīng)急搶險(xiǎn)中應(yīng)理清利用堰塞體物質(zhì)與材料特性數(shù)據(jù)的核心作用，如進(jìn)行初期應(yīng)急搶險(xiǎn)處置決策時(shí)，應(yīng)結(jié)合多種感知手段，將圖像識(shí)別顆分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)合遙感獲取的堰塞體幾何形態(tài)、傳感器獲取的變形數(shù)據(jù)及收集的水文氣象數(shù)據(jù)，綜合分析堰塞體的穩(wěn)定性，在此過(guò)程中，如何綜合利用并量化各類(lèi)數(shù)據(jù)的分析方法是今后研究的重點(diǎn)。

4.4 機(jī)器學(xué)習(xí)識(shí)別

近些年，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)特別是深度學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展，在圖像識(shí)別、語(yǔ)音語(yǔ)義識(shí)別取得了巨大的進(jìn)展，其中人臉識(shí)別、文字識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別的準(zhǔn)確率已經(jīng)提升到97%以上，這是人工智能領(lǐng)域中的重大進(jìn)步。同時(shí)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別技術(shù)在遙感圖像地物提取、混凝土壩體裂縫識(shí)別、堆積體粒徑識(shí)別等方面已經(jīng)有一些探索和嘗試，因而圖像識(shí)別技術(shù)也可以引入堰塞湖多源信息感知中，包括在利用圖像識(shí)別堰塞體的粒徑分布、遙感影像中快速提取堰塞湖影響區(qū)居民地等具體的識(shí)別應(yīng)用中，需要研究如何提升機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在堰塞湖相關(guān)應(yīng)用中的適用性和精確度。

4.5 數(shù)據(jù)檢索查詢(xún)

數(shù)據(jù)檢索查詢(xún)方法目前主要用于在海量空間數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中進(jìn)行查詢(xún)檢索得到數(shù)據(jù)集合的方法，數(shù)據(jù)檢索查詢(xún)可以在海量的數(shù)據(jù)中快速查詢(xún)出準(zhǔn)確的結(jié)果。數(shù)據(jù)形式通常包括互聯(lián)網(wǎng)在線(xiàn)地圖、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、本地大數(shù)據(jù)文件等，主要用于快速檢索提取堰塞湖相關(guān)的數(shù)據(jù)資料和圖形圖像，技術(shù)的難點(diǎn)在于快速準(zhǔn)確地檢索和挖掘出想要的信息。在堰塞湖災(zāi)害發(fā)生后，快速通過(guò)已有的數(shù)據(jù)中心或者互聯(lián)網(wǎng)查詢(xún)相關(guān)的信息數(shù)據(jù)，比以往通過(guò)紙質(zhì)資料查找和各部門(mén)匯總的方式效率高，近些年隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)和語(yǔ)義的智能分析理解等方面的快速發(fā)展，為堰塞湖信息感知提供了新的手段。但是目前仍然存在數(shù)據(jù)清洗困難、缺乏有效的數(shù)據(jù)共享機(jī)制和數(shù)據(jù)安全保護(hù)等方面的問(wèn)題，需要進(jìn)一步發(fā)展，才能為堰塞湖多源信息感知提供更強(qiáng)有力的支持。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能分析的發(fā)展，堰塞湖信息的收集、采集、傳輸和存儲(chǔ)逐漸向信息透徹感知和數(shù)據(jù)融合等方面轉(zhuǎn)變，因此本文通過(guò)對(duì)當(dāng)前堰塞湖應(yīng)急處置和風(fēng)險(xiǎn)分析的現(xiàn)狀需求出發(fā)，深入探討和研究了堰塞湖信息感知的基本內(nèi)涵、信息內(nèi)容、信息分類(lèi)、感知技術(shù)以及當(dāng)前信息感知過(guò)程中存在的技術(shù)難題和不足，建立了堰塞湖信息分類(lèi)方法，明確了信息感知的技術(shù)和過(guò)程，指出了信息感知過(guò)程中的不足，以期解決當(dāng)前堰塞湖在信息感知方面存在的不規(guī)范、不完整、不深入及融合性差等問(wèn)題，為今后堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和處置提供了基本支撐。