許威 ，李鵬輝 ，盛玉興 ，胡陽(yáng) （合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 前言

滑坡通常是指斜坡巖土沿著貫通的剪切面所發(fā)生的地質(zhì)位移現(xiàn)象，是一種廣泛分布且十分具有危害性的地質(zhì)災(zāi)害?；陆?jīng)常給人類社會(huì)帶來(lái)眾多的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。1989年四川溪口遭遇史上罕見(jiàn)的特大暴雨襲擊，產(chǎn)生滑坡并形成泥石流，該事件導(dǎo)致221余人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)600多萬(wàn)元；2010-2013年，云南多處鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)歷山體滑坡的噩夢(mèng)，毀滅性災(zāi)害造成大量人員損失；2019年貴州省水城縣坪地村岔溝組發(fā)生特大山體滑坡，造成人員損失42人[1-3]。除在我國(guó)發(fā)生的滑坡事件之外，世界各地滑坡事件也給他們?cè)斐闪司薮蟮膿p失，1963年意大利北部威尼斯省瓦伊昂河下游水庫(kù)庫(kù)岸山體滑下超巨型坡體，導(dǎo)致近3000人死亡，經(jīng)濟(jì)損失不計(jì)其數(shù)[4]；2009年西西里島東北部墨西拿省發(fā)生強(qiáng)降雨事件造成洪水，引發(fā)了數(shù)百起滑坡，造成31人死亡，7人失蹤以及數(shù)百人受傷[5]。

為了減輕滑坡這種危害巨大的地質(zhì)災(zāi)害帶來(lái)的損失，人們很早就嘗試了各種滑坡監(jiān)測(cè)方法，并取得了一定的成效。如1991年采用設(shè)站儀器及自動(dòng)連續(xù)觀測(cè)成功預(yù)報(bào)瑞士阿爾卑斯山滑坡；1985年長(zhǎng)江西陵峽新灘滑坡通過(guò)設(shè)站儀器的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)減少直接經(jīng)濟(jì)損失5700萬(wàn)元[6]；1996年中鐵西北科學(xué)研究院成功預(yù)報(bào)焦家村滑坡，隨后又成功預(yù)報(bào)青藏線上的關(guān)角隧道滑坡[7]。這些監(jiān)測(cè)成功的案例為滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的研究積累了珍貴的經(jīng)驗(yàn)。

滑坡運(yùn)動(dòng)具有其復(fù)雜性，同時(shí)受多種因素影響，目前難以透徹了解每一個(gè)滑坡內(nèi)部特征，但是滑坡監(jiān)測(cè)有助于對(duì)滑坡體的演變及特征進(jìn)行掌握和分析，隨著滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得人們獲得更加詳實(shí)的滑坡數(shù)據(jù)，對(duì)滑坡的了解更加深入。滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)為滑坡分析、預(yù)測(cè)提供有效的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)也用來(lái)檢驗(yàn)滑坡治理效果。因此，滑坡監(jiān)測(cè)在滑坡的研究和治理中具有十分重要的作用。

1 滑坡監(jiān)測(cè)方法

隨著滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)測(cè)方法逐漸由以前的人工操作轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化智能監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)范圍也不斷擴(kuò)大，對(duì)于不同的滑坡發(fā)育階段及類型也采用不同的滑坡監(jiān)測(cè)方法，在實(shí)際運(yùn)用中，通常聯(lián)合采用多種滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)，獲得更加詳實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。目前，常用的滑坡監(jiān)測(cè)方法如下表所示。

1.1 宏觀地質(zhì)監(jiān)測(cè)法

宏觀地質(zhì)監(jiān)測(cè)法屬于常規(guī)地質(zhì)調(diào)查方法，通過(guò)對(duì)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的宏觀變形及相關(guān)異常現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)，如裂縫的發(fā)生與發(fā)展、局部坍塌、樹(shù)木傾斜等，從而掌握滑坡的變形特征和發(fā)展趨勢(shì)，以達(dá)到科學(xué)預(yù)測(cè)。該方法獲取信息簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，實(shí)用性強(qiáng)，適用于各種不同變形階段的滑坡，監(jiān)測(cè)內(nèi)容豐富、監(jiān)測(cè)范圍廣，但其監(jiān)測(cè)精度低，投入人力成本大，一般用于輔助監(jiān)測(cè)。

1.2 大地測(cè)量法

大地測(cè)量法是應(yīng)用高精度測(cè)角、測(cè)距的光學(xué)和光電儀器配合適當(dāng)?shù)拇蟮販y(cè)量方法實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡的監(jiān)測(cè)任務(wù)。常用的高精度儀器包括經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀等，通常采用前方交會(huì)法、視準(zhǔn)線法、小角法、測(cè)距法及幾何水準(zhǔn)測(cè)量法等。該方法不僅可以對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行定點(diǎn)變形監(jiān)測(cè)，而且監(jiān)控面積大，能確定滑坡范圍及變形狀態(tài)，同時(shí)只要儀器量程滿足要求，就可以觀測(cè)滑坡演變?nèi)^(guò)程。這些優(yōu)點(diǎn)使其備受測(cè)量人員的青睞，但也往往受到地形和氣象條件限制，且外業(yè)工作量大，測(cè)量周期長(zhǎng)，不能連續(xù)觀測(cè)。

測(cè)量機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)大大彌補(bǔ)了這些缺點(diǎn)，測(cè)量機(jī)器人是在全站儀基礎(chǔ)上集成激光、精密機(jī)械、微型計(jì)算機(jī)、CCD傳感器以及人工智能技術(shù)的電子全站儀，能夠代替人進(jìn)行自動(dòng)搜索、跟蹤、識(shí)別和精準(zhǔn)識(shí)別目標(biāo)并獲取角度、距離、三維坐標(biāo)以及影像信息。在金坪子滑坡變形中的應(yīng)用體現(xiàn)了測(cè)量機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，它不僅能夠自動(dòng)快速檢測(cè)，且時(shí)效性強(qiáng)，觀測(cè)精度高，能夠大大減輕工作人員的工作量，提高了工作效率[8]。

1.3 近景攝影測(cè)量法

近景攝影測(cè)量法是將近景攝影儀放在兩個(gè)不同位置的測(cè)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)滑坡觀測(cè)點(diǎn)攝影構(gòu)成立體影像，利用立體坐標(biāo)儀測(cè)量相片上各觀測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)的一種方法。該方法適用于地表位移變化速率較大的滑坡，其測(cè)量時(shí)信息容量高，信息易于儲(chǔ)存，可遠(yuǎn)離攝影對(duì)象從而避開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)域，可同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)目標(biāo)。但其缺點(diǎn)在于測(cè)量精度受測(cè)量設(shè)備影響誤差較大，從而導(dǎo)致測(cè)量精度低，除此之外，該方法易受天氣影響，專業(yè)化程度要求也較高，因而在滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)中應(yīng)用不夠廣泛[9]。

1.4 遙感監(jiān)測(cè)法（Remote Sensing,RS）

遙感技術(shù)是20世紀(jì)新興的測(cè)量技術(shù)，其觀測(cè)時(shí)效性好，宏觀性強(qiáng)，信息量豐富，在諸多領(lǐng)域中被廣泛利用，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，遙感技術(shù)的觀測(cè)精度也越來(lái)越高，從而在滑坡監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著更為重要的作用[10]。遙感監(jiān)測(cè)法能夠快速獲取大范圍的滑坡信息，比起常規(guī)監(jiān)測(cè)手段，其監(jiān)測(cè)范圍更廣，監(jiān)測(cè)效率更高，同時(shí)經(jīng)濟(jì)消耗也更低，是滑坡等地質(zhì)災(zāi)害不可或缺的監(jiān)測(cè)手段之一。遙感圖像用于滑坡地質(zhì)災(zāi)害的測(cè)量中，可以評(píng)價(jià)滑坡產(chǎn)生的地質(zhì)背景、地理分布和強(qiáng)度，同時(shí)在災(zāi)害發(fā)生后，利用遙感技術(shù)進(jìn)行評(píng)估是一種直觀而有效的方法，這是因?yàn)榛麦w的圖像總是比四周穩(wěn)定的山體要低，從而導(dǎo)致雙方之間有一定色差，較好的顯示了滑坡的存在[11]。

但是普通遙感技術(shù)受氣候影響，且空間分辨率有限，可能錯(cuò)過(guò)某些地質(zhì)構(gòu)造，具有一定的局限性，但是隨著科技的發(fā)展，雷達(dá)遙感的出現(xiàn)能夠更好的解決這些問(wèn)題，其中合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar,SAR）在監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害方面有著巨大的潛力，如常用的合成雷達(dá)干涉系統(tǒng)（Interferometry SAR.InSAR）、差分干涉雷達(dá)系統(tǒng)（Differential InSAR.DInSAR）等，通過(guò)這些技術(shù)發(fā)射的雷達(dá)波能夠穿透云霧，具有全天候工作能力，通過(guò)其產(chǎn)生的干涉圖能夠更為精確的獲取地面信息。

四川茂縣特大型滑坡發(fā)生后，許強(qiáng)教授等國(guó)內(nèi)知名地災(zāi)防治專家提出“利用InSAR等技術(shù)開(kāi)展四川高海拔地區(qū)山體滑坡識(shí)別與隱患排查”的建議；巨能攀教授等人利用InSAR等技術(shù)對(duì)西山村滑坡進(jìn)行分析，得出可能失穩(wěn)的結(jié)論，為滑坡防治提出了預(yù)警[12]；在意大利Tessina滑坡采用地面InSAR技術(shù)成功進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且與其他方法的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比證明了該技術(shù)的有效性[13]。這些實(shí)際案例充分說(shuō)明了InSAR技術(shù)用于滑坡監(jiān)測(cè)的廣泛性與有效性，但是遙感技術(shù)也會(huì)受到季節(jié)，天氣條件，地形等諸多因素的影響，因而需要與其他監(jiān)測(cè)方法結(jié)合使用。

1.5 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（The Global Navigation Satellite System,GNSS）

GNSS是指包括GPS在內(nèi)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，起初用于軍事行動(dòng)，現(xiàn)在已廣泛用于對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)。利用GNSS技術(shù)進(jìn)行滑坡監(jiān)測(cè)的方法具有高精度，數(shù)據(jù)采集速度快、效率高，自動(dòng)化程度高，不受天氣影響，觀測(cè)站無(wú)需通視等諸多優(yōu)點(diǎn)，是滑坡等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的強(qiáng)有力手段之一。GNSS系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的就是GPS系統(tǒng)，如在三峽庫(kù)區(qū)設(shè)立多個(gè)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用GPS技術(shù)替代常規(guī)外觀觀測(cè)方法對(duì)三峽庫(kù)區(qū)進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)，預(yù)防可能出現(xiàn)的崩塌滑坡[14]；利用GNSS技術(shù)可以對(duì)區(qū)域內(nèi)地震導(dǎo)致的地質(zhì)位移進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，以幫助調(diào)查地質(zhì)位移的空間變異性[15]。但是GNSS技術(shù)受地形影響時(shí)精度不夠高，在高山等復(fù)雜地形區(qū)域，衛(wèi)星信號(hào)容易被阻擋，導(dǎo)致測(cè)量精度受到影響，從而在使用時(shí)具有一定的局限性，但是隨著GNSS技術(shù)的不斷進(jìn)步，GNSS逐漸從靜態(tài)測(cè)量，后處理高精度測(cè)量，發(fā)展到了動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)測(cè)量模式，測(cè)量精度也在不斷提高[16]。

1.6 時(shí)域反射監(jiān)測(cè)方法（Time Domain Reflectometry,TDR）

時(shí)域反射監(jiān)測(cè)方法（TDR）是一種電子測(cè)量技術(shù)。一個(gè)完整的TDR監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由同軸電纜、電纜測(cè)試儀、數(shù)據(jù)記錄儀、遠(yuǎn)程通信設(shè)備及數(shù)據(jù)分析軟件組成。使用TDR技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，首先根據(jù)需要在滑坡位置鉆孔，并將TDR同軸電纜置于鉆孔中。然后，將TDR電纜連接到電纜測(cè)試儀。電纜測(cè)試儀作為信號(hào)源發(fā)出脈沖波信號(hào)，當(dāng)電纜在孔中發(fā)生變形時(shí)就會(huì)反射信號(hào)。數(shù)據(jù)記錄器連接到電纜測(cè)試儀，用于記錄和存儲(chǔ)從電纜反射的脈沖，對(duì)其進(jìn)行分析與處理。確定電纜發(fā)生形變的程度與位置，從而監(jiān)測(cè)地質(zhì)變形[17]。

該方法經(jīng)濟(jì)安全，監(jiān)測(cè)時(shí)間短，可連續(xù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)獲取周期短，由于這些優(yōu)點(diǎn)，TDR技術(shù)在滑坡監(jiān)測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用，帶有TDR設(shè)備的系統(tǒng)可以提供多通道測(cè)量，利用TDR技術(shù)可連續(xù)定位剪切平面、捕捉具有高時(shí)空分辨率的剪切變形區(qū)域，有利于滑坡防治。但是，該方法只對(duì)于剪切作用敏感，不能用于監(jiān)測(cè)無(wú)剪切作用的區(qū)域，也不能確定滑坡滑移的方向[18]。

1.7 分布式光纖

分布式光纖傳感技術(shù)是利用光波在光纖中傳輸?shù)奶匦?，可沿光纖長(zhǎng)度方向連續(xù)測(cè)量環(huán)境參數(shù)，該技術(shù)同時(shí)具有光纖及光學(xué)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，如測(cè)量精度高、電絕緣性好、抗電磁干擾能力強(qiáng)、非入侵性、高靈敏性及遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)等。分布式光纖傳感技術(shù)又分為分布式傳光型（準(zhǔn)分布式）和分布式傳感型，準(zhǔn)分布式光纖技術(shù)是多個(gè)光纖傳感器的復(fù)用系統(tǒng)，光纖僅傳遞光路而不起傳感作用，如光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating,FBG），而分布式傳感技術(shù)類型最具代表性的技術(shù)為布里淵光時(shí)域反射傳感技術(shù)(Brillouin Optic Time Domain Reflectometry,BOTDR)[19]。

分布式光纖傳感技術(shù)在滑坡監(jiān)測(cè)領(lǐng)域已有一定的使用經(jīng)驗(yàn)，如重慶市利用FBG傳感器及BOTDR光纖網(wǎng)絡(luò)對(duì)殘聯(lián)滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以及利用分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)馬家溝滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，完善馬家溝預(yù)警體系[20，21]。然而該技術(shù)也有其自身缺點(diǎn)，BOTDR技術(shù)成本及運(yùn)行費(fèi)用高昂，而FBG技術(shù)雖然更為低廉，但光線在滑坡監(jiān)測(cè)中可能由于位移過(guò)大而損毀。雖然有著一些不足，但是分布式光纖技術(shù)在監(jiān)測(cè)方面的重要性日益凸顯，高性價(jià)比的分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是未來(lái)研究的熱點(diǎn)。

監(jiān)測(cè)方法綜合對(duì)比表

2 滑坡監(jiān)測(cè)研究展望

滑坡變形監(jiān)測(cè)技術(shù)是滑坡預(yù)警的前提條件，精確且行之有效的滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)是不可或缺的，然而單一的監(jiān)測(cè)技術(shù)總是有其缺陷，因此組合使用不同滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)滑坡演變過(guò)程及特征進(jìn)行分析是大勢(shì)所趨，除此之外，對(duì)所收集的數(shù)據(jù)的分析結(jié)果也影響著對(duì)滑坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)，因此準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理能夠更加精確確定區(qū)域的穩(wěn)定性。

2.1 多種方法融合的滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

滑坡演變的不同階段其穩(wěn)定性不一，因此所選用的監(jiān)測(cè)方法不一致，如當(dāng)滑坡處于萌芽階段時(shí)，滑坡變形較慢，采用測(cè)量機(jī)器人技術(shù)能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)周期監(jiān)測(cè)，當(dāng)滑坡進(jìn)入加速期是則采用GNSS進(jìn)行檢測(cè)，便于快速捕捉突發(fā)的滑動(dòng)體[22]。

除了在不同階段采用不同的監(jiān)測(cè)手段，利用互補(bǔ)的監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而獲得更加立體的數(shù)據(jù)是更為巧妙的方法，如GNSS技術(shù)可以進(jìn)行準(zhǔn)確和高頻地觀測(cè)，而InSAR技術(shù)則可以以高分辨率進(jìn)行空間分布的觀測(cè)，將兩者融合進(jìn)入同一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，能夠以高空間密度以及高分辨率監(jiān)視觀測(cè)區(qū)域[23]；在印度，首次采用了由地面激光掃描儀、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）、機(jī)器人總站以及合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）組成強(qiáng)效的測(cè)量框架，在不同空間范圍對(duì)Sirobagarh地區(qū)的滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得了更為詳實(shí)的數(shù)據(jù)，為滑坡預(yù)防提供了更多信息[24]。由這些案例可知，多技術(shù)融合使用能夠更為具體、詳實(shí)地獲得不同時(shí)空被監(jiān)測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)，更有利于滑坡防治。

2.2 滑坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)挖掘

滑坡監(jiān)測(cè)經(jīng)常受到多種因素的影響，如氣候、降雨、地形地貌、人類活動(dòng)等，因此對(duì)監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)需要進(jìn)行一定的處理，剔除異常數(shù)據(jù)，減少其他信息的干擾。常用的分析方法有比較法、作圖法以及特征值統(tǒng)計(jì)法，隨著研究的不斷深入，對(duì)數(shù)據(jù)的處理也越來(lái)越準(zhǔn)確，如考慮傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)間顯式和隱式的關(guān)系，再結(jié)合滑坡形變與降雨等影響因素的相關(guān)知識(shí)，從而對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行約束，達(dá)到剔除誤差的目的[25]；對(duì)斜坡表面的傾斜程度進(jìn)行分析，提煉出坡面傾斜與位移的關(guān)系方程，從而通過(guò)表面傾斜測(cè)量預(yù)測(cè)滑坡的潛在發(fā)展，對(duì)新型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析利用而提出了一種新的可能有效的滑坡監(jiān)測(cè)方案[26]。對(duì)監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘剔除數(shù)據(jù)中的誤差，得到更為準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，就能實(shí)現(xiàn)更為精確的滑坡預(yù)警，除此之外，發(fā)掘監(jiān)測(cè)區(qū)域其他物理特征，分析可能影響滑坡產(chǎn)生的因素，能夠構(gòu)建更為完整的數(shù)據(jù)模型，向精確進(jìn)行滑坡預(yù)警的目標(biāo)進(jìn)步。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)滑坡變形監(jiān)測(cè)方法的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀做了系統(tǒng)性的總結(jié)，綜述了包括宏觀地質(zhì)法、大地測(cè)量法及測(cè)量機(jī)器人技術(shù)、遙感技術(shù)、GNSS技術(shù)、TDR技術(shù)和分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)比分析了這些技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，闡述了單一監(jiān)測(cè)技術(shù)的局限性以及通過(guò)多種方法結(jié)合對(duì)滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)的優(yōu)越性。隨著研究的不斷進(jìn)步，應(yīng)注重多種監(jiān)測(cè)方法的融合使用，以及對(duì)監(jiān)測(cè)所采集數(shù)據(jù)的深入挖掘處理，從而使得滑坡預(yù)警結(jié)果更加準(zhǔn)確，為滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的防治提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。