先進(jìn)遙感裝備保駕滑坡救援

楊曉琳++馬海濤++王彥平++乞耀龍++李湖生

2015年12月20日11時(shí)40分，廣東省深圳市光明新區(qū)鳳凰社區(qū)恒泰裕工業(yè)園發(fā)生渣土受納場(chǎng)堆填體滑坡事故，中國(guó)安科院緊急召集專業(yè)人員并攜帶遙感裝備趕赴救援現(xiàn)場(chǎng)，為分析事故原因、提高救援效率和保障救援人員安全提供了科學(xué)依據(jù)，為救援工作有序進(jìn)行提供了可靠保障。

2015年12月20日11時(shí)40分，廣東省深圳市光明新區(qū)鳳凰社區(qū)恒泰裕工業(yè)園發(fā)生渣土受納場(chǎng)堆填體滑坡事故，造成了重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。此次滑坡覆蓋面積約38萬m2，造成33棟建筑物被掩埋或不同程度受損，截至2016年1月28日，已發(fā)現(xiàn)73名遇難者。事故發(fā)生后，為了盡快救出被埋群眾，避免救援過程中發(fā)生二次事故，按照國(guó)家安全監(jiān)管總局指示，中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)安科院”）緊急召集相關(guān)專業(yè)人員，由院長(zhǎng)張興凱領(lǐng)隊(duì)，于12月21日抵達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)。（見圖1）

救援難點(diǎn)

抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，中國(guó)安科院團(tuán)隊(duì)立即投入救援工作，在經(jīng)過反復(fù)勘查滑坡現(xiàn)場(chǎng)以及和應(yīng)急救援指揮部交流后，發(fā)現(xiàn)此次救援主要面臨以下兩個(gè)方面的困難：

其一，本次滑坡覆蓋面積廣，規(guī)模罕見。給救援人員在如此大范圍區(qū)域準(zhǔn)確的定位掩埋建筑物和搜救被困人員帶來巨大挑戰(zhàn)；此外，堆積體厚度深，平均厚度數(shù)米以上，有的甚至深達(dá)十幾米，給掩埋建筑探測(cè)造成很大困難，這樣的深度本身也會(huì)給救援人員帶來危險(xiǎn)。

其二，根據(jù)滑坡體內(nèi)部勘查情況，雖然滑坡主軸能量已基本釋放，殘余邊坡基本趨于穩(wěn)定，但土質(zhì)較為松散，殘余邊坡尚有幾十米的高度差，且邊幫受雨水沖刷嚴(yán)重，局部有積水和淤泥。此外，受納場(chǎng)上部無截洪溝，右?guī)蜕襟w有地表徑流直接灌入滑坡坑內(nèi)，邊緣有大量裂縫，最大寬度超過十幾厘米。嚴(yán)重威脅殘余邊坡下方救援和施工人員的安全，必須重視二次滑坡災(zāi)害隱患。

針對(duì)上述難題，中國(guó)安科院救援團(tuán)隊(duì)制定了如下方案：首先，對(duì)滑坡現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面測(cè)繪，計(jì)算滑坡及殘余體面積和土方量，在此基礎(chǔ)上，對(duì)掩埋建筑物進(jìn)行深層探測(cè)，為精準(zhǔn)施救提供科學(xué)依據(jù)，提高救援效率；其次，對(duì)殘余邊坡二次滑坡的隱患進(jìn)行遠(yuǎn)程24 h實(shí)時(shí)監(jiān)控，制定預(yù)警策略和機(jī)制，一旦發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況及時(shí)報(bào)警，保障其上治理施工人員和下方救援人員的安全。

為此，中國(guó)安科院緊急調(diào)派三維激光掃描儀、探地雷達(dá)和邊坡雷達(dá)3套先進(jìn)的遙感設(shè)備前往現(xiàn)場(chǎng)，并將成員分成地形測(cè)繪、掩埋建筑探測(cè)、滑坡殘余體邊坡監(jiān)測(cè)3個(gè)救援小組。在云南省安監(jiān)局、云南省應(yīng)急辦公室、昆明鐵路應(yīng)急辦公室和新鐵物流的協(xié)調(diào)和幫助下，救援小組于22日凌晨將正在鐵路貨運(yùn)途中前往云南昆明開展邊坡監(jiān)測(cè)任務(wù)的邊坡雷達(dá)中途轉(zhuǎn)運(yùn)至深圳。

在此次救援過程中，這些先進(jìn)的專業(yè)裝備為分析事故原因、提高救援效率和保障救援人員安全提供了科學(xué)依據(jù)，為救援工作有序進(jìn)行提供了可靠保障。

保障救援的利器——遙感設(shè)備

本次救援中所使用的遙感設(shè)備分別工作在電磁波譜的不同波段，利用不同波段電磁波和物質(zhì)相互作用的不同特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)各自的遙感探測(cè)功能。

三維激光掃描儀

本次救援采用的三維激光掃描儀為一臺(tái)先進(jìn)的進(jìn)口設(shè)備，工作在近紅外頻段，測(cè)程2 km，單點(diǎn)精度8 mm，每秒8 800點(diǎn)，360°視角，可以快速測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)三維地形。

三維激光掃描儀屬于光學(xué)遙感技術(shù)，利用激光測(cè)距的原理，通過高速激光掃描測(cè)量的方法，可以快速、大量地采集空間點(diǎn)位信息和反射率、紋理等信息，配合GPS空間定位系統(tǒng)，可以用于獲取被測(cè)目標(biāo)表面的高精度高分辨率數(shù)字地形模型。

探地雷達(dá)

本次救援采用的探地雷達(dá)是我國(guó)自主研制的最新型地質(zhì)雷達(dá)，工作頻率50 MHz，可以快速探測(cè)10～20 m厚松散土層下建筑物的位置。

探地雷達(dá)又稱地質(zhì)雷達(dá)，通過天線連續(xù)拖動(dòng)的方式向地下發(fā)射高頻電磁波，電磁波信號(hào)在物體內(nèi)部傳播時(shí)遇到存在電性差異（如介電常數(shù)差異）的介質(zhì)界面時(shí)，發(fā)生反射、透射和折射。界面兩側(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)差異越大，反射的電磁波能量也越大，反射的電磁波被與發(fā)射天線同步移動(dòng)的接收天線接收后，通過雷達(dá)主機(jī)精確記錄反射回的電磁波的雙程走時(shí)、振幅與相位等運(yùn)動(dòng)特征，獲得地下介質(zhì)的斷面掃描雷達(dá)圖像，通過對(duì)雷達(dá)圖像進(jìn)行處理和圖像解譯，達(dá)到識(shí)別地下目標(biāo)物的目的。

邊坡雷達(dá)

本次救援采用的邊坡雷達(dá)（S-SAR）是中國(guó)安科院自主研發(fā)的高新技術(shù)產(chǎn)品，也是國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局“四個(gè)一批”項(xiàng)目、北京市科技計(jì)劃課題和國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃的科研成果。能夠?qū)β短斓V邊坡、排土場(chǎng)邊坡、尾礦庫(kù)壩坡、水電庫(kù)岸和壩體邊坡、山體滑坡、大型建構(gòu)筑物的變形、沉降等實(shí)施大范圍連續(xù)監(jiān)測(cè)。其工作頻段為KU波段，形變測(cè)量精度0.1 mm，圖像分辨率為0.3 m（距離向）×3 mrad（方位向）。

邊坡雷達(dá)，是基于地基合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)的，邊坡位移微波遙感監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)的全站儀、GPS等監(jiān)測(cè)手段，具有全天時(shí)、全天候、大范圍區(qū)域、遠(yuǎn)距離、高精度、無人值守24 h實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可廣泛用于重要工程安全保障、健康評(píng)估和應(yīng)急搶險(xiǎn)，對(duì)各種坍塌和滑坡災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

中國(guó)安科院的救援團(tuán)隊(duì)，利用這些“秘密武器”在救援現(xiàn)場(chǎng)完成了哪些任務(wù)呢？

地形測(cè)繪和土方量計(jì)算

三維激光掃描儀抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，在現(xiàn)場(chǎng)救援指揮部協(xié)調(diào)下，中國(guó)安科院地形測(cè)繪小組選取通視制高點(diǎn)15處，對(duì)滑坡區(qū)域邊緣和內(nèi)部進(jìn)行了三維數(shù)據(jù)采集，共采集3 777萬點(diǎn)云數(shù)據(jù)。（見圖2）

通過對(duì)上述數(shù)據(jù)分析和處理，建立了事故發(fā)生后全區(qū)域的三維地形模型；通過調(diào)取事故發(fā)生前最新的滑坡區(qū)域地形實(shí)測(cè)圖紙和紅坳采石場(chǎng)地形實(shí)測(cè)圖紙，建立了事故發(fā)生前的三維地形模型。（見圖3）

經(jīng)過對(duì)比分析，測(cè)得滑坡覆蓋面積約為38萬m2，南北長(zhǎng)700 m，北部寬600 m，南部寬180 m；滑坡殘余體體積約為300萬m3。

掩埋建筑探測(cè)

由于滑坡體規(guī)模大、速度快，地表原有建筑被沖毀掩埋，且掩埋較深，在被掩埋沖毀建筑地下位置不明的情況下，要想實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施救十分困難。使用探地雷達(dá)對(duì)建筑物可能存在的位置進(jìn)行探測(cè)，為救援工作指明重點(diǎn)挖掘區(qū)域，提高搜救效率。（見圖4）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行分析，覆土層下方出現(xiàn)強(qiáng)反射能量的情況有兩種，一種是地下介質(zhì)含水量增大，另一種就是地下可能掩埋有建筑物。為確認(rèn)雷達(dá)探測(cè)出的異常體是否為建筑物，指揮部協(xié)調(diào)考古專家攜帶洛陽(yáng)鏟配合測(cè)定。

在此次應(yīng)急救援中使用探地雷達(dá)累計(jì)探測(cè)7片區(qū)域，共布置測(cè)線35條，發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)15處。在這些異常點(diǎn)中，實(shí)際開挖5處，有4處揭露建筑并在其中一處建筑中發(fā)現(xiàn)遇難者遺體。

滑坡殘余體24 h實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

邊坡雷達(dá)于22日運(yùn)抵滑坡現(xiàn)場(chǎng)后，立即開始對(duì)滑坡殘余體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作。

監(jiān)測(cè)期間，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)連續(xù)降雨，監(jiān)測(cè)區(qū)域最大形變值明顯增大，監(jiān)測(cè)小組向指揮部提出建立警報(bào)系統(tǒng)的建議并得到采納；同時(shí)和地質(zhì)測(cè)量隊(duì)全站儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保持互通，綜合研判、綜合設(shè)置三級(jí)預(yù)警響應(yīng)，分別對(duì)應(yīng)加密觀測(cè)、報(bào)告指揮部和啟動(dòng)警報(bào)三種措施。（見圖5、6）

監(jiān)測(cè)期間，小組成員24 h連續(xù)值守，每10 min獲取一組數(shù)據(jù)，每1 h研判一次情況，每6 h完成一份報(bào)告，報(bào)指揮部和監(jiān)測(cè)預(yù)警組。邊坡雷達(dá)共監(jiān)測(cè)120 h，獲取近600條14 GB數(shù)據(jù)，提交監(jiān)測(cè)報(bào)告17份。

總結(jié)與思考

在事故救援的關(guān)鍵時(shí)刻，中國(guó)安科院借助邊坡雷達(dá)等先進(jìn)技術(shù)手段和裝備，對(duì)滑坡現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了三維地形測(cè)繪和土方量的估算，分析了滑坡發(fā)生時(shí)的速度和方向，對(duì)掩埋建筑物進(jìn)行了預(yù)估和探測(cè)，對(duì)滑坡殘余體開展了連續(xù)120 h的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這些工作為災(zāi)情研判提供了技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)，有效避免了救援過程中發(fā)生二次滑坡災(zāi)害，保障了救援人員安全，確保救援有序高效進(jìn)行。

目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和資源開采不斷深入，塌陷、滑坡、崩塌、泥石流等自然災(zāi)害和城市渣土堆場(chǎng)、垃圾堆場(chǎng)等人工邊坡生產(chǎn)安全事故風(fēng)險(xiǎn)增大，使得事故預(yù)防和應(yīng)急救援面臨著極為嚴(yán)峻的形勢(shì)。同時(shí)，在此類事故的應(yīng)急救援隊(duì)伍和裝備建設(shè)方面，基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，存在人員專業(yè)素質(zhì)不高、救援裝備和手段落后、救援安全保障支撐不足等問題。建議在“十三五”期間提升我國(guó)滑坡、坍塌等事故的監(jiān)測(cè)預(yù)警和應(yīng)急救援科技裝備水平，加強(qiáng)人員培訓(xùn)和演練，更好地發(fā)揮科技人員和專家隊(duì)伍在應(yīng)急救援中的作用。

編輯 趙 原