滑坡變形監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

余正海

摘要：滑坡是我國常見的地質(zhì)災(zāi)害，會造成嚴(yán)重的人身財產(chǎn)損害，影響正常的工作和生活。加強(qiáng)滑坡變形監(jiān)測工作，有利于掌握滑坡特征和規(guī)律，繼而做好預(yù)警預(yù)報，為防災(zāi)救災(zāi)提供依據(jù)。本文首先概述了當(dāng)前我國滑坡變形的監(jiān)測工作，然后介紹了滑坡變形監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用，最后闡述了監(jiān)測技術(shù)的未來展望，以供參考。

關(guān)鍵詞：滑坡變形；監(jiān)測技術(shù)；現(xiàn)狀；未來展望

一、滑坡變形監(jiān)測工作概述

我國因地質(zhì)構(gòu)造的特殊性，屬于地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國家，其中就包括滑坡?；率侵肝挥谛逼律系膸r土，在重力等因素的影響下失穩(wěn)而下滑。隨著建筑、水利、礦業(yè)等工程的發(fā)展，滑坡事件發(fā)生率也在提高。從物理力學(xué)角度來看，滑坡的根源在于內(nèi)外動力作用，屬于非線性的動力過程，具有一定的復(fù)雜性[1]。然而，滑坡過程中的信息變化，能夠采用特殊設(shè)備進(jìn)行捕捉，繼而分析演化規(guī)律，為滑坡事故的預(yù)測提供依據(jù)。

分析滑坡災(zāi)害的特點(diǎn)，不僅具有突發(fā)性，而且會帶來嚴(yán)重的后果，影響人身財產(chǎn)安全。以水利工程為例，邊坡高度較大，一旦失穩(wěn)坡體下滑，不僅損壞了整個工程，而且會危害到下游地區(qū)的生產(chǎn)生活。由此可見，監(jiān)測滑坡、掌握滑坡發(fā)生的信息規(guī)律，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)測預(yù)警的目標(biāo)，有效減輕災(zāi)害影響。這其中，滑坡變形作為重要的參數(shù)，能夠反映出滑坡的變化和過程，而且監(jiān)測手段簡單，因此成為研究滑坡的首要指標(biāo)。

二、滑坡變形監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用

（一）接觸式監(jiān)測技術(shù)

該監(jiān)測技術(shù)要求將監(jiān)測設(shè)備置于坡體表面，兩者緊密接觸，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性。常見技術(shù)如下：

第一，大地測量技術(shù)。該監(jiān)測技術(shù)比較傳統(tǒng)，而且應(yīng)用時間長，主要是利用水準(zhǔn)儀、全站儀等測量儀器，結(jié)合測距、小角、前方交會等測量方法，完成滑坡變形的監(jiān)測工作。該技術(shù)不僅具有完善的理論系統(tǒng)，而且操作上相對簡單，用在監(jiān)測工作中成本低，因此在以前的滑坡變形監(jiān)測中占據(jù)主導(dǎo)地位[2]。另外，應(yīng)用缺陷體現(xiàn)在會受到地形、氣候的影響，工作強(qiáng)度大，觀測能力差，難以滿足連續(xù)觀測的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，測量機(jī)器人技術(shù)出現(xiàn)，一方面提高了監(jiān)測工作效率，另一方面減輕了人力、物力投入，可以實現(xiàn)連續(xù)觀測的目標(biāo)，而且精度高、時效性強(qiáng)，在水利工程中已經(jīng)得到普遍應(yīng)用。

第二，GNSS監(jiān)測技術(shù)。GNSS監(jiān)測依托于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，其中的代表就是GPS技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在精度高、全天候、自動化，成為滑坡變形監(jiān)測的技術(shù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。就目前而言，除了靜態(tài)測量、后處理高精度測量以外，實時RTK測量也得以應(yīng)用，能夠?qū)聫姆€(wěn)定到破壞的全過程進(jìn)行監(jiān)測。精密單點(diǎn)定位技術(shù)的出現(xiàn)，能夠在不建立基準(zhǔn)站的條件下，對滑坡變形實現(xiàn)獨(dú)立監(jiān)測[3]。另外，隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，GNSS監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用范圍將會更加廣闊。

第三，內(nèi)觀/光纖監(jiān)測技術(shù)。除了大地測量技術(shù)、GNSS監(jiān)測技術(shù)以外，內(nèi)觀監(jiān)測技術(shù)也能夠監(jiān)測巖土的變形情況，可以了解變形特征、滑帶等信息。但考慮到缺點(diǎn)在于信號干擾大、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，為了適應(yīng)實時動態(tài)監(jiān)測的需求，在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了光纖監(jiān)測技術(shù)，不僅彌補(bǔ)了內(nèi)觀監(jiān)測的缺點(diǎn)，而且監(jiān)測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，監(jiān)測時間縮短，能夠判斷出滑動位置、滑移量等指標(biāo)。

（二）非接觸式監(jiān)測技術(shù)

和接觸式監(jiān)測技術(shù)相反，該監(jiān)測技術(shù)不需要監(jiān)測設(shè)備和坡體相互接觸。常見技術(shù)如下：

第一，近景攝影監(jiān)測技術(shù)。該技術(shù)采用攝影測量的方法，在近距離的條件下獲得影像信息后，確定出三維空間數(shù)據(jù)。和傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)相比，最大的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在非接觸、容量高兩個方面，能夠及時獲取滑坡變形的三維空間信息，位移監(jiān)測精度達(dá)到毫米級[4]。不過，實際應(yīng)用中會受到地形條件的限制，監(jiān)測距離的控制具有難度，而且要合理選取相機(jī)的架設(shè)位置，難以滿足全天候監(jiān)測的要求。因此，在滑坡變形監(jiān)測中無法充分發(fā)揮作用。

第二，激光掃描監(jiān)測技術(shù)。激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，依靠的是掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)，能夠獲得滑坡表面的三維圖形信息，對滑坡進(jìn)行三維建模、虛擬重現(xiàn)等。該監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢，在于不用設(shè)置監(jiān)測設(shè)備，獲得數(shù)據(jù)的速度快，通過計算分析，能夠反映出滑坡的形態(tài)特征。當(dāng)然，由于該技術(shù)自身發(fā)展尚不完善，尤其是云數(shù)據(jù)在解析上有難度、掃描距離有限制，因此還需要進(jìn)一步完善。

第三，雷達(dá)差分干涉監(jiān)測技術(shù)。該監(jiān)測技術(shù)是在InSAR技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，包括低軌SAR差分干涉技術(shù)、地基SAR差分干涉技術(shù)兩種[5]。其中，前者監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度達(dá)到亞厘米級。以星載合成孔徑雷達(dá)差分干涉監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用為例，不僅監(jiān)測范圍廣、分辨率高，而且測量快速準(zhǔn)確。但受到衛(wèi)星運(yùn)行、環(huán)境條件的影響，無法滿足動態(tài)監(jiān)測要求。相比之下，后者數(shù)據(jù)精度高、操作靈活，而且重復(fù)觀測時間短。以GB-SAR監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用為例，不需要接近危險的滑坡體，可以實現(xiàn)快速、實時、連續(xù)監(jiān)測。但是，在單站監(jiān)測的限制下，無法測量三維形變，因此反映滑坡變形的信息較少，無法獲得坡體的振動信息。

三、滑坡變形監(jiān)測技術(shù)的未來展望

滑坡變形監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，其目的在于分析滑坡的變化過程，掌握災(zāi)害發(fā)生的規(guī)律和特點(diǎn)，以便為防災(zāi)救災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。在科學(xué)技術(shù)的支持下，監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展快速，未來發(fā)展方向集中在以下三個方面：

（一）新型監(jiān)測儀器的應(yīng)用

在監(jiān)測技術(shù)和理論的支持下，研發(fā)出新型的監(jiān)測儀器，成為滑坡變形監(jiān)測的基礎(chǔ)和發(fā)展方向。要想實現(xiàn)這一目標(biāo)，第一，應(yīng)該對不同學(xué)科進(jìn)行交叉融合，對MIMO成像技術(shù)、雙多基地干涉、雷達(dá)信號改進(jìn)處理算法等，進(jìn)行合理應(yīng)用。第二，通過有效的手段，解決環(huán)境惡劣和提高測量精度之間的矛盾，解決高幀頻和高分辨率之間的矛盾，解決邊陡高陡和三維測量之間的矛盾[6]。第三，雷達(dá)差分干涉測量儀的改進(jìn)，應(yīng)該滿足高精度、高分辨率的要求，解決三維形變場測量技術(shù)問題。第四，雷達(dá)遙感監(jiān)測技術(shù)的改進(jìn)，應(yīng)該提高測量精度，從目前的一維測量升級為三維測量，從靜態(tài)位移場升級為振動場，從而監(jiān)測出滑坡的微小形變，能夠?qū)φ駝忧闆r進(jìn)行實時連續(xù)監(jiān)測。endprint

（二）多種監(jiān)測技術(shù)的融合

作為獨(dú)立的技術(shù)體系，計算機(jī)技術(shù)、RS技術(shù)、GIS技術(shù)、GPS技術(shù)的發(fā)展趨于成熟，在滑坡變形監(jiān)測中，也從獨(dú)立發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)槁?lián)合應(yīng)用的階段。分析以往的監(jiān)測工作可知，單獨(dú)采用某一種監(jiān)測技術(shù)，由于一些因素的影響，會對監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性造成干擾，甚至阻礙監(jiān)測工作的順利進(jìn)行。未來，監(jiān)測技術(shù)將以雷達(dá)、光纖為主，以3S、云端數(shù)據(jù)儲存為輔，將接觸式技術(shù)和非接觸式技術(shù)聯(lián)合起來，實現(xiàn)由點(diǎn)到面、從一維到三維的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過優(yōu)勢互補(bǔ)，不斷提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并減輕工作強(qiáng)度、降低成本。

（三）監(jiān)測數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用

在變形監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的同時，單純從監(jiān)測數(shù)據(jù)的角度來看，已經(jīng)從一維、低精度、低時空分辨率，向著多維、高精度、高分辨率的方向轉(zhuǎn)變。獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)信息后，分析工作不應(yīng)該局限在數(shù)據(jù)本身，而是對其進(jìn)行深度挖掘、深度應(yīng)用。在具體操作上，為了提高數(shù)據(jù)的使用率，應(yīng)該建設(shè)監(jiān)測儀器中心、預(yù)警數(shù)據(jù)處理中心，盡快構(gòu)建滑坡災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，其中包括變形監(jiān)測、數(shù)據(jù)的采集傳輸分析、預(yù)警預(yù)報等功能，真正滿足動態(tài)監(jiān)測的要求，通過快速分析，實現(xiàn)及時預(yù)警的目標(biāo)，為防災(zāi)救災(zāi)提供支持和保障。另外，考慮到數(shù)據(jù)信息的分析和處理是一項重點(diǎn)，應(yīng)該建立完善的數(shù)值分析體系，結(jié)合動力分析法、靜力分析法、大測量數(shù)據(jù)反饋技術(shù)等，透過監(jiān)測數(shù)據(jù)的表面，深入分析滑坡的機(jī)理，從而提高滑坡事件的預(yù)測準(zhǔn)確性。

結(jié)語：

綜上所述，文中從接觸式監(jiān)測技術(shù)（大地測量技術(shù)、GNSS監(jiān)測技術(shù)、內(nèi)觀/光纖監(jiān)測技術(shù)）、非接觸式監(jiān)測技術(shù)（近景攝影監(jiān)測技術(shù)、激光掃描監(jiān)測技術(shù)、雷達(dá)差分干涉監(jiān)測技術(shù)）兩個方面，詳細(xì)介紹了滑坡變形的監(jiān)測。在未來，新型監(jiān)測儀器得以研發(fā)應(yīng)用，多種監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)融合，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行深度應(yīng)用，為防災(zāi)救災(zāi)工作提供依據(jù)。

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