“天羅地網(wǎng)”鎖“惡龍”
——廣西遙感中心運(yùn)用立體多源觀測體系開展地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測

●杜小品，李鳳娟

＜＜＜項(xiàng)目所在礦山一角 梁明月/攝

過去有句老話：“走龍垮山，龍一過，山就垮！”所謂“走龍”，就是大型滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。廣西地處云貴高原東南邊緣，山地丘陵和巖溶地貌廣布，地層巖性復(fù)雜，氣候溫暖，降雨豐沛，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型多樣；農(nóng)村地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)多面廣、城市地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)比較集中，巖溶區(qū)危巖和巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害危害大，山地丘陵區(qū)崩塌、滑坡、泥石流等多發(fā)、群發(fā)，臺風(fēng)暴雨型群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。

移山湮谷、地移村掩，讓人望而生畏的地質(zhì)災(zāi)害長期威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。盡可能全面識別、發(fā)現(xiàn)這些地質(zhì)災(zāi)害藏身的地方，“鎖”住它們的“孕育”變化，提前主動(dòng)防控，盡量不讓它們“成長”為危害人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的“惡龍”已成當(dāng)務(wù)之急。2020年，廣西遙感中心（以下簡稱遙感中心）的“馴龍”高手織就了“天—空—地”一體化的“天羅地網(wǎng)”，曝光那些潛行于地底、暴起肆虐的“惡龍”的“行蹤”，讓“惡龍”在日益提升的科技水平面前無處遁形。

“惡龍”潛山間 蹤跡卻難尋

據(jù)氣象部門預(yù)測，2021年及未來一段時(shí)間，極端天氣事件趨多趨強(qiáng)，臺風(fēng)、強(qiáng)降雨特別是局部地方強(qiáng)降雨多發(fā)易發(fā)，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)加劇。近年來，隨著廣西經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐加快，大量的能源、交通、水利水電等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及農(nóng)村切坡建房等各類工程活動(dòng)增加，導(dǎo)致對地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查、精準(zhǔn)監(jiān)測、預(yù)警的難度也在逐漸增大。

“地質(zhì)災(zāi)害就像隱藏在山林中的野獸，它在哪里出現(xiàn)，在什么時(shí)候出現(xiàn)，難以預(yù)料?！边b感中心主任何衛(wèi)軍說。地質(zhì)災(zāi)害具有很強(qiáng)的隱蔽性、動(dòng)態(tài)性、復(fù)雜性、差異性和不確定性。受資金和技術(shù)水平制約，廣西地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)精度、深度、廣度仍存在差距，需不斷深入開展調(diào)查和提高預(yù)警能力，解決“災(zāi)害隱患在哪里”“災(zāi)害什么時(shí)候發(fā)生”的問題。

集“天—空—地”于一體的“天羅地網(wǎng)”

隨著地質(zhì)科技的發(fā)展，人們對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育有了專業(yè)辨識和描述，即通過工程方法探究地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育程度，也就是鉆探取樣分析。然而，鉆探取樣分析應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域，雖可獲取豐富的數(shù)據(jù)，但對大范圍地質(zhì)變動(dòng)情況掌握并不全面。特別在地質(zhì)條件變化極大的地方，鉆探的深度多1米，獲得的數(shù)據(jù)就截然不同。

隨著高新技術(shù)的普及，人類迎來了航空航天探測的新時(shí)代，航空航天技術(shù)也逐漸被應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害的檢測工作中。2021年8月，由廣西遙感中心承擔(dān)建設(shè)的“廣西大廠—車河礦區(qū)InSAR及北斗地表形變遙感應(yīng)急監(jiān)測研究”項(xiàng)目（以下簡稱大廠項(xiàng)目）中的北斗地表形變監(jiān)測系統(tǒng)（1個(gè)基準(zhǔn)站+9個(gè)監(jiān)測站），正式交付河池市南丹縣自然資源局和廣西華錫礦業(yè)有限公司銅坑礦業(yè)分公司使用。這標(biāo)志著大廠項(xiàng)目取得階段性成果。

南丹縣銅坑塌陷區(qū)由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)特殊，加上采礦活動(dòng)頻繁，時(shí)常有小型塌陷發(fā)生。遙感中心針對塌陷區(qū)的具體情況，在各監(jiān)測點(diǎn)上安置GNSS監(jiān)測站。各GNSS監(jiān)測站觀測的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)以無線的方式實(shí)時(shí)傳輸?shù)交鶞?zhǔn)站，基準(zhǔn)站通過自帶程序?qū)崟r(shí)解算出各監(jiān)測點(diǎn)偏移量，并通過5G或4G信號傳輸?shù)奖倍贰霸破脚_”，最終通過數(shù)據(jù)分析軟件自動(dòng)分析各監(jiān)測點(diǎn)的變化量、變化趨勢，并結(jié)合其他監(jiān)測設(shè)備對沉陷區(qū)整體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人何衛(wèi)軍介紹，項(xiàng)目以大廠—車河礦區(qū)為應(yīng)用示范區(qū)，在收集、分析和研究已有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，開展雷達(dá)InSAR地表形變監(jiān)測、地質(zhì)環(huán)境災(zāi)變遙感應(yīng)急調(diào)查與監(jiān)測、北斗地表形變監(jiān)測，建立“天—空—地”一體化多源立體觀測體系，能有效研究該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害成因機(jī)理，為相關(guān)管理部門開展地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)排查與治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)。

“天—空—地”一體化的多源立體觀測體系中的“天”，主要是指項(xiàng)目人員建設(shè)了航天平臺，并搭建高分辨率光學(xué)＋合成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)（InSAR）的“普查”系統(tǒng)。InSAR技術(shù)具有全天候、全天時(shí)、覆蓋范圍廣、空間分辨率高、非接觸、綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于開展大范圍地質(zhì)災(zāi)害普查與長期持續(xù)觀測。尤其是InSAR具有的大范圍連續(xù)跟蹤微小形變的特性，可借助高分辨率的光學(xué)影像對監(jiān)測范圍內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生過明顯變形和正在變形的區(qū)域進(jìn)行識別，實(shí)現(xiàn)對重大地質(zhì)災(zāi)害隱患的全面普查。

＜＜＜工人在礦山勞作 梁明月/攝

＜＜＜項(xiàng)目組開展野外考察選點(diǎn) 梁明月/攝

“空”主要是指項(xiàng)目人員在航空平臺上搭建機(jī)載激光雷達(dá)測量技術(shù)（LiDAR）＋無人機(jī)攝影測量的“詳查”體系。借助于機(jī)載LiDAR和無人機(jī)航拍可對地質(zhì)災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、隱患集中分布區(qū)或重大地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的地形地貌、地表變形破壞跡象乃至巖體結(jié)構(gòu)等進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。無人機(jī)航空傾斜攝影測量在成圖精度、數(shù)據(jù)獲取等方面具有明顯優(yōu)勢，能夠快速獲取高陡危巖帶、高位滑坡泥石流的高清影像和三維模型，能夠直觀展示災(zāi)害體的詳細(xì)信息，成圖精度高。

“地”，主要是指項(xiàng)目人員通過構(gòu)建地面平臺，實(shí)現(xiàn)地面調(diào)查核實(shí)的“核查”體系。通過對地面調(diào)查復(fù)核以及地表和斜坡內(nèi)部的觀測，能甄別并確認(rèn)或排除普查和詳查結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對重大地質(zhì)災(zāi)害隱患的核查。

“由于光學(xué)遙感、InSAR、激光雷達(dá)、無人機(jī)攝影測量等現(xiàn)代遙感技術(shù)都有獨(dú)自的優(yōu)勢和能力，但也都有各自的條件限制和缺點(diǎn)，所以需要在‘天—空—地’一體化的多源立體觀測體系中將它們結(jié)合起來，發(fā)揮各自的優(yōu)勢?！表?xiàng)目組成員梁明月說。

技術(shù)助力 地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警更精準(zhǔn)

大廠項(xiàng)目推進(jìn)至2021年6月，工作人員以人機(jī)交互式解譯及野外踏勘綜合調(diào)查的方式，一共找到研究區(qū)大廠—車河礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)224處，其中塌陷區(qū)1處，塌陷區(qū)內(nèi)塌陷坑13個(gè)，地裂縫22個(gè)，滑坡及不穩(wěn)定斜坡180個(gè)，危巖落石點(diǎn)29處；完成研究區(qū)內(nèi)基于InSAR技術(shù)的小基線集形變監(jiān)測、2020年至2021年度工作區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)現(xiàn)狀的調(diào)查、植被覆蓋度反演、熱紅外溫度反演、反立體研究、遙感應(yīng)急監(jiān)測演練、北斗地表形變監(jiān)測等多項(xiàng)任務(wù)。

項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人賴嘉寧介紹，項(xiàng)目人員在取得地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境與致災(zāi)成因初步成效的基礎(chǔ)上，也積極探索了災(zāi)變應(yīng)急監(jiān)測響應(yīng)流程。在應(yīng)急災(zāi)害事件發(fā)生后，衛(wèi)星星座可轉(zhuǎn)入應(yīng)急保障模式，集中衛(wèi)星和地面資源保障重點(diǎn)區(qū)域的通信和遙感需求，可以在15分鐘內(nèi)完成從指令上注到獲取初級圖像產(chǎn)品的一系列過程，后續(xù)再對影像進(jìn)行流程化預(yù)處理，對受災(zāi)地區(qū)獲取的遙感圖像進(jìn)行人機(jī)交互解譯，極大地提高了廣西區(qū)內(nèi)遙感影像響應(yīng)及獲取地災(zāi)區(qū)域影響范圍的效率。

何衛(wèi)軍說：“現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)‘天—空—地’一體測量，GPS、北斗、航測、無人機(jī)都參與其中，獲取的數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)，也節(jié)省了人力物力，大大提高了工作效率，真正實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警從‘人防’到‘人防+技防’的轉(zhuǎn)變，提高‘什么時(shí)候發(fā)生’的預(yù)警能力。”

基于“天—空—地”一體化多源立體觀測體系對地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測進(jìn)行模擬預(yù)警與應(yīng)急演練，可提升研究區(qū)域識別災(zāi)害異常信息、快速提取災(zāi)害信息的效率，形成可復(fù)制、可推廣和可應(yīng)用的“多維監(jiān)測、三維展示、精細(xì)預(yù)警、精準(zhǔn)應(yīng)急”多位一體的全天候?yàn)?zāi)害監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急搶險(xiǎn)全過程決策支撐系統(tǒng)，提高地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警技術(shù)精準(zhǔn)化水平。目前，賴嘉寧和項(xiàng)目組成員正在總結(jié)提煉項(xiàng)目成果，完善可于識別早期地質(zhì)災(zāi)害“初查—詳查—核查”的“三查”技術(shù)體系，以期將該技術(shù)體系推廣到更廣領(lǐng)域用于地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險(xiǎn)監(jiān)測。運(yùn)用“天—空—地”一體化的多源立體觀測體系“尋龍”“窺龍”“鎖龍”，廣西地質(zhì)人的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警能力已經(jīng)開始放“大招”了。