科技手段在地質(zhì)災害監(jiān)測預警中的應用

張 雷

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局一總隊，貴州 清鎮(zhèn) 551400)

0 引 言

近年，受強降雨因素的影響，泥石流、崩塌、滑坡等相關(guān)地質(zhì)災害情況不斷發(fā)生，其具有較強的破壞性，給人們的生命財產(chǎn)安全造成了嚴重威脅。在地質(zhì)災害監(jiān)測預警工作中，傳統(tǒng)的監(jiān)測方式通常為人工現(xiàn)場調(diào)查，并對野外地質(zhì)數(shù)據(jù)進行收集，但地質(zhì)災害有著不確定性、隨機性以及突發(fā)性的特點，因此采用傳統(tǒng)的監(jiān)測手段無法滿足實際需求。隨著我國科學技術(shù)的快速發(fā)展，災害監(jiān)測預警技術(shù)水平也得到了顯著提升。通過將先進的科技手段在地質(zhì)災害監(jiān)測預警中加以應用，可以合理構(gòu)建災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，有效提高對地質(zhì)災害的監(jiān)測有效性，并提升預警準確性，為防災減災工作開展提供參考依據(jù)，使人們的生命財產(chǎn)安全得到有效保護。

1 地質(zhì)災害監(jiān)測預警的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

1.1 現(xiàn)狀

我國逐漸建立起完善的地質(zhì)災害防災減災體系。隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，地質(zhì)災害監(jiān)測預警裝備也得到了進一步更新和完善，由原本的埋樁、刷漆、貼片等方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詡鞲衅鳛榛A的監(jiān)測網(wǎng)絡。與此同時，我國在地質(zhì)災害監(jiān)測預警中有效融入了先進的科學技術(shù)手段，如機載航拍、高精度遙感等，并結(jié)合地面調(diào)查核實有效組成了三查體系。在監(jiān)測方法上，具體包括設站觀測法、遠程監(jiān)測法以及儀表觀測法等。不同的監(jiān)測方法與技術(shù)往往具有一定的局限性，當監(jiān)測參數(shù)較為單一時，無法對災害發(fā)生的整體過程進行捕獲，而且相關(guān)監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)比較龐大。除此之外，由于受到監(jiān)測手段以及精度等方面的限制，因此還存在許多地質(zhì)災害隱患未得到及時發(fā)現(xiàn)。對于發(fā)現(xiàn)到的災害點，由于受到經(jīng)費方面的限制，因此未能有效落實地下勘察工作，無法對其發(fā)展規(guī)模、變化以及性質(zhì)等進行準確把握[1]。

1.2 發(fā)展趨勢

針對地質(zhì)災害監(jiān)測預警的發(fā)展趨勢展開分析，具體體現(xiàn)在：①監(jiān)測技術(shù)由原本的單一技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗷Ⅲw化技術(shù)，具體包括天基、地基、空基等；②監(jiān)測傳感器發(fā)展逐漸向著數(shù)字化和智能化的方向轉(zhuǎn)變；③相關(guān)監(jiān)測手段由原本的重視位移監(jiān)測，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐蚬⒅氐陌l(fā)展趨勢；④在采集與分析數(shù)據(jù)時，需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時獲取，并智能化、網(wǎng)絡化以及模型化的處理相關(guān)數(shù)據(jù)；⑤地質(zhì)災害監(jiān)測預警有效集合了信息管理、預報預警、危險評估、應急響應與指揮、專業(yè)監(jiān)測等相關(guān)功能，可以科學化、標準化的開展地質(zhì)災害防治工作[2]。

2 3S技術(shù)在地質(zhì)災害監(jiān)測預警中的應用

2.1 全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的應用

在監(jiān)測地質(zhì)災害時，其監(jiān)測對象為地質(zhì)體形變，需要結(jié)合形變量大小對災害發(fā)生概率加以推測。通過應用全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，可以在對已知動態(tài)衛(wèi)星瞬時坐標的基礎上，利用靜態(tài)差分的相對定位技術(shù)，對衛(wèi)星和接收機天線間的距離進行動態(tài)計算，從而對被測物體的空間位置加以明確。該技術(shù)有著較高精度，而且可以避免受到天氣條件的干擾，對點的三維坐標加以測定，實現(xiàn)全天候的實時監(jiān)測。在對變形監(jiān)測網(wǎng)進行布置時，系統(tǒng)各個監(jiān)測站不需要對通視條件進行考慮，因此可以使許多轉(zhuǎn)點得到省略，使野外測量的實際工作量得到減少，對地面沉降以及滑坡等相關(guān)災害監(jiān)測十分適用。但相關(guān)工作人員需要注意，在對監(jiān)測站進行選擇時，需要確保周圍無信號干擾物，如無線以及高壓線等，同時還需要排除信號反射物，避免產(chǎn)生多路徑效應。在地質(zhì)災害監(jiān)測過程中應用此系統(tǒng)，應在形變區(qū)域外對穩(wěn)定點進行選擇，并以此來建立參考基準站。在測量區(qū)需要結(jié)合測區(qū)大小和項目監(jiān)測要求，對監(jiān)測站合理進行布設。例如，在對滑坡進行監(jiān)測時，需要合理選取監(jiān)測點，一方面要對滑坡體的變形量以及方向進行反映，另一方面還應對滑坡形變速度和規(guī)模加以體現(xiàn)。對于監(jiān)測站以及基準點所檢測到的數(shù)據(jù)，可以采用物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)向服務器當中傳輸原始數(shù)據(jù)，并利用相關(guān)監(jiān)測軟件來結(jié)算和處理數(shù)據(jù)，從而對監(jiān)測站和基準站間的絕對位移加以明確[3]。

2.2 遙感技術(shù)的應用

對于遙感技術(shù)，其需要采用傳感器對目標物進行遠距離探測，并獲取相關(guān)的物電磁輻射信息，在具體分析后得出相應結(jié)論。此技術(shù)有著周期短、范圍廣、宏觀性強等優(yōu)勢。在地質(zhì)災害監(jiān)測預警中應用遙感技術(shù)，可以有效實現(xiàn)動態(tài)對比和直接解譯，而且還能夠判讀影像，對地質(zhì)災害的發(fā)生背景進行調(diào)查與分析，從而對其發(fā)生可能性加以預測，并采取有效的解決對策，對災害風險加以評估。在抗災和治災過程當中，相關(guān)工作人員可利用遙感影像對災害發(fā)生后的地區(qū)情況加以獲取，并對災害發(fā)生等級、范圍和種類等進行明確，為救援人員提供詳細的災情信息。在對遙感技術(shù)進行應用時，需要依據(jù)當?shù)刂脖粻顩r、地面坡度以及降雨量等因素展開分析，對全部可利用信息加以整合，從而使災情分析工作質(zhì)量和效率得到有效提高[4]。

2.3 地理信息系統(tǒng)的應用

通過應用地理信息系統(tǒng)，可以有效管理與分析相關(guān)數(shù)據(jù)，并無縫銜接多數(shù)的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，有效集成多元數(shù)據(jù)，結(jié)合實際需求進行專題顯示。在地質(zhì)災害監(jiān)測預警中應用地理信息系統(tǒng)，具體包括3個層次，分別為數(shù)據(jù)層、邏輯層、表示層：①數(shù)據(jù)層能夠輸入、管理、存儲以及集成地質(zhì)數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)的來源十分多樣，具體包括文本、圖像、空間地圖等數(shù)據(jù)。通過對地理信息數(shù)據(jù)庫加以利用，可以使來源不同的數(shù)據(jù)得到有效集成，并發(fā)揮出各類數(shù)據(jù)的最大價值；②邏輯層可以融合分析數(shù)據(jù)層當中的相關(guān)數(shù)據(jù)，并展開空間分析，對各影響因子進行充分考慮，合理構(gòu)建地質(zhì)災害預測模型。在此基礎上，還可以進一步預測災害發(fā)生等級與區(qū)域，從而為防災減災工作開展提供依據(jù)；③表示層可對用戶所顯示的專題信息加以利用，并具有歷史查詢、數(shù)據(jù)檢索、輸入以及管理等相關(guān)功能，準確分析地質(zhì)災害的發(fā)生因素，合理構(gòu)建三維空間模型，直觀顯示災害區(qū)。結(jié)合最終的預測結(jié)果，工作人員可以采取有效的防災減災措施[5]。

3 地質(zhì)災害監(jiān)測預警系統(tǒng)的功能和實現(xiàn)

該文以安龍縣灑雨鎮(zhèn)聾堡村聾上、聾下組不穩(wěn)定斜坡監(jiān)測項目為例展開分析，該次自動監(jiān)測工作的目的在于，結(jié)合地質(zhì)災害隱患點的變形特征、影響因素，開展專門性的監(jiān)測預警工作，從而使預警能力得到提升，有效管控隱患點，使地質(zhì)災害所造成的傷亡以及經(jīng)濟損失得到降低，有效保證人們的生命財產(chǎn)安全。在實際開展地質(zhì)災害監(jiān)測預警工作時，需要深入分析項目區(qū)的穩(wěn)定性現(xiàn)狀、成因機制特征，并對不穩(wěn)定斜坡變形破壞的發(fā)展規(guī)律和趨勢加以掌握，明確斜坡形變或特征，為防災減災工作開展提供有力依據(jù)。與此同時，還需要對斜坡的地質(zhì)環(huán)境特征以及類型進行充分研究，對其形成機制、誘發(fā)因素、活動方式等加以分析，對斜坡穩(wěn)定性進行評價。相關(guān)工作人員應對斜坡區(qū)的地質(zhì)資料危害對象范圍，現(xiàn)場調(diào)查情況等加以搜集，對自動監(jiān)測實施方案合理進行編制。在此過程中需要確保各個監(jiān)測設備能夠獨立運轉(zhuǎn)，并有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通共享。該次調(diào)查區(qū)主要位于安龍縣灑雨鎮(zhèn)聾堡村組南西側(cè)斜坡，有公路直達，交通便利。該縣屬亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫15.3℃，年平均降水量為1 195.4 mm，5-10月降水量984.8 mm。安龍縣境內(nèi)屬于珠江流域，而南盤江是安龍縣和廣西之間的界河，區(qū)內(nèi)沒有較大的地表水體，通常為季節(jié)性小溪溝，在雨季具有較大水量，而旱季的水量相對較少，甚至存在干涸現(xiàn)象。從地形地貌角度來看，當?shù)貫榍治g溶蝕低中山溝谷地貌，地形坡度為15～30°，總體地勢呈現(xiàn)北高南低，調(diào)查區(qū)北西側(cè)的坡頂為最高點。此不穩(wěn)定斜坡位于灑雨鎮(zhèn)聾堡村聾上、聾下組，坡向200°，坡度15°～30°，巖層產(chǎn)狀為165°∠7°，長約100 m，寬約200 m，厚約1～3 m，規(guī)模等級為小型，對當?shù)鼐用竦纳敭a(chǎn)安全具有嚴重威脅，險情為中型。

3.1 地質(zhì)災害實時監(jiān)測數(shù)據(jù)收集

在地質(zhì)災害的自動化監(jiān)測過程當中，需要有效實現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的自動采集，從而為預警模型的構(gòu)建打好基礎。通過監(jiān)測終端可以對相關(guān)實時數(shù)據(jù)進行獲取，并利用GSM等向監(jiān)控中心傳輸具體數(shù)據(jù)。在這之后，可將數(shù)據(jù)有效匯總到數(shù)據(jù)服務器中，并對其進行結(jié)算與存儲，為預警信息的發(fā)布提供參考資料。數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)可通過泥位、降雨量、裂縫、地表位移、深部位移等監(jiān)測傳感器來有效采集數(shù)據(jù)[6]。

(1)深部位移監(jiān)測。在監(jiān)測不穩(wěn)定斜坡時，需要針對垂直坡面進行鉆孔處理，并且進行安裝。在鉆孔與測斜管間應采取翻漿方式，注入相應比例的水泥砂漿，從而使測量結(jié)果的準確性得到保證。

(2)地表位移監(jiān)測。通過監(jiān)測地表位移可以對滑坡體形變方向以及位移量等進行掌握。相關(guān)工作人員需要結(jié)合實際情況對監(jiān)測站進行布設，并要確保監(jiān)測站能夠?qū)πl(wèi)星信號長期連續(xù)的進行接收，通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡對觀測數(shù)據(jù)加以發(fā)送，并由監(jiān)控中心的相關(guān)解算軟件對站點空間坐標進行差分解算，從而對其形變情況加以監(jiān)測。

(3)降雨量監(jiān)測。降雨量大小與地質(zhì)災害發(fā)生具有密切聯(lián)系。通過相關(guān)統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，強降雨或暴雨所引發(fā)的地質(zhì)災害，其發(fā)生概率大約為85 %。所以需要在監(jiān)測區(qū)對自動雨量監(jiān)測站進行安裝，有效實現(xiàn)氣象監(jiān)測，并對雨量數(shù)據(jù)及時傳達，從而預判地質(zhì)災害的發(fā)生可能[7]。

3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)應用與監(jiān)測預警

在具體監(jiān)測過程當中，由于監(jiān)測環(huán)境復雜多變，因此觀測數(shù)據(jù)容易受到影響。為使觀測數(shù)據(jù)得到有效利用，一般會對更大閾值進行設置，從而對更多的粗插值和周跳進行探測。但一些殘余小周跳和粗糙仍會影響到監(jiān)測數(shù)據(jù)的實際使用，進而降低定位精度。在使用濾波器后，可以針對原始數(shù)據(jù)有效實現(xiàn)去噪處理。在地質(zhì)災害監(jiān)測預警過程當中，需要結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，來確定不同的災害類型，并對預警閾值加以明確。監(jiān)測終端所獲取到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以向數(shù)據(jù)服務器有效傳輸，并對其進行去噪處理，然后輸入到預警分析模型當中，展開具體的計算和分析，從而得到最終結(jié)果。一旦結(jié)果達到設定閾值以上，則可能會有地質(zhì)災害情況發(fā)生。在此情況下需要對系統(tǒng)的信息推送功能加以利用，向工作人員發(fā)送預警信息，并采取有效措施對地質(zhì)災害加以預防，從而降低其所造成的傷亡與財產(chǎn)損失[8]。

4 結(jié) 語

綜上所述，在地質(zhì)災害監(jiān)測預警工作中需要有效采用先進的科技手段，并結(jié)合監(jiān)測區(qū)的實際情況，合理構(gòu)建地質(zhì)災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，實時采集地質(zhì)災害的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)并展開數(shù)據(jù)分析，為災害預測提供依據(jù)，保證災害預警的時效性，進一步提高防災減災工作質(zhì)量。與此同時，相關(guān)災害監(jiān)測和預警部門需要針對工作人員的專業(yè)素質(zhì)加以提高，確保其能夠正確掌握和應用相關(guān)科技手段發(fā)揮出科學技術(shù)的重要作用，全面監(jiān)測地質(zhì)災害，及時做出預警，降低地質(zhì)災害對人們生命和財產(chǎn)帶來的影響。