先進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)生渣土受納場堆填體滑坡事故，中國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，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依據(jù)，為救援工作有序進行提供了可靠保障。

2015年12月20日11時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)生渣土受納場堆填體滑坡事故，造成了重大人員傷亡和財產(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，按照國家安全監(jiān)管總局指示，中國安全生產(chǎn)科學研究院（以下簡稱“中國安科院”）緊急召集相關(guān)專業(yè)人員，由院長張興凱領(lǐng)隊，于12月21日抵達事故現(xiàn)場。（見圖1）

救援難點

抵達現(xiàn)場后，中國安科院團隊立即投入救援工作，在經(jīng)過反復(fù)勘查滑坡現(xiàn)場以及和應(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，有的甚至深達十幾米，給掩埋建筑探測造成很大困難，這樣的深度本身也會給救援人員帶來危險。

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重，局部有積水和淤泥。此外，受納場上部無截洪溝，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。

針對上述難題，中國安科院救援團隊制定了如下方案：首先，對滑坡現(xiàn)場進行全面測繪，計算滑坡及殘余體面積和土方量，在此基礎(chǔ)上，對掩埋建筑物進行深層探測，為精準施救提供科學依據(jù)，提高救援效率；其次，對殘余邊坡二次滑坡的隱患進行遠程24 h實時監(jiān)控，制定預(yù)警策略和機制，一旦發(fā)現(xiàn)危險情況及時報警，保障其上治理施工人員和下方救援人員的安全。

為此，中國安科院緊急調(diào)派三維激光掃描儀、探地雷達和邊坡雷達3套先進的遙感設(shè)備前往現(xiàn)場，并將成員分成地形測繪、掩埋建筑探測、滑坡殘余體邊坡監(jiān)測3個救援小組。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途中前往云南昆明開展邊坡監(jiān)測任務(wù)的邊坡雷達中途轉(zhuǎn)運至深圳。

在此次救援過程中，這些先進的專業(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依據(jù)，為救援工作有序進行提供了可靠保障。

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，實現(xiàn)各自的遙感探測功能。

三維激光掃描儀

本次救援采用的三維激光掃描儀為一臺先進的進口設(shè)備，工作在近紅外頻段，測程2 km，單點精度8 mm，每秒8 800點，360°視角，可以快速測量現(xiàn)場三維地形。

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

探地雷達

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

探地雷達又稱地質(zhì)雷達，通過天線連續(xù)拖動的方式向地下發(fā)射高頻電磁波，電磁波信號在物體內(nèi)部傳播時遇到存在電性差異（如介電常數(shù)差異）的介質(zhì)界面時，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)射天線同步移動的接收天線接收后，通過雷達主機精確記錄反射回的電磁波的雙程走時、振幅與相位等運動特征，獲得地下介質(zhì)的斷面掃描雷達圖像，通過對雷達圖像進行處理和圖像解譯，達到識別地下目標物的目的。

邊坡雷達

本次救援采用的邊坡雷達（S-SAR）是中國安科院自主研發(fā)的高新技術(shù)產(chǎn)品，也是國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局“四個一批”項目、北京市科技計劃課題和國家“十二五”科技支撐計劃的科研成果。能夠?qū)β短斓V邊坡、排土場邊坡、尾礦庫壩坡、水電庫岸和壩體邊坡、山體滑坡、大型建構(gòu)筑物的變形、沉降等實施大范圍連續(xù)監(jiān)測。其工作頻段為KU波段，形變測量精度0.1 mm，圖像分辨率為0.3 m（距離向）×3 mrad（方位向）。

邊坡雷達，是基于地基合成孔徑雷達差分干涉測量技術(shù)的，邊坡位移微波遙感監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)的全站儀、GPS等監(jiān)測手段，具有全天時、全天候、大范圍區(qū)域、遠距離、高精度、無人值守24 h實時監(jiān)測的技術(shù)優(yōu)勢，可廣泛用于重要工程安全保障、健康評估和應(yīng)急搶險，對各種坍塌和滑坡災(zāi)害進行預(yù)警預(yù)報。

現(xiàn)場監(jiān)測

中國安科院的救援團隊，利用這些“秘密武器”在救援現(xiàn)場完成了哪些任務(wù)呢？

地形測繪和土方量計算

三維激光掃描儀抵達現(xiàn)場后，在現(xiàn)場救援指揮部協(xié)調(diào)下，中國安科院地形測繪小組選取通視制高點15處，對滑坡區(qū)域邊緣和內(nèi)部進行了三維數(shù)據(jù)采集，共采集3 777萬點云數(shù)據(jù)。（見圖2）

通過對上述數(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)域地形實測圖紙和紅坳采石場地形實測圖紙，建立了事故發(fā)生前的三維地形模型。（見圖3）

經(jīng)過對比分析，測得滑坡覆蓋面積約為38萬m2，南北長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

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，要想實現(xiàn)精準施救十分困難。使用探地雷達對建筑物可能存在的位置進行探測，為救援工作指明重點挖掘區(qū)域，提高搜救效率。（見圖4）

根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行分析，覆土層下方出現(xiàn)強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。為確認雷達探測出的異常體是否為建筑物，指揮部協(xié)調(diào)考古專家攜帶洛陽鏟配合測定。

在此次應(yīng)急救援中使用探地雷達累計探測7片區(qū)域，共布置測線35條，發(fā)現(xiàn)異常點15處。在這些異常點中，實際開挖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實時監(jiān)測

邊坡雷達于22日運抵滑坡現(xiàn)場后，立即開始對滑坡殘余體的實時監(jiān)測工作。

監(jiān)測期間，現(xiàn)場出現(xiàn)連續(xù)降雨，監(jiān)測區(qū)域最大形變值明顯增大，監(jiān)測小組向指揮部提出建立警報系統(tǒng)的建議并得到采納；同時和地質(zhì)測量隊全站儀監(jiān)測數(shù)據(jù)保持互通，綜合研判、綜合設(shè)置三級預(yù)警響應(yīng)，分別對應(yīng)加密觀測、報告指揮部和啟動警報三種措施。（見圖5、6）

監(jiān)測期間，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完成一份報告，報指揮部和監(jiān)測預(yù)警組。邊坡雷達共監(jiān)測120 h，獲取近600條14 GB數(shù)據(jù)，提交監(jiān)測報告17份。

總結(jié)與思考

在事故救援的關(guān)鍵時刻，中國安科院借助邊坡雷達等先進技術(shù)手段和裝備，對滑坡現(xiàn)場進行了三維地形測繪和土方量的估算，分析了滑坡發(fā)生時的速度和方向，對掩埋建筑物進行了預(yù)估和探測，對滑坡殘余體開展了連續(xù)120 h的實時監(jiān)測。這些工作為災(zāi)情研判提供了技術(shù)支撐和科學依據(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行。

目前，隨著我國經(jīng)濟建設(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、垃圾堆場等人工邊坡生產(chǎn)安全事故風險增大，使得事故預(yù)防和應(yīng)急救援面臨著極為嚴峻的形勢。同時，在此類事故的應(yīng)急救援隊伍和裝備建設(shè)方面，基礎(chǔ)相對薄弱，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”期間提升我國滑坡、坍塌等事故的監(jiān)測預(yù)警和應(yīng)急救援科技裝備水平，加強人員培訓和演練，更好地發(fā)揮科技人員和專家隊伍在應(yīng)急救援中的作用。

編輯 趙 原