地質(zhì)災害監(jiān)測預警中的精密空間對地觀測技術

朱成子

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛西北大隊，江西 九江 332000）

地質(zhì)災害的形成主要受自然因素及人為因素的影響，地質(zhì)災害是破壞環(huán)境的地質(zhì)現(xiàn)象，具有諸多特征，如漸變性、群發(fā)性、突發(fā)性、干擾時間長、多發(fā)性等，嚴重時會威脅到人類的生產(chǎn)及生活。伴隨著人類工程活動逐漸增多，人為因素引起的地質(zhì)災害現(xiàn)象越來越嚴重，分布面積、數(shù)量及規(guī)模逐漸加大；經(jīng)濟發(fā)達、人口密集地區(qū)地質(zhì)災害帶來的損失逐漸加大。當務之急是做好地質(zhì)災害監(jiān)測預警工作，增強全社會防災減災意識，降低人員傷亡率，維護社會安全、穩(wěn)定，提升人類的生活質(zhì)量，推動災害嚴重地區(qū)社會各項事業(yè)以及經(jīng)濟建設的長久發(fā)展。而在大面積地質(zhì)災害監(jiān)測預警中，現(xiàn)代空間對地觀測技術優(yōu)勢獨特，能夠提供大面積災害實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，在一定程度上提升地質(zhì)災害的監(jiān)測預警能力。對多種對地觀測技術進行全面運用，站在信息化角度進行防災減災活動，已成為政府關鍵工作任務。為此，文章主要分析空間對地觀測技術在地質(zhì)災害監(jiān)測中的應用及發(fā)展。

1 地質(zhì)災害的主要類型

1.1 山體滑坡

滑坡經(jīng)常會在礦山開發(fā)中及城鎮(zhèn)建設中出現(xiàn)，產(chǎn)生滑坡的主要原因是山坡上的巖土體受到了雨水及地下水的沖刷侵蝕，還有一個原因是受重力影響使得巖土體發(fā)生下滑，滑坡對礦業(yè)開發(fā)及工程建設造成了嚴重的影響，甚至會危及人們的生命，從而造成巨大經(jīng)濟損失。

1.2 崩塌災害

部分陡坡受到外界各項因素的影響，容易發(fā)生巖土體開裂現(xiàn)象，使土體和巖體下部出現(xiàn)空缺，巖土結構的平衡性被完全打破，引發(fā)大面積的碎裂、坍塌。由于生產(chǎn)建設的加速開展，在項目建設施工期間斜坡的過度開挖或產(chǎn)生的強烈震動，均會引起嚴重的崩塌地質(zhì)災害，給周圍人民群眾的日常生活帶來較大影響。

1.3 泥石流災害

在我國山區(qū)，因為夏季降雨量過大，容易引發(fā)山體土質(zhì)松動，出現(xiàn)大面積的泥石流災害。受到外界暴雨的沖刷，在山坡或者溝谷中，泥石流攜帶大量的泥沙，給當?shù)鼐用竦娜粘Ｉ顜韲乐赜绊憽?/p>

1.4 地面塌陷災害

由于部分地區(qū)的地質(zhì)結構穩(wěn)定性比較差，地下存在空洞，地表巖石、土體在自然或人為因素作用下突然向下陷落，引發(fā)大面積的地面塌陷災害。

1.5 地面沉降災害

地面沉降是指發(fā)生在較大面積的地表高程降低、地面舒緩變形的現(xiàn)象和持續(xù)過程。

1.6 地裂縫災害

由于受到自然因素和人為因素的影響，導致地表巖、土體開裂，同時在地面形成一定寬度和長度的裂縫，即地裂縫，當在有人類活動的地區(qū)出現(xiàn)此種現(xiàn)象時，則會成為一種地質(zhì)災害。

2 高精度地質(zhì)災害空間監(jiān)測技術

2.1 全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)

將GNSS應用在地質(zhì)災害監(jiān)測預警工作中，能提升地質(zhì)災害監(jiān)測結果的精確度。通常有2種測量方式：①連續(xù)性實時動態(tài)測量；②周期性靜態(tài)測量。假設災害體在一定空間周期和時間段內(nèi)呈現(xiàn)出較強的穩(wěn)定性，或者形變速度較慢，可以使用周期性靜態(tài)測量方式來監(jiān)測地質(zhì)災害情況。通過對災害體的形變速率進行計算，對相應的周期數(shù)值進行確定。考量到GNSS由接收機同步監(jiān)測的衛(wèi)星數(shù)量在4顆以上，因此在復雜地貌如茂密的樹林等區(qū)域使用，會帶來極大不便，監(jiān)測精度也會大大降低。而GNSS的水平監(jiān)測精度較高，可達3mm～5mm，但垂直精度較弱，可達5mm～10mm。站在硬件成本角度分析，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，應用云平臺聯(lián)合傳感器，可將相應設備的體積不斷縮小，進而減少成本。對于高精度GNSS與監(jiān)測技術的結合，當前最貼近現(xiàn)實的是構建北斗/全球導航衛(wèi)星的定位算法。因此，在相關監(jiān)測領域實踐中，可以全面應用北斗云平臺的實時在線高精度監(jiān)測技術。

2.2 合成孔徑雷達干涉測量技術

衛(wèi)星和地面點之間距離信息的主要獲取方法是InSAR，在對地面點變化信息以及3D位置等測量中，效用可達最佳。InSAR由于時間與空間失相干及大氣延遲等情況對效用造成影響，或者是導致監(jiān)測精度無法滿足相關標準要求。當前InSAR的時序分析技術已越來越成熟，推出的永久散射體技術等大體上突破了上述因素的限制，在擴寬應用途徑時，監(jiān)測精度也得到有效地提升。當中，差分層析SAR技術促使合成孔徑雷達具備4D成像功能，即方位-距離-高度-時間。當前，多分辨率、SAR衛(wèi)星和不同波段的軌道運行，對InSAR的應用面積擴大以及監(jiān)測水平的提升起到重要作用，與此同時，還有效擴充云計算和大數(shù)據(jù)的地理信息網(wǎng)絡服務，在地質(zhì)災害實時監(jiān)測預警工作中，應用InSAR的可能性也越來越大。

2.3 高分辨率遙感技術

USA于1972年發(fā)射第1顆衛(wèi)星后，在地質(zhì)災害監(jiān)測預警中，遙感技術得到廣泛應用。除此之外，德國以及加拿大等國家也將遙感技術應用到地質(zhì)災害監(jiān)測預警中。通過對遙感技術的應用，能夠全面掌握不同類型規(guī)模的地質(zhì)災害遙感影像的分類方式，為順利進行遙感地質(zhì)災害相關研究工作提供了保障。伴隨著IT與空間技術的不斷發(fā)展，推動了遙感技術的發(fā)展。高分辨率影像衛(wèi)星不但包括地表物體幾何結構，還包括各種各樣的地表物體紋理信息，能夠將地質(zhì)災害特征全面且直觀地呈現(xiàn)出來。多時相遙感影像，可對地質(zhì)災害出現(xiàn)到結束的變化狀態(tài)進行多視角、多尺度地動態(tài)監(jiān)測，因此，高分辨率遙感技術在地質(zhì)災害監(jiān)測預警工作中具有一定應用優(yōu)勢。

3 高精度空間監(jiān)測技術融合

伴隨著空間技術種類的增多和不斷進步，在地質(zhì)災害識別和監(jiān)測方面，多技術融合得到了廣泛的重視與應用，其中應用次數(shù)最多的是滑坡地質(zhì)災害監(jiān)測。ROERINGJJ，STIMELYLL，MACKEYBH等利用InSAR、歷史航空影像及機載LiDAR，研究了USA加利福尼亞北部鰻魚河流域滑動緩慢的大型滑坡，研究成果：在一年內(nèi)（2007年2月～2008年2月）獲取到五個大型滑坡平均下滑速率。CHEN Roufei，CHANG K J，ANGELIER J等，在由地震引發(fā)的滑坡而導致的形變的監(jiān)測中應用了激光雷達，同時依據(jù)地形圖及航空攝像影片，獲取到高精度的DEM，將滑坡體積計算出來。崔陽,魏瑩瑩,魏國振等，在中國西南地區(qū)的滑坡、危巖體的全面調(diào)查和監(jiān)測中，應用了PS—InSAR、CR—InSAR、LiDAR、實時GNSS及高分遙感技術，所獲得的實地驗證成果非常顯著。徐許雄,黃逢等，在某省的滑坡地質(zhì)災害監(jiān)測中，應用了不同分辨率的LiDARDEM以及PS—InSAR技術，研究成果：高精度DEM為滑坡判識提供極大幫助，特別是在河流流域中的作用更顯著。

4 展望

4.1 多技術、多學科、多監(jiān)測方式的集成化

除地球物理、化學引發(fā)地質(zhì)災害之外，水文氣象、地貌等自然環(huán)境變化也會引發(fā)地質(zhì)災害，地質(zhì)災害的發(fā)生影響地質(zhì)災害監(jiān)測結果，將預測預報技術以及多種時空技術融合一體，對地質(zhì)災害的綜合監(jiān)測具有決定性作用。如融合地球物理學、計算機技術、地球觀測技術、通信工程與技術、雷達成像技術、自動化技術等，實現(xiàn)各技術間信息互通、優(yōu)勢互補、優(yōu)化集成。

4.2 多維度、多尺度

現(xiàn)階段，地質(zhì)災害監(jiān)測已逐漸顯現(xiàn)出多尺度化和多維度化。第一，從維度角度看，同時包括了多種指標體系的地質(zhì)災害監(jiān)測和單一地球物理屬性的地質(zhì)災害；第二，從空間的角度看，同時包括了不同區(qū)域乃至微觀的局部監(jiān)測系統(tǒng)和全球化地質(zhì)災害監(jiān)測系統(tǒng)；第三，從時間角度看，既包括了地質(zhì)災害長時間序列趨勢變化監(jiān)測，又包括了地質(zhì)災害瞬間變化監(jiān)測。進而針對地質(zhì)災害的發(fā)生情況、變化規(guī)律以及大區(qū)域地質(zhì)環(huán)境變化過程，能夠更加準確且全面地掌握地質(zhì)災害監(jiān)測結果。

4.3 數(shù)字化、自動化、可視化以及網(wǎng)絡化

廣泛的應用傳感器，促使地質(zhì)災害特征信息的收集更加自動化、數(shù)字化，同時應用可視化數(shù)字技術，能夠將其直觀且生動地呈現(xiàn)出來，應用Internet可進行云計算以及云儲存等，最終促使地質(zhì)災害信息實現(xiàn)共享，與此同時促使地質(zhì)災害信息實現(xiàn)發(fā)布，進而對地質(zhì)災害預測預防水平進行全面提升。

在地質(zhì)災害監(jiān)測預警中，應用現(xiàn)代空間對地觀測技術，能全面提升監(jiān)測結果精度，提升監(jiān)測能力。伴隨著監(jiān)測預警新手段、新技術以及新理論的研究與開發(fā)、應用，人們更進一步提升了對地質(zhì)災害監(jiān)測的廣度與深度，也為進一步實現(xiàn)地質(zhì)災害的預測預警奠定了堅實的基礎保障。

5 結語

總而言之，我國的科技水平不斷提升，在地質(zhì)災害方面，我國開始重視使用高精度空間對地觀測技術。伴隨著我國強有力的推動與高效的領導，成功研發(fā)了一批現(xiàn)代化監(jiān)測設備，監(jiān)測預警新手段、新理論及新技術的不斷涌現(xiàn)與應用，地質(zhì)災害的發(fā)展方向會更加廣闊，相信不久的將來，地質(zhì)災害監(jiān)測預警能實現(xiàn)智能化，并在實現(xiàn)國家治理體系以及提升治理能力方面發(fā)揮出重要的價值。大數(shù)據(jù)、云儲存、云計算等新興技術的進步，勢必會進一步優(yōu)化地質(zhì)災害監(jiān)測預警技術。伴隨著AI被逐步應用在地質(zhì)災害監(jiān)測預警系統(tǒng)中，人們所獲得的滑坡、泥石流以及崩塌等地質(zhì)災害預警信息會越來越高效、及時。