《定位》杂志专访丨许强：全时空实景三维地灾防治系统让地灾监测预警不再难
“隐患在那里 ？”和“什么时间可能爆发 ？”两浩劫题一直困扰着我国自然资源部分和地质灾难从业者。现在，在地质灾难从业者的起劲下，尤其是成都理工大学副校长、地质灾难防治与地质情形�；す抑氐闶笛槭页Ｎ窀敝魅涡砬渴褂霉庋佬且８小nSAR、机载LiDAR、无人机摄影丈量、航空物探、SLAM、多波束等手艺，构建的“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾难防治系统让人们看到了难题破解的曙光。
所谓“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾难防治系统，是指星载平台光学遥感+InSAR识别地表变形、航空平台机载LiDAR+无人机摄影丈量细腻识别滑坡隐患、地面平台专业监测+调审核实获取精准可靠变形信息、航空物探探测地质内部结构+多波束探测水下地形+SLAM测绘室内形态，通过多手艺的协同监测与综合使用，实现地上+地下，室内+室外，水上+水下全要素、全空间地质灾难隐患识别、实时监测与危害评估，最大限度地包管人民群众的生命工业清静。
“现在哪门手艺好用，我就引入它。由于手艺手段越富厚，地质灾难隐患识别和预警条件就越充分，这样获得的效果就越精准、真实。这就好比医生看病，通过多种手艺手段获取多方面指标才华准确判断出病症，查明病因，有的放矢。”许强如是说。
从人防到技防“三查”系统
受青藏高原隆升、全球天气转变等因素影响，我国是天下上滑坡、崩塌、泥石流等地质灾难最为严重、受威胁生齿最多的国家之一。严肃的防灾减灾形势，孕育了一批又一批像许强一样将所有精神投入到地质灾难防治事业中的科技事情者。
▲许强在教研室
许强在与地质灾难打交道的早期，受限于装备手艺水平，运用专业监测手段识别灾难隐患和专业监测预警（即技防）无从谈起，只能接纳人防。“人防是指通过人的现场视察走访发明隐患并由外地黎民自主视察和自我提防灾难。”许强指出，人防履历了两个阶段：
第一阶段
地质视察职员在天下规模内开展“拉网式、地毯式”地质灾难隐患周全视察、排查，共查出天下地质灾难隐患点约30万处，基本摸清了灾难隐患家底。
第二阶段
群测群防，即外地群众自我视察（察）自我提防，在每个隐患点安排监测职员（一样平常为外地黎民）整天亲近关注其动态转变情形，一旦有“风吹草动”，如地面开裂、隆起，树木歪倒等成灾先兆特征，随即启动防灾预案，撤离受威胁的黎民。
随着手艺的前进与成熟，以GNSS、裂痕计、雨量计等为代表的专业监测手段被引入到地质灾难防治中，与人防一起编织了一张地质灾难清静“防护网”。然而，投入大的专业监测手段无法笼罩天下所有的地质灾难隐患点，“我们只能选择重大隐患点开展专业监测。”而让许强更担心的是，近年来我国爆发的重大地质灾难有80%左右都不在已发明的30万处隐患点规模内。“事实怎样才华更周全地识别出潜在的地质灾难隐患点 ？”这个问题一直地涌现在许强的脑海中，让他夜不可寐。
彼时，时任自然资源部部长陆昊提出，提防地质灾难的焦点需求是要搞清晰“隐患点在那里”“什么时间可能爆发”，这与许强所思所想不约而同。为了回覆部长的问题，许强在经由深入研究后，提出了“天-空-地”一体化的“三查”系统，即首先通过光学卫星遥感和InSAR举行大规模的地质灾难隐患“普查”，随后使用机载LiDAR和无人机摄影丈量对地质灾难高危害区和重大地质灾难隐患点举行“详查”，最后通过地面视察复核，实现重大地质灾难隐患点“核查”与甄别。
“三查”系统提出后不久，便迎来了一个绝佳的“练手”机会。2018年10月10日和11月3日，西藏自治区江达县白格村的金沙江右岸先后爆发两次大规模高位滑坡，梗塞金沙江形成堰塞湖，是一处典范的大型高位滑坡隐患。为查明隐患，许强向导团队首先使用卫星举行滑前形变回溯剖析，然后使用无人机摄影丈量天生DSM、DOM等效果剖析滑后特征，为地面专业监测仪器布设提供靶点，最后使用GNSS、地表裂痕计等地面专业监测仪器实时监测预警，先后三次提前30分钟精准预警，包管了堰塞体泄流槽现场施工职员的实时撤离，确保了相关职员的清静。
▲许强指导学生
在实战中获得磨练的“三查”系统成为了地质灾难中技防的分水岭：将专业监测阶段进化到隐患识别+专业监测阶段。只管技防作用越来越突显，但许强并没有一味地推许技防，而是重复强调地质灾难防治一定是技防与人防有机团结才华实现“1+1＞2”的效果。“事实通过手艺手段发明灾难隐患点后，还需要人去视察复核。”他指出，目今人防和技防的关系正处在第二阶段，即“遥感先行、地质视察跟上”阶段，该阶段中技防作用是提升地质视察事情的细腻化和准确度。此前的阶段被许强称为“地质视察为主，遥感为辅”，该阶段中技防作用是解决人到不了的作业难题。“下一阶段两者关系可能演变为‘遥感为主，地质视察复核’。”许强说，“无论哪个阶段，技防和人防的关系始终是有机团结，缺一不可。”
构建全时空实景三维地灾防治系统
使用“三查”系统，使我国对正在变形区（正在爆发变形并具有显着变形迹象的区域或部位）和历史变形破损区（历史上爆发过失稳破损但目今并未变形）的隐患识别能力获得了重大提升。“针对正在变形区，可以接纳高区分率光学遥感与InSAR手艺相团结的方法举行识别；针对历史变形破损区，可以接纳能有用去除植被的机载LiDAR，辅以光学卫星遥感举行识别。”许强诠释道。
可是，他话锋一转说道：“‘三查’系统对潜在不稳固斜坡的隐患识别无能为力。”许强口中的潜在不稳固斜坡是指历史上未曾爆发过变形破损，目今也无显着变形迹象，但其稳固性相对较差，在降雨等影响下很容易泛起突发性失稳破损的斜坡。那么，潜在不稳固斜坡的隐患识别难题该怎样破解 ？许强的谜底是推行“三部曲”细腻化运作要领：
第一步
使用激光雷达开展细腻化测绘，绘制1:1000，甚至更高区分率的地形图，找到最有可能失稳的斜坡部位。
第二步
使用多普勒雷达开展细腻化气象预警，通过将天气预告的时间精度做到分钟和小时级、空间精度做到公里级，精准掌握降雨时空转变历程和动态，缩小受威胁区域规模，实现精准预判、实时撤离，最大限度镌汰撤离职员数目但又能阻止职员伤亡。
第三步
生长航空物探手艺快速查明斜坡体内部结构和含水状态，定量剖析评价差别区域、差别部位斜坡在差别降雨条件下的稳固性状态，以此圈定相对危险区和危险部位，使用科技手段真正实现危害双控。
在攻关潜在不稳固斜坡的隐患识别难题的同时，许强还在攻关突发性滑坡监测预警的难题。“由于这类滑坡突发性强，且在降雨诱发前，没有任何征兆，监测预警难度极大。”为攻破这一难题，许强一方面向导团队研发了一种自顺应调解采样频率的监测机制与配套的仪器装备，相关仪器装备会凭证所监测指标的转变快慢，自动调解采样频率，这样不但可知足现场供电和传输要求，又可周全获取加速变形尤其是临滑阶段的完整信息，有助于提前精准预警突发性滑坡。
另一方面引入滑坡灾难牛顿力远程监测预警系统监测滑坡形成历程中的受力转变情形；引入地动台网和微震捕获山体滑坡前的先兆信号，剖析滑坡内滑动面生长演化历程及其先兆特征；同时，装置GNSS、裂痕计、孔压计、雨量计等监测预警装备用于监测笼罩层较厚或稳固性相对较差的坡体部位。“通过这些手段，我们可以对滑坡形成演化历程中相关物理量及外界因素举行全方位监测，大大提高滑坡预警的准确率。”许强说。
▲许强团队研究效果
《中国西南高边坡稳固性评价及灾难防治》和《汶川地动地质灾难评价与防治》先后获得国家科学手艺前进奖一等奖
在攻关潜在不稳固斜坡的隐患识别和突发性滑坡监测预警两浩劫题的历程中，许强还基于当下实景三维中国建设的趋势，先后将SLAM、多波束、通讯光纤等新手艺引入到“三查”系统中。其中，SLAM手艺用于建修建物室内三维模子的快速测绘与构建，实现地质灾难承灾体的量化危害评估；使用多波束手艺探测水下地形地貌，为水域及周边地质灾难防治提供数据支持。
通过一直吸纳新手艺，“三查”系统逐渐拓展到了“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾难防治系统。新系统通过依托光学卫星遥感、InSAR、机载LiDAR、无人机摄影丈量、航空物探、SLAM、多波束等手艺，实现地上地下、水上水下、室内室外有机团结和协同发力，这有助于我国最大限度地实现滑坡灾难的隐患识别、实时监测和科学预警。“未来我还会继续完善这套系统，让它在地质灾难防治中施展更着述用。”许强说。
在多灾种预警中施展新系统作用
据许强先容，“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾难防治系统现在在四川、贵州、甘肃、云南、陕西、西藏等省份获得了乐成应用，取得了优异效果。其中，贵州省使用InSAR、机载LiDAR，对全省高位隐藏性灾难举行专业排查，发明新的地质灾难隐患点近2000处，其中高位隐藏性隐患点近900处；四川省使用InSAR与光学遥感相团结，对6万平方千米的地质灾难高危害区举行隐患识别，新发明形变区840处；云南省使用光学遥感和InSAR相团结的手段，识别出50余处地质灾难隐患。
借助多手艺协同的优势，许强以为“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾难防治系统还能在地动预告、矿山边坡监测等领域大有作为。
▲许强团队合影
他指出，在地动预告领域，可先使用InSAR和机载LiDAR对天下地动重点监视防御区和地动重点危险区内的运动断裂举行精准定位，然后使用地面的专业监测装备、通讯光纤、地动台网等手段举行实时监测预警。“这样一来，地表会爆发显着破碎的地动在未来三五十年将可能实现提前预告。”许强说。
在矿山边坡监测领域，首先使用光学卫星遥感和InSAR团结监测矿山地表形变，找准正在爆发地表形变的区域，为地面专业监测仪器的布设提供靶点，然后使用GNSS、地表裂痕计、地基SAR等地面专业监测仪器对靶点举行实时监测预警，以确� ？笊奖咂虑寰�。现在，“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾难防治系统已应用于贵州、新疆等省份的矿山边坡监测。
许强强调，“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾难防治系统要想在多灾种监测预警中施展最着述用离不开一套统一的管理机制。“现在，各部分数据不可充分地共享，多灾种预警推进还保存一定难题。”因此，他希望应急管理部可以牵头建设一个机构举行统一协协调管理。
同时，他还以为，以测绘地理信息企业为代表的产品水平也决议着这套系统的效应。因此，他希望测绘地理信息企业要把科技立异放在首位，研发出性能优异、质量稳固的地质灾难监测预警装备。
许强相信，在多方协力下，“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾难防治系统可以更好地造福我国多灾种监测预警，让人民群众的生命工业清静获得最大限度的包管。
作者/何溪
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