《定位》雜志專訪丨許強：全時空實景三維地災防治體系讓地災監(jiān)測預警不再難

“隱患在哪里？”和“什么時候可能發(fā)生？”兩大難題一直困擾著我國自然資源部門和地質(zhì)災害從業(yè)者。如今，在地質(zhì)災害從業(yè)者的努力下，尤其是成都理工大學副校長、地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室常務副主任許強利用光學衛(wèi)星遙感、InSAR、機載LiDAR、無人機攝影測量、航空物探、SLAM、多波束等技術，構(gòu)建的“天-空-地-內(nèi)”全時空實景三維地質(zhì)災害防治體系讓人們看到了難題破解的曙光。

所謂“天-空-地-內(nèi)”全時空實景三維地質(zhì)災害防治體系，是指星載平臺光學遙感+InSAR識別地表變形、航空平臺機載LiDAR+無人機攝影測量精細識別滑坡隱患、地面平臺專業(yè)監(jiān)測+調(diào)查核實獲取精準可靠變形信息、航空物探探測地質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)+多波束探測水下地形+SLAM測繪室內(nèi)形態(tài)，通過多技術的協(xié)同監(jiān)測與綜合利用，實現(xiàn)地上+地下，室內(nèi)+室外，水上+水下全要素、全空間地質(zhì)災害隱患識別、實時監(jiān)測與風險評估，最大限度地保證人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

“現(xiàn)在哪門技術好用，我就引入它。因為技術手段越豐富，地質(zhì)災害隱患識別和預警條件就越充分，這樣得到的結(jié)果就越精準、真實。這就好比醫(yī)生看病，通過多種技術手段獲取多方面指標才能準確判斷出病癥，查明病因，對癥下藥?！痹S強如是說。

從人防到技防“三查”體系

受青藏高原隆升、全球氣候變化等因素影響，我國是世界上滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災害最為嚴重、受威脅人口最多的國家之一。嚴峻的防災減災形勢，孕育了一批又一批像許強一樣將全部精力投入到地質(zhì)災害防治事業(yè)中的科技工作者。

許強在與地質(zhì)災害打交道的早期，受限于裝備技術水平，運用專業(yè)監(jiān)測手段識別災害隱患和專業(yè)監(jiān)測預警（即技防）無從談起，只能采用人防?！叭朔朗侵竿ㄟ^人的現(xiàn)場調(diào)查走訪發(fā)現(xiàn)隱患并由當?shù)匕傩兆灾饔^測和自我防范災害?！痹S強指出，人防經(jīng)歷了兩個階段：

第一階段

地質(zhì)調(diào)查人員在全國范圍內(nèi)開展“拉網(wǎng)式、地毯式”地質(zhì)災害隱患全面調(diào)查、排查，共查出全國地質(zhì)災害隱患點約30萬處，基本摸清了災害隱患家底。

第二階段

群測群防，即當?shù)厝罕娮晕矣^測（察）自我防范，在每個隱患點安排監(jiān)測人員（一般為當?shù)匕傩眨┏商烀芮嘘P注其動態(tài)變化情況，一旦有“風吹草動”，如地面開裂、隆起，樹木歪倒等成災前兆特征，隨即啟動防災預案，撤離受威脅的百姓。隨著技術的進步與成熟，以GNSS、裂縫計、雨量計等為代表的專業(yè)監(jiān)測手段被引入到地質(zhì)災害防治中，與人防一起編織了一張地質(zhì)災害安全“防護網(wǎng)”。然而，投入大的專業(yè)監(jiān)測手段無法覆蓋全國所有的地質(zhì)災害隱患點，“我們只能選擇重大隱患點開展專業(yè)監(jiān)測?！倍屧S強更擔憂的是，近年來我國發(fā)生的重大地質(zhì)災害有80%左右都不在已發(fā)現(xiàn)的30萬處隱患點范圍內(nèi)。“究竟怎樣才能更全面地識別出潛在的地質(zhì)災害隱患點？”這個問題不停地涌現(xiàn)在許強的腦海中，讓他夜不能寐。

彼時，時任自然資源部部長陸昊提出，防范地質(zhì)災害的核心需求是要搞清楚“隱患點在哪里”“什么時候可能發(fā)生”，這與許強所思所想不謀而合。為了回答部長的問題，許強在經(jīng)過深入研究后，提出了“天-空-地”一體化的“三查”體系，即首先通過光學衛(wèi)星遙感和InSAR進行大范圍的地質(zhì)災害隱患“普查”，隨后利用機載LiDAR和無人機攝影測量對地質(zhì)災害高風險區(qū)和重大地質(zhì)災害隱患點進行“詳查”，最后通過地面調(diào)查復核，實現(xiàn)重大地質(zhì)災害隱患點“核查”與甄別?！叭椤斌w系提出后不久，便迎來了一個絕佳的“練手”機會。2018年10月10日和11月3日，西藏自治區(qū)江達縣白格村的金沙江右岸先后發(fā)生兩次大規(guī)模高位滑坡，堵塞金沙江形成堰塞湖，是一處典型的大型高位滑坡隱患。為查明隱患，許強帶領團隊首先利用衛(wèi)星進行滑前形變回溯分析，然后利用無人機攝影測量生成DSM、DOM等成果分析滑后特征，為地面專業(yè)監(jiān)測儀器布設提供靶點，最后利用GNSS、地表裂縫計等地面專業(yè)監(jiān)測儀器實時監(jiān)測預警，先后三次提前30分鐘精準預警，保證了堰塞體泄流槽現(xiàn)場施工人員的及時撤離，確保了相關人員的安全。

在實戰(zhàn)中得到檢驗的“三查”體系成為了地質(zhì)災害中技防的分水嶺：將專業(yè)監(jiān)測階段進化到隱患識別+專業(yè)監(jiān)測階段。盡管技防作用越來越突顯，但許強并沒有一味地推崇技防，而是反復強調(diào)地質(zhì)災害防治一定是技防與人防有機結(jié)合才能實現(xiàn)“1+1＞2”的效果。“畢竟通過技術手段發(fā)現(xiàn)災害隱患點后，還需要人去調(diào)查復核?！彼赋觯斍叭朔篮图挤赖年P系正處在第二階段，即“遙感先行、地質(zhì)調(diào)查跟上”階段，該階段中技防作用是提升地質(zhì)調(diào)查工作的精細化和準確度。此前的階段被許強稱為“地質(zhì)調(diào)查為主，遙感為輔”，該階段中技防作用是解決人到不了的作業(yè)難題。“下一階段兩者關系可能演變?yōu)椤b感為主，地質(zhì)調(diào)查復核’?！痹S強說，“無論哪個階段，技防和人防的關系始終是有機結(jié)合，缺一不可?！?/p>

構(gòu)建全時空實景三維地災防治體系

利用“三查”體系，使我國對正在變形區(qū)（正在發(fā)生變形并具有明顯變形跡象的區(qū)域或部位）和歷史變形破壞區(qū)（歷史上發(fā)生過失穩(wěn)破壞但當前并未變形）的隱患識別能力得到了巨大提升?！搬槍φ谧冃螀^(qū)，可以采用高分辨率光學遙感與InSAR技術相結(jié)合的方式進行識別；針對歷史變形破壞區(qū)，可以采用能有效去除植被的機載LiDAR，輔以光學衛(wèi)星遙感進行識別?！痹S強解釋道。

但是，他話鋒一轉(zhuǎn)說道：“‘三查’體系對潛在不穩(wěn)定斜坡的隱患識別無能為力?！痹S強口中的潛在不穩(wěn)定斜坡是指歷史上未曾發(fā)生過變形破壞，當前也無明顯變形跡象，但其穩(wěn)定性相對較差，在降雨等影響下很容易出現(xiàn)突發(fā)性失穩(wěn)破壞的斜坡。那么，潛在不穩(wěn)定斜坡的隱患識別難題該如何破解？許強的答案是推行“三部曲”精細化運作方法：

第一步

使用激光雷達開展精細化測繪，繪制1:1000，甚至更高分辨率的地形圖，找到最有可能失穩(wěn)的斜坡部位。

第二步

使用多普勒雷達開展精細化氣象預警，通過將天氣預報的時間精度做到分鐘和小時級、空間精度做到公里級，精準掌握降雨時空變化過程和動態(tài)，縮小受威脅區(qū)域范圍，實現(xiàn)精準預判、及時撤離，最大限度減少撤離人員數(shù)量但又能避免人員傷亡。

第三步

發(fā)展航空物探技術快速查明斜坡體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和含水狀況，定量分析評價不同區(qū)域、不同部位斜坡在不同降雨條件下的穩(wěn)定性狀況，以此圈定相對危險區(qū)和危險部位，利用科技手段真正實現(xiàn)風險雙控。

在攻關潛在不穩(wěn)定斜坡的隱患識別難題的同時，許強還在攻關突發(fā)性滑坡監(jiān)測預警的難題。“因為這類滑坡突發(fā)性強，且在降雨誘發(fā)前，沒有任何征兆，監(jiān)測預警難度極大?！睘楣テ七@一難題，許強一方面帶領團隊研發(fā)了一種自適應調(diào)整采樣頻率的監(jiān)測機制與配套的儀器裝備，相關儀器設備會根據(jù)所監(jiān)測指標的變化快慢，自動調(diào)整采樣頻率，這樣不僅可滿足現(xiàn)場供電和傳輸要求，又可全面獲取加速變形尤其是臨滑階段的完整信息，有助于提前精準預警突發(fā)性滑坡。另一方面引入滑坡災害牛頓力遠程監(jiān)測預警系統(tǒng)監(jiān)測滑坡形成過程中的受力變化情況；引入地震臺網(wǎng)和微震捕捉山體滑坡前的前兆信號，分析滑坡內(nèi)滑動面發(fā)展演化過程及其前兆特征；同時，安裝GNSS、裂縫計、孔壓計、雨量計等監(jiān)測預警設備用于監(jiān)測覆蓋層較厚或穩(wěn)定性相對較差的坡體部位。“通過這些手段，我們可以對滑坡形成演化過程中相關物理量及外界因素進行全方位監(jiān)測，大大提高滑坡預警的準確率?！痹S強說。

在攻關潛在不穩(wěn)定斜坡的隱患識別和突發(fā)性滑坡監(jiān)測預警兩大難題的過程中，許強還基于當下實景三維中國建設的趨勢，先后將SLAM、多波束、通信光纖等新技術引入到“三查”體系中。其中，SLAM技術用于建構(gòu)筑物室內(nèi)三維模型的快速測繪與構(gòu)建，實現(xiàn)地質(zhì)災害承災體的量化風險評估；利用多波束技術探測水下地形地貌，為水域及周邊地質(zhì)災害防治提供數(shù)據(jù)支撐。通過不斷吸納新技術，“三查”體系逐漸拓展到了“天-空-地-內(nèi)”全時空實景三維地質(zhì)災害防治體系。新體系通過依托光學衛(wèi)星遙感、InSAR、機載LiDAR、無人機攝影測量、航空物探、SLAM、多波束等技術，實現(xiàn)地上地下、水上水下、室內(nèi)室外有機結(jié)合和協(xié)同發(fā)力，這有助于我國最大限度地實現(xiàn)滑坡災害的隱患識別、實時監(jiān)測和科學預警。“未來我還會繼續(xù)完善這套體系，讓它在地質(zhì)災害防治中發(fā)揮更大作用?！痹S強說。

在多災種預警中發(fā)揮新體系作用

據(jù)許強介紹，“天-空-地-內(nèi)”全時空實景三維地質(zhì)災害防治體系目前在四川、貴州、甘肅、云南、陜西、西藏等省份得到了成功應用，取得了良好成效。其中，貴州省利用InSAR、機載LiDAR，對全省高位隱蔽性災害進行專業(yè)排查，發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)災害隱患點近2000處，其中高位隱蔽性隱患點近900處；四川省利用InSAR與光學遙感相結(jié)合，對6萬平方千米的地質(zhì)災害高風險區(qū)進行隱患識別，新發(fā)現(xiàn)形變區(qū)840處；云南省利用光學遙感和InSAR相結(jié)合的手段，識別出50余處地質(zhì)災害隱患。

借助多技術協(xié)同的優(yōu)勢，許強認為“天-空-地-內(nèi)”全時空實景三維地質(zhì)災害防治體系還能在地震預報、礦山邊坡監(jiān)測等領域大有作為。

他指出，在地震預報領域，可先利用InSAR和機載LiDAR對全國地震重點監(jiān)視防御區(qū)和地震重點危險區(qū)內(nèi)的活動斷裂進行精準定位，然后利用地面的專業(yè)監(jiān)測設備、通信光纖、地震臺網(wǎng)等手段進行實時監(jiān)測預警?！斑@樣一來，地表會發(fā)生明顯破裂的地震在未來三五十年將可能實現(xiàn)提前預報。”許強說。在礦山邊坡監(jiān)測領域，首先利用光學衛(wèi)星遙感和InSAR結(jié)合監(jiān)測礦山地表形變，找準正在發(fā)生地表形變的區(qū)域，為地面專業(yè)監(jiān)測儀器的布設提供靶點，然后利用GNSS、地表裂縫計、地基SAR等地面專業(yè)監(jiān)測儀器對靶點進行實時監(jiān)測預警，以確保礦山邊坡安全。目前，“天-空-地-內(nèi)”全時空實景三維地質(zhì)災害防治體系已應用于貴州、新疆等省份的礦山邊坡監(jiān)測。

許強強調(diào)，“天-空-地-內(nèi)”全時空實景三維地質(zhì)災害防治體系要想在多災種監(jiān)測預警中發(fā)揮最大作用離不開一套統(tǒng)一的管理機制?！澳壳?，各部門數(shù)據(jù)不能充分地共享，多災種預警推進還存在一定困難?！币虼?，他希望應急管理部可以牽頭建立一個機構(gòu)進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理。

同時，他還認為，以測繪地理信息企業(yè)為代表的產(chǎn)品水平也決定著這套體系的效應。因此，他希望測繪地理信息企業(yè)要把科技創(chuàng)新放在首位，研發(fā)出性能優(yōu)異、質(zhì)量穩(wěn)定的地質(zhì)災害監(jiān)測預警裝備。

許強相信，在多方合力下，“天-空-地-內(nèi)”全時空實景三維地質(zhì)災害防治體系可以更好地造福我國多災種監(jiān)測預警，讓人民群眾的生命財產(chǎn)安全得到最大限度的保障。

審核編輯 黃宇