無人機與雷達監測排查救援隱患

楊曉琳 馬海濤 王彥平 于正興 曹圣軍

2016年5月8日凌晨5時許，福建省三明市泰寧縣開善鄉因暴雨發生泥石流災害，為了盡快救出被埋人員，避免救援過程中發生二次災害，中國安科院組成救災監測小組并攜帶邊坡雷達、無人機等遙感設備抵達災害現場，為救援過程提供科學精確的感知信息，對救援現場安全隱患進行普查辨識，確保安全施救。

2016年5月8日凌晨5時許，福建省三明市泰寧縣開善鄉因暴雨發生泥石流災害，造成中國華電集團所屬池潭水電廠擴建工程項目部辦公樓和工地宿舍被埋，災害共造成35人遇難，1人失聯。為了盡快救出被埋人員，避免救援過程中發生二次災害，受國家安全監管總局指派，中國安科院組成救災監測小組并攜帶邊坡雷達和無人機等遙感設備于事發當天抵達災害現場參與救援工作。

救災監測小組采用無人機三維攝影技術和高分衛星空間遙感技術，勘查泥石流災害現場及周圍環境，從宏觀到局部為救援過程提供科學精確的感知信息，進行安全隱患的普查辨識，對其中發現的對現場救援威脅最大的重點區域，采用邊坡雷達開展不間斷連續監測，保證救援順利、安全、高效開展，確保科學施救、安全施救。具體的技術流程見圖1。

高分衛星監測

采用高分系列1號、2號衛星，分別調集2013—2016年高分辨率衛星影像，通過遙感技術合成高分辨率正射影像數據，對整個現場120 km2的面積范圍進行宏觀監測，為災害救援環境分析提供了可靠依據（見圖2）。

無人機中低空攝影測量

結合高分系列1號、2號衛星對受災區域的觀測結果，基于航空攝影測量技術，采用靈活簡便的微型無人機飛行器，搭載可見光傳感器，快速采集現場多角度影像信息并實現了三維實景還原。基于其成果，開展了現場空間分析和隱患排查。

受災現場全景圖及三維模型

將無人機拍攝的受災現場360°全景立體圖上傳至云平臺和指揮部，各級指揮員可以隨時通過手機調看現場救援影像，大大提高了指揮效率。同時，基于無人機三維傾斜攝影測量和衛星數據建立了災區地表的三維模型，并對災害基本參數進行分析測算。（見圖3）

現場空間分析

通過無人機航拍測量本次泥石流發生于低山山間沖溝，啟動區高程約810 m，堆積區高程約230 m，高差約580 m；泥石流流通路徑延伸長度約1 200 m，寬度7～25 m，平均縱坡坡度約28°，匯水面積0.5 km2。（見圖4）

整個沖溝在泥石流災害發生前覆蓋原生灌木林，處天然狀態。災害發生前，溝底分布有大量松散滾石和碎塊石。

泥石流沖出后，沖毀了靠近溝口的第三級臺階3間工棚、第二級臺階的1棟廢棄四層辦公樓和第一級臨河臺階的3間工棚。下游沖擊面積約8 000 m2，泥石流體積總量超過1萬m3。

隱患排查

結合高分衛星觀測資料及無人機航拍測量結果，對搜救區域上游及周邊道路、線路、水庫等重要生產設施安裝狀態進行分析評估，辨識新生滑坡體和危險疑似區域，確定隱患排查重點。經過與指揮部地質專家研討，確定沖溝左岸山體為對救援影響最大的重點區域，需對其開展實時連續監測。（見圖5、6）

邊坡雷達實時監測預警

發生泥石流災害沖溝的左岸山體上部為裸露基巖、下部為松散土體，植被較為茂密，一旦發生二次滑坡將直接威脅正在搜救的救援人員和前線指揮部。

安科院救災監測小組決定采用自主研發的邊坡雷達系統對其進行實時監測預警，該系統基于地基合成孔徑雷達差分干涉測量技術，最大作用距離可達5 km，精度達0.1 mm，能夠對各型人工邊坡和自然山體邊坡實施大范圍連續監測，進行坍塌和滑坡災害的預警預報，曾參與浙江麗水“11·13”滑坡災害和深圳“12·20”渣土受納場滑坡事故的現場救援工作，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和可靠保障，受到救援指揮部和當地人民政府的廣泛認可。

泥石流受災區域布滿大小碎石和泥沙，環境險惡，車輛無法通行。監測小組專家在武警消防部隊的協助下，將邊坡雷達設備徒手搬運至預定監測點，并立即開始系統組裝和調試，對危險邊坡進行實時監測（見圖7～9）

根據本次觀測的山體性質，設置雷達預警面積超過100 m2、6 h累計位移超過6 mm。當移動速度超過3 mm/h時，為預警撤離的警報指標；當位移速度分別達到1 mm/h、2 mm/h時，采取提前加密觀測、告知指揮部等方式進行初期預警。在實時監測過程中，5月10日0—7時時段，泥石流災害受災地區普降暴雨，雷達觀測形變數據在這一時段有一定增加，最大形變位移8 mm，形變速度1.14 mm/h。監測小組根據位移速度變化和雨景形勢，報告指揮部，建議施工救援人員下撤暫避，得到采納。

截至2016年5月11日8時，邊坡雷達監測組夜以繼日、風雨無阻，連續監測滑坡體40余小時，采集了240幀雷達監測圖像，獲得了約4 000萬個有效的測點數據，處理了5 G的信息。有效保障了救援人員的安全和救援工作的高效有序開展。

編輯 趙 原