地質災害監測預警中的精密空間對地觀測技術

朱成子

（江西省地質礦產勘查開發局贛西北大隊，江西 九江 332000）

地質災害的形成主要受自然因素及人為因素的影響，地質災害是破壞環境的地質現象，具有諸多特征，如漸變性、群發性、突發性、干擾時間長、多發性等，嚴重時會威脅到人類的生產及生活。伴隨著人類工程活動逐漸增多，人為因素引起的地質災害現象越來越嚴重，分布面積、數量及規模逐漸加大；經濟發達、人口密集地區地質災害帶來的損失逐漸加大。當務之急是做好地質災害監測預警工作，增強全社會防災減災意識，降低人員傷亡率，維護社會安全、穩定，提升人類的生活質量，推動災害嚴重地區社會各項事業以及經濟建設的長久發展。而在大面積地質災害監測預警中，現代空間對地觀測技術優勢獨特，能夠提供大面積災害實時監測數據，在一定程度上提升地質災害的監測預警能力。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災害監測中的應用及發展。

1 地質災害的主要類型

1.1 山體滑坡

滑坡經常會在礦山開發中及城鎮建設中出現，產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生下滑，滑坡對礦業開發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，容易發生巖土體開裂現象，使土體和巖體下部出現空缺，巖土結構的平衡性被完全打破，引發大面積的碎裂、坍塌。由于生產建設的加速開展，在項目建設施工期間斜坡的過度開挖或產生的強烈震動，均會引起嚴重的崩塌地質災害，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，因為夏季降雨量過大，容易引發山體土質松動，出現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，給當地居民的日常生活帶來嚴重影響。

1.4 地面塌陷災害

由于部分地區的地質結構穩定性比較差，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

地面沉降是指發生在較大面積的地表高程降低、地面舒緩變形的現象和持續過程。

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出現此種現象時，則會成為一種地質災害。

2 高精度地質災害空間監測技術

2.1 全球衛星導航系統

將GNSS應用在地質災害監測預警工作中，能提升地質災害監測結果的精確度。通常有2種測量方式：①連續性實時動態測量；②周期性靜態測量。假設災害體在一定空間周期和時間段內呈現出較強的穩定性，或者形變速度較慢，可以使用周期性靜態測量方式來監測地質災害情況。通過對災害體的形變速率進行計算，對相應的周期數值進行確定?？剂康紾NSS由接收機同步監測的衛星數量在4顆以上，因此在復雜地貌如茂密的樹林等區域使用，會帶來極大不便，監測精度也會大大降低。而GNSS的水平監測精度較高，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，物聯網環境下，應用云平臺聯合傳感器，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與監測技術的結合，當前最貼近現實的是構建北斗/全球導航衛星的定位算法。因此，在相關監測領域實踐中，可以全面應用北斗云平臺的實時在線高精度監測技術。

2.2 合成孔徑雷達干涉測量技術

衛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衛星和不同波段的軌道運行，對InSAR的應用面積擴大以及監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據的地理信息網絡服務，在地質災害實時監測預警工作中，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年發射第1顆衛星后，在地質災害監測預警中，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災害監測預警中。通過對遙感技術的應用，能夠全面掌握不同類型規模的地質災害遙感影像的分類方式，為順利進行遙感地質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展，推動了遙感技術的發展。高分辨率影像衛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，能夠將地質災害特征全面且直觀地呈現出來。多時相遙感影像，可對地質災害出現到結束的變化狀態進行多視角、多尺度地動態監測，因此，高分辨率遙感技術在地質災害監測預警工作中具有一定應用優勢。

3 高精度空間監測技術融合

伴隨著空間技術種類的增多和不斷進步，在地質災害識別和監測方面，多技術融合得到了廣泛的重視與應用，其中應用次數最多的是滑坡地質災害監測。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（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，在由地震引發的滑坡而導致的形變的監測中應用了激光雷達，同時依據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，在中國西南地區的滑坡、危巖體的全面調查和監測中，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，在某省的滑坡地質災害監測中，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、多監測方式的集成化

除地球物理、化學引發地質災害之外，水文氣象、地貌等自然環境變化也會引發地質災害，地質災害的發生影響地質災害監測結果，將預測預報技術以及多種時空技術融合一體，對地質災害的綜合監測具有決定性作用。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，實現各技術間信息互通、優勢互補、優化集成。

4.2 多維度、多尺度

現階段，地質災害監測已逐漸顯現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災害監測和單一地球物理屬性的地質災害；第二，從空間的角度看，同時包括了不同區域乃至微觀的局部監測系統和全球化地質災害監測系統；第三，從時間角度看，既包括了地質災害長時間序列趨勢變化監測，又包括了地質災害瞬間變化監測。進而針對地質災害的發生情況、變化規律以及大區域地質環境變化過程，能夠更加準確且全面地掌握地質災害監測結果。

4.3 數字化、自動化、可視化以及網絡化

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

在地質災害監測預警中，應用現代空間對地觀測技術，能全面提升監測結果精度，提升監測能力。伴隨著監測預警新手段、新技術以及新理論的研究與開發、應用，人們更進一步提升了對地質災害監測的廣度與深度，也為進一步實現地質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，成功研發了一批現代化監測設備，監測預警新手段、新理論及新技術的不斷涌現與應用，地質災害的發展方向會更加廣闊，相信不久的將來，地質災害監測預警能實現智能化，并在實現國家治理體系以及提升治理能力方面發揮出重要的價值。大數據、云儲存、云計算等新興技術的進步，勢必會進一步優化地質災害監測預警技術。伴隨著AI被逐步應用在地質災害監測預警系統中，人們所獲得的滑坡、泥石流以及崩塌等地質災害預警信息會越來越高效、及時。