電網滑坡隱患多域早期識別技術及應用

卜祥航，曹永興，吳 馳

(國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

國際能源電力設施互聯互通的合作進程，促進了電力工程建設發展。輸電線路穿越地理環境多樣、地質條件惡劣等區域，面臨著崩滑等地質災害分布廣、防范難度大等挑戰[1]。以四川省為例，電網滑坡分布特征為：1)輸電線路長約70 000 km，走廊空間地形地質環境脆弱，滑坡點多面廣，植被覆蓋隱蔽性強，已建立臺賬地質災害點近4000處；2)汶川地震后，“崩滑-碎屑流-堰塞湖-潰決”鏈式災害突顯，如2018年“10·10”金沙江白格大滑坡堰塞體泄洪和2018年“12·9”敘永大滑坡不同程度地造成多條10 kV線路停運、斷線，共9000余戶停電；3)四川省地跨中國二、三級地形臺階，地形高差懸殊，輸電線路穿越高海拔、高寒或無人區(人不能至)的滑坡點難以觀測。針對架空輸電線路滑坡空間發育分布的不確定性和和隱蔽性，傳統的人工排查顯得勢單力薄，傳統手段很難提前發現此類災害隱患。推進架空輸電線路滑坡隱患期識別，是防范化解重特大地質災害安全風險的關鍵。

國際上已利用不同類型傳感器，搭載不同信息獲取平臺對滑坡識別及監測預警，國內也多次提出“從注重災后救助向注重災前預防轉變”，多次強調“發現隱患、監測隱患”。在地質領域，國內外研究人員結合衛星遙感、無人機等技術，開展了地質災害早期識別及變形特征分析[2-8]，但合成孔徑雷達干涉測量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技術在獲取區域地表形變時間維上的演化情況具有局限性，無人機攝影測量技術與機載激光雷達(light detection and ranging,LiDAR)技術，無法實現大范圍連續跟蹤微小形變特征。在電力領域，文獻[9]利用3S技術集成分析了丹巴、康定輸電走廊地質災害遙感特征及預警對策；文獻[10]利用光纖傳感器和GPRS分析了四川某輸電走廊滑坡的變形特征。然而所運用的手段較為單一，無法滿足山區電網大范圍滑坡隱患識別、滑坡變形分析的要求和精度，亟需可靠有效的地質災害隱患早期識別、調查和監測預警方法。

衛星遙感覆蓋范圍廣，重復觀測能力強，適合對大范圍災害孕災環境開展全天時全天候的大范圍普查識別；空基遙感機動能力強，分辨率高，適合對重點區域進行變形特征詳查識別；地面調查適合采集重點區域地質特征因素。下面以衛星遙感、無人機遙感和地面調查為載體，利用多域立體識別手段，構建“大范圍普查”“重點詳查”“地面核查”技術體系(以下簡稱“三查”技術體系)，對電網滑坡隱患開展全方位、全鏈條的早期識別。

1 “三查”技術體系構建

“三查”技術體系總體思路是：利用多域立體式隱患識別技術手段，對電網目標區域和點位進行持續普查和詳查；通過地面調查隱患點的特征等的分析和驗證，提出相應的措施及建議，獲得區域尺度、場地尺度兼具的電網地質災害隱患早期識別技術手段。多域“三查”技術體系及空間維度如圖1所示。

圖1 多域“三查”技術體系及空間維度

不同空間維度技術手段需要相互配合。現有的衛星系統可以縮短重訪周期，雖覆蓋范圍廣，可以監測孕災環境、地表覆被變化等，但如果不與低空和地面傳感器相互配合使用，難以發現重大滑坡災害發生過程中相互關聯的各種因素的精細內容，對結構復雜、影響因素眾多、快速變化的災害只能觀測到結果，而不能有效地分析成因，難以跟蹤事件的過程從而造成真實性檢驗和預測變化趨勢的缺失。基于上述因素，可充分利用天基遙感、空基和地面調查的技術優勢，結合隱患對象的空間維度，構建基于“三查”技術體系的立體式隱患識別方法。

2 “三查”體系內容及應用

2.1 電網大范圍滑坡隱患普查

基于衛星遙感技術，建立電網滑坡地質災害判別準則，探測電網大范圍地表形變，給出大范圍滑坡隱患普查和趨勢預警，篩選出變形重點區域。

所提方法利用衛星差分合成孔徑雷達干涉測量(differential interferometric synthetic aperture radar,D-InSAR)技術，通過某500 kV架空輸電線路昭覺區域不同時相的升降軌雷達影像消除幾何畸變引起的探測盲點，利用重復軌道觀測獲取的多時相雷達數據，時序差分干涉測量高精度提取可疑地質災害形變信息，反演可疑地質災害地表形變平均速率和時間序列形變信息。訂購了加拿大的Radarsat-2衛星SAR圖像5幅，全極化模式，分辨率為4 m×5 m，覆蓋范圍為25 km×25 km，時間為某年5月25日至8月26日，每隔24天一幅，共5幅。

昭覺區域地形形變提取結果如圖2—圖5所示。

圖2 SAR圖像上觀測區域處位置

圖3 高精度光學圖像

圖4 5月25日—8月29日地表垂直形變速率

圖5 5月25日—8月29日地表水平形變速率

根據觀測區域的形變結果以及輸電鐵塔經緯度，可以判斷282號、275號和355號鐵塔周邊也存在兩處滑坡隱患點，但距離較遠對鐵塔未構成威脅。313號鐵塔所在區域在5月22日至8月26日期間地表形變速率為-0.3 cm(負號代表地形下降)，因此可估算出從5月至9月313號鐵塔區域地表下降約為-1.2 cm。最后，鎖定313號鐵塔滑坡隱患點為重點分析對象。

2.2 電網重點滑坡隱患點詳查

基于無人機數字攝影測量、機載LiDAR技術進行災害體形變特征的早期識別與成災前兆信息的快速捕獲等關鍵技術，研發機載LiDAR影像和無人機數字攝影測量，進行重點疑似區域的地質災害隱患詳查，初步確定地質災害隱患點。若研究區域植被較少，可僅開展無人機低空攝影測量，實現無人機實景三維模型的解譯；若植被茂密、遮擋嚴重，則采用機載LiDAR剔除植被覆蓋，開展地表微形變信息的定量提取，如體積方量幾何尺寸測量、地質分區、形變特征等。

研究區滑坡特征如下：313號—314號鐵塔位滑坡位于昭覺縣解放溝鄉，坐標位置為N 27°52′26″、E 102°33′51″，地貌單元為中山地貌，以構造作用為主。出露地層巖性以褐灰色紫色礫巖為主，夾有灰色、灰黑色砂巖、泥巖，局部含薄煤層和炭質泥巖，基巖產狀近水平93°∠3°～8°。滑坡后緣邊界呈“圈椅”狀，滑坡壁坡角為52°左右，地表坡度為20°～40°，上緩下陡，主滑方向為52°，縱向長約 52 m，前緣寬約 70 m，后緣與前緣高差約18 m，堆積厚度為4.0～8.0 m，堆積方量約 (1.5～3.0)×104m3。

利用無人飛機航測技術采集313號鐵塔滑坡隱患點的三維影像，可見313號鐵塔下方滑坡邊界較清晰，滑坡變形跡象明顯，局部變形強烈，可以初步判定該滑坡目前正處于蠕滑變形階段，滑坡特征分析如圖6所示,對313號鐵塔的安全運營有直接威脅。從影像上可以看出，在313號鐵塔下方已經修建布設擋墻和斜坡下部構錨索，在坡腳位置沿公路已修建抗滑擋土墻。利用無人機遙感技術，初步識別出313號鐵塔滑坡邊界特征及變形跡象，驗證了鎖定架空輸電線路滑坡隱患重點點位的準確性。

圖6 313號鐵塔滑坡區域無人機三維影像

2.3 電網重點滑坡隱患地面調查

對重點滑坡區域開展地面調查，如利用地質雷達探測技術，緊密結合現代遙感觀測解譯成果，掌握地質結構組成、形成機制、變形特征及穩定性狀態等精細化識別。

所提方法利用地質雷達探測技術和人工現場勘查，結合現代遙感解譯成果，掌握313號鐵塔滑坡變形特征、破壞原因，提出相應的防治措施。從而最后驗證“三查”早期識別技術體系的可行性。

根據野外調查，坡體周邊地下水出露，313號鐵塔滑坡體上部有次級滑坡發育，上部擋土墻有較大的貫穿裂縫發育，整個擋墻裂縫發育且貫穿，裂縫寬度較大。其主要原因是墻后次級滑坡沿主滑方向下滑，擠壓擋土墻，產生墻體不均勻沉降裂縫及下部的橫向擠壓裂縫。

利用地質雷達探測313號鐵塔滑坡內部結構及滑坡范圍，如圖7所示。探測結果顯示地層基覆交界面清晰，已滑動區域部分地下存在大量的拉張裂縫，部分區域可以探測到滑面，地下水存在局部富集之處。根據探測結果， 確定了滑坡性質為牽引式滑坡，下方坡腳的開挖帶來上方坡體的失穩并逐級上傳。

圖7 313號鐵塔基滑坡地質雷達探測剖面與解釋圖

根據上述研究成果，利用光纖傳感技術，目前已在該滑坡體上布設15個光纖傳感器，包括裂縫、傾斜、降雨量等傳感器，對313號鐵塔傾斜、坡體變形和降雨量進行在線監測。

3 結 論

國際能源電力設施互聯互通的合作進程，促進了電力工程的建設發展，輸電線路勢必穿越地理環境多樣、地質條件惡劣等區域。所提方法分析了四川電網地質災害分布特點，引進了先進遙感技術，擬重點解決“如何從源頭上識別電網滑坡隱患”這個難點，并得出以下認識及思考：

1)四川電網輸電線路線性分布廣泛且穿越高山、高寒、地震帶等地質脆弱區域，四川電網地質災害分布呈現出點多面廣、隱蔽性強的特點，且鏈式災害對輸電線路的影響突顯。

2)衛星遙感技術應用于電網地質災害隱患的識別中，其主要優勢表現在對電網區域大范圍掃描普查，但光學遙感易受天氣影響，而InSAR受復雜地質和植被影響較大，且機動性都不強。電網災害識別需要全方位的信息，需配合空基遙感使用，提高識別對象的分辨率和時效性，建立電網地質災害隱患早期識別“三查”技術多域協同指揮模式。

3)利用“三查”技術，可發現人不能至或其他原因未列入臺賬的電網地質災害隱患點，同時對列入臺賬的地質災害隱患點能夠進行及時跟蹤監測，提高汛期前電網地質隱患點排查的精度和效率，鎖定重點關注對象。仍需在電網防災減災事業中進一步推廣，逐步建立全省至全國范圍內電網地質災害標志庫。

4)“三查”技術也可運用到電網規劃選址、施工階段。遙感技術是電網防災減災重要技術手段，探求新的遙感數據處理技術，將人工智能引入遙感地質數據分析中，為構建堅強智能電網中電網規劃技術領域提供技術支撐。