地质灾害监测预警中的精密空间对地观测技术

朱成子

（江西省地质矿产勘查开发局赣西北大队，江西 九江 332000）

地质灾害的形成主要受自然因素及人为因素的影响，地质灾害是破坏环境的地质现象，具有诸多特征，如渐变性、群发性、突发性、干扰时间长、多发性等，严重时会威胁到人类的生产及生活。伴随着人类工程活动逐渐增多，人为因素引起的地质灾害现象越来越严重，分布面积、数量及规模逐渐加大；经济发达、人口密集地区地质灾害带来的损失逐渐加大。当务之急是做好地质灾害监测预警工作，增强全社会防灾减灾意识，降低人员伤亡率，维护社会安全、稳定，提升人类的生活质量，推动灾害严重地区社会各项事业以及经济建设的长久发展。而在大面积地质灾害监测预警中，现代空间对地观测技术优势独特，能够提供大面积灾害实时监测数据，在一定程度上提升地质灾害的监测预警能力。对多种对地观测技术进行全面运用，站在信息化角度进行防灾减灾活动，已成为政府关键工作任务。为此，文章主要分析空间对地观测技术在地质灾害监测中的应用及发展。

1 地质灾害的主要类型

1.1 山体滑坡

滑坡经常会在矿山开发中及城镇建设中出现，产生滑坡的主要原因是山坡上的岩土体受到了雨水及地下水的冲刷侵蚀，还有一个原因是受重力影响使得岩土体发生下滑，滑坡对矿业开发及工程建设造成了严重的影响，甚至会危及人们的生命，从而造成巨大经济损失。

1.2 崩塌灾害

部分陡坡受到外界各项因素的影响，容易发生岩土体开裂现象，使土体和岩体下部出现空缺，岩土结构的平衡性被完全打破，引发大面积的碎裂、坍塌。由于生产建设的加速开展，在项目建设施工期间斜坡的过度开挖或产生的强烈震动，均会引起严重的崩塌地质灾害，给周围人民群众的日常生活带来较大影响。

1.3 泥石流灾害

在我国山区，因为夏季降雨量过大，容易引发山体土质松动，出现大面积的泥石流灾害。受到外界暴雨的冲刷，在山坡或者沟谷中，泥石流携带大量的泥沙，给当地居民的日常生活带来严重影响。

1.4 地面塌陷灾害

由于部分地区的地质结构稳定性比较差，地下存在空洞，地表岩石、土体在自然或人为因素作用下突然向下陷落，引发大面积的地面塌陷灾害。

1.5 地面沉降灾害

地面沉降是指发生在较大面积的地表高程降低、地面舒缓变形的现象和持续过程。

1.6 地裂缝灾害

由于受到自然因素和人为因素的影响，导致地表岩、土体开裂，同时在地面形成一定宽度和长度的裂缝，即地裂缝，当在有人类活动的地区出现此种现象时，则会成为一种地质灾害。

2 高精度地质灾害空间监测技术

2.1 全球卫星导航系统

将GNSS应用在地质灾害监测预警工作中，能提升地质灾害监测结果的精确度。通常有2种测量方式：①连续性实时动态测量；②周期性静态测量。假设灾害体在一定空间周期和时间段内呈现出较强的稳定性，或者形变速度较慢，可以使用周期性静态测量方式来监测地质灾害情况。通过对灾害体的形变速率进行计算，对相应的周期数值进行确定。考量到GNSS由接收机同步监测的卫星数量在4颗以上，因此在复杂地貌如茂密的树林等区域使用，会带来极大不便，监测精度也会大大降低。而GNSS的水平监测精度较高，可达3mm～5mm，但垂直精度较弱，可达5mm～10mm。站在硬件成本角度分析，物联网环境下，应用云平台联合传感器，可将相应设备的体积不断缩小，进而减少成本。对于高精度GNSS与监测技术的结合，当前最贴近现实的是构建北斗/全球导航卫星的定位算法。因此，在相关监测领域实践中，可以全面应用北斗云平台的实时在线高精度监测技术。

2.2 合成孔径雷达干涉测量技术

卫星和地面点之间距离信息的主要获取方法是InSAR，在对地面点变化信息以及3D位置等测量中，效用可达最佳。InSAR由于时间与空间失相干及大气延迟等情况对效用造成影响，或者是导致监测精度无法满足相关标准要求。当前InSAR的时序分析技术已越来越成熟，推出的永久散射体技术等大体上突破了上述因素的限制，在扩宽应用途径时，监测精度也得到有效地提升。当中，差分层析SAR技术促使合成孔径雷达具备4D成像功能，即方位-距离-高度-时间。当前，多分辨率、SAR卫星和不同波段的轨道运行，对InSAR的应用面积扩大以及监测水平的提升起到重要作用，与此同时，还有效扩充云计算和大数据的地理信息网络服务，在地质灾害实时监测预警工作中，应用InSAR的可能性也越来越大。

2.3 高分辨率遥感技术

USA于1972年发射第1颗卫星后，在地质灾害监测预警中，遥感技术得到广泛应用。除此之外，德国以及加拿大等国家也将遥感技术应用到地质灾害监测预警中。通过对遥感技术的应用，能够全面掌握不同类型规模的地质灾害遥感影像的分类方式，为顺利进行遥感地质灾害相关研究工作提供了保障。伴随着IT与空间技术的不断发展，推动了遥感技术的发展。高分辨率影像卫星不但包括地表物体几何结构，还包括各种各样的地表物体纹理信息，能够将地质灾害特征全面且直观地呈现出来。多时相遥感影像，可对地质灾害出现到结束的变化状态进行多视角、多尺度地动态监测，因此，高分辨率遥感技术在地质灾害监测预警工作中具有一定应用优势。

3 高精度空间监测技术融合

伴随着空间技术种类的增多和不断进步，在地质灾害识别和监测方面，多技术融合得到了广泛的重视与应用，其中应用次数最多的是滑坡地质灾害监测。ROERINGJJ，STIMELYLL，MACKEYBH等利用InSAR、历史航空影像及机载LiDAR，研究了USA加利福尼亚北部鳗鱼河流域滑动缓慢的大型滑坡，研究成果：在一年内（2007年2月～2008年2月）获取到五个大型滑坡平均下滑速率。CHEN Roufei，CHANG K J，ANGELIER J等，在由地震引发的滑坡而导致的形变的监测中应用了激光雷达，同时依据地形图及航空摄像影片，获取到高精度的DEM，将滑坡体积计算出来。崔阳,魏莹莹,魏国振等，在中国西南地区的滑坡、危岩体的全面调查和监测中，应用了PS—InSAR、CR—InSAR、LiDAR、实时GNSS及高分遥感技术，所获得的实地验证成果非常显著。徐许雄,黄逢等，在某省的滑坡地质灾害监测中，应用了不同分辨率的LiDARDEM以及PS—InSAR技术，研究成果：高精度DEM为滑坡判识提供极大帮助，特别是在河流流域中的作用更显著。

4 展望

4.1 多技术、多学科、多监测方式的集成化

除地球物理、化学引发地质灾害之外，水文气象、地貌等自然环境变化也会引发地质灾害，地质灾害的发生影响地质灾害监测结果，将预测预报技术以及多种时空技术融合一体，对地质灾害的综合监测具有决定性作用。如融合地球物理学、计算机技术、地球观测技术、通信工程与技术、雷达成像技术、自动化技术等，实现各技术间信息互通、优势互补、优化集成。

4.2 多维度、多尺度

现阶段，地质灾害监测已逐渐显现出多尺度化和多维度化。第一，从维度角度看，同时包括了多种指标体系的地质灾害监测和单一地球物理属性的地质灾害；第二，从空间的角度看，同时包括了不同区域乃至微观的局部监测系统和全球化地质灾害监测系统；第三，从时间角度看，既包括了地质灾害长时间序列趋势变化监测，又包括了地质灾害瞬间变化监测。进而针对地质灾害的发生情况、变化规律以及大区域地质环境变化过程，能够更加准确且全面地掌握地质灾害监测结果。

4.3 数字化、自动化、可视化以及网络化

广泛的应用传感器，促使地质灾害特征信息的收集更加自动化、数字化，同时应用可视化数字技术，能够将其直观且生动地呈现出来，应用Internet可进行云计算以及云储存等，最终促使地质灾害信息实现共享，与此同时促使地质灾害信息实现发布，进而对地质灾害预测预防水平进行全面提升。

在地质灾害监测预警中，应用现代空间对地观测技术，能全面提升监测结果精度，提升监测能力。伴随着监测预警新手段、新技术以及新理论的研究与开发、应用，人们更进一步提升了对地质灾害监测的广度与深度，也为进一步实现地质灾害的预测预警奠定了坚实的基础保障。

5 结语

总而言之，我国的科技水平不断提升，在地质灾害方面，我国开始重视使用高精度空间对地观测技术。伴随着我国强有力的推动与高效的领导，成功研发了一批现代化监测设备，监测预警新手段、新理论及新技术的不断涌现与应用，地质灾害的发展方向会更加广阔，相信不久的将来，地质灾害监测预警能实现智能化，并在实现国家治理体系以及提升治理能力方面发挥出重要的价值。大数据、云储存、云计算等新兴技术的进步，势必会进一步优化地质灾害监测预警技术。伴随着AI被逐步应用在地质灾害监测预警系统中，人们所获得的滑坡、泥石流以及崩塌等地质灾害预警信息会越来越高效、及时。