《定位》杂志专访丨许强：全时空实景三维地灾防治体系让地灾监测预警不再难

许强 成都理工大学副校长、地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室常务副主任

“隐患在哪里？”和“什么时候可能发生？”两大难题一直困扰着我国自然资源部门和地质灾害从业者。如今，在地质灾害从业者的努力下，尤其是成都理工大学副校长、地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室常务副主任许强利用光学卫星遥感、InSAR、机载LiDAR、无人机摄影测量、航空物探、SLAM、多波束等技术，构建的“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾害防治体系让人们看到了难题破解的曙光。

所谓“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾害防治体系，是指星载平台光学遥感+InSAR识别地表变形、航空平台机载LiDAR+无人机摄影测量精细识别滑坡隐患、地面平台专业监测+调查核实获取精准可靠变形信息、航空物探探测地质内部结构+多波束探测水下地形+SLAM测绘室内形态，通过多技术的协同监测与综合利用，实现地上+地下，室内+室外，水上+水下全要素、全空间地质灾害隐患识别、实时监测与风险评估，最大限度地保证人民群众的生命财产安全。

“现在哪门技术好用，我就引入它。因为技术手段越丰富，地质灾害隐患识别和预警条件就越充分，这样得到的结果就越精准、真实。这就好比医生看病，通过多种技术手段获取多方面指标才能准确判断出病症，查明病因，对症下药。”许强如是说。

从人防到技防“三查”体系

受青藏高原隆升、全球气候变化等因素影响，我国是世界上滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害最为严重、受威胁人口最多的国家之一。严峻的防灾减灾形势，孕育了一批又一批像许强一样将全部精力投入到地质灾害防治事业中的科技工作者。

▲许强在教研室

许强在与地质灾害打交道的早期，受限于装备技术水平，运用专业监测手段识别灾害隐患和专业监测预警（即技防）无从谈起，只能采用人防。“人防是指通过人的现场调查走访发现隐患并由当地百姓自主观测和自我防范灾害。”许强指出，人防经历了两个阶段：

第一阶段

地质调查人员在全国范围内开展“拉网式、地毯式”地质灾害隐患全面调查、排查，共查出全国地质灾害隐患点约30万处，基本摸清了灾害隐患家底。

第二阶段

群测群防，即当地群众自我观测（察）自我防范，在每个隐患点安排监测人员（一般为当地百姓）成天密切关注其动态变化情况，一旦有“风吹草动”，如地面开裂、隆起，树木歪倒等成灾前兆特征，随即启动防灾预案，撤离受威胁的百姓。随着技术的进步与成熟，以GNSS、裂缝计、雨量计等为代表的专业监测手段被引入到地质灾害防治中，与人防一起编织了一张地质灾害安全“防护网”。然而，投入大的专业监测手段无法覆盖全国所有的地质灾害隐患点，“我们只能选择重大隐患点开展专业监测。”而让许强更担忧的是，近年来我国发生的重大地质灾害有80%左右都不在已发现的30万处隐患点范围内。“究竟怎样才能更全面地识别出潜在的地质灾害隐患点？”这个问题不停地涌现在许强的脑海中，让他夜不能寐。

彼时，时任自然资源部部长陆昊提出，防范地质灾害的核心需求是要搞清楚“隐患点在哪里”“什么时候可能发生”，这与许强所思所想不谋而合。为了回答部长的问题，许强在经过深入研究后，提出了“天-空-地”一体化的“三查”体系，即首先通过光学卫星遥感和InSAR进行大范围的地质灾害隐患“普查”，随后利用机载LiDAR和无人机摄影测量对地质灾害高风险区和重大地质灾害隐患点进行“详查”，最后通过地面调查复核，实现重大地质灾害隐患点“核查”与甄别。“三查”体系提出后不久，便迎来了一个绝佳的“练手”机会。2018年10月10日和11月3日，西藏自治区江达县白格村的金沙江右岸先后发生两次大规模高位滑坡，堵塞金沙江形成堰塞湖，是一处典型的大型高位滑坡隐患。为查明隐患，许强带领团队首先利用卫星进行滑前形变回溯分析，然后利用无人机摄影测量生成DSM、DOM等成果分析滑后特征，为地面专业监测仪器布设提供靶点，最后利用GNSS、地表裂缝计等地面专业监测仪器实时监测预警，先后三次提前30分钟精准预警，保证了堰塞体泄流槽现场施工人员的及时撤离，确保了相关人员的安全。

▲许强指导学生

在实战中得到检验的“三查”体系成为了地质灾害中技防的分水岭：将专业监测阶段进化到隐患识别+专业监测阶段。尽管技防作用越来越突显，但许强并没有一味地推崇技防，而是反复强调地质灾害防治一定是技防与人防有机结合才能实现“1+1＞2”的效果。“毕竟通过技术手段发现灾害隐患点后，还需要人去调查复核。”他指出，当前人防和技防的关系正处在第二阶段，即“遥感先行、地质调查跟上”阶段，该阶段中技防作用是提升地质调查工作的精细化和准确度。此前的阶段被许强称为“地质调查为主，遥感为辅”，该阶段中技防作用是解决人到不了的作业难题。“下一阶段两者关系可能演变为‘遥感为主，地质调查复核’。”许强说，“无论哪个阶段，技防和人防的关系始终是有机结合，缺一不可。”

构建全时空实景三维地灾防治体系

利用“三查”体系，使我国对正在变形区（正在发生变形并具有明显变形迹象的区域或部位）和历史变形破坏区（历史上发生过失稳破坏但当前并未变形）的隐患识别能力得到了巨大提升。“针对正在变形区，可以采用高分辨率光学遥感与InSAR技术相结合的方式进行识别；针对历史变形破坏区，可以采用能有效去除植被的机载LiDAR，辅以光学卫星遥感进行识别。”许强解释道。

但是，他话锋一转说道：“‘三查’体系对潜在不稳定斜坡的隐患识别无能为力。”许强口中的潜在不稳定斜坡是指历史上未曾发生过变形破坏，当前也无明显变形迹象，但其稳定性相对较差，在降雨等影响下很容易出现突发性失稳破坏的斜坡。那么，潜在不稳定斜坡的隐患识别难题该如何破解？许强的答案是推行“三部曲”精细化运作方法：

第一步

使用激光雷达开展精细化测绘，绘制1:1000，甚至更高分辨率的地形图，找到最有可能失稳的斜坡部位。

第二步

使用多普勒雷达开展精细化气象预警，通过将天气预报的时间精度做到分钟和小时级、空间精度做到公里级，精准掌握降雨时空变化过程和动态，缩小受威胁区域范围，实现精准预判、及时撤离，最大限度减少撤离人员数量但又能避免人员伤亡。

第三步

发展航空物探技术快速查明斜坡体内部结构和含水状况，定量分析评价不同区域、不同部位斜坡在不同降雨条件下的稳定性状况，以此圈定相对危险区和危险部位，利用科技手段真正实现风险双控。

在攻关潜在不稳定斜坡的隐患识别难题的同时，许强还在攻关突发性滑坡监测预警的难题。“因为这类滑坡突发性强，且在降雨诱发前，没有任何征兆，监测预警难度极大。”为攻破这一难题，许强一方面带领团队研发了一种自适应调整采样频率的监测机制与配套的仪器装备，相关仪器设备会根据所监测指标的变化快慢，自动调整采样频率，这样不仅可满足现场供电和传输要求，又可全面获取加速变形尤其是临滑阶段的完整信息，有助于提前精准预警突发性滑坡。另一方面引入滑坡灾害牛顿力远程监测预警系统监测滑坡形成过程中的受力变化情况；引入地震台网和微震捕捉山体滑坡前的前兆信号，分析滑坡内滑动面发展演化过程及其前兆特征；同时，安装GNSS、裂缝计、孔压计、雨量计等监测预警设备用于监测覆盖层较厚或稳定性相对较差的坡体部位。“通过这些手段，我们可以对滑坡形成演化过程中相关物理量及外界因素进行全方位监测，大大提高滑坡预警的准确率。”许强说。

▲许强团队研究成果《中国西南高边坡稳定性评价及灾害防治》和《汶川地震地质灾害评价与防治》先后获得国家科学技术进步奖一等奖

在攻关潜在不稳定斜坡的隐患识别和突发性滑坡监测预警两大难题的过程中，许强还基于当下实景三维中国建设的趋势，先后将SLAM、多波束、通信光纤等新技术引入到“三查”体系中。其中，SLAM技术用于建构筑物室内三维模型的快速测绘与构建，实现地质灾害承灾体的量化风险评估；利用多波束技术探测水下地形地貌，为水域及周边地质灾害防治提供数据支撑。通过不断吸纳新技术，“三查”体系逐渐拓展到了“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾害防治体系。新体系通过依托光学卫星遥感、InSAR、机载LiDAR、无人机摄影测量、航空物探、SLAM、多波束等技术，实现地上地下、水上水下、室内室外有机结合和协同发力，这有助于我国最大限度地实现滑坡灾害的隐患识别、实时监测和科学预警。“未来我还会继续完善这套体系，让它在地质灾害防治中发挥更大作用。”许强说。

在多灾种预警中发挥新体系作用

据许强介绍，“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾害防治体系目前在四川、贵州、甘肃、云南、陕西、西藏等省份得到了成功应用，取得了良好成效。其中，贵州省利用InSAR、机载LiDAR，对全省高位隐蔽性灾害进行专业排查，发现新的地质灾害隐患点近2000处，其中高位隐蔽性隐患点近900处；四川省利用InSAR与光学遥感相结合，对6万平方千米的地质灾害高风险区进行隐患识别，新发现形变区840处；云南省利用光学遥感和InSAR相结合的手段，识别出50余处地质灾害隐患。

借助多技术协同的优势，许强认为“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾害防治体系还能在地震预报、矿山边坡监测等领域大有作为。

▲许强团队合影

他指出，在地震预报领域，可先利用InSAR和机载LiDAR对全国地震重点监视防御区和地震重点危险区内的活动断裂进行精准定位，然后利用地面的专业监测设备、通信光纤、地震台网等手段进行实时监测预警。“这样一来，地表会发生明显破裂的地震在未来三五十年将可能实现提前预报。”许强说。在矿山边坡监测领域，首先利用光学卫星遥感和InSAR结合监测矿山地表形变，找准正在发生地表形变的区域，为地面专业监测仪器的布设提供靶点，然后利用GNSS、地表裂缝计、地基SAR等地面专业监测仪器对靶点进行实时监测预警，以确保矿山边坡安全。目前，“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾害防治体系已应用于贵州、新疆等省份的矿山边坡监测。

许强强调，“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾害防治体系要想在多灾种监测预警中发挥最大作用离不开一套统一的管理机制。“目前，各部门数据不能充分地共享，多灾种预警推进还存在一定困难。”因此，他希望应急管理部可以牵头建立一个机构进行统一协调和管理。

同时，他还认为，以测绘地理信息企业为代表的产品水平也决定着这套体系的效应。因此，他希望测绘地理信息企业要把科技创新放在首位，研发出性能优异、质量稳定的地质灾害监测预警装备。

许强相信，在多方合力下，“天-空-地-内”全时空实景三维地质灾害防治体系可以更好地造福我国多灾种监测预警，让人民群众的生命财产安全得到最大限度的保障。

审核编辑 黄宇