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精密空间对地观测技术在地质灾害监测预警中的应用

2021-06-01 11446 上传者：管理员

摘要：我国境内地质灾害发生频率持续攀升，给人民的生命财产安全造成了一定影响，故需要在监测预警方面格外重视。在目前监测预警方式中，精密空间对地观测技术凭借着自身优势逐渐占据主体地位。文章介绍了几种常见的地质灾害监测手段，论述了其在地质灾害监测预警中的功能，并大胆预测其未来走向。

关键词：
地质灾害
安全威胁
对地观测技术
监测预警
精密空间
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1、引言

地质灾害是在各种动力的作用下，使地球发生物质运动或岩土体变形位移，进而导致自然环境、人类生命财产受到损害的一个地质作用过程。具有突发性、渐变性、影响持久、群发性和多发性等特点，会对人类的生产生活构成巨大威胁。在各类地质灾害当中，对我国影响危害最大的是地震、崩塌、泥石流等，其次为地面变形。随着人类工程活动越来越频繁，人为地质灾害日趋严重，规模、数量和分布范围呈增加趋势；人口密集、经济发达地区地质灾害造成的损失越来越大。崩塌、滑坡和泥石流等突发性地质灾害发生频率和造成的损失不断加大，地面沉降、海水入侵等缓慢性地质灾害的范围逐渐扩大。

根据相关研究统计，我国共有较大型的崩塌、泥石流灾害点7000处。近十年来因为泥石流导致的死亡人数已达近千人，经济损失超过百亿元。因为抽水导致的地面沉降已经在我国16个城市出现，沉降面积超过50000km2。在上海、天津等地区的沉降量超过1m。地面沉降导致沿海地区地面降低，并且导致部分城市出现开裂。地下踩空塌陷在我国大型矿区也非常严重，矿山井下灾害出现在我国各个地区的开采活动中，每年因此造成的经济损失超过数十亿，所以目前当务之急是做好地质灾害的预防处理工作。

2、高精度地质灾害空间监测技术

基于传统的地面大地测量技术体系方案，全站仪以及水准仪器和近景摄像测量等在很长时间内在地质灾害的监测和预警中发挥着不可替代的作用。随着我国地质灾害空间监测技术的发展，人们迫切希望能够出现大范围监测地质灾害的技术，而现代空间对地监测技术恰好可以满足这一需求。

2.1 InSAR技术

InSAR技术是获取卫星与地面点之间距离信息的常用手段，在测量地面点变化信息、三维位置等方面可发挥最佳效用。常规差分合成孔径雷达干涉测量技术会因时间失相干、大气延迟、空间失相干等情况影响应用效果，或者是监测精度达不到要求。目前InSAR技术的时序分析技术已经相对成熟，推出的临时相干点方法、永久散射体技术和分布散射体干涉方法等基本摆脱了以上因素的束缚，在扩大应用范围的同时大大提升了监测精度。

其中，差分层析SAR技术便使合成孔径雷达具备了方位—距离—高度—时间四维成像这项全新的功能。目前，拥有多种分辨率、不同波段以及SAR卫星的轨迹运行，进一步提高了InSAR技术的监测能力和使用范围，并且基于大数据以及云计算的地理信息网络服务也得到了有效扩充，InSAR技术的地质灾害实时监测和探测也会成为新的可能。

2.2 机载激光雷达技术

该技术的优势在于高精度三维点云、抗干扰能力强、可24小时不间断观测及短时间内获取海量数据和信息等，为实现大面积、快速且经济的地面测量指明了方向。特别是通过机载激光雷达技术可获取到高精度的DEM，在此基础上开展地质灾害定量定性分析更为简单。机载激光雷达技术会因监测环境、植被等因素的影响而受到限制。

比如，在有大量植被覆盖的环境或滑坡灾区，该技术在地表面基本无用，即便是后期可经过滤波方法予以处理，但在精度上肯定还是会有很大偏差；此外，在云雨天气，机载激光雷达扫描也会受限，形变监测精度不高；再者，它的应用范围局限，仅在小范围地质灾害监测与调查中可以发挥作用，如果范围过大，则无法捕捉灾害前期的微小形变。但是激光雷达技术经过多年的发展已经成为一种非常关键的信息获取技术。作为新型技术体系的代表，激光雷达技术仍有很大的提升空间。

2.3 高分辨率遥感技术

遥感技术在地质灾害监测中的应用最早可以追溯到20世纪70年代。在1972年美国发射了第一颗卫星之后，遥感技术就得到了快速发展。加拿大、德国等国在地质灾害监测中大量运用了遥感技术，通过遥感技术在泥石流等地质灾害防治中的应用，对不同类型规模一样的地质灾害遥感影像的分类方法进行了详细介绍，确保遥感地质灾害研究有序进行。随着现代信息技术与航天技术的持续进步，遥感技术成为最大受益者。

高分辨率影像卫星除了具备丰富的地表物体纹理信息以外，连几何结构也被囊括其中，可以直观、全面地给出地质灾害特征。多时相遥感影像可以多尺度、多视角地动态监测地质灾害从发生到结束的变化情况，所以在地质灾害监测及调查研究方面，高分辨率遥感技术占有着至关重要的地位。因为高分辨率卫星影像自身蕴含了丰富多样的地表物体集合结构以及纹理信息，可以更加直接反映出地质灾害的特点。遥感影像还可以实现对地质灾害发生发展等过程进行多视角、多尺度的观察分析，为高分辨率遥感技术在地质灾害调查和监测提供了全新的手段。

2.4 全球导航卫星技术

在灾害监测中应用全球导航卫星技术进行作业，一般有连续性实时动态测量与周期性静态测量两种。如果灾害体的形变速度较慢或在一定空间周期与时间段表现出较强的稳定性，就以周期性静态测量进行灾害监测，通过计算灾害体的形变速率得出对应的周期数值。连续性实时动态测量是把全球导航卫星接收机安在灾害体的某一部位进行不间断观测，其时间分辨率和动态形变结果的获取效率是周期性静态测量所不能及的。考虑到全球导航卫星技术测量由接收机同步观测的卫星数量不能少于4颗，所以在林木茂密区等复杂地貌应用起来就不太方便，其监测精度也会大打折扣。

当前全球导航卫星在水平监测精度上更具优势，能够达到3-5mm，相比之下垂直精度就差一些，可以到达5-10mm不等。从硬件成本分析，在物联网思维的引导下，对云平台联合传感器进行应用，可不断缩小相应设备的体积，从而降低生产成本。对于高精度全球导航卫星与监测技术的相融，目前建立北斗/全球导航卫星的定位算法是最贴近于实际的做法，因此，基于北斗云平台的实时在线高精度监测技术可在相关监测领域中付诸实践。

3、高精度空间监测技术融合

随着多类空天技术的不断进步，在灾害体识别、监测中，多技术融合用于实践变得越来越常见，这一点在滑坡灾害方面最为突出。基于无人机、全球导航卫星监测技术的融合，实现多尺度点、面处理，那么全方位覆盖灾害体的空间域与时间域自然也不成问题，但融合处理时不能省去反复校验多传感器信息精度的环节，在具备了多传感器统一下的时空基准后才可24小时不间断、多尺度地提取目标信息。

4、结语

综上，随着科技水平的不断提高，现代技术对地观测技术的使用减少了人类在地质灾害方面的损失。随着监测预警新理论、方法与技术的相继推出和实践地质灾害监测会朝着更深、更广的方向发展，相信地质灾害预测预警能够早日实现。云计算与大数据等技术的发展，必然会促进地质灾害监测预警技术的不断升级。随着人工智能在地质灾害监测预警系统中的应用，人类获取各类地质灾害的预警信息将会变得更加及时且高效。

参考文献:

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文章来源：张莉莉.地质灾害监测预警中的精密空间对地观测技术[J].华北自然资源,2021(03):118-119.