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“地灾智治”——当地灾防治遇到科技力量

发布日期:2023-02-28 发表者:gly 浏览次数:1050次
       倘若盘点2022年自然资源领域的热词,“地灾智治”想必一定会被提及。顾名思义,“地灾智治”即地质灾害智能化防治,综合运用合成孔径雷达测量、高分辨率卫星遥感、无人机遥感、机载激光雷达测量、GIS等多种新技术手段监测、预估并辅助治理地质灾害。在新兴技术不断更新迭代的大背景下,地质灾害防治的应用技术也得以蜕变。从某种程度来讲,地灾防治工作就是科技工作。


       “地灾智治”的前世今生
       在国外,20世纪70年代,一些国家就开始了地质灾害的评估工作,如1977年,Stevenson根据塔斯马尼亚地区的滑坡创造了一种新的经验方法用于评价风险问题。20世纪90年代起,GIS技术被不断被应用于地质灾害各方面的研究,如1991年Carrara等人将统计分析模型应用到了地质灾害危险性的评价中。
       相较国外,我国对“地灾智治”的研究与行动开展起步较晚,但发展十分迅速。1983年,中国科学院成都山地灾害与环境研究所对黄河龙羊峡水电站进行了滑坡敏感性区划。1998年,国土资源部展开了新一轮的国土资源普查,使得GIS在地质灾害方面的研究与应用全面展开。随后,越来越多的新技术与新方法被运用地质灾害的识别、检测、分析与评价中去,我国对于地质灾害防治的研究也越来越成熟。
       “地灾智治”一词于我国首次见诸正式文件是在2020年8月浙江省出台的《浙江省地质灾害“整体智治”三年行动方案(2020~2022年)》中。《方案》要求,建立“一图一网、一单一码,科学防控、整体智治”的地质灾害风险管控新机制,形成“即时感知、科学决策、精准服务、高效运行、智能监管”的地质灾害防治新格局。自此,“地灾智治”一词正式传播开来。

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滑坡等地质灾害严重威胁人类生命财产安全


       地质灾害如何“智治”
       “地灾智治”是时代与人类的共同选择。从汶川地震、青海玉树地震、甘肃舟曲泥石流到陕西山阳滑坡、四川茂县滑坡、贵州纳雍崩塌……近些年来,频繁的人类活动与极端气候导致的地质灾害越来越随处可见,据统计,我国已查明地灾隐患点近30万处,威胁影响人口1000多万人,财产4000多亿元,是世界上地质灾害最严重、受威胁人口最多的国家之一。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在《中国应急管理报》的采访中谈道:“近年来,仍不断有灾难性的地质灾害事件发生,而且这些事件大多数都不在已发现的隐患点范围内,其原因在于这些灾害源区地处大山中上部,多数区域人迹罕至,且被植被覆盖,具有高位、隐蔽性的特点,传统的人工排查很难提前发现。因此,如何提前发现和有效识别重大地质灾害隐患并加以主动防控,已成为地质灾害防治的难点和痛点。解决这个问题,需要充分利用现代技术,改进地灾防治方式。”
       那么我们如何将现代技术应用于地质灾害防治?这里举几种常见的例子。
       滑坡的发生,离不开滑坡体的形成和堆积的山石,而这些都有迹可循。利用InSAR在广域范围识别正在发生变形的坡体,排查和发现滑坡隐患点。人们通过揭示变形坡体长时间序列的形变位置、范围、量级,掌握滑坡隐患的变形状态和动态发展趋势,从而提前判断滑坡的危险性,追溯滑坡发生前长时间历史形变情况,查明灾害发生的前兆信息、发生前的形变位移与速率特征,并与其他气象水位因素一起综合分析,确定滑坡的关键致灾因子。目前InSAR技术调查区域涉全国累计识别区域350多万平方千米,识别疑似滑坡等灾害14,000余处。
       崩塌是指山体斜坡上有一部分岩土在重力作用下,沿着一定的软弱结构面产生剪切位移,而整体向斜坡下方移动的作用和现象。基于无人机对崩塌地质灾害遥感监测结果建立的三维实物模型,可以对危岩体的破坏规律进行研究,该方法能较准确地描述该地区的微观地形特征,测量灾害地质体的基本属性信息。
       泥石流多发生在高差较大的陡坡附近,发生区域形态呈扇形。泥石流经过区域有明显的分区,主要分为发生区、流通区和堆积区。通过无人机遥感技术,可有效采集泥石流发生区域的地貌信息,同时利用三维建模数据来实现地物控制点提取,进而实现对泥石流发生区域的准确定位,泥石流流经区域为裸露的泥石混合物且没有植被生长。在航摄图上,泥石流发生区域颜色为灰白色,纹理与周围环境有明显界限。利用无人机遥感技术的持续监测,可对泥石流发生前后的地形特征进行比对研究,为泥石流研究提供更加全面和丰富的数据信息。
       除了以上三中最常见的地质灾害以外,目前很多城市都存在地面沉降的问题,尤其是不均匀地表下沉,对城市的建筑物和公路桥梁等基础设施都造成了严重影响。不过由于城市周围的地势较为平坦,没有过多的植被覆盖,雷达信号强,雷达影像质量较好,应用InSAR技术可获取到精确的地面沉降结果。

       推进自然灾害防治体系和防治能力现代化
       习近平总书记曾说:“广大科技工作者要把论文写在祖国的大地上,把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中。”有了技术进展,还需实际落地观察效果。如今,全国各地正积极探索“地灾智治”,推进自然灾害防治体系和防治能力现代化。
       福建省自然资源厅通过自上而下的新模式,开展“天上看、地上查、动态管”地质灾害隐患大排查,通过卫星遥感影像、1∶10000DEM、农村房屋地籍调查成果等数据进行套合,自主研发了一套流程,按照福建群发性地质灾害、高陡边坡等灾害特征制定筛选规则,提取坡度、坡高、坡向等几何特征,通过人机交互解译的方法全面细致识别,对地灾隐患点进行一次全面大筛选。
       浙江省推进地质灾害风险管控试点工作,以临安市为全省试点,通过地灾智治场景建设,形成了风险“一张图”,实现全天候、全区域、全方位、全过程地质灾害风险管控,利用数字孪生技术打造高效的专家研判数字孪生空间,建立本地特色单体精准预警新模式。
       甘肃省深入探索测绘科技助力地灾防治工作,查明地质灾害隐患点20662处,无人机、多维监测仪、次声传感器、智能夜视仪、应急卫星会商设备、多功能电法仪、三维地震探测仪、地基雷达、地质雷达等“空天地”一体化技术在地质灾害风险调查评价、监测预警、综合治理、能力建设、应急支撑等领域深入应用,让甘肃防灾减灾充满测绘科技智慧。

       在各省市之外,还有不少相关企业也在积极探索并推进自然灾害防治体系和防治能力现代化。如中地数码基于MapGIS软件,采用关系数据库对地质灾害数据进行管理,建立了三峡库区地质灾害防治信息系统、湖北省地质灾害信息管理系统;煤航集团构建了陕西省—市—县一体化的高效地质灾害信息化网络的监测预警与应急处置体系;中国四维依托卫星遥感数据结合人工智能分析,联手温州市自然资源主管部门,合作打造了“天空地一体化”立体态势感知体系等等。

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“地灾智治”的常见技术手段


       “地灾智治”,逐步壮大的新基建产业
       以上由国家与地方政府主导的地灾防治工作,最终落地在一个个项目上,而这些项目又支撑起一个相当大的产业。有统计显示,2021年,国家自然资源部共发布了12批次地质灾害防治甲级资质单位名单,共计审核通过714家甲级资质企业和1310个资质,全国地质灾害防治行业整体市场规模约300亿元。卫星遥感、北斗高精度定位、测绘地信等正在成为地灾防治产业的新增长点,可见新兴科技在辅助地灾治理的同时,地灾防治产业的新需求也在不断推动这些技术的进步。
       不过由于地质灾害特殊的专业技术背景及要求,许多传统的方法难以被新兴技术完全取代。随着一些新兴技术的不断革新,如何在传统的地质灾害调查方法中最大限度融合新技术的优势,并在调查过程中既能保证第一手资料的真实准确,又能提高地质灾害调查工作的效率,结合好“人防+技防”,将是今后地质灾害调查工作者们必然且持续面对的问题。
       总的来说,推动自然灾害防治体系和防治能力向现代化发展是社会需要,也是大势所趋。2022年6月,国家减灾委员会印发的《“十四五”国家综合防灾减灾规划》通知中明确表示了未来国家的防灾减灾目标为“到2025年,自然灾害防治体系和防治能力现代化取得重大进展,基本建立统筹高效、职责明确、防治结合、社会参与、与经济社会高质量发展相协调的自然灾害防治体系。力争到2035年,自然灾害防治体系和防治能力现代化基本实现”。以人为本,生命至上,防灾减灾是人类生存发展的永恒课题,建设属于我们的美好家园需要积极践行人类命运共同体理念,贡献我们作为社会主体的力量。