新科技如何支撐“普適型”防災(zāi)
Christina Kray
1 day ago閱讀提示：自然資源部地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警新技術(shù)新裝備——地災(zāi)普適型監(jiān)測預(yù)警設(shè)備，目前已在全國9個省（區(qū)、市）推廣試用。該設(shè)備圍繞突發(fā)性地災(zāi)“防”的核心需求，走“規(guī)?；?rdquo;的道路，通過發(fā)展集成化、模塊化、芯片化的途徑提高性價比，降低研發(fā)成本，力爭突破監(jiān)測預(yù)警設(shè)備推廣的瓶頸。未來，先進的理論加上普適的設(shè)備，將明顯提升我國地災(zāi)隱患點識別和管控的能力。
入汛以來，全國多地迎來持續(xù)強降雨，地質(zhì)災(zāi)害防治箭在弦上。在全國9個?。▍^(qū)、市）推廣的自然資源部地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警新技術(shù)新裝備——地災(zāi)普適型監(jiān)測預(yù)警設(shè)備，也迎來緊張的試用考驗。
4月20日下午，部署在湖北省秭歸縣卡門子灣滑坡的地災(zāi)普適型監(jiān)測預(yù)警設(shè)備，及時捕捉到滑坡變形錯動信息。中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院（自然資源部地質(zhì)災(zāi)害技術(shù)指導(dǎo)中心）及時與湖北省自然資源廳、省地質(zhì)環(huán)境總站、宜昌市自然資源局和秭歸縣自然資源局等單位召開“國家—省—市—縣”四級聯(lián)合會商視頻會，綜合研判滑坡的變形現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，確定預(yù)警等級為黃色。當?shù)匮杆俨扇》婪洞胧?，有效保障了滑坡影響區(qū)人民群眾生命財產(chǎn)和三峽庫區(qū)航道安全。
五一節(jié)期間，湖南省鳳凰縣降雨持續(xù)，百余名群測群防人員早早啟動了一日三次的巡查模式。今年，群測群防員龍菊平心里踏實多了：早些時候，當?shù)刈匀毁Y源部門在沱江鎮(zhèn)虹橋村滑坡隱患點安裝了地災(zāi)普適型監(jiān)測預(yù)警設(shè)備，有了這群并肩戰(zhàn)斗的“小伙伴”，龍菊平說：“智能監(jiān)測與我們筑起雙防線，共同守護父老鄉(xiāng)親的平安！”
事實上，這一由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院牽頭，聯(lián)合19家相關(guān)單位研發(fā)試用的新設(shè)備剛滿“周歲”。時間雖不長，已然交出了一份喜人的成績單。“我們研發(fā)的普適型設(shè)備是適用于復(fù)雜地形地質(zhì)條件、可靠耐用、性價比高、方便攜帶的監(jiān)測預(yù)警技術(shù)裝備組合。”自然資源部地質(zhì)災(zāi)害技術(shù)指導(dǎo)中心首席科學(xué)家、地災(zāi)普適型監(jiān)測預(yù)警設(shè)備研發(fā)團隊負責人殷躍平介紹，“截至目前，我們共接收各類有效監(jiān)測數(shù)據(jù)2500余萬條，設(shè)備故障率在6%以下，總體運行穩(wěn)定可靠！”
1 攻堅
預(yù)警地災(zāi)的新突破
“地災(zāi)隱患在哪里？”“什么時間可能發(fā)生？”一直是地災(zāi)防治工作兩大核心問題。解決“何時發(fā)生”的地災(zāi)預(yù)測，更被喻為“世界級”難題。“經(jīng)過20世紀90年代以來以縣為單位的1∶10萬地災(zāi)調(diào)查和最近十多年來實施的1∶5萬地災(zāi)詳查，我國已摸清28.6萬處地災(zāi)隱患點，構(gòu)建了36萬人組成的群測群防隊伍，初步形成了地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警理論技術(shù)體系和科技支持保障體系，全國每年因地災(zāi)傷亡人數(shù)從90年代末的1500人降至最近幾年的200多人?？梢哉f，地災(zāi)防治工作取得了舉世公認的成效。”殷躍平告訴記者。然而，成績之下一個數(shù)據(jù)卻不容回避：全國每年新發(fā)生的地災(zāi)，80%都發(fā)生在已圈定的隱患點范圍之外。
為何還會出現(xiàn)“80%”的盲區(qū)？殷躍平指出，我國地災(zāi)防治形勢依然嚴峻復(fù)雜，近年來，隨著極端強降雨等災(zāi)害性天氣的頻繁出現(xiàn)，以及人類工程活動的增加，地災(zāi)防治工作面臨許多新的問題：一方面，突發(fā)性地災(zāi)“中心”由城鎮(zhèn)向鄉(xiāng)村轉(zhuǎn)移，呈現(xiàn)隨機性更大，隱蔽性更高和累計破壞性更強的特點；另一方面，“視線外”的高位遠程滑坡—碎屑流—泥石流等“鏈狀”地災(zāi)造成的群死群傷特大災(zāi)害日益凸顯，準確進行預(yù)測和防范的難度明顯增大。
“從目前來看，我們對孕災(zāi)地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查遠遠不夠，對易滑結(jié)構(gòu)、成災(zāi)模式、預(yù)警模型的探索研究尚不能滿足防災(zāi)的需求。”殷躍平介紹，比如，去年貴州水城“7·23”山體滑坡災(zāi)害（造成52人死亡），事實上，當?shù)卮褰M的地災(zāi)群測群防工作比較到位，專業(yè)隊伍還采用了高分遙感和InSAR等高新技術(shù)對該區(qū)進行了動態(tài)調(diào)查，所圈定出的隱患點是位于村前的三疊系飛仙關(guān)組構(gòu)成的陡坡地區(qū)，這套地層構(gòu)成的易滑地質(zhì)結(jié)構(gòu)與2017年貴州納雍“8·28”特大滑坡（造成38人死亡）非常相似，但實際上發(fā)生特大災(zāi)害的是位于村后1公里之外的二疊系峨眉山玄武巖構(gòu)成的緩坡上，這種易滑地層形成的高位遠程滑坡在該區(qū)較為罕見。“因此，我們提出了以空間信息技術(shù)、地面測繪、地質(zhì)勘查和風險管控相結(jié)合的新一輪地災(zāi)風險調(diào)查思路：運用綜合遙感技術(shù)開展1∶5萬基礎(chǔ)性調(diào)查；運用無人機、地面測繪與地質(zhì)勘查手段開展以鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村組等人口聚集區(qū)為重點的1∶1萬精細化調(diào)查；通過開展省、縣、村三級宏觀、中觀和細觀地災(zāi)風險區(qū)劃，為防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃提供基礎(chǔ)，跳出以隱患點為中心，‘排查—再排查—再再排查’的就點管點的被動狀態(tài)。”
在科技支撐方面，雖然全國已有眾多“高精尖”的地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警設(shè)備，有的已經(jīng)達到世界級水平，但往往價格不菲，安裝一套設(shè)備動輒需要上百萬元，對于地災(zāi)點多面廣的國情而言，大規(guī)模布設(shè)并不現(xiàn)實。有些設(shè)備還不能適應(yīng)惡劣的野外環(huán)境，運維費也很昂貴。
為解決地災(zāi)防治的突出問題，進一步提高專業(yè)技術(shù)水平，2018年11月，自然資源部召開地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警科技創(chuàng)新研討會，明確圍繞突發(fā)性地災(zāi)“防”的核心需求，聚焦“地災(zāi)隱患在哪里”“什么時間可能發(fā)生”等關(guān)鍵問題，力爭突破監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的瓶頸。
按照自然資源部、中國地質(zhì)調(diào)查局的部署，由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院牽頭，聯(lián)合19家相關(guān)單位組建了“學(xué)科交叉、部門聯(lián)動”的技術(shù)攻關(guān)團隊，拉開了全力開展地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警普適型設(shè)備研發(fā)與適用工作的大幕。
殷躍平認為，“共性”和“性價比”是普適型監(jiān)測預(yù)警設(shè)備特別強調(diào)的兩個要素。長期以來，一些地方形成了“每個滑坡都不一樣”的粗淺意識，因此，人為設(shè)置了滑坡預(yù)警預(yù)報是世界難題的不易逾越的屏障。實際上，滑坡也具有“共性”，都屬于斜坡運動的范疇，這就是普適性。他舉例說明：“我們每個人都各不相同，但作為‘人’這一群體它是有共性的?；乱惨粯?，不同的滑坡總有相同的DNA，普適型設(shè)備就是要通過孕災(zāi)條件、監(jiān)測數(shù)據(jù)、成災(zāi)機理研究，找到滑坡的共性，掌握其運動規(guī)律和理論原理，建立預(yù)警模型，進而提高預(yù)警的科學(xué)性和準確性。”
在“高性價比”方面，殷躍平指出，以往對地災(zāi)隱患點的監(jiān)測過度追求精度，有的設(shè)備監(jiān)測甚至精準到毫米、亞毫米級，這對于城市和重大工程來說是必要的。但實際上，對于廣大鄉(xiāng)村防災(zāi)減災(zāi)而言，厘米級，甚至分米級的精度就能避免重大傷亡，而財產(chǎn)損失是次要的。只要發(fā)現(xiàn)隱患點出現(xiàn)顯著變化，群眾及時撤離即可達到避險目的，監(jiān)測設(shè)備的可靠性和實用性則更為重要。
2 實用
聚焦需求護一方平安
記者了解到，目前通過自主研發(fā)和集成研發(fā)，普適型監(jiān)測預(yù)警設(shè)備研發(fā)和試用取得三方面進展。
一是聚焦降水和地表變形，研發(fā)出裂縫計、GNSS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、傾角計、加速度計，以及雨量計和土壤含水率計6種普適型監(jiān)測預(yù)警設(shè)備。這些設(shè)備以“提高可靠性、提高集成度、降低功耗、降低成本”為目標，集成度高、功能優(yōu)化，并借助物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)，綜合成本降低50%以上，操作簡單、維護方便。
比如，同樣是測量雨量，傳統(tǒng)的翻斗式、虹吸式雨量計精度高，但體積較大，施工難度大，需要定期維護。最新的普適型雨量計采用光電或壓電技術(shù)進行一體化設(shè)計，體積小，維護簡單，便于安裝。又如，傳統(tǒng)的裂縫計量程短，采取分體式設(shè)計，故障率高。最新研發(fā)的設(shè)備加大了量程，采用窄帶物聯(lián)網(wǎng)和遠程控制，設(shè)備待機功耗降低過半，提高了規(guī)?；茝V的水平。
二是建立了監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸通訊協(xié)議，統(tǒng)一了數(shù)據(jù)格式和傳輸方式，開發(fā)了地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警平臺。研究人員針對目前市場上普遍存在的監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)格式和傳輸協(xié)議不統(tǒng)一問題，在普適型設(shè)備研發(fā)中，編制完成《地災(zāi)監(jiān)測數(shù)據(jù)通訊技術(shù)要求》，實現(xiàn)了地災(zāi)監(jiān)測數(shù)據(jù)格式、接口方式和傳輸協(xié)議的統(tǒng)一，保障了多類型設(shè)備快速接入、分析預(yù)警及“國家—省—市—縣”四級數(shù)據(jù)聯(lián)通，初步實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)“實時傳輸、實時查看、實時分析和實時預(yù)警”的監(jiān)測預(yù)警功能。
三是根據(jù)典型性與迫切性相結(jié)合的原理，在重慶、四川、貴州、云南、甘肅、湖南、湖北等9個?。▍^(qū)、市）的高山峽谷、丘陵山區(qū)、黃土地區(qū)、地震影響區(qū)等4類孕災(zāi)地區(qū)，選定29處典型的崩塌、滑坡災(zāi)害隱患開展樣機試用。構(gòu)建了由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院牽頭，省自然資源廳、地災(zāi)防治技術(shù)支撐單位、地方自然資源部門以及設(shè)備研發(fā)單位等共同實施、多級聯(lián)動的工作機制，達到了樣機試用、監(jiān)測實踐的雙重目的。
運行效果如何？一線人員已經(jīng)有不少反饋。
“方便、實用，滿足了使用需求。”甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院副院長李瑞冬說。2019年7月，該院通過野外調(diào)查、綜合比選，最終選擇了永靖縣具有一定典型性和代表性的黃土地災(zāi)隱患點布置了普適型監(jiān)測預(yù)警設(shè)備，并開展了信息系統(tǒng)部署、監(jiān)測數(shù)據(jù)整理分析與綜合研究等工作。“之前做滑坡災(zāi)害深部位移監(jiān)測，需要先打好鉆孔、裝上監(jiān)測管，再往管里陸續(xù)安裝傾斜儀等專業(yè)設(shè)備，程序繁多、設(shè)備體積大?，F(xiàn)在使用普適型傾角儀，所有監(jiān)測設(shè)備集成一體，只需從地表往下戳進60厘米左右的樁就能進行監(jiān)測，施工便捷度有質(zhì)的提升。”李瑞冬告訴記者，此外，10萬元以內(nèi)的單點建設(shè)費用與之前一套差不多80萬元的監(jiān)測設(shè)備相比，能減輕不少財政壓力。
貴州省在盤州市羊場鄉(xiāng)下午村進行了示范點建設(shè)，安裝了3套GNSS，3套裂縫計，1套雨量計和5套崩塌加速度計和4套傾角計。為真實體現(xiàn)出與傳統(tǒng)自動化監(jiān)測設(shè)備的差異，GNSS選擇了共用基站的方式，設(shè)備均安裝在原有同類設(shè)備的附近區(qū)域。“通過對比表明，普適型設(shè)備可有效反應(yīng)地災(zāi)隱患點的動態(tài)變化，設(shè)備數(shù)據(jù)反應(yīng)靈敏。”貴州省自然資源廳地勘處負責人高玉平說。
湖南省完成了19處專業(yè)地災(zāi)監(jiān)測點和25處群測群防監(jiān)測示范建設(shè)，共布設(shè)普適型設(shè)備300多套，2019年省自然資源廳發(fā)布了《湖南省重要地質(zhì)災(zāi)害隱患普適化監(jiān)測技術(shù)要求（試行）》，湖南省自然資源事務(wù)中心地災(zāi)部雷耀波認為，湖南地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，地災(zāi)隱患點數(shù)量多，規(guī)模主要以中小型為主，普適型設(shè)備將有較大的發(fā)展空間。
3 推廣
分區(qū)分類覆蓋全國
“科學(xué)技術(shù)一定要解決國家的急需。”殷躍平指出，許多獲得過大獎的監(jiān)測預(yù)警項目原理都是非常先進的，但遺憾的是大多停留在實驗室研發(fā)階段，而普適型監(jiān)測預(yù)警設(shè)備的研發(fā)必須要走一條“規(guī)?；?rdquo;的道路。“我們在研發(fā)之初就讓企業(yè)參與其中，通過發(fā)展集成化、模塊化、芯片化的途徑提高性價比，降低研發(fā)成本，把研發(fā)和推廣結(jié)合起來。先進的理論加上普適的設(shè)備，將明顯提升80%‘視線外’的地災(zāi)隱患點識別和管控的能力。”
根據(jù)最新設(shè)備成熟度、工業(yè)化生產(chǎn)能力調(diào)研分析：2020年汛期每種普適型設(shè)備可產(chǎn)生1萬套左右，結(jié)合全國地災(zāi)險情，可分區(qū)分類進行推廣。
對此，殷躍平建議，首先要聚焦青藏高原及周緣地區(qū)、云貴高原、秦巴山區(qū)、西北黃土高原、湘鄂桂山區(qū)、東南沿海山地丘陵等地災(zāi)高中易發(fā)區(qū)，這些地區(qū)有不少剛剛脫貧摘帽的貧困縣、貧困村，不僅要避免因災(zāi)返貧，更要避免群死群傷重特大災(zāi)害的發(fā)生。二是要針對險情較大的地災(zāi)隱患及早部署，特別是單體地災(zāi)威脅30人以上、暫時無法實施工程治理或搬遷避讓的地災(zāi)隱患，要確保實時掌握地災(zāi)發(fā)生發(fā)展過程。根據(jù)測算，今年可對3000處險情較大地災(zāi)隱患采用普適型設(shè)備進行監(jiān)測。
此外，為保障監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、分析各環(huán)節(jié)標準統(tǒng)一，還應(yīng)注意將現(xiàn)有監(jiān)測預(yù)警信息示范平臺與普適型設(shè)備同步推廣應(yīng)用。深化機制建設(shè)與組織保障，充分發(fā)揮地方政府地災(zāi)防治主體責任，構(gòu)建地方政府、?。▍^(qū)、市）自然資源廳（局）、地災(zāi)防治技術(shù)支撐單位、市縣級自然資源管理部門和設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)單位等共同實施、多級聯(lián)動的工作機制等。
殷躍平同時坦言，作為新型技術(shù)設(shè)備，普適型監(jiān)測預(yù)警技術(shù)研發(fā)面臨重重挑戰(zhàn)。如：試用時間短，未經(jīng)受長期、復(fù)雜氣象條件的考驗，有些問題可能還沒有暴露出來；引導(dǎo)企業(yè)加快產(chǎn)品標準化、批量化和工程化生產(chǎn)仍需要一個過程；智能化預(yù)警模型還需要進一步探索；核心技術(shù)自主化仍需要加強等等。下一步重點工作，將抓住核心預(yù)警預(yù)測功能集中攻關(guān)，為更大范圍推廣應(yīng)用做好準備。
五一節(jié)前夕，好消息頻頻傳來：一則，由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院起草的《地質(zhì)災(zāi)害專群監(jiān)測預(yù)警技術(shù)指南（試行）》與《地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測通訊技術(shù)要求》，作為自然資源部地災(zāi)防治三年行動方案下發(fā)各省參照執(zhí)行。這兩部技術(shù)要求可指導(dǎo)和規(guī)范崩塌、滑坡和泥石流等地災(zāi)隱患的專群結(jié)合監(jiān)測預(yù)警工作，有利于提高地方防災(zāi)避險能力。二則，“滑坡崩塌災(zāi)害普適型智能化實時監(jiān)測預(yù)警儀器研發(fā)”國家重大專項獲批，該項目的實施將推動我國防災(zāi)減災(zāi)體系的標準化和技術(shù)進步，推動地災(zāi)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)裝備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，為我國地災(zāi)三年行動實施提供支撐。
據(jù)了解，為應(yīng)對地災(zāi)風險，2020年全國汛期地災(zāi)防治工作視頻會議強調(diào)，要加快普適型監(jiān)測預(yù)警儀器設(shè)備集成研發(fā)和試用，進一步強化預(yù)警科學(xué)性、及時性、準確性。四川、湖南、甘肅、貴州陸續(xù)發(fā)文，明確今年逐步開展普適型監(jiān)測設(shè)備試點建設(shè)工作。重慶市確定將以分類分級方式，對已查明的所有隱患點推進普適型設(shè)備的安裝與自動監(jiān)測。業(yè)內(nèi)人士指出，隨著新一輪1∶5萬調(diào)查和風險評價、1∶1萬精細化調(diào)查開展，不僅會找到更多地災(zāi)隱患點，而且“找”的過程還可能會引入普適型新技術(shù)手段。
可以預(yù)見，未來普適型監(jiān)測預(yù)警設(shè)備將與合成孔徑雷達測量、高分辨率衛(wèi)星遙感、無人機遙感、機載激光雷達測量等多種新技術(shù)手段，形成天空地一體化作戰(zhàn)方式，在地災(zāi)防治工作中發(fā)揮更好的作用，守護群眾的生命財產(chǎn)安全。
鏈接
地災(zāi)普適型監(jiān)測預(yù)警設(shè)備
■特點
運行可靠、功能簡約、精度適當、性價比高、安裝快捷、維護方便、智能預(yù)警
■六種設(shè)備
普適型雨量計：采用新型光電式、壓電式傳感器，體積小，維護簡單。
土壤含水率計：無須標定，探測范圍大，采用多參數(shù)一體化設(shè)計，尺寸小，可在15分鐘內(nèi)完成安裝。
裂縫計：加大量程、窄帶物聯(lián)網(wǎng)和遠程控制，設(shè)備待機功耗降低50%，對于加速變形階段的采集能力明顯提升。
普適型GNSS：將監(jiān)測精度由毫米級調(diào)整為亞厘米級，增加一體化預(yù)埋箱方式，運行功耗與綜合成本顯著降低。
傾角計和振動加速度計：內(nèi)置電池可不間斷供電2~3年，已形成微芯樁、變形樁等多參數(shù)一體化監(jiān)測預(yù)警設(shè)備，易安裝易維護。
