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                      2016年01月13日 星期三
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                      新科技如何支撐“普適型”防災

                      來源:中國自然資源報 作者:陳舒 范宏喜 王麗容 發布時間:2020-05-11

                      各地安裝地質災害普適型監測預警設備。 張鳴之 陳彥 供圖

                      閱讀提示:自然資源部地質災害監測預警新技術新裝備——地災普適型監測預警設備,目前已在全國9個省(區、市)推廣試用。該設備圍繞突發性地災“防”的核心需求,走“規模化”的道路,通過發展集成化、模塊化、芯片化的途徑提高性價比,降低研發成本,力爭突破監測預警設備推廣的瓶頸。未來,先進的理論加上普適的設備,將明顯提升我國地災隱患點識別和管控的能力。

                      入汛以來,全國多地迎來持續強降雨,地質災害防治箭在弦上。在全國9個省(區、市)推廣的自然資源部地質災害監測預警新技術新裝備——地災普適型監測預警設備,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普適型監測預警設備,及時捕捉到滑坡變形錯動信息。中國地質調查局地質環境監測院(自然資源部地質災害技術指導中心)及時與湖北省自然資源廳、省地質環境總站、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”四級聯合會商視頻會,綜合研判滑坡的變形現狀和發展趨勢,確定預警等級為黃色。當地迅速采取防范措施,有效保障了滑坡影響區人民群眾生命財產和三峽庫區航道安全。

                      五一節期間,湖南省鳳凰縣降雨持續,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,當地自然資源部門在沱江鎮虹橋村滑坡隱患點安裝了地災普適型監測預警設備,有了這群并肩戰斗的“小伙伴”,龍菊平說:“智能監測與我們筑起雙防線,共同守護父老鄉親的平安!”

                      事實上,這一由中國地質調查局地質環境監測院牽頭,聯合19家相關單位研發試用的新設備剛滿“周歲”。時間雖不長,已然交出了一份喜人的成績單。“我們研發的普適型設備是適用于復雜地形地質條件、可靠耐用、性價比高、方便攜帶的監測預警技術裝備組合。”自然資源部地質災害技術指導中心首席科學家、地災普適型監測預警設備研發團隊負責人殷躍平介紹,“截至目前,我們共接收各類有效監測數據2500余萬條,設備故障率在6%以下,總體運行穩定可靠!”

                      1 攻堅

                      預警地災的新突破

                      “地災隱患在哪里?”“什么時間可能發生?”一直是地災防治工作兩大核心問題。解決“何時發生”的地災預測,更被喻為“世界級”難題。“經過20世紀90年代以來以縣為單位的1∶10萬地災調查和最近十多年來實施的1∶5萬地災詳查,我國已摸清28.6萬處地災隱患點,構建了36萬人組成的群測群防隊伍,初步形成了地災監測預警理論技術體系和科技支持保障體系,全國每年因地災傷亡人數從90年代末的1500人降至最近幾年的200多人。可以說,地災防治工作取得了舉世公認的成效。”殷躍平告訴記者。然而,成績之下一個數據卻不容回避:全國每年新發生的地災,80%都發生在已圈定的隱患點范圍之外。

                      為何還會出現“80%”的盲區?殷躍平指出,我國地災防治形勢依然嚴峻復雜,近年來,隨著極端強降雨等災害性天氣的頻繁出現,以及人類工程活動的增加,地災防治工作面臨許多新的問題:一方面,突發性地災“中心”由城鎮向鄉村轉移,呈現隨機性更大,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”地災造成的群死群傷特大災害日益凸顯,準確進行預測和防范的難度明顯增大。

                      “從目前來看,我們對孕災地質環境的調查遠遠不夠,對易滑結構、成災模式、預警模型的探索研究尚不能滿足防災的需求。”殷躍平介紹,比如,去年貴州水城“7·23”山體滑坡災害(造成52人死亡),事實上,當地村組的地災群測群防工作比較到位,專業隊伍還采用了高分遙感和InSAR等高新技術對該區進行了動態調查,所圈定出的隱患點是位于村前的三疊系飛仙關組構成的陡坡地區,這套地層構成的易滑地質結構與2017年貴州納雍“8·28”特大滑坡(造成38人死亡)非常相似,但實際上發生特大災害的是位于村后1公里之外的二疊系峨眉山玄武巖構成的緩坡上,這種易滑地層形成的高位遠程滑坡在該區較為罕見。“因此,我們提出了以空間信息技術、地面測繪、地質勘查和風險管控相結合的新一輪地災風險調查思路:運用綜合遙感技術開展1∶5萬基礎性調查;運用無人機、地面測繪與地質勘查手段開展以鄉鎮、村組等人口聚集區為重點的1∶1萬精細化調查;通過開展省、縣、村三級宏觀、中觀和細觀地災風險區劃,為防災減災規劃提供基礎,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。”

                      在科技支撐方面,雖然全國已有眾多“高精尖”的地災監測預警設備,有的已經達到世界級水平,但往往價格不菲,安裝一套設備動輒需要上百萬元,對于地災點多面廣的國情而言,大規模布設并不現實。有些設備還不能適應惡劣的野外環境,運維費也很昂貴。

                      為解決地災防治的突出問題,進一步提高專業技術水平,2018年11月,自然資源部召開地災監測預警科技創新研討會,明確圍繞突發性地災“防”的核心需求,聚焦“地災隱患在哪里”“什么時間可能發生”等關鍵問題,力爭突破監測預警技術的瓶頸。

                      按照自然資源部、中國地質調查局的部署,由中國地質調查局地質環境監測院牽頭,聯合19家相關單位組建了“學科交叉、部門聯動”的技術攻關團隊,拉開了全力開展地災監測預警普適型設備研發與適用工作的大幕。

                      殷躍平認為,“共性”和“性價比”是普適型監測預警設備特別強調的兩個要素。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,人為設置了滑坡預警預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。滑坡也一樣,不同的滑坡總有相同的DNA,普適型設備就是要通過孕災條件、監測數據、成災機理研究,找到滑坡的共性,掌握其運動規律和理論原理,建立預警模型,進而提高預警的科學性和準確性。”

                      在“高性價比”方面,殷躍平指出,以往對地災隱患點的監測過度追求精度,有的設備監測甚至精準到毫米、亞毫米級,這對于城市和重大工程來說是必要的。但實際上,對于廣大鄉村防災減災而言,厘米級,甚至分米級的精度就能避免重大傷亡,而財產損失是次要的。只要發現隱患點出現顯著變化,群眾及時撤離即可達到避險目的,監測設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,目前通過自主研發和集成研發,普適型監測預警設備研發和試用取得三方面進展。

                      一是聚焦降水和地表變形,研發出裂縫計、GNSS衛星定位系統、傾角計、加速度計,以及雨量計和土壤含水率計6種普適型監測預警設備。這些設備以“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、功能優化,并借助物聯網傳輸技術,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進行一體化設計,體積小,維護簡單,便于安裝。又如,傳統的裂縫計量程短,采取分體式設計,故障率高。最新研發的設備加大了量程,采用窄帶物聯網和遠程控制,設備待機功耗降低過半,提高了規模化推廣的水平。

                      二是建立了監測數據傳輸通訊協議,統一了數據格式和傳輸方式,開發了地災監測預警平臺。研究人員針對目前市場上普遍存在的監測設備數據格式和傳輸協議不統一問題,在普適型設備研發中,編制完成《地災監測數據通訊技術要求》,實現了地災監測數據格式、接口方式和傳輸協議的統一,保障了多類型設備快速接入、分析預警及“國家—省—市—縣”四級數據聯通,初步實現監測數據“實時傳輸、實時查看、實時分析和實時預警”的監測預警功能。

                      三是根據典型性與迫切性相結合的原理,在重慶、四川、貴州、云南、甘肅、湖南、湖北等9個省(區、市)的高山峽谷、丘陵山區、黃土地區、地震影響區等4類孕災地區,選定29處典型的崩塌、滑坡災害隱患開展樣機試用。構建了由中國地質調查局地質環境監測院牽頭,省自然資源廳、地災防治技術支撐單位、地方自然資源部門以及設備研發單位等共同實施、多級聯動的工作機制,達到了樣機試用、監測實踐的雙重目的。

                      運行效果如何?一線人員已經有不少反饋。

                      “方便、實用,滿足了使用需求。”甘肅省地質環境監測院副院長李瑞冬說。2019年7月,該院通過野外調查、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隱患點布置了普適型監測預警設備,并開展了信息系統部署、監測數據整理分析與綜合研究等工作。“之前做滑坡災害深部位移監測,需要先打好鉆孔、裝上監測管,再往管里陸續安裝傾斜儀等專業設備,程序繁多、設備體積大。現在使用普適型傾角儀,所有監測設備集成一體,只需從地表往下戳進60厘米左右的樁就能進行監測,施工便捷度有質的提升。”李瑞冬告訴記者,此外,10萬元以內的單點建設費用與之前一套差不多80萬元的監測設備相比,能減輕不少財政壓力。

                      貴州省在盤州市羊場鄉下午村進行了示范點建設,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。為真實體現出與傳統自動化監測設備的差異,GNSS選擇了共用基站的方式,設備均安裝在原有同類設備的附近區域。“通過對比表明,普適型設備可有效反應地災隱患點的動態變化,設備數據反應靈敏。”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處專業地災監測點和25處群測群防監測示范建設,共布設普適型設備300多套,2019年省自然資源廳發布了《湖南省重要地質災害隱患普適化監測技術要求(試行)》,湖南省自然資源事務中心地災部雷耀波認為,湖南地質環境復雜,地災隱患點數量多,規模主要以中小型為主,普適型設備將有較大的發展空間。

                      3 推廣

                      分區分類覆蓋全國

                      “科學技術一定要解決國家的急需。”殷躍平指出,許多獲得過大獎的監測預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階段,而普適型監測預警設備的研發必須要走一條“規模化”的道路。“我們在研發之初就讓企業參與其中,通過發展集成化、模塊化、芯片化的途徑提高性價比,降低研發成本,把研發和推廣結合起來。先進的理論加上普適的設備,將明顯提升80%‘視線外’的地災隱患點識別和管控的能力。”

                      根據最新設備成熟度、工業化生產能力調研分析:2020年汛期每種普適型設備可產生1萬套左右,結合全國地災險情,可分區分類進行推廣。

                      對此,殷躍平建議,首先要聚焦青藏高原及周緣地區、云貴高原、秦巴山區、西北黃土高原、湘鄂桂山區、東南沿海山地丘陵等地災高中易發區,這些地區有不少剛剛脫貧摘帽的貧困縣、貧困村,不僅要避免因災返貧,更要避免群死群傷重特大災害的發生。二是要針對險情較大的地災隱患及早部署,特別是單體地災威脅30人以上、暫時無法實施工程治理或搬遷避讓的地災隱患,要確保實時掌握地災發生發展過程。根據測算,今年可對3000處險情較大地災隱患采用普適型設備進行監測。

                      此外,為保障監測預警數據采集、傳輸、處理、分析各環節標準統一,還應注意將現有監測預警信息示范平臺與普適型設備同步推廣應用。深化機制建設與組織保障,充分發揮地方政府地災防治主體責任,構建地方政府、省(區、市)自然資源廳(局)、地災防治技術支撐單位、市縣級自然資源管理部門和設備研發生產單位等共同實施、多級聯動的工作機制等。

                      殷躍平同時坦言,作為新型技術設備,普適型監測預警技術研發面臨重重挑戰。如:試用時間短,未經受長期、復雜氣象條件的考驗,有些問題可能還沒有暴露出來;引導企業加快產品標準化、批量化和工程化生產仍需要一個過程;智能化預警模型還需要進一步探索;核心技術自主化仍需要加強等等。下一步重點工作,將抓住核心預警預測功能集中攻關,為更大范圍推廣應用做好準備。

                      五一節前夕,好消息頻頻傳來:一則,由中國地質調查局地質環境監測院起草的《地質災害專群監測預警技術指南(試行)》與《地質災害監測通訊技術要求》,作為自然資源部地災防治三年行動方案下發各省參照執行。這兩部技術要求可指導和規范崩塌、滑坡和泥石流等地災隱患的專群結合監測預警工作,有利于提高地方防災避險能力。二則,“滑坡崩塌災害普適型智能化實時監測預警儀器研發”國家重大專項獲批,該項目的實施將推動我國防災減災體系的標準化和技術進步,推動地災監測預警技術裝備產業化發展,為我國地災三年行動實施提供支撐。

                      據了解,為應對地災風險,2020年全國汛期地災防治工作視頻會議強調,要加快普適型監測預警儀器設備集成研發和試用,進一步強化預警科學性、及時性、準確性。四川、湖南、甘肅、貴州陸續發文,明確今年逐步開展普適型監測設備試點建設工作。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備的安裝與自動監測。業內人士指出,隨著新一輪1∶5萬調查和風險評價、1∶1萬精細化調查開展,不僅會找到更多地災隱患點,而且“找”的過程還可能會引入普適型新技術手段。

                      可以預見,未來普適型監測預警設備將與合成孔徑雷達測量、高分辨率衛星遙感、無人機遙感、機載激光雷達測量等多種新技術手段,形成天空地一體化作戰方式,在地災防治工作中發揮更好的作用,守護群眾的生命財產安全。

                      鏈接

                      地災普適型監測預警設備

                      ■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、智能預警

                      ■六種設備

                      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,采用多參數一體化設計,尺寸小,可在15分鐘內完成安裝。

                      裂縫計:加大量程、窄帶物聯網和遠程控制,設備待機功耗降低50%,對于加速變形階段的采集能力明顯提升。

                      普適型GNSS:將監測精度由毫米級調整為亞厘米級,增加一體化預埋箱方式,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、變形樁等多參數一體化監測預警設備,易安裝易維護。

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