关注丨姜卫平:如何发挥北斗“监”灾最大作用,关键有3点

2020-09-30 14:45:02 秘书处 0

我国地域辽阔,地理地质条件复杂,加上气候因素的影响,山体滑坡、洪涝、风暴、冰雪、地震等自然灾害频发,严重威胁人民群众的生命财产安全,对我国的经济社会发展造成了巨大影响。如何能最大限度地减少地质灾害带来的损失?地质灾害的监测预警显得尤为重要。为此,《定位》杂志秋季刊近期采访了武汉大学卫星导航定位技术研究中心主任姜卫平,就北斗监灾谈了自己的看法。

近年来,诸多科技手段被引入到地质灾害防治中,通过对发生地点、时间以及规模等级的预警,制定科学有效的应对措施,在灾害发生前或发生时,及时准确地实施防范或救援,最大程度地降低灾害带来的影响。据不完全统计,2020年上半年全国共成功预警地质灾害149起,涉及人员4853人,避免直接经济损失达3.63亿元。


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武汉大学卫星导航定位技术研究中心主任姜卫平

“特别是卫星导航定位技术,它能够获取大范围、多尺度、高精度的位置变化,进而对地质灾害进行监测和预警,是非常有意义的。”姜卫平说道。基于全球卫星导航系统(GNSS),构建地质灾害监测与预警系统,可实现对地质灾害隐患点的高精度、全天候、自动化监测、分析和预警等功能,并能广泛应用于崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、地面塌陷和地裂缝变形等监测。

卫星导航定位技术化身“监灾担当”

当前,全球主要运行的四大卫星导航系统中,以美国GPS和我国北斗系统在灾害的监测和预警方面发挥的作用较为突出,近些年更是取得不少进展。卫星导航定位技术在地质灾害防治中的作用主要体现在大中小尺度监测三个方面。

首先,在做大尺度监测时,卫星导航定位技术主要应用于研究地壳运动和地震监测。对地壳运动的掌握是地震研究重要的基础。早在上世纪九十年代初,卫星导航定位技术就被运用到构造运动的研究中。“当时,我们学校有一位教授借助卫星导航定位技术,曾预测云南丽江地区在一两年内会有大地震发生。1996年2月丽江发生的7.0级地震验证了他的预测。这也为卫星导航定位技术用于地震、地球动力学研究提供了一个很好的依据。”姜卫平回忆道。当前,北斗系统作为我国自主研发的卫星导航系统,它能更好地帮助我国学者在地壳运动和地震监测研究中取得更多进展和成果。


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施工人员安装中海达地质灾害监测设备

其次,在做中尺度监测时,卫星导航定位技术主要应用于地面沉降、滑坡等自然灾害防治。在地面沉降监测方面,卫星导航定位技术可以准确监测我国华北地区地面每年约3~5cm的沉降,精度之高,甚至可代替高精度水准测量的监测。在滑坡监测方面,卫星导航定位技术应用更加广泛,有代表性的案例是2018年10月10日金沙江白格地区滑坡,当时第一次滑坡发生后,国家相关单位即刻采取措施,利用卫星导航定位技术对当地地面范围进行监测,准确预报了第二次滑坡,及时转移人群物资,最大限度保障了当地人民群众的生命财产安全。

最后,在做小尺度监测时,卫星导航定位技术则主要应用于桥梁、大坝、高层建筑物等大型构建物外观的变形监测。“1996年,刘经南院士带领我们建立了世界上第一个全自动、高精度、实时的毫米级卫星导航定位监测系统,应用在湖北清江隔河岩大坝的监测中。”姜卫平自豪地说。目前,国内的大坝、桥梁、高层建筑物等大型构建物已经陆续应用北斗系统来做安全监测。

多技能加持,北斗监灾成功“破圈”

近年来北斗系统在地质灾害防治中“频频立功”。2020年雨季,全国水患严重,湖南、四川和贵州等地接连发生多起滑坡事件,基于北斗的灾害监测系统多次成功预警,为相关专业人员分析和处理留出了充足时间,有效避免了人员的伤亡和财产损失。

北斗系统之所以能在众多地质灾害防治手段中脱颖而出,正是因为它的两个突出优势

其一,北斗系统可以实现实时、高精度、全天候观测。姜卫平介绍道,在精度方面,北斗系统的精度可以达到1毫米左右,这个精度能满足大坝和高层建筑物监测的要求,对于滑坡和地壳运动监测也可以做到厘米和毫米级;在时效性方面,水准仪、全站仪、经纬仪等常规测绘仪器会受到区域和气候等因素的影响,倘若夏天采用二等及以上精密水准做沉降监测,那么在太阳强烈的中午是不能观测的,到了晚上又会因为光线不够达不到观测条件,而北斗系统可实现全天候观测;另外,对于大范围的观测,以地壳运动监测为例,可以基于北斗系统,在不同的地点放置北斗监测仪器,并将它们连接起来,就能监测出这些地方的地壳运动,这是常规手段无法做到的;在实时性方面,虽然传统的光学仪器全站仪也可以做到实时,但其受天气和气候的影响比较大,且难以同步测量多点位移,而北斗系统则几乎不受影响。


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中海达地质灾害监测设备

其二,北斗系统具有短报文功能。在无稳定通信网络覆盖的偏远地区或者无人区更能凸显这个优势。“短报文功能不仅能用在科学研究中,还起到通讯的作用。”姜卫平举例说道,“我们最近在青海省无人区做一个湖面监测。由于这个区域没有通信信号,传统的监测设备用不上,而利用北斗系统监测湖面变化,监测数据就能通过短报文功能发送到信息中心,从而实现实时监控。又如2008年汶川地震,震后地面通讯全部中断,外界跟汶川的联系也随之中断。当时救援队伍利用北斗系统的短报文功能与外界建立了联系,通报了灾情,为指挥部及时作出决策提供了关键数据和技术支撑。”

北斗系统在地质灾害防治中的优势这么明显,那它是否存在不足呢?姜卫平点了点头,“最大的不足是北斗系统需要对天通视。如果周边环境有遮挡,那么与北斗有关的设备就搜不到卫星,设备将无法正常运行。其次北斗短距离的相对精度要比光学仪器差。比如在沉降监测方面,一等水准一公里可以达到零点几毫米,而北斗只能达到一两毫米。此外,北斗系统的硬件成本相对较高。”姜卫平停顿了一下,表情突然严肃了一些,“这个方面我持一个观点,北斗系统有很多优点,但不能因为成本贵一点或者有些不足,大家就不用。我们都知道形变监测很重要,但是因为涉及到新技术的投入,有些人对北斗系统产生了抵触心理。他们认为北斗系统在两三万公里的高空中,怎么能监测到地面一两毫米的变化呢?如果监测不到,为什么要去投入呢?其实,北斗系统是可以做到地面一两毫米的监测,只是成本要高一些。不能因为一些观念问题,阻碍了北斗系统在形变监测等方面的应用。”

北斗监灾未来可期

目前全球气候环境剧烈变化,我国地质灾害防治工作形势依然严峻。地质灾害监测预警工作事关人民群众生命财产安全,必须全力以赴。从空间信息从业者的角度看,相对于精度要求,未来对灾害监测预警工作更注重时效,以及对灾害发生临界点的分析判断。随着空间信息技术的不断发展,无人机、InSAR等技术的纷纷加入,多技术融合应用必定是未来的大趋势,而如何集中最先进、最有效的技术来提升我国地质灾害防治的能力,最大限度地降低灾害损失呢?


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中海达地质灾害监测设备为四川九寨沟保驾护航

姜卫平认为,首先是国家层面的重视和投入。随着经济社会的发展,国家愈发重视地质灾害防治工作,政府和企业也将更多的人力、物力、财力投入到此项工作中,从而更快推动先进的科技手段在地质灾害防治中的应用;其次是用好科学技术。科学技术快速发展和成熟的今天,以北斗系统为代表的空间信息技术,包括InSAR技术、无人机技术,还有力学、材料技术都已具备为地质灾害监测发挥作用的能力,“要把这些技术用好,而不是用这些技术观测了一堆数据,又不去用它,最后几乎没有分析预警方面的结论”,姜卫平强调道;最后是观念上要重视。从政府管理人员到科研工作者,再到行业人员,要重视和关注地质灾害监测工作,不能有“灾害没发生,监测就没有用”的观念。“相反,万一发生灾害了,有效的监测可挽回的损失是不可估量的。”上述三个条件作为支撑,相信我们国家能更好地更充分地发挥北斗系统在地质灾害防治中的作用,提升我国地质灾害防治的综合能力

下一步,随着经济社会发展、国家重视程度的提高以及监测观念的进步,以北斗系统为代表的空间信息技术应用,能真正让地质灾害防治工作如虎添翼,助力我国地质灾害防治能力的全面提高,切实保障人民群众的生命财产安全。