無人機(jī)與雷達(dá)監(jiān)測(cè)排查救援隱患

楊曉琳 馬海濤 王彥平 于正興 曹圣軍

2016年5月8日凌晨5時(shí)許，福建省三明市泰寧縣開善鄉(xiāng)因暴雨發(fā)生泥石流災(zāi)害，為了盡快救出被埋人員，避免救援過程中發(fā)生二次災(zāi)害，中國(guó)安科院組成救災(zāi)監(jiān)測(cè)小組并攜帶邊坡雷達(dá)、無人機(jī)等遙感設(shè)備抵達(dá)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，為救援過程提供科學(xué)精確的感知信息，對(duì)救援現(xiàn)場(chǎng)安全隱患進(jìn)行普查辨識(shí)，確保安全施救。

2016年5月8日凌晨5時(shí)許，福建省三明市泰寧縣開善鄉(xiāng)因暴雨發(fā)生泥石流災(zāi)害，造成中國(guó)華電集團(tuán)所屬池潭水電廠擴(kuò)建工程項(xiàng)目部辦公樓和工地宿舍被埋，災(zāi)害共造成35人遇難，1人失聯(lián)。為了盡快救出被埋人員，避免救援過程中發(fā)生二次災(zāi)害，受國(guó)家安全監(jiān)管總局指派，中國(guó)安科院組成救災(zāi)監(jiān)測(cè)小組并攜帶邊坡雷達(dá)和無人機(jī)等遙感設(shè)備于事發(fā)當(dāng)天抵達(dá)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)參與救援工作。

救災(zāi)監(jiān)測(cè)小組采用無人機(jī)三維攝影技術(shù)和高分衛(wèi)星空間遙感技術(shù)，勘查泥石流災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)及周圍環(huán)境，從宏觀到局部為救援過程提供科學(xué)精確的感知信息，進(jìn)行安全隱患的普查辨識(shí)，對(duì)其中發(fā)現(xiàn)的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)救援威脅最大的重點(diǎn)區(qū)域，采用邊坡雷達(dá)開展不間斷連續(xù)監(jiān)測(cè)，保證救援順利、安全、高效開展，確保科學(xué)施救、安全施救。具體的技術(shù)流程見圖1。

高分衛(wèi)星監(jiān)測(cè)

采用高分系列1號(hào)、2號(hào)衛(wèi)星，分別調(diào)集2013—2016年高分辨率衛(wèi)星影像，通過遙感技術(shù)合成高分辨率正射影像數(shù)據(jù)，對(duì)整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)120 km2的面積范圍進(jìn)行宏觀監(jiān)測(cè)，為災(zāi)害救援環(huán)境分析提供了可靠依據(jù)（見圖2）。

無人機(jī)中低空攝影測(cè)量

結(jié)合高分系列1號(hào)、2號(hào)衛(wèi)星對(duì)受災(zāi)區(qū)域的觀測(cè)結(jié)果，基于航空攝影測(cè)量技術(shù)，采用靈活簡(jiǎn)便的微型無人機(jī)飛行器，搭載可見光傳感器，快速采集現(xiàn)場(chǎng)多角度影像信息并實(shí)現(xiàn)了三維實(shí)景還原?；谄涑晒?，開展了現(xiàn)場(chǎng)空間分析和隱患排查。

受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)全景圖及三維模型

將無人機(jī)拍攝的受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)360°全景立體圖上傳至云平臺(tái)和指揮部，各級(jí)指揮員可以隨時(shí)通過手機(jī)調(diào)看現(xiàn)場(chǎng)救援影像，大大提高了指揮效率。同時(shí)，基于無人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量和衛(wèi)星數(shù)據(jù)建立了災(zāi)區(qū)地表的三維模型，并對(duì)災(zāi)害基本參數(shù)進(jìn)行分析測(cè)算。（見圖3）

現(xiàn)場(chǎng)空間分析

通過無人機(jī)航拍測(cè)量本次泥石流發(fā)生于低山山間沖溝，啟動(dòng)區(qū)高程約810 m，堆積區(qū)高程約230 m，高差約580 m；泥石流流通路徑延伸長(zhǎng)度約1 200 m，寬度7～25 m，平均縱坡坡度約28°，匯水面積0.5 km2。（見圖4）

整個(gè)沖溝在泥石流災(zāi)害發(fā)生前覆蓋原生灌木林，處天然狀態(tài)。災(zāi)害發(fā)生前，溝底分布有大量松散滾石和碎塊石。

泥石流沖出后，沖毀了靠近溝口的第三級(jí)臺(tái)階3間工棚、第二級(jí)臺(tái)階的1棟廢棄四層辦公樓和第一級(jí)臨河臺(tái)階的3間工棚。下游沖擊面積約8 000 m2，泥石流體積總量超過1萬m3。

隱患排查

結(jié)合高分衛(wèi)星觀測(cè)資料及無人機(jī)航拍測(cè)量結(jié)果，對(duì)搜救區(qū)域上游及周邊道路、線路、水庫等重要生產(chǎn)設(shè)施安裝狀態(tài)進(jìn)行分析評(píng)估，辨識(shí)新生滑坡體和危險(xiǎn)疑似區(qū)域，確定隱患排查重點(diǎn)。經(jīng)過與指揮部地質(zhì)專家研討，確定沖溝左岸山體為對(duì)救援影響最大的重點(diǎn)區(qū)域，需對(duì)其開展實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)。（見圖5、6）

邊坡雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警

發(fā)生泥石流災(zāi)害沖溝的左岸山體上部為裸露基巖、下部為松散土體，植被較為茂密，一旦發(fā)生二次滑坡將直接威脅正在搜救的救援人員和前線指揮部。

安科院救災(zāi)監(jiān)測(cè)小組決定采用自主研發(fā)的邊坡雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警，該系統(tǒng)基于地基合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)，最大作用距離可達(dá)5 km，精度達(dá)0.1 mm，能夠?qū)Ω餍腿斯み吰潞妥匀簧襟w邊坡實(shí)施大范圍連續(xù)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行坍塌和滑坡災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)，曾參與浙江麗水“11·13”滑坡災(zāi)害和深圳“12·20”渣土受納場(chǎng)滑坡事故的現(xiàn)場(chǎng)救援工作，為分析事故原因、提高救援效率和保障救援人員安全提供了科學(xué)依據(jù)和可靠保障，受到救援指揮部和當(dāng)?shù)厝嗣裾膹V泛認(rèn)可。

泥石流受災(zāi)區(qū)域布滿大小碎石和泥沙，環(huán)境險(xiǎn)惡，車輛無法通行。監(jiān)測(cè)小組專家在武警消防部隊(duì)的協(xié)助下，將邊坡雷達(dá)設(shè)備徒手搬運(yùn)至預(yù)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并立即開始系統(tǒng)組裝和調(diào)試，對(duì)危險(xiǎn)邊坡進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（見圖7～9）

根據(jù)本次觀測(cè)的山體性質(zhì)，設(shè)置雷達(dá)預(yù)警面積超過100 m2、6 h累計(jì)位移超過6 mm。當(dāng)移動(dòng)速度超過3 mm/h時(shí)，為預(yù)警撤離的警報(bào)指標(biāo)；當(dāng)位移速度分別達(dá)到1 mm/h、2 mm/h時(shí)，采取提前加密觀測(cè)、告知指揮部等方式進(jìn)行初期預(yù)警。在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過程中，5月10日0—7時(shí)時(shí)段，泥石流災(zāi)害受災(zāi)地區(qū)普降暴雨，雷達(dá)觀測(cè)形變數(shù)據(jù)在這一時(shí)段有一定增加，最大形變位移8 mm，形變速度1.14 mm/h。監(jiān)測(cè)小組根據(jù)位移速度變化和雨景形勢(shì)，報(bào)告指揮部，建議施工救援人員下撤暫避，得到采納。

截至2016年5月11日8時(shí)，邊坡雷達(dá)監(jiān)測(cè)組夜以繼日、風(fēng)雨無阻，連續(xù)監(jiān)測(cè)滑坡體40余小時(shí)，采集了240幀雷達(dá)監(jiān)測(cè)圖像，獲得了約4 000萬個(gè)有效的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，處理了5 G的信息。有效保障了救援人員的安全和救援工作的高效有序開展。

編輯 趙 原