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无人机与雷达监测排查救援隐患


  杨晓琳 马海涛 王彦平 于正兴 曹圣军
  2016年5月8日凌晨5时许,福建省三明市泰宁县开善乡因暴雨发生泥石流灾害,为了尽快救出被埋人员,避免救援过程中发生二次灾害,中国安科院组成救灾监测小组并携带边坡雷达无人机遥感设备抵达灾害现场,为救援过程提供科学精确的感知信息,对救援现场安全隐患进行普查辨识,确保安全施救。
  2016年5月8日凌晨5时许,福建省三明市泰宁县开善乡因暴雨发生泥石流灾害,造成中国华电集团所属池潭水电厂扩建工程项目部办公楼和工地宿舍被埋,灾害共造成35人遇难,1人失联。为了尽快救出被埋人员,避免救援过程中发生二次灾害,受国家安全监管总局指派,中国安科院组成救灾监测小组并携带边坡雷达和无人机等遥感设备于事发当天抵达灾害现场参与救援工作。
  救灾监测小组采用无人机三维摄影技术和高分卫星空间遥感技术,勘查泥石流灾害现场及周围环境,从宏观到局部为救援过程提供科学精确的感知信息,进行安全隐患的普查辨识,对其中发现的对现场救援威胁最大的重点区域,采用边坡雷达开展不间断连续监测,保证救援顺利、安全、高效开展,确保科学施救、安全施救。具体的技术流程见图1。
  高分卫星监测
  采用高分系列1号、2号卫星,分别调集2013—2016年高分辨率卫星影像,通过遥感技术合成高分辨率正射影像数据,对整个现场120 km2的面积范围进行宏观监测,为灾害救援环境分析提供了可靠依据(见图2)。
  无人机中低空摄影测量
  结合高分系列1号、2号卫星对受灾区域的观测结果,基于航空摄影测量技术,采用灵活简便的微型无人机飞行器,搭载可见光传感器,快速采集现场多角度影像信息并实现了三维实景还原。基于其成果,开展了现场空间分析和隐患排查。
  受灾现场全景图及三维模型
  将无人机拍摄的受灾现场360°全景立体图上传至云平台和指挥部,各级指挥员可以随时通过手机调看现场救援影像,大大提高了指挥效率。同时,基于无人机三维倾斜摄影测量和卫星数据建立了灾区地表的三维模型,并对灾害基本参数进行分析测算。(见图3)
  现场空间分析
  通过无人机航拍测量本次泥石流发生于低山山间冲沟,启动区高程约810 m,堆积区高程约230 m,高差约580 m;泥石流流通路径延伸长度约1 200 m,宽度7~25 m,平均纵坡坡度约28°,汇水面积0.5 km2。(见图4)
  整个冲沟在泥石流灾害发生前覆盖原生灌木林,处天然状态。灾害发生前,沟底分布有大量松散滚石和碎块石。
  泥石流冲出后,冲毁了靠近沟口的第三级台阶3间工棚、第二级台阶的1栋废弃四层办公楼和第一级临河台阶的3间工棚。下游冲击面积约8 000 m2,泥石流体积总量超过1万m3。
  隐患排查
  结合高分卫星观测资料及无人机航拍测量结果,对搜救区域上游及周边道路、线路、水库等重要生产设施安装状态进行分析评估,辨识新生滑坡体和危险疑似区域,确定隐患排查重点。经过与指挥部地质专家研讨,确定冲沟左岸山体为对救援影响最大的重点区域,需对其开展实时连续监测。(见图5、6)
  边坡雷达实时监测预警
  发生泥石流灾害冲沟的左岸山体上部为裸露基岩、下部为松散土体,植被较为茂密,一旦发生二次滑坡将直接威胁正在搜救的救援人员和前线指挥部。
  安科院救灾监测小组决定采用自主研发的边坡雷达系统对其进行实时监测预警,该系统基于地基合成孔径雷达差分干涉测量技术,最大作用距离可达5 km,精度达0.1 mm,能够对各型人工边坡和自然山体边坡实施大范围连续监测,进行坍塌和滑坡灾害的预警预报,曾参与浙江丽水"11·13"滑坡灾害和深圳"12·20"渣土受纳场滑坡事故的现场救援工作,为分析事故原因、提高救援效率和保障救援人员安全提供了科学依据和可靠保障,受到救援指挥部和当地人民政府的广泛认可。
  泥石流受灾区域布满大小碎石和泥沙,环境险恶,车辆无法通行。监测小组专家在武警消防部队的协助下,将边坡雷达设备徒手搬运至预定监测点,并立即开始系统组装和调试,对危险边坡进行实时监测(见图7~9)
  根据本次观测的山体性质,设置雷达预警面积超过100 m2、6 h累计位移超过6 mm。当移动速度超过3 mm/h时,为预警撤离的警报指标;当位移速度分别达到1 mm/h、2 mm/h时,采取提前加密观测、告知指挥部等方式进行初期预警。在实时监测过程中,5月10日0—7时时段,泥石流灾害受灾地区普降暴雨,雷达观测形变数据在这一时段有一定增加,最大形变位移8 mm,形变速度1.14 mm/h。监测小组根据位移速度变化和雨景形势,报告指挥部,建议施工救援人员下撤暂避,得到采纳。
  截至2016年5月11日8时,边坡雷达监测组夜以继日、风雨无阻,连续监测滑坡体40余小时,采集了240帧雷达监测图像,获得了约4 000万个有效的测点数据,处理了5 G的信息。有效保障了救援人员的安全和救援工作的高效有序开展。
  编辑 赵 原
 
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