地图在地质灾害监测方面的应用
A. 地质灾害的遥感监测与研究
地质灾害的种类很多,火山、地震、滑坡、泥石流、地面沉降、水土流失、沙漠化、盐碱化等。遥感资料尤其卫星图像能大面积、周期性具体而微地把地面实况记录下来,为地质灾害的定时定位监测、预报研究提供极为宝贵的资料。对地质灾害的实时监测更是地学遥感发展的一个新方向。
我国是地震较多的国家。地震灾害主要是由断裂的新构造活动引起,多波段多时相遥感资料对大断裂的新构造活动研究很有效。从遥感资料可以获得:①查明区域断裂格架基础上,把易诱发地震的活动断裂交切点、端点、拐点,这些都是地壳应力最集中的地段,为孕震及发震构造研究提供非常有用的基础资料。②对已经发生震灾地区的遥感图像(如唐山地区),为震灾调查与评估、地震地质研究提供其他技术方法无可取代的资料。③利用遥感某些特殊影像特征,进行地震预报与分析,如强祖基等(1991)用多时相NOAA卫星热红外图像对1990年中国与独联体边界斋桑泊两次强震研究(参阅第十一章有关部分)。④为研究板块活动及地震预报,美国在圣安德列斯断裂两盘各安装一台红宝石激光器,利用1972年发射的激光测地卫星反射回来的信号,长期、定位地监测断裂两盘精确位移。
滑坡泥石流是交通、水利建设重要自然灾害,对我国西北地区交通及长江中上游航行和水利工程危害大、损失重。长江三峡工程的环境地质工作就包括库区沿江地段滑坡的调查。R.Guillande等人(1991)对安第斯山滑坡灾害研究时,把构造、地震、地表径流以及用数字图像编制出边坡坡度大于30°的坡度图,作为诱发滑坡的因子来研究滑坡。铁道部遥感工作者通过具体调查,提出用遥感图像来判定泥石流沟的八条直接解译标志与统计判别的标准,并据此判定成昆线和普雄工务段的某沟为泥石流沟,采取措施,使1986年7月6日暴雨引发的泥石流的破坏损失减小到最低。
B. 地质灾害防治工程中监测新技术的开发应用与展望
季伟峰
（中国地质科学院探矿工艺研究所，四川成都，610081）
【摘要】地质灾害防治工程中对地质灾害体的监测十分必要。本文简要介绍了我国当前地质灾害监测的主要方法及新技术在工程实践中的应用，指出了地质灾害监测工程实践中存在的主要问题，展望了我国在本领域技术发展的趋势。
【关键词】地质灾害监测技术应用展望
自然地质环境和人为活动是引发地质灾害的两大主要原因。在最近的20多年时间里，随着我国人口的增加，经济建设的快速发展，特别是基础设施建设规模的扩大，建设与用地的矛盾十分突出。植被的破坏严重，使山体滑坡、泥石流、地面沉降等地质灾害在全国许多地区频繁发生，严重阻碍了灾害发生地的经济建设和社会发展。
1我国主要的地质灾害形式及危害
1.1地质灾害及常见形式
地质灾害是指由自然地质作用和人为活动作用形成的，对人类生存和工程建设可能构成危害的各种特有的自然环境灾害的总称。
常见的地质灾害形式主要有6种，它们是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降，简称为崩、滑、流、塌、裂、沉。
1.2三峡库区的主要地质灾害
三峡水利工程建成后将产生巨大的经济效益和社会效益。但它的建设对库区的自然环境也带来一定的直接或潜在影响。三峡工程的一期蓄水、二期蓄水和新城镇的建设已经给库区带来了不少地质灾害问题。在淹没区的新城镇建设中，由于在选址时考虑地质环境因素不够，使有些新城镇从建设一开始就与地质灾害结下了“不解之缘”。主要表现形式为人为高切坡和深基坑诱发的滑坡和崩塌。湖北的巴东、秭归，重庆的巫山、奉节、云阳、万县等地在新城镇的建设中都引发了大量的地质灾害，如何趋利避害是摆在我们面前的重大课题。
1.3地质灾害的主要危害
地质灾害的危害是显而易见的。我国幅员辽阔，地质构造复杂，地貌千姿百态，山地和丘陵面积占国土总面积的2/3以上。全国34个省、直辖市、自治区以及特别行政区均存在着不同形式和不同程度的地质灾害，每年都要造成惨重的人员伤亡和财产损失。其中滑坡、泥石流和山洪等突发性地质灾害被定为国际减灾10年的主要灾种，由于这些灾害具有潜在性和突发性，一旦发生，来势凶猛，常造成断道、断航、构筑物损毁、人员伤亡和财产损失。在我国，每年丧生地质灾害的总人数达800～1000人，经济损失超过100亿元人民币。
1.4地质灾害监测的特点
（1）滑坡等变形体分布通常较为分散，成因机制复杂。开展监测工作前，需有一定前期地质环境勘察、研究工作基础；
（2）地质灾害体大多位于交通、通讯十分不便地区，电源接入也很困难；
（3）目前大多数监测以手动为主，数据汇交速度相对较慢，人工劳务成本较高；
（4）与大坝、桥梁、隧道等固定建筑物、构筑物的安全监测相比，地质灾害监测具有开放的监测边界，条件复杂，自动化监测和遥测等监测手段、监测仪器的选择、固定安装、运行等须注意仪器设备的环境适应性和抗干扰性能，保证正常使用和安全运行。
2地质灾害防治工程中监测的必要性
地质灾害防治工程的监测根据工程所处的不同阶段，可分为施工安全监测、防治效果监测和长期稳定性监测，目前一般简单地统称为监测。在以往的工作实践中经常发现，除经济原因外，在地质灾害的治理过程中存在一定的盲目性。有些地质灾害进行了治理，理由是认为它不稳定。有些没有进行治理，理由是认为它是稳定的。除一些简单粗糙的勘察资料外，几乎没有充分的证据证明一个变形体稳定与否，是否需要进行工程治理。如果对滑坡等变形体进行必要的监测，将会减少这种盲目性，收到事半功倍的效果。
2.1对于已采取工程措施的地质灾害体
对于已采取工程措施的地质灾害防治工程，在治理过程中，根据监测结果进行效果评价，指导施工，及时对设计进行修改；防治工程竣工后，随着周围环境条件的变化，约束条件也会发生变化。如锚索的腐蚀和松弛、地下水位变化、临空面加大、工程质量不高、巨大外力（如地震和大爆破）等，都有可能使一些已经治理过、暂时处于相对稳定的滑坡变形体重新失稳，如不进行持久的监测，它们具有更大的欺骗性和危险性，并非就可以高枕无忧，仍需通过必要的监测来评判它的治理效果和长期稳定性。
2.2对于未采取工程措施的地质灾害体
对于一些未经治理、而又具有潜在危害的地质灾害体，监测也是十分必要的。一些暂时没有资金进行工程整治但又对人民生命财产构成较大潜在威胁的大型滑坡变形体，以投资较小的监测工作来弥补是有效的方法和途径。通过有效的监测既可对其稳定性进行评价，监测结果又可为是否治理和如何治理提供设计依据。用监测的手段对滑坡等变形体进行有效的监控，是一项投资少、见效快的方法，目前已逐步被一些政府官员和业主所接受并推崇。他们也意识到用工程手段进行整治后应该用监测数据来验证，否则是盲目的。但目前仍有相当多的管理和设计部门只注重被动的治理和亡羊补牢，而不注重防患于未然。
3当前地质灾害监测的主要方法
以往作为监测工作的对象，主要是对一些重要的构筑物和大型建设工程的变形、位移、沉降等进行监测，如水利水电大坝、大型桥梁、重要厂房、大型地下隐蔽工程、矿山边坡和尾矿坝等。对复杂的地质灾害体进行监测，则是近些年才逐渐开始应用的，当前采用的主要监测方法有以下几种。
3.1地面绝对位移监测
绝对位移监测是最基本的常规监测方法，测量崩滑体测点的三维坐标，从而得出测点的三维变形位移量、位移方位与变形位移速率。主要使用经纬仪、水准仪、红外测距仪、激光准直仪、全站仪和GPS等，应用大地测量法来测得变形体上某点的三维坐标。
3.2地面相对位移监测
地面相对位移监测是量测崩滑体重点变形部位点与点之间相对位移变化（张开、闭合、下沉、抬升、错动等）的一种常用的变形监测方法。主要用于对裂缝、崩滑带、采空区顶底板等部位的监测、沉降观测等，是位移监测的重要内容之一。目前常用的监测仪器有振弦位移计、电阻式位移计、裂缝计、变位计、收敛计等。
3.3钻孔深部位移监测
对于滑坡等变形地质体来讲，不仅要监测其地表位移，也要监测其深部位移，这样才能对整体的位移进行判断监测。方法是先在滑坡等变形体上钻孔并穿过滑带以下至稳定段，定向下入专用测斜管，管孔间环状间隙用水泥砂浆（适于岩体钻孔）或砂、土石（适于松散堆积体钻孔）回填固结测斜管；下入钻孔倾斜仪，以孔底为零位移点，向上按一定间隔（一般为0.5m或1m）测量钻孔内各深度点相对于孔底的位移量。常用的监测仪器有钻孔倾斜仪、钻孔多点位移计等。
3.4应力监测
对于滑坡等变形体不仅要监测其位移的变化，还需要监测其内部应力的变化。因为在地质体变形（或称运动）的过程中必定伴随着变形体内部应力变化和调整，所以监测应力的变化是十分必要的。常用的仪器有锚杆应力计、锚索应力计、振弦式土压力计等。
3.5水环境监测
对于崩滑体来讲，除了自然地质条件和人为扰动外，水是对滑坡的稳定状态起直接作用的最主要因素，所以对水环境（含过程降雨及降雨强度、地表水的流量、地下水位、渗流量、渗流压、孔隙水压力、地下水温度等）进行监测十分重要。常用的监测仪器有量水堰、遥测雨量计、测钟、电测水位计、遥测水位计、渗压计、渗流计、电测温度计等。
3.6地震监测
地震监测适用于所有的崩滑监测。地震力是作用于崩滑体的特殊荷载之一，因此对崩滑体的稳定性起着重要作用。当地质灾害位于地震高发区时，应经常及时收集附近地震台站资料；必要且条件许可时，可采用地震仪等监测区内及外围发生的地震强度、发震时间等。分析震中位置、震源深度、地震烈度、评价地震作用对区内的崩滑体稳定性的影响。
3.7 人类相关活动监测
人类活动如掘洞采矿、削坡取土、爆破采石、加载及水利设施的运营等，往往造成人工型地质灾害或诱发产生地质灾害，在出现上述情况时，应予以监测并停止某项活动。对人类活动监测，应监测对崩滑体有影响的项目，监测其范围、强度、速度等。
3.8宏观地质调查监测
采用常规地质调查法，定期对崩滑体出现的宏观变形痕迹（如裂缝发生及发展、地面沉降、塌陷、坍塌、膨胀、隆起、建筑物变形等）和与变形有关的异常现象（如地声、地下水异常等）进行调查记录。该法具有直观性强、适应性强、可信程度高的特点，为崩滑监测的主要手段，也是群测群防的主要内容。适用于所有崩滑体，具有准确的预报功能。
4监测新技术的研究与工程实践
4.1国外监测新技术的研究与应用
发达国家在岩土工程及地质灾害监测领域不但有传统的监测方法和仪器，近年来已将高新技术应用于地质灾害预测、预警工程。美国的PDI公司、Geokon公司、意大利Sisgeo公司、瑞士Leica公司、瑞典Geotech公司、德国Zeiss公司、日本尼康公司等在监测方法的创新和新技术的应用方面都处于领先地位。红外技术、激光技术、微波技术、光纤技术、格区式光栅技术、机电一体化、自动化技术、卫星通讯技术、计算机及人工智能等高新技术在监测技术方法和仪器的开发研究中得到了广泛的应用。可以这样讲，作为岩土工程监测一个分支的地质灾害监测及监测仪器，已经不是传统意义上的大地测量仪器，而是实现了传统方法和仪器与现代高新技术的完美结合，把监测仪器的技术水平推到了一个崭新的阶段，并正在向更高层次发展。国外具有代表性的产品有 Leica公司的TCR1800全站仪、TCR2003测量机器人、Geomos系统、DNA电子水准仪、GPS,Zeiss公司的DiNi12系列电子水准仪、North America公司的钻孔多点位移计、Sicon公司的岩土工程监测系列仪器等。
4.2国内监测新技术的研究与应用
国内水电系统和国土资源部都开展了这方面的研究，如水利科学院、中科院有关院所、国土资源部技术方法研究所等。我所伴随着三峡工程的建设，在国土资源部的大力资助下，也开发了多种岩土工程及地质灾害防治监测仪器，如钻孔倾斜仪系列、应力测量系列、地面位移测量系列等监测仪器、多参数遥测系统等，还承担了科技部“崩滑地质灾害自动化监测系统”项目的研究，为测量仪器国产化做了大量的工作，产品在三峡库区和国家的重大工程中得到了较好的应用。我所近几年研究的成果并形成的产品主要有以下8项：
（1）DMY型激光隧道断面张敛测量系统；
（2）BYT型光纤崩滑体推力监测系统；
（3）DZQX新型多功能钻孔倾斜仪；
（4）崩塌无线自动化监测预报系统；
（5）PSD型微位移变形测量系统；
（6）MS型锚索（锚杆）测力系统；
（7）DHS型地层含水率仪；
（8）岩心定向与取心技术研究。
4.3工程监测实践
在研究开发的同时，我所用自己研究的成果积极参与国家重大基本建设工程的监测工作和三峡库区地质灾害防治的工程监测，取得了较好的经济效益和社会效益。最近几年承担的重大监测工程有：
（1）宝成复线清江大断面双线长隧道变形量测；
（2）成昆铁路电气化改造西昌南马鞍堡隧道变形量测；
（3）北京地铁复八线变形量测；
（4）上海地铁一号线人民广场站变形量测；
（5）青岛地铁试验段变形量测；
（6）成（都）—南（充）高速公路高陡边坡变形及量测；
（7）内（江）—宜（宾）高速公路高边坡变形量测；
（8）丹（东）—沈（阳）高速公路丹本（溪）段全线隧道验收工程；
（9）318国道二郎山—康定段 K2794+860～980滑坡的地面位移、深部位移及应力监测；
（10）奉节县、云阳县地质灾害监测工程。
5监测技术发展展望
（1）地质灾害的发生将更加频繁，危害程度更大，监测工作将受到更多的重视，监测成果应用将产生更大的社会效益。
（2）在我们的上级主管部门——中国地质调查局的支持下，我们的监测仪器研究及运行系统软件开发将会得到更多资助，并使我们的监测手段更加完备，登上一个新的台阶，具有更强的市场竞争能力。
（3）自动化监测和遥测是地质灾害监测的发展方向，但目前实施还有很多困难。
（4）地质灾害具有一定区域性，是一项公益性的事业，更需要政府的引导和支持。
6结语
通过几年的监测工程实践，目睹了不少由于忽视地质灾害的工程安全监测和失效工程而导致生命和财产的损失，也看到不少通过监测成功预报灾害而避免灾害发生的实例。在实行工程质量终生追究制的今天，对地质灾害及相关岩土工程的安全进行长期监测显得尤为重要和迫切。
监测工程是地质灾害防治工程体系的重要组成部分，不能重治轻防，应做到治理、防范、监测并重，有时甚至重于工程治理手段。
在一定时期内对滑坡变形体实施监测工程，可以节省大量的投资。
地质灾害防治工程应建立在科学监测的基础上，以监测指导设计、施工、工程效果评价，以科学的态度面对它，应从过去的凭经验和粗糙的勘察上升到定量阶段，只有这样，才能对滑坡变形体进行深入的认识和科学评价。
监测工作不是可有可无的，它是工程诊断的需要，是从事地质灾害研究和预测必不可少的一项工作。
防范重于救灾，监测胜于治理。
参考文献
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C. 怎样看待遥感技术在地质灾害监测中的应用
威海晶合了解到复，地质灾制害是指在地球的发展演变过程中，由各种自然地质作用和人类活动所形成的灾害性地质事件。现代航天技术和遥感技术的飞速发展不仅为地球资源与环境监测研究开辟了广阔的前景，而且为地质灾害的调查和研究提供了崭新的手段。
长期以来，遥感技术已经成为对区域地质灾害及其发育环境宏观调查的不可缺少的先进技术，遥感技术的应用在滑坡、崩塌、泥石流和地面裂缝等地质灾害的调查、监测和研究工作中发挥了重要的作用，为大型工程建设的环境灾害调查及防灾减灾工作做出了重要贡献。
D. 遥感技术在地质灾害调查与监测中的应用
熊盛青聂洪峰杨金中
（中国国土资源航空物探遥感中心，北京，100083）
【摘要】遥感技术已成为区域地质灾害及其发育环境宏观调查的不可缺少的先进技术之一，在地震（活动性断裂）、滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降和土地荒漠化等地质灾害的调查、监测和研究工作中已发挥了重要的作用。本文简要介绍近年来利用遥感技术进行地质灾害调查与监测的成果，并展望其发展趋势。
【关键词】地质灾害遥感影像解译综述
地质灾害是指在地球的发展演变过程中，由各种自然地质作用和人类活动所形成的灾害性地质事件（潘懋等，2002）。地质灾害包括突发性的，如火山、地震、崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷等，也包括渐进性的，如水土流失、地面沉降和土地荒漠化等。现代航天技术和遥感技术的飞速发展不仅为地球资源与环境监测研究开辟了广阔的前景，而且为地质灾害的调查和研究提供了崭新的手段。长期以来，遥感技术已经成为对区域地质灾害及其发育环境宏观调查的不可缺少的先进技术，在地震（活动性断裂）、滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降和土地荒漠化等地质灾害的调查、监测和研究工作中发挥了重要的作用，为山区大型工程建设的环境灾害调查及防灾减灾工作作出了重要贡献。
1 在斜坡地质灾害调查工作中的应用
1.1 斜坡地质灾害发育环境遥感调查
崩塌、滑坡、泥石流等斜坡地质灾害的分布发育主要受地形、地貌、地层岩性、地质构造、新构造活动、气象以及人为活动等多种因素的制约。要了解崩塌、滑坡、泥石流等斜坡地质灾害的区域分布规律，必须首先了解这些因素的空间分布特征。因此地质灾害发育环境的调查常常是斜坡地质灾害（崩塌、滑坡、泥石流等）遥感调查的重要内容之一。
以滑坡为例。在遥感影像上，滑坡常常沿着地球应力形变的形迹——线性构造分布，并多产在不稳定物质覆盖的地区。期望通过遥感预测每一次滑坡的发生相当困难，但通过对不同时相遥感资料的对比分析，就可以对地表线性构造和不稳定物质覆盖区进行解译和判断，从而预测、圈定滑坡地质灾害易发区，对已发生的滑坡地质灾害进行调查。
在20世纪80年代初期，主要利用TM遥感影像，通过分析滑坡发育的地质环境、自然环境条件和社会经济环境条件等因素的影响、作用，间接研究、推断区域内滑坡发育的可能性；同时利用重点区域的1∶1万～1∶5万航空遥感影像，识别典型滑坡体，检验滑坡发育环境研究的正确性。
以三峡库区为例，原地质矿产部地质遥感中心（现中国国土资源航空物探遥感中心，以下简称航遥中心）先后开展了“长江三峡工程库区被淹城镇选址方案的遥感地质稳定性评价” 地矿部地质遥感中心.“长江三峡工程库区被淹城镇选址方案的遥感地质稳定性评价”研究报告.1986 地矿部地质遥感中心.“长江三峡工程前期论证阶段库岸稳定性研究”研究报告.1986 地矿部地质遥感中心.“长江三峡地区遥感信息的断裂构造解译及对坝区稳定性初步评价”研究报告.1986
1.2斜坡地质灾害的遥感判译
在遥感影像上，通过人机交互解译的方式，进行斜坡地质灾害影像光谱、纹理、地形、地貌、覆盖植被等的分析，确定灾害体的分布位置、面积、产出的地质背景等属性，是斜坡地质灾害遥感调查的重要内容。长期以来，我国遥感工作者在崩塌、滑坡、泥石流的遥感解译方面积累了丰富的经验。航空立体像对（黑白、标准彩色、彩红外）已经广泛用于识别滑坡、崩塌、泥石流等灾害体和易发灾害的地带；卫星、雷达和侧向扫描测距系统更扩展了这些方面的能力。在目前的调查研究工作中，多采用航片、卫片相结合使用的方法，即采用不同时相的航片资料对滑坡、崩塌、泥石流个体进行室内解译和野外验证，采用卫片对其发生的地质背景进行解译。
以滑坡灾害的遥感解译为例。我国的滑坡解译技术是在近20年为山区大型工程服务中逐渐发展起来的，已经探索出一套较为合理的工作方法，即在充分收集和分析前人资料的基础上，采用以彩红外航片为主的遥感资料，通过室内解译与野外实地验证相结合的技术路线，进行滑坡灾害的调查与综合分析。以目视解译为主、计算机图像处理为辅，根据滑坡的形态特征（滑坡体、后壁、侧壁、滑坡台坎、滑舌等）在航空和卫星图像上判译、识别滑坡，制作滑坡等地质灾害分布图；根据滑坡发育的微地貌类型，判别滑坡的活动性。
1986年开展的“新滩滑坡遥感地质调查” 地矿部地质遥感中心.“新滩滑坡遥感地质调查”研究报告.1986
由于中国大型滑坡主要分布在强烈切割的中、高山区，例如岷江、大渡河、金沙江等高陡的深切河谷地带，地形高差变化较大，利用一般的卫星遥感影像进行遥感解译，必然存在因卫星投影性质形成的投影差。正射遥感影像地图是对遥感数字图像进行几何校正和投影差改正，并与数字化的简化地形图复合的一种新型遥感影像资料。近年来，航遥中心先后在金沙江、进藏公路和铁路沿线及长江三峡库区，利用具有地形要素的正射遥感影像地图，开展中等比例尺(1:5万～1∶20万）的地质灾害（以滑坡、泥石流为主）遥感调查工作，不仅基本查明了上述区域的滑坡、泥石流分布现状，而且提高了图像的解译精度和解译结果的正确性。滑坡、泥石流的遥感解译识别准确率在90%以上。
2003年3月，航遥中心在三峡库区成功获取了135m高程水位临蓄水前的航摄资料，制作了三峡库区（宜昌—江津）1∶5万航空遥感图像，目前正制作三峡库区1:5万及重点城镇1:1万正射遥感影像地图。这项工作的开展，不仅为库区灾害遥感调查提供有准确地理坐标、反映库区135m水位临蓄水前状况的图像，而且通过对比以前获得的和即将获得的航空遥感影像，进行蓄水前后的库区地质灾害状况遥感动态调查，将为三峡库区灾害评价与灾害防治提供灾害与地质环境基础数据。
2在土地荒漠化调查与监测中的应用
土地是人类赖以生存的基础。但由于人类对土地资源的过度开发利用，天然植被减少以及某些自然因素的作用，土地荒漠化现象不断加剧。目前，我国荒漠化土地面积为262.2万km2，每年因荒漠化而造成的经济损失达541亿元；与此同时，我国沙质荒漠化土地仍以2460km2/a的速度扩展（潘懋等，2002）。进行土地荒漠化的动态监测，及时采取防治措施，已经成为当前一项紧迫的任务。
遥感技术具有信息量大、观测范围广、精度高和速度快的特点，其强实时性和动态性更是传统的资源环境监测和预报方法难以比拟的。近20年来，在中国北方荒漠化的形成机制、发展过程、分布规律和演变趋势和西南岩溶石山地区的石漠化调查与监测等研究工作中，遥感技术发挥了重要作用（潘懋等，2002）；利用反映植被覆盖度和生长状况差异的比值植被指数（RVI）方法，通过石漠化面积占研究区总面积百分比、石漠化年均变化面积占研究区总面积百分比、地表植被覆盖度等的调查，航遥中心在广西、贵州的一些石漠化监测区进行了卓有成效的工作。以贵州普定县蒙铺河监测区为例 中国国土资源航空物探遥感中心.“西南岩溶石山重点地区遥感动态监测”研究报告.2004
表1不同坡度类型石漠化分布面积一览表单位：km2
地质灾害调查与监测技术方法论文集
3 在地震研究（活动性断裂）中的应用
20世纪70年代以来，遥感技术在地震地质、区域构造稳定性及工程地震、现代构造应力场及地震形成机制和震害调查等方面得到了广泛的应用。国家地震局先后主编的《中国卫星影像地震构造判读图》（1∶400万）、《中国活动构造典型卫星影像集》、《遥感地震地质文集》、《中国主要活动断裂带卫星图像集》等一系列资料即是明证。
以活动性断裂的调查为例。地震是地壳内部应力积累和突然释放，地壳破裂活动的一种表现形式。地质灾害通常是地壳内部应力聚散时影响地壳表层的反映。而地表活动性构造则是地球应力形变的形迹，是深部的、隐伏的活动构造在浅表部位的显示。查明区域活动性构造的分布，常常是区域地质灾害调查工作中的首要内容。
一般而言，在遥感影像上，活动性线性构造常常具有如下解译标志（王瑞雪，1997；杨金中等，2003）：
（1）差异性影像色调、影像结构单元的界线、色带异常。
（2）山脉、河谷、山间平原甚至海沟的错位、扭曲和变形。
（3）现代河流水系直线状、格状展布，地下水的局部异常、泉水成串出现，地表土壤含水异常，河流的急转弯、同步拐点，河流改道、断流，河流陡缓、曲直剧变，湖泊的线状排布延伸及其扭曲。
（4）现代沉积盆地线状排布延伸及其扭曲，近代沉积中心的线状展布、线状边界。
（5）新生代火山口成串展布。
（6）差异性地貌单元、水系类型的急剧变化异常带、线状延伸的陡崖、断层三角面等构造地貌，洪积扇（裙）的线状排布及其复合叠加，现代沉积物（层）的再破裂、位错及褶皱。
（7）现代地震活动带及地震地貌线状展布带。近年来，在公路和铁路的勘测设计、核电站选址、水电工程建设等的前期工作中，利用遥感技术进行活动断裂的解译，已经成为工程近场区烈度复核、地震危险性判定、地震小区划和现代构造应力场研究中必不可少的内容。
4在突发性地质灾害监测与评估中的应用
地质灾害作用过程属于一种自然地质现象，它不仅给人类生命安全带来威胁，而且对财产、环境、资源等具有破坏性。我国是世界上地质灾害最严重的国家之一，灾种类型多、发生频率高、分布地域广、灾害损失大。以滑坡为例，在过去的20多年里，我国相继发生了一系列重大滑坡事件，如重庆市云阳县鸡扒子滑坡、湖北盐池河磷矿岩崩、甘肃洒勒山滑坡、湖北新滩滑坡、重庆溪口滑坡、西藏易贡滑坡、湖北秭归千将坪滑坡等。这些滑坡灾害事件均造成了重大的人员伤亡或经济损失，并造成严重的环境影响。就我国地质灾害发生的区域性和多发性特点以及我国国民经济总体水平不高的状况而言，我国不可能有足够的经济力量和技术力量对有潜在危险的地质灾害点进行全面的工程治理。因此，作为地质灾害综合防治的一条有效途径，就是开展地质灾害预测预报和风险区划，为国土规划、减灾救灾、灾害管理与决策提供可靠依据；对危害性严重的地质灾害点加强监测预报，避免重大地质灾害事件的发生。遥感技术无疑会在这一工作中发挥重要作用。
2000年4月9日，西藏自治区林芝地区波密县易贡藏布下游左岸札木弄沟发生特大型山体滑坡，滑坡堆积体截断了易贡藏布，使原先呈网状的易贡湖面积迅速扩大。王治华等（2000, 2001）利用多时相、多平台的卫星遥感数据和数字高程模型，对易贡湖的变化情况进行了监测，快速获取了各时相的湖水面积、水位和水量，并对洪水的溃绝时间进行了预测。研究结果与现场调查结果基本一致，显示了利用遥感数据进行地质灾害定量监测的可行性。
2003年2月24日上午10时03分，新疆维吾尔自治区巴楚、伽师地区发生6.8级强烈地震，人民的生命财产遭受严重损失。为落实国务院关于做好巴楚、伽师地震灾区损失评估工作的要求，航遥中心于2003年2月28日至3月10日完成了巴楚、伽师地区彩色航空遥感摄影工作，制作了地震灾区航空遥感正射影像图，为地震灾区损失评估工作提供了基础资料。
5地质灾害遥感技术的发展趋势
（1）航空遥感技术的发展将为地质灾害调查与监测提供有力的技术支撑。近年来，航空遥感技术得到了飞速发展，高精度航空定位定向系统（简称 POS系统）、机载激光扫描系统和数字航空摄影等技术将在地质灾害调查与监测工作中发挥重要作用。POS系统集差分 GPS技术和惯导技术于一体，在航空遥感影像获取的同时，同步记录传感器的三维空间信息及三轴姿态信息，即影像数据的外方位元素，从而能够大大地减少，乃至无需地面控制就能直接进行航空影像的空间地理定位，为航空影像的进一步应用提供了十分快速、便捷的技术手段。尤其是在崇山峻岭、戈壁荒漠、沼泽、滩涂、灾害频发区等难以通行区和边境等难以抵达的地区，采用 POS系统进行直接空间地理定位将是惟一行之有效的方法。机载激光扫描系统是一种采用激光测距技术直接从飞机平台上获取地物空间位置信息的精密设备。系统主要由 GPS+IMU、激光扫描仪、电视摄像机组成。系统通过发射激光束，对目标地物进行扫描，并接收地物的回波信息。对扫描回波信息用专门的软件处理后即可获得地表的DEM、DTM及地表面模型。这些模型数据可广泛应用于林业资源调查、矿业、灾害、城市3D重建等领域。综合利用POS系统和机载激光扫描系统，可以迅速获取地质灾害发生区的航空影像资料，制作正射影像图和三维仿真影像，为地质灾害的监测和灾情评估工作提供基础资料。
（2）随着高分辨率遥感技术的商业化，对滑坡体等地质灾害的动态监测将成为国土资源大调查地质灾害预测预警工程中的重要研究内容。在以前的研究中，关于滑坡体大比例尺（1:5000～1:2000）遥感解译工作和不同时相下某一滑坡体的变化情况的研究几乎处于空白状态。高分辨率遥感技术的商业化将地质灾害遥感预测预警工作带入一个新的时代。通过不同时相高分辨率遥感影像资料的对比分析，我们将可以对一些重点地质灾害体进行监测，通过变化信息的提取，及时进行地质灾害的预测预警工作。
（3）随着干涉雷达技术的日益成熟，滑坡体的地表细微变化将得到有效监测。干涉雷达是近几年发展起来的用于探测地表细微变化的遥感新技术。该技术利用电磁波的相干原理，在一定时间间隔内对同一地物进行两次平行观测，获取其复图像对。如果目标物与天线的几何关系发生变化，则会在复图像对产生相位差，形成干涉图像。通过理论计算，可以精确地测出图像上每一点的三维位置，提取变化信息。该技术的测量精度达到厘米级，将在地质灾害监测、地壳形变探测等方面发挥重要作用。
（4）地质灾害的经济危险性评估将成为滑坡发育环境遥感调查的重要内容。在以往的研究工作中，地质灾害发育环境遥感调查多侧重于地质灾害与线性构造、岩性、水文地质条件等关系的研究，对场区人文条件变化与滑坡关系等方面研究偏少。随着可持续发展战略的实施，人与环境的协调发展成为当代中国经济和社会建设的主旋律。对地质灾害发育区进行地质灾害经济危险性评估，将成为地质灾害发育环境遥感调查的重点。
（5）“数字滑坡”等地质灾害研究新技术将得到迅速发展。利用“3S”（RS、GIS、GPS）技术，快速获取基础资料，并结合地质、地形、钻探、物探等地面、地下调查资料，形成滑坡等地质灾害的三维空间表达，并以此为基础进行地质灾害的相关分析，将成为今后一段时间内地质灾害遥感技术的重要研究内容。
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E. 在地质灾害评价与其他地质调查中的应用
一、地质灾害评价与监测
地质灾害主要指崩塌（含危岩体）、滑坡、泥石流、岩溶、地面塌陷和地裂缝等。灾害的地质评价与监测的目的是为了科学地确定地质体特征、稳定状态和发展趋势，为分析地质灾害发生的危险性，论证地质灾害防治的可行性和比选防治方案，最终确定是否要治理，采取躲避方案或实施防治工程对策提供依据。
地质灾害勘查的任务与内容包括查明地质灾害体的特征及其地质环境以及自然演化过程或人为诱发因素；分析研究地质灾害体的成因机制；勘查地质灾害体的形态、结构和主要作用因素等，并评价其稳定性；预测地质灾害体的发展趋势，评价其危险性；和进行防治工程可行性论证，提出防治工程规划方案。
1.工程建筑场地的岩溶和洞穴的调查
对于机场、公路及大型工程建筑场地，地下洞穴、人防工程严重威胁着地面建筑的安全。由于地下洞穴或人防工程的存在，引起地表塌陷，地面建筑遭受破坏的现象时有发生，这一现象已引起人们的高度重视，如我国北方的一些城市，废弃的人防工程已经成为城市建设的主要地质灾害之一。因此，在工程地质勘查中采用物探方法查明埋藏地下的土洞、人防工程等不良地质现象，对合理地进行地面建筑设计和地基加固是十分必要的。
柳州机场在施工过程中发现有数处大小不一的土洞，为确保机场跑道的安全，在跑道位置进行了探地雷达探测。探测中采用了SIR-10型地质雷达，天线频率为100 MHz。在跑道位置探查出三处洞穴异常。经开挖验证，均发现有较大洞穴。洞穴在雷达图像上的反映呈双曲线形，图5-4-1为土洞的地质雷达图像，开挖验证的实际洞穴如图5-4-2。这一探测结果，排除了机场跑道的隐患。
溶洞是可溶岩的一种常见的地质现象，溶洞的存在对可溶岩区的工程建筑有较大的危害。当岩面覆盖为易被冲蚀的渗透地层，且岩溶与上覆地层存在水力联系时，这种水力联系加速了岩溶发育。当岩溶顶部变薄不能支持上方地层负荷时，就会发生塌落。
图5-4-3为广州花都市某地的开口溶洞的探地雷达图像。该处覆盖层为细颗粒粉砂，有一定渗透性，其下为灰岩。灰岩面附近岩溶发育，在灰岩面的地质雷达图像中可见不规则强反射波。强反射波形成的区域内有一组周期短的弱反射波，其特征与上覆地层反射波特征类似，这表明灰岩中空洞已被上覆地层冲蚀的土体所充填。由于开口溶洞上方土体已遭冲蚀，因此，其反射波形态特征与周围土层的反射波形态特征不同，表明上覆地层已受到扰动。扰动土层与充填溶洞构成了开口溶洞特征。这类溶洞使上覆地层承载力明显降低，容易引起坍塌。
图5-4-1 柳州机场洞穴的雷达图像
图5-4-2 开挖验证的实际洞穴图像
唐山市坐落在断裂活动带和隐伏岩溶区，在自然和人为因素影响下曾多次发生岩溶塌陷、地面变形等地质灾害，给人民生命、财产安全和经济建设带来巨大危害。为了查明第四系覆盖层厚度并确定基岩中溶洞与断层位置。在唐山市第十中学操场，对曾经发生过岩溶塌陷并已作填石处理的地段开展了人工地震勘探。纵波反射观测采用1 m道间距，20 m偏移距，12 次水平叠加；横波反射观测参数采用1m道间距，20m偏移距，6次水平叠加。
图5-4-3 某开口溶洞的地质雷达图像
该区基岩为中厚微晶灰岩夹泥岩，埋深24.2 m。图5-4-4为该测区纵波剖面图，图中，基岩反射波在已知塌陷坑处同相轴缺失，并有错断，反映了断层破碎带的形态。其他部位基岩反射波同相轴连续，是完整基岩的反映。
图5-4-4 唐山市第十中学操场岩溶塌陷地震纵波反射剖面图
2.地裂缝的物探勘查
西安市是地裂缝的多发区，近年来由于频繁的构造运动及大量抽水等作用，地面及地下常出现地裂缝，严重地破坏了地面及地下的各种建筑设施。查明地裂缝的存在与否及地裂缝的位置、埋深、下延深度及其走向延伸，对西安地区的城市规划和建设有重要意义。
为了证实地裂缝是基底断裂构造向上延展活动的成因机制，开展了浅层高分辨率地震勘探，对展布在西安市的十条地裂缝带布置了垂直地裂缝带的地震测线，任务是探查地裂缝带下是否有隐伏的第四纪断层。
观测系统为道间距5 m，最小偏移距220 m。仪器参数为：采样间隔1 ms，记录长度512 ms或1024 ms，低截频率90 Hz。
在第四系平均厚度600 m的地层内，存在可连续追踪的地震反射层有七组，按其反射时间由小到大标记为t1～t7，与钻孔地质剖面对比，七组反射层与地质层位关系如表5-4-1。
表5-4-1 地震反射与地层关系表
地震勘查结果证明，跨越地裂缝带的24条地震剖面，均存在有第四纪断层，断层面南倾，倾角较陡，南侧的上盘下降，北侧的下盘上升，其产状和断层特性与其上部地裂缝具有的正断层式差异沉降特征是一致的，即以地裂缝为界，南侧的上盘土体相对下沉，北侧的下盘土体相对上升（图5-4-5）。
随着反射层t1～t6深度逐渐加深，各反射层所对应的断距逐渐加大，而不是所有反射层的断距都相等。这种现象在所有地震剖面上都存在，它反映了第四纪断裂是基底断裂继承性发展，地裂缝是第四纪断层在地表的出露。
由于地裂缝具有宽度小、埋深变化大和走向延伸较长等特点，因此，高密度电阻率法对地裂缝探测也有较好的效果。西安工程学院采用中间梯度法和高密度电法相结合对西安市地裂缝进行实验研究。图5-4-6是在已知地裂缝上的电探综合剖面图，由图可见，视电阻率高值带不仅反映出地裂缝的位置，而且也反映出其倾向和位错动情况。该处探槽可见地裂缝F1、F2宽度分别为1 cm和2 cm。可见，高密度电阻率法在地裂缝探测中有较高的分辨率。
地质雷达方法对地裂缝的探测也十分有效（图5-4-7）。地层受剪切和张力作用产生裂缝，造成地层某一位置错断。垂直裂缝走向布置地质雷达测量，地裂缝在雷达剖面上表现为同相轴错断，其错断程度与裂缝发育程度有关，若裂痕沿横向发育，裂缝内物质电磁波的吸收，也往往造成此部位反射波同相轴局部缺失，其缺失的范围与裂缝发育范围有关。
图5-4-5 跨越地表地裂缝的反射地震剖面
图5-4-6 地裂缝上的综合勘测剖面图
3.滑坡的监测与调查
在滑坡动态监测中，根据岩土的动力学特征的动态变化与地球物理场变化的相关性研究，可监测滑坡的形成与发展的动态过程，为灾害的预测与防治提供参考资料。
滑坡是由岩石的突然崩塌或岩（土）体滑动造成，地质环境各异，成因各不相同。目前用于调查滑坡范围及随时间变化过程研究的地球物理方法较多，如用重力测量圈定滑坡范围，自然电位监测滑坡动态，地温测量监测与滑坡有关的地下水流动态。放射性、电法、地震、地质雷达测量也是滑坡调查中常用的方法。
图5-4-7 地裂缝上的地质雷达剖面图
此外，目前正在进行研究的有：利用岩石破碎时的声发射与电磁脉冲辐射，采用声波测量与电磁波测量监测滑坡动态；利用微动观测监测滑坡体震动频谱，确定滑坡滑动方向与滑动面蠕变等方法。
图5-4-8 为电法和地震研究滑坡的实例，滑坡体靠近高加索，由砂质粘土组成，下部为泥岩风化壳。电测深结果将斜坡断面分三层，上层为滑体（ρ1=13～29Ω· m），中层为风化泥岩，属滑动面（ρ2=2～4Ω·m），下层是未风化泥岩组成滑床（ρ3=2～12Ω·m）。地震测量结果将滑坡分上、下两层与滑体和滑动带相对应（vP=340～360 m/s），下层与未风化泥岩顶部相符（vP=1360～1400 m/s），速度界面只有一个。在滑坡上部电法和地震的上界面十分吻合，而在滑坡底部速度界面高出电性界面，原因是未风化泥岩上部裂隙度增大造成，这种软弱带有可能产生新的滑坡。
图5-4-8 根据地球物理研究结果综合绘制的电性界面断面图
前苏联成功的采用氡气测量判断坡度的稳定性，圈闭滑坡体并监测滑坡发展的过程。图5-4-9示出莫斯科列宁山滑坡地区氡气测量结果，由图可见，滑动地块中氡的浓度通常高于周围的稳定地段。因此，在不同时间系统进行氡气测量将可监测滑坡从稳定地块向活动地块发展的过程，以及趋向稳定的转变。
4.煤田陷落柱的调查
陷落柱是煤田开采中危害极大的地质灾害之一，它通常是由于基底厚层灰岩中古溶洞的塌陷加上煤层盖层塌落形成的。目前对陷落柱的调查中通常采用的地球物理方法有放射性、电法及人工地震等。
图5-4-9 俄罗斯莫斯科列宁山一个滑坡上氡气测量的结果
放射性方法调查陷落柱的根据是地下水在循环过程中由浅部氧化带溶解的微量铀，到达深部还原带并沉淀在陷落柱的空隙带中，使得铀的含量高于周围的岩石。铀衰变为镭后在还原条件下易溶于水，含镭的地下水沿孔隙向上运移到达氧化带又沉淀在土壤表面形成镭晕，同时铀、镭衰变后形成氡气异常，氡气又衰变为210Po核素，因此，通过氡气测量或210Po测量，可以间接调查陷落柱。通过氡气测量或210Po测量，可以间接调查陷落柱。一般来讲，210Po法在陷落柱上方的剖面曲线特征为马鞍形，即陷落柱边缘上异常曲线出现高峰值，而在陷落柱的中间210Po值较低，但仍然高出正常值。
河北大油村煤矿陷落柱调查以210Po测量为主，配合电测深、甚低频电磁法、伽马测量等地球物理方法，取得较好结果。矿区第四纪地层厚80～120 m，其中河卵石厚30～50 m，下部为二叠纪砂岩、粉砂岩、泥岩互层及煤层，矿区已发现两个陷落柱，其中DX-1已由巷道控制，DX-2刚开始揭露。210Po测量结果如图5-4-10所示，210Po脉冲数为60的异常值圈定的结果与已知陷落柱的范围相符，并圈出新的异常区DX-2的范围。
5.采空区的调查
采空区是由人类活动引起的地质灾害之一，它对地面建筑和人身安全带来严重隐患。为了研究对采空区的有效探测方法技术，近年来，煤炭科学研究总院和其他一些科研部门对此进行了大量的研究工作。研究成果表明，采用地震勘探、高密度电法、瞬变电磁、地质雷达、钻孔弹性波CT、α卡法测量法等物探方法对探测采空区都具有一定的效果。由于每一种物探方法的应用都受到探测深度、地形地貌和岩土特征的影响，因此，各种方法都有其适应范围，在实际应用中，应根据具体的地质情况和方法的有效性实验后选择适用的物探方法。
图5-4-10 大油村煤矿210Po异常平面图
高密度电阻率法和地质雷达对埋藏较浅的采空区具有较好的探测效果。石—太高速公路山西平定境内遇有矾土采空区，由于工程治理的需要，在施工前需查明采空区的空间分布和规模。探测区段上部为第四系覆盖层，以粘土为主，电阻率为20～30Ω·m，厚度为0～10 m不等。底部为石炭系地层，以粉砂岩和泥岩为主，电阻率为50～100Ω·m，厚度较大。采空区由于坍塌、充填物松散、潮湿或充水，电阻率与围岩相比差异较大，呈低阻特征。其中3号采空区由于采用旁柱式开采，截面积较大，其坍塌也更严重，埋深大约为20 m。
由于地形地表条件复杂，在高密度探测中采用了非正规测网，在120 m×100 m2，的范围内共布设12条测线。点距2 m，极距a=（1～16）·x。图5 4 11为3号采空区Ⅱ、Ⅲ测线的高密度测量结果图。由图可见，除地表局部地形和电性不均匀体形成的向上开口的“V”字型干扰异常外，在其深部（39点下方）有一低阻闭合圈异常，范围较大，相应埋深也较大，与正常背景电阻率相差仅10Ω· m，在相邻测线上连续出现类似异常，深度变化不大，该低阻异常由采空区形成，异常下方为采空区位置。
图5-4-11 3号采空区Ⅰ、Ⅲ测线的高密度测量结果
地震勘探是采空区探测中应用广泛的方法之一。由于采空区的存在，采空区周围的应力平衡受到破坏，产生局部的应力集中，采空区围岩在上覆岩层压力作用下，经过一段时间后发生变形、破碎、位移和塌落，这使得采空区地震波的特征与未开采区围岩地震波的特征相比发生较大的差异。图5-4-12为徐州某煤矿煤层采空区实测地震剖面图。
图5-4-12 徐州某煤矿煤层采空区实测地震剖面图
图中可见，在采空区上地震剖面通常有如下特征：反射波速度明显降低；反射波（组）突然中断，跨过采空区后又重新出现；反射波的波形发生紊乱。
α卡法探测采空区是通过测量地表氡射气含量大小，区分出地质异常及其异常性质。实验研究表明，地表氡射气含量与地下构造有着密切关系，岩层的裂隙、断层破碎带、岩石风化带和松散带是氡气向地表运移的良好通道，这为氡射气探测地质问题提供了地球物理条件。在老窖采空区大都存在着一定程度的塌陷冒落和裂隙，采空区上方至地表将会形成裂隙发育带和松散带，成为氡气上移的通道，通道上方将出现α粒子强度的明显异常，依此可推断采空区的位置及范围。图5-4-13为徐州某煤矿煤层采空区区段土氡射气探测剖面图，强异常出现在采空区上方。
图5-4-13 徐州某煤层采空区区段土氡探测剖面图
6.地震预报中的地球物理方法
地震频繁发生的地区一般是地壳的薄弱带和活动带。深大断裂是幔源物质上侵和地球脱气的主要通道，是地震活动的发源地。地震活动又派生出新的构造运动，构造运动产生的裂隙带是气体上移的通道。利用地表自由逸出的气体溶解于水中及吸附于土壤中气体的浓度变化来监测预报地震，是当前国内外广泛采用的地震预报方法。研究证实，地震前后由于地应力的变化，可引起地下水中化学成分的变化，特别是水中气体成分对地应力的反应十分灵敏。因此，水中气体成分的变化可作为地震发生过程的重要标志，其中汞是对地震前兆响应最为灵敏的有效指标。
1985年11月21日，北京西郊妙峰山发生4.1级地震，震中距北京火车站汞监测井40 km；同年11月30日河北巨鹿发生5.1级地震，震中距汞监测井125 km。据北京火车站观测井的水汞含量观测，水中汞浓度有明显变化，正常情况下，水中汞的平均值为14 ng/L。妙峰山地震临震前汞浓度达到629.3 ng/L，为平均值的42倍（图5-4-14）。
图5-4-14 京西妙峰山、巨鹿地震前后北京火车站观测井水中汞量变化曲线
由于大地震的发生大多与断层活动有关，而活动断层是地表与地壳深部联系的通道，在活动断层附近，通过土壤中氡和水中氡测量，可以从地表直接获得深部构造活动的信息。在山东菏泽，1987年发生7.0级地震，据刘西林和华爱军1984年进行的8条剖面氡测量结果，认为1987年的7.0级地震和1983年的5.9级地震是北西向定陶—成武断裂和北东向的解元集—小留集断裂的共轭断裂发震，并确定了其产状和活动程度。
二、在考古研究中的应用
地球物理方法在考古中发挥着重要的作用。通过地面高精度磁测对古遗址分布区内与回填土的磁性差异的探测，可了解遗址的位置、边界形态及铁磁性器物的赋存特征；通过电阻率法、激发极化法、自然电场法、地质雷达等手段了解不同岩土层及各种金属器物和介质的电性差异；通过地震反射波和地震面波方法探测古墓与周围介质的弹性差异，探索陵墓地宫的结构和深度的边界及埋深；利用放射性勘测技术及天然气态放射性元素氡浓度变化的测量，来了解某些陵墓区或古建筑遗址地下结构的分布。物探方法用于考古工作，可实现对古文化的无损探测，提高了考古发掘的准确度。例如中科院地球物理所采用地震面波、高精度磁测、大地电场岩性探测和地球化学测汞对三峡库区故陵楚墓的探测，准确地确定出故陵楚墓的位置和分布形态，证实了所推测的古墓的存在，为三峡库区文物抢救保护解决了重要的难题。
1.高精度磁测在考古中的应用
地面高精度磁测是对古墓、古文化的分布探测中最主要的地球物理方法之一。古遗存或古人类化石本身及所处地层的磁性、磁化率、磁化率各向异性、剩余磁化强度等与周围环境存在的磁性差异是磁测考古的基础。经有关学者研究得出如下结论：被火烧过的泥土制品、土壤、石头等可获得较强的磁性；有机质的腐烂使土壤获得较高的磁性；人为翻动过的土壤或夯土、与周围天然的沉积物之间有明显的磁性差异；表5-4-2给出了不同考古材料的磁性参数。
表5-4-2 不同考古材料的磁性参数（据中国地质大学阎桂林）
考古对象的空间规模一般较小，形态复杂，埋深不一。考古对象与周围物质间虽有一定的磁性差别，但磁性还是较弱，再加上人文干扰，所以，考古对象产生的磁异常，其特点是范围小，强度低，梯度变化大，形态多样，有时干扰严重。因而，在考古调查中必须采用高精度的质子磁力仪或光泵磁力仪。
地面磁测时测网的比例尺一般为1∶100～1∶200。仪器探头距地面高度可为1 m至0.1 m。除观测磁场强度ΔT外，还可观测磁场的垂直梯度变化ΔTZ。河南新郑某古墓的调查是磁法考古探测的成功实例之一。
该测区位于一战国至汉代古墓葬区内，黄土覆盖，土质均匀，地形平坦。墓葬区已经初步钻探普查，磁力调查是作为详查和核实。采用两台MP 4 型质子磁力仪，一台用于地磁日变观测。仪器探头距地面高0.5 m。测网比例尺1∶200，线距2 m，点测1 m。观测结果见图5-4-15。由ΔT平面等值线图可见，在已知墓葬A、B、C及大型陪葬坑上显示出一定强度和轮廓明显的磁异常。有些异常还勾绘出墓葬的形态及细节。如A异常清楚显示该墓有一较长的南北向墓道，墓室南侧有两个小耳室。A墓引起的磁异常为20 nT左右。据其形态，考古工作者判定为汉代“甲”字型砖墓。B异常形态表明该墓为典型的“刀”字型砖墓。图中黑粗线轮廓是根据磁异常推断的结果。C异常较弱，对其墓的形态轮廓显示不清楚，这表明该墓为一土坑墓，非砖结构。E、D异常反映的是两个新发现的墓葬，没有原始资料。陪葬坑的磁异常南、北部分有较大的区别，它表明坑内较多的陶器物品主要堆放在坑的南半部。该区这些异常推断的遗存埋深为地下1～2m。实际钻探资料证实了磁测结果的分析。
图5-4-15 河南新郑战国至汉代某古墓的磁异常等值线图
2.电法在考古中的应用
电法也是考古工作中常采用的地球物理方法。一般古墓多埋藏于第四系松散地层中，古墓上下及周围应有厚度不等的青膏泥（粘土）填充，构成一个以厚层粘土包裹着的“古墓体”，此外，墓室有可能有地下水渗入。这就使得古墓与周围地层存在一定的磁性与电性差异，为采用电法探测古墓提供了地球物理条件。
图5-4-16是河南省某古墓地面磁测剖面平面图。图中各测线在22～26点和30～36点形成了两个近EW向的条带状正异常（ΔZmax=53 nT），其间有一下降近20 nT的鞍部，其南、北、东三面均为负异常。结合地面情况推断两条正异常的鞍部为古墓位置，而南、北、东三面负异常为高差近20 m的人工开挖陡壁引起。
图5-4-17是0号 剖面等视电阻率断面图。由图可见，0线在三角点往西有ρs小于8Ω·m的极小值区，其他测线也有同样反映。极小值出现在AB/2=40～100 m之间，以AB/2=65 m为中心部位。图5-4-18是AB/2=65 m的等ρs平面图。由该图反映出ρs小于8Ω·m的极小值范围为坐标原点往西11.2 m，坐标原点往南9.8 m。该范围内ρs值均在7.2～7.65Ω· m内，且范围外 ρs变化梯度较大。由此推断 ρs小于8Ω·m的范围为主墓葬的位置。本区电测深曲线类型以H型为主，按电性可分为三层：第一层为覆盖层，第二层为“古墓体”，第三层为“古墓体”底板。由电测深曲线解释得主墓顶部埋深为6.9 m，底板埋深为21 m。经挖掘验证，基本与物探探测结果相符。
图5-4-16 河南省某古墓磁测剖面平面图
图5-4-17 0线等ρs断面图
图5-4-18 等ρs平面图
3.地质雷达在古遗址探测中的应用
由于古遗址体与周围介质在相对介电常数上存在有差异，为地质雷达方法探测古遗址提供了地球物理条件。对于埋深较浅的古遗址，采用地质雷达方法具有较好的探测效果。湖北大冶铜录山古铜矿遗址是我国西周末期与春秋战国时期的采矿遗址，该铜矿目前仍在开采，为了协调矿山开采与古铜矿遗址保护之间的关系，应用地质雷达探测了铜矿遗址的规模及其分布，取得了令人满意的探测结果。
古铜矿遗址（称老窿区）都形成于接触破碎带中相当于矿体的氧化次生富集带中，鉴于当时开采的对象为高品位铜，因此老窿区发育地段首先要具备一定数量高品位铜矿可开采，二是当时用人力与较原始的工具挖掘，开采矿石的层位应该比较松软，老窿区对应的是接触破碎带经强烈风化区，古矿坑内都有回填土充填，回填土与原状土的差异明显。因此调查中老窿区的探地雷达图像应有如下特征：①由于地层风化是逐渐加深，因此原状土风化层应为一组均匀密集的窄反射波，同时地层风化进程是同步的，因此这些反射波的同相轴平整且可横向追踪；②老窿区现由回填土充填，而回填土与原状土差异增大，并且老窿区应处在矿石高品位地段，虽然铜已被开采，但铁矿石仍保留，因此反射信号强度大；③原状大理岩或矽卡岩由于物性相对均匀，因此反射界面相对较少，基本无明显的反射信号。
图5-4-19 老窿区的探地雷达图像
图5-4-20 地质雷达与勘探结果对照图
图5-4-19为老窿区的地质雷达图像。由图可见原状土为密集的窄反射波，而老窿区中的回填土为强反射波，横向变化大且同相轴难以追踪，原状土与回填土两者差异明显。根据雷达剖面图像我们构筑了3个高程的老窿投影与勘探解释进行对照。图5-4-20为Ⅲ号遗址老窿投影的地质雷达与勘探结果对照图。（a）是勘探结果，（b）是地质雷达解释结果。由图可见标高+53 m与+48 m老窿投影的地质雷达解释结果与勘探结果基本一致，但标高+43 m的老窿区投影与雷达解释结果有较大差异，这是因为在无钻孔区地质人员往往采用外推法解释。而这种解释在不规则的老窿区会产生较大的误差。
杭州雷峰塔始建于公元972年，于1924年倒塌，为了重建雷峰塔，浙江省考古所进行考古挖掘工作，为了确定雷峰塔是否存在有地宫，祝炜平等人开展了地质雷达方法探测工作，根据探测结果，明确了雷峰塔地宫的存在，提供了地宫的大致位置，为雷峰塔地宫的考古挖掘起到了指导作用。雷峰塔地宫探测中使用的地质雷达是瑞典玛拉公司生产的RAMAC/GPR地质雷达，选用的工作天线的中心频率为250 MHZ，在遗址上布置了四条呈“丰”字形地质雷达测线，测线间距为1.5 m，测点间距为0.03～0.05 m，采用剖面法测量。
图5-4-21为雷峰塔塔基内的一条地质雷达探测剖面图，横坐标为1.0～2.8 m，纵坐标1.3～2.6 m处雷达波同相轴错断，横坐标1.5～2.4 m，纵坐标2.6 m处有一双曲线型拱起的反射波同相轴，塔基中心位置的雷达波图像与周围介质的雷达波图像的差异明显，因此，双曲线型拱起异常应为地宫引起。地宫存在的范围，测线1.0～2.8 m，埋藏深度1.3～3.1 m。考古挖掘表明，地质雷达探测的结果是准确的，水平位置1.0～2.8 m，纵向深度1.3～2.6 m处雷达波异常反射由夯土层引起，地宫大小为0.9×0.9 m，高0.5 m。图5-4-22为地宫挖掘后绘制的地质剖面图。
图5-4-21 塔基内一条雷达探测剖面图
图5-4-22 地宫挖掘后绘制的地质剖面图
F. 最近在学MAPGIS软件，想请问一下，MAPGIS在地质灾害危险性评估中有什么应用
主要是制作实际材料图，地质灾害易发程度图、地质灾害危险区划图等，国土部分提交的很多图形数据格式也是基于mapgis格式的！
G. 实时监测技术在地质灾害防治中的应用——以巫山县地质灾害实时监测预警示范站为例
高幼龙1张俊义1薛星桥1谢晓阳2
(1中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051;2西北化工研究院，陕西临潼，710600）
【摘要】本文在地调项目工作实践的基础上，系统地总结了地质灾害实时监测的含义、特点和系统构成。详细介绍了巫山县地质灾害实时监测预警示范站的构建，针对实际运行状况，评价了实时监测技术的可行性和可靠性。
【关键词】地质灾害实时监测远程传输示范站
1 引言
随着现代科学技术的发展和边缘学科的相互渗透，自动控制、网络传输等越来越多的技术被不断应用于地质灾害的监测当中，极大地提高了监测的自动化水平，在一定程度上缓解了生产力匮乏和地质灾害急剧增加之间的矛盾。国际上，美国、日本、意大利等发达国家在一定的区域范围内建立了基于降水量、渗透压、斜坡变形等参数的地质灾害实时监测系统，借助国际互联网实现了监测数据的集中处理与实时发布。与之相比，我国地质灾害监测的实时化、网络化水平依然较低，监测信息为公众服务的功能未能得到明显体现，预警的信息渠道不畅，对重大临灾的地质灾害缺乏快速反应能力。因此，在我国进行地质灾害实时监测预警研究，对重大灾害体实施实时化监测预警，具有十分现实的意义。
笔者在参加地质调查计划项目《地质灾害预警关键技术方法研究与示范》的过程中，对实时监测技术进行了较为深入的研究，并在我国重庆市巫山县新城区建立了地质灾害实时监测预警示范站，经过1.5个水文年的示范运行，验证了实时监测的可行性和可靠性。在对示范成果初步总结的基础上形成此文，以期实时监测技术得以快速成熟及推广应用，为我国地质灾害防治事业作出贡献。
2实时监测的含义和特点
实时监测（Real-Time Monitor,RTM）指通过各种监测、采集、传输、发布技术，让目标层人员在第一时间内了解、掌握有关灾害体的变形动态和发展趋势，进而作出决策的多种技术的集合。其最主要的特点为实时性，即远程的目标层人员可在第一时间获取灾害体的全部变形信息，而获取的过程是自动的，无需技术人员值守干预。显而易见，实时的特性可以最大限度地解放劳动力，降低监测人员风险和运营成本。
同传统监测技术相比，实时监测的数据采集方式是连续的、跟踪式的，数据的采集周期很短，通常在数小时之内，甚至更短。这对于跟踪灾害体变形过程，进行反演分析具有十分重要的意义。其庞大的数据量通常也会对配套的软硬件系统提出更高的要求。
不难理解，实时监测也是自动化监测。所使用的监测仪器均需自动化作业方可实现无人值守。监测仪器自动化分为两种，一种是监测仪器本身具备定时采样和存储功能，另一种是通过第三方的自动采集仪控制采样。不管使用何种方式或基于何种原理，其数据采集是能够自动或触发实现的。
监测数据远程传输是实时监测的另一主要特点。通常情况下，监测控制中心设立在远离灾体、经济相对发达的城镇区，需要借助公众通信网络或其他介质将各种类型的监测数据“搬运”过来，进行相应的转换计算，生成目标层人员所需要的成果。这个“搬运”过程即监测数据的远程传输。传输分为两种方式，一种是有线传输方式，如架设通信线缆或光缆，在电话线两端加载 Modem等；另一种是无线传输方式，如借助 GSM/GPRS或 CDMA网络、UHF数传电台或通信卫星等。
由于实时监测是数据自动采集、传输、发布等多个技术的集合，其中的任何一个环节失败均可导致系统无法正常工作，因此，实时监测是存在风险性的。其风险构成除电力（如断电停电）等保障体系统风险和监测仪器（如传感器、采集仪故障）、传输系统（如占线、网络资源不足、数据安全）、发布系统（如网路阻塞、病毒入侵、系统崩溃）等技术风险外，还包括人为抗力风险，如监测仪器设施的人为破坏、网络系统的恶意攻击等。对于风险的营救除最大程度地降低保障体系风险和技术风险外，需要通过立法、宣传等有效措施降低人为抗力风险，并设技术人员对监测系统进行即时维护，保障系统正常运行。
3实时监测系统构成
实时监测系统由监测仪器设施、数据采集系统、数据传输系统和网络发布系统四个子系统构成。各子系统均可独立运行，以单链的方式协同工作。其工作原理如图1所示。
图1实时监测系统工作原理示意图
3.1监测仪器设施
监测仪器及设施是获取灾害体变形参数最前端、最主要的组成部分，固定安装于灾害体表层或深部，并能够表征灾害体对应部位的变形、变化。监测仪器的类型取决于所采用的监测方法。在地质灾害监测中，常用的监测方法包括灾害体地表及深部位移、应力、地下水动态、地温、降水量等（表1）。监测仪器的精度、数量及布设位置是在地质灾害勘查及综合分析的基础上，从控制灾害体主体变形的需要设计确定的。监测仪器通常和相应的监测设施，如监测标（墩）、保护装置等相互配合，完成灾害体相关参数的获取。
3.2数据采集系统
顾名思义，数据采集系统用于收集、储存各类监测数据，是通过单片机或工业控制技术实现的。目前，多数监测仪器均有配套的数据采集及存储装置，可按设定的数据采集间隔定时自动化工作，并对原始数据进行转换计算。数据采集装置通常具有 RS-232或其他标准通信接口，可以方便地将数据下载至 PC中作进一步分析处理。对于不具备配套数据采集装置或仅具备便携式读数装置的监测仪器，则可以通过第三方的数据采集仪实现自动采集工作，通用型的数据采集仪可方便地将频率、电压等模拟信号转换为数字信号加以存储和处理，并具备标准通信接口和PC交换数据。由于数据采集仪多置于监测仪器附近，二者间通常使用线缆相连接。
表1常用监测技术方法简表
3.3数据传输系统
数据传输系统用于完成数据采集仪—控制中心—用户间的数据传递。实际上，控制中心—用户间通常是利用国际互联网、通过发布系统实现的，所以狭义上的数据传输指数据采集仪—控制中心之间（即灾害体现场至控制中心）的数据传递。
按照灾害体和控制中心空间距离的长短，可将数据传输分为近距离数据传输（一般低于2km）和远程数据传输两种类型。前者由于传输距离较短，一般采用线缆连接，后者则采用远程数据传输装置。
按传输介质，远程数据传输分为有线传输和无线传输两种方式。目前常用的有线传输方式有电话线连接（即在电话线两端加载 Modem对数据进行调制、解调）、光缆连接等，无线传输方式有数传电台（用于中远距离）、GSM/GPRS或 CDMA移动通信网络、通信卫星等（图2）。
图2常用的数据传输方法
3.4信息发布系统
信息发布系统通过国际互联网，以 Web主页的方式向目标层人员（即用户）提供各类监测信息。监测信息包括灾害体地质条件、发育特征、监测网布置方式、多元监测数据、监测数据随时间推移曲线变化情况、监测信息公告及图片、视频等。
信息发布系统由底层数据库和发布主页两部分构成。前者用于管理各类基础信息及监测数据，为后者提供数据源，后者为用户提供信息访问平台。二者之间通常采用B/S等架构交换数据。
信息发布系统一旦建立完成后，一些信息内容，如灾害体地质条件、发育特征、监测网布置方式等说明性的文字便相对固定下来，在短时间内不会做大的改动，这些信息通常称为静态信息。而随着时间推移，监测数据及其曲线等信息不断产生，且呈现动态变化并需在主页上自动更新、显示，这些信息称为动态信息。要实现监测数据的实时发布，需建立动态主页来显示动态数据。
由于监测数据是由底层数据库管理的，故只要即时将监测数据自动写入数据库中，为动态主页提供随时更新的数据源，便可实现自动显示，即实时发布。而这一点是易于做到的。
4巫山县地质灾害实时监测示范站简介
重庆市巫山县新城区是我国地质灾害危害最为严重的地区之一，全县约1/3的可用建设用地受到不同程度地质灾害的威胁。通过论证对比，在城区27个较大滑坡（崩塌）中，选择了近期变形相对较为明显、危害较为严重的向家沟滑坡和玉皇阁崩滑体建立实时监测预警系统进行应用示范。选用GPS监测地表位移、固定式钻孔倾斜仪和TDR技术监测深部位移、孔隙水压力监测仪监测滑体孔隙水压力及饱水时的水位、水温，同时通过安装仪器的附加功能或定期搜集的方法兼顾了地温、降水量及库水位等监测。截至目前，共建立GPS监测标22处（含基准标）、固定式钻孔倾斜仪和TDR监测点（孔）各3处、孔隙水压力监测3孔7测点。多种监测仪器在同一地理位置同组安装，这样不仅便于不同监测方法之间资料的相互印证对比，还可以仅使用一台采集仪及传输装置采集、传输多种监测数据，降低监测系统建设成本；另外，同组安装便于修建监测机房（现场站）保护监测仪器设施。以上监测方法除GPS因建设成本、人为抗力风险等原因采用定期观测外，其余监测方法均采用实时化监测。
4.1示范站数据采集系统
固定式钻孔倾斜仪、TDR、孔隙水压力监测仪三种监测仪器均具备配套的数据采集装置，其中TDR监测技术使用工业控制机作为数据采集装置，恰好可以作为另两种监测仪器的上位机，通过多串口扩展，将固定式钻孔倾斜仪和孔隙水压力监测仪连接至工控机，定时下载、存储数据，并在预定时间统一传输至控制中心，同时在工控机上存放数据备份，防止数据丢失。示范站数据采集系统结构图如图3所示。
图3示范站数据采集系统结构图
4.2GPRS远程无线传输系统
示范站控制中心设在巫山县国土资源局，距向家沟滑坡直线距离2.74km，距玉皇阁崩滑体约0.6km，其间采用GPRS网络进行数据的远程无线传输。
GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线业务）是中国移动通信在GSM网络上发展起来的2.5G数据承载业务，具有传输速度快、永远在线、按量计费等优点。GPRS使用TCP/IP协议，因此可方便地将数据写入指定（具固定IP地址）的服务器中。
GPRS数据传输硬件为商用型GPRS-MODEM，控制软件自主编写，用于控制数据传输时间、目标地址及传输过程的错误处理，由服务器端和客户端两部分构成。服务器端用于设置网络配置、数据库连接方式及数据文件、日志文件和配置文件的存放路径。客户端安装于现场站数据采集仪（工控机）上，控制网络连接、上传时间、数据编码、数据备份及传输错误处理。客户端软件和所有的数据采集软件设置为不间断工作状态，在按控制参数工作的同时，接受控制中心的配置指令即时对控制参数进行调整。
4.3示范站信息发布系统
示范站信息发布系统硬件由1台小型服务器和2台 PC终端的100M局域网构成。通过2M带宽的ADSL接入Internet。底层数据库和WEB主页同时安装于服务器上。服务器操作系统为Mi-croSoft Windows Server 2000，数据库系统采用 MicroSoft SQL Server 2000。WEB主页用 ASP.NET和Visual C﹟编写，和数据库之间采用B/S架构。在病毒防护和网络安全方面，采用商业软件瑞星RAV 2004和天网防火墙系统。
（1）数据库系统
数据库系统是信息发布系统的基础，按管理内容分为基础信息管理、数据管理、辅助信息管理三部分。基础信息管理的内容包括监测站（包括中心站和现场站）、监测钻孔、监测点、发布信息、发布图片等；数据管理内容包括固定式钻孔倾斜仪、GPS、TDR监测系统、BOTDR监测系统、孔隙水压力监测仪、环境温度、降水量、库水位等；辅助信息管理内容包括分级用户、下载信息、访问统计次数等，数据库系统构成如图4所示。
（2）数据伺服处理程序
数据伺服处理程序用于转换、计算现场站传来的数据，并即时将处理后的结果写入数据库中。处理程序采用Visual BASIC语言编写，通过计时器控制的定时功能触发写库过程，并在完成写库过程后删除原数据以防止重写。不难看出，数据伺服程序是传输系统和发布系统之间的连接，它使两个彼此独立的系统有机地结合起来。
（3）示范站信息发布主页
信息发布主页为远程用户提供所需的全部信息，包括示范站的概况、实时的监测曲线、最新的监测数据等。从发布信息内容、访问方式及管理维护的角度出发，主页设计成导航区、发布区、管理区和下载区，为远程用户、管理员提供交互。
图4示范站数据库系统构成框图
导航区为远程用户提供必要的导航信息，包括公告信息、图片及相关的专业网站链接，展示示范站建设工作的进展、取得的阶段性成果及有关的预警内容。
发布区用于提供示范站概况、实时监测曲线及数据查询。
示范站概况包括示范区自然地理条件、地质条件、示范站工作的整体部署，监测仪器设施（GPS、固定式钻孔倾斜仪、TDR、BOTDR、孔隙水压力监测仪等）的性能指标，监测现场站（含中心站）、监测钻孔、监测点的基础信息等内容。
实时监测用于显示各种监测曲线，是发布主页最核心的内容。从访问方便的角度出发，实时监测采取了“选择灾体—选择监测剖面—选择监测点—选择监测时段—显示监测曲线”逐级打开、层层剥落的展示方式，并全部做成图形方式链接，以增强访问的直观性。监测曲线的坐标设计成自适应型，图形的大小在系统的配置文件中设置，并标明数据的最新更新时间。曲线是以图片的形式显示的，用户可以方便地将其下载到自己的PC中保存。
从安全考虑，数据查询进行了加密，用户需用授权的用户名和密码登录后方可查看。查询采取了“选择监测方法—选择监测点—选择监测起始时间—显示数据表”组合式筛选的方式。输入界定参数并提交后系统从底层数据库中找到所有符合条件的记录，按日期排序后列表显示。用户可以全部或部分选取查询结果，粘贴至个人PC作为WORD文档保存。
管理区专为系统管理员设计，用于管理员远程管理文本、图片、数据等信息，进行信息的添加、修改、删除、上传下载等操作。分为信息管理、图片管理、数据管理、下载管理4个相互独立的模块，具有模糊查找等高级功能。
下载区为授权用户提供工作图片、视频、监测报告、软件等较大文件的下载功能，补充主页在文件交换方面的不足。
主页面布局如图5所示。欲了解发布系统的更多内容，请登录Http://www.wss.org.cn。
5示范站实时监测系统运行评价
由于本文着重论述实时监测技术的可行性和可靠性，因此不对监测成果和滑坡稳定性动态做更多分析。从以上论述明显可以看出，在地质灾害监测中，构建实时监测系统从技术上是可行性的。本节主要针对巫山县实时监测预警示范站运行过程中出现的各种问题，从故障统计、故障原因分析等方面，对示范站采集系统、传输系统、发布系统的可靠性进行简单评价，并提出意向性的改善建议。
图5示范站信息发布主页面
根据巫山县地质灾害监测预警示范站建设工作日志，监测系统故障主要发生在传输子系统，故障表现形式为数据不传输或不正确传输，主要原因为GPRS网络信号不稳定造成传输随机中断所致；其次，拨号连接失败后的重复尝试连接导致服务器80端口长期无效重复占用，当超过服务器最大连接数后导致网络无法正确访问；再次，监测地区不规律的停电常常使保障体系失效，从而丢失数据。此外，示范站服务器系统遭受过病毒破坏和恶意攻击，两次造成网络系统崩溃。可见，实时监测系统在基础通信条件和保障体系完备的条件下，是能够稳定可靠运行的。在建设过程中通过安装长时后备电源系统、功能完善的病毒防火墙和网络防火墙，可有效降低保障体系风险，进一步提高系统运行的稳定性。
6结语
巫山县地质灾害实时监测预警示范站自2003年陆续建设运行以来，在技术人员的维护下，系统运行正常，取得了数十万个监测数据，发布公告信息及图片近百条（幅），编写监测分析简报数期，实现了监测信息远程实时访问，取得了良好的示范效果。实践证明，将实时监测技术应用于地质灾害防治中是完全可行的，也是比较可靠的。可以预见，实时监测技术将是地质灾害监测的必然发展趋势。
参考文献
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H. 地质灾害数据监测系统分析软件有哪些
青岛海徕天创公司的4Dmos—pointcloud变形监测软件，预测各种地表活动，滑坡、塌陷等，可以咨询
I. 地质灾害监测方法技术现状与发展趋势
【摘要】20世纪末期以来，监测理论和技术方法有长足发展，常规技术方法趋于成熟，设备精度、设备性能已具较高水平，并开发了部分高精度（微米级位移识别率）、自计、遥测、自动传输的监测设施。未来，将充分综合运用光学、电学、信息学、计算机和通信等技术（诸如光纤技术—BOTDR、时域反射技术—TDR、激光扫描技术、核磁共振技术、NUMIS、GPS技术、合成孔径干涉雷达技术—InSAR及互联网通讯技术等），进一步开发经济适用、有效可行的地质灾害监测新技术，提高精度、准确性和及时性，最大程度地减小地质灾害造成的损失。
【关键词】地质灾害监测技术方法新技术优化集成
20世纪80年代以来，我国地质灾害时空分布特点呈现新的变化。随着人类工程活动越来越强，人为地质灾害日趋严重，规模、数量和分布范围呈增加趋势；人口密集、经济发达地区地质灾害造成的损失越来越大。崩塌、滑坡和泥石流等突发性地质灾害发生频度和造成的损失不断加大，地面沉降、海水入侵等缓慢性地质灾害的范围逐渐增加。据相关统计资料显示，1995～2002年，地质灾害共造成9000多人失踪或死亡，突发性地质灾害共造成直接经济损失524亿元，缓慢性地质灾害造成直接经济损失590亿元，间接经济损失2700亿元。地质灾害已经成为严重制约我国经济发展的重要因素之一。
为了摸清我国地质灾害的分布情况，我国系统地开展了地质灾害调查工作，先后出台了《地质灾害防治管理办法》和《地质灾害防治条例》，明确指出：防治地质灾害，实行“以人为本，防治结合，统筹规划，突出重点，分期实施，逐步到位”的方针。并于2003年4月启动了全国性地质气象预报。对已经查明的地质灾害体，特别是对生产建设、人民生命财产安全构成严重威胁的地质灾害，若能运用适当、有效、经济可行的监测措施，作出科学的监测预报，则可最大程度地减小灾害损失。
滑坡监测在不同条件、不同时期其作用不同，总的来说有以下几个方面：
（1）通过综合分析多种监测方法的监测数据，确定地质灾害稳定状态及发展趋势，及时作出预测，防止或减轻灾害损失。
（2）研究导致灾害体变形破坏的主导因素、作用机理，为防治工程设计提供依据。
（3）在防治工程施工过程中，监测、分析灾害体变形发展趋势及工程施工的扰动，保障施工安全。
（4）施工结束后，进行工程效果监测。
（5）综合利用长观监测资料，分析灾害体变形破坏机制和规律，检验在防治工程设计中所采用的理论模型及岩土体性质指标值的准确性，对已有的监测预报理论及模型进行验证改进，改善、提高监测预测预报技术方法。
1地质灾害监测技术综述
地质灾害监测的主要任务为监测地质灾害时空域演变信息（包括形变、地球物理场、化学场）、诱发因素等，最大程度获取连续的空间变形数据，应用于地质灾害的稳定性评价、预测预报和防治工程效果评估。
地质灾害监测是集地质灾害形成机理、监测仪器、时空技术和预测预报技术为一体的综合技术。地质灾害的形成机理是开展地质灾害监测工作的基础；监测仪器是开展工作的手段；更为重要的是只有充分利用时空技术，才能有效发挥地质监测的作用；预测预报是开展地质灾害监测的最终目的。
崩塌、滑坡、泥石流等突发性地质灾害，具有爆发周期短、威胁性及破坏性显著、成因复杂等特点，因此，当前地质灾害的监测技术方法的研究和应用多是围绕突发性地质灾害进行的。1.1监测方法
监测方法按监测参数的类型分为四大类：即变形、物理与化学场、地下水和诱发因素监测（见表1）。
表1主要地质灾害监测方法一览表
1.1.1 变形监测
主要包括以测量位移形变信息为主的监测方法，如地表相对位移监测、地表绝对位移监测（大地测量、GPS测量等）、深部位移监测。该类技术目前较为成熟，精度较高，常作为常规监测技术用于地质灾害监测。由于获得的是灾害体位移形变的直观信息，特别是位移形变信息，往往成为预测预报的主要依据之一。
1.1.2物理与化学场监测
监测灾害体物理场、化学场等场变化信息的监测技术方法主要有应力监测、地声监测、放射性元素（氡气、汞气）测量、地球化学方法以及地脉动测量等。目前多用于监测滑坡等地质灾害体所含放射性元素（铀、镭）衰变产物（如氡气）浓度、化学元素及其物理场的变化。地质灾害体的物理、化学场发生变化，往往同灾害体的变形破坏联系密切，相对于位移变形，具有超前性。
1.1.3地下水监测
地下水监测主要是以监测地质灾害地下水活动、富含特征、水质特征为主的监测方法。如地下水位（或地下水压力）监测、孔隙水压力监测和地下水水质监测等。大部分地质灾害的形成、发展均与灾害体内部或周围的地下水活动关系密切，同时在灾害生成的过程中，地下水的本身特征也相应发生变化。
1.1.4诱发因素监测
诱发因素类主要包括以监测地质灾害诱发因素为主的监测技术方法，如气象监测、地下水动态监测、地震监测、人类工程活动等。降水、地下水活动是地质灾害的主要诱发因素；降雨量的大小、时空分布特征是评价区域性地质灾害（特别是崩、滑、流三大地质灾害的判别）的主要判别指标之一；人类工程活动是现代地质灾害的主要诱发因素之一，因此地质灾害诱发因素监测是地质灾害监测技术的重要组成部分。
1.2监测仪器
1.2.1按从监测仪器同灾害体的相对空间关系分为接触类和非接触类
（1）接触类：是指必须安装于灾害体现场或进行现场施测的监测仪器系列。如滑坡地表或深部位移监测、物理和化学场监测等。该类仪器所获得的信息多为灾害体细部信息，信息量丰富。
（2）非接触类：是指于现场安装简易标志或直接于灾害体外围施测的监测仪器系列。该类监测方法多以获得灾害体地表的绝对变形信息为主，易采用网式施测；特别是突发性地质灾害的临灾前后，具有安全、快捷等特点。如激光微位移监测、测量机器人、遥感雷达监测等。
1.2.2按监测组织方式分为简易监测、仪表监测、控制网监测、自动遥测
（1）简易监测：采用简易的量测工具（皮尺、钢尺、卡尺）对灾害体地表的裂缝等部位进行监测。
（2）仪表监测：采用机测或电测仪表（安装、埋设传感器）对滑坡进行地表及深部的位移、应力、地声、水位、水压、含水量等信息监测。
（3）控制网监测：在滑坡变形破坏区及周边稳定地带，布设大地测量或GPS卫星定位测量控制点网，进行滑坡绝对位移三维监测。
（4）自动遥测：利用有线和无线传输技术，对仪表监测所得信息进行远距离遥控自动采集、传输，可实现全天候不间断监测。
2地质灾害监测方法技术现状
地质灾害监测技术是集多门技术学科为一体的综合技术应用，主要发展于20世纪末期。伴随着电子技术、计算机技术、信息技术和空间技术发展，国内外地质灾害调查与监测方法和相关理论得到长足发展，主要表现在：
（1）常规监测方法技术趋于成熟，设备精度、设备性能都具有很高水平。目前地质灾害的位移监测方法均可以进行毫米级监测，高精度位移监测方法可以识别0.1mm的位移变形。
（2）监测方法多样化、三维立体化。由于采用了多种有效方法结合对比校核以及从空中、地面到灾害体深部的立体化监测网络，使得综合判别能力加强，促进了地质灾害评价、预测能力的提高。
（3）其他领域的先进技术逐渐向地质灾害监测领域进行渗透。随着高新技术的发展和应用的深入，卫星遥感、航空遥感等空间技术的精度逐渐提高，一些高精度物探（如电法、核磁共振等技术）的发展，使得地质灾害的勘查技术与监测技术趋于融合，通过技术上的处理、提升，该类技术逐渐适用于区域性的地质灾害和单体灾害的监测工作。
“八五”以来，我国在地质灾害监测技术研究方面取得了丰硕的成果，并积累了丰富的经验，使我国的地质灾害监测预警水平得到很大程度的提高；但是还存在一定的局限性，主要表现在：
（1）地质灾害监测技术、仪器设施多种多样，应用重复性高，受适用程度、精度、设施集成化程度、自动化程度和造价等因素的制约，常造成设备资源浪费，效果不明显。
（2）所取得的研究成果多侧重于某一工程或某一应用角度，在地质灾害成灾机理、诱发因素研究的基础上，对各种监测技术方法优化集成的研究程度较低。
（3）监测仪器设施的研究开发、数据分析理论同相关地质灾害目标参数定性、定量关系的研究程度不足，造成监测数据的解释、分析出现较大的误差。
因此，要提高地质灾害预警技术水平，必须在地质灾害研究同开发监测技术方法相结合的基础上，进行地质灾害监测优化集成方案的研究。
3地质灾害监测技术方法发展趋势
3.1高精度、自动化、实时化的发展趋势
光学、电学、信息学及计算机技术和通信技术的发展，给地质灾害监测仪器的研究开发带来勃勃生机；能够监测的信息种类和监测手段将越来越丰富，同时某些监测方法的监测精度、采集信息的直观性和操作简便性有所提高；充分利用现代通讯技术提高远距离监测数据信息传输的速度、准确性、安全性和自动化程度；同时提高科技含量，降低成本，为地质灾害的经济型监测打下基础。
监测预测预报信息的公众化和政府化。随着互联网技术的发展普及，以及国家政府的地质灾害管理职能的加强，灾害信息将通过互联网进行实时发布，公众可通过互联网了解地质灾害信息，学习地质灾害的防灾减灾知识；各级政府职能部门可通过所发布信息，了解灾情的发展，及时做出决策。
3.2新技术方法的开发与应用
3.2.1调查与监测技术方法的融合
随着计算机的高速发展，地球物理勘探方法的数据采集、信号处理和资料处理能力大幅度提高，可以实现高分辨率、高采样技术的应用；地球物理技术将向二维、三维采集系统发展；通过加大测试频次，实现时间序列的地质灾害监测。
3.2.2 智能传感器的发展
集多种功能于一体、低造价的地质灾害监测智能传感技术的研究与开发，将逐渐改变传统的点线式空间布设模式；由于可以采用网式布设模式，且每个单元均可以采集多种信息，最终可以实现近似连续的三维地质灾害信息采集。
3.3新技术新方法
3.3.1光纤技术（BOTDR）
光导纤维监测技术又称布里渊散射光时域光纤监测技术（BOTDR），是国际上20世纪70年代后期才迅速发展起来的一种现代化监测技术，在航空、航天领域中已显示了其有效性。在土木、交通、地质工程及地质灾害防治等领域的应用才刚刚开始，并受到各发达国家研究机构的普遍重视，发展前景十分广阔。
通过合理的光纤敷设，可以监测整个灾害体（特别是滑坡）的应变信息。
3.3.2时间域反射技术（TDR）
时间域反射测试技术（Time Domain Reflectometry）是一种电子测量技术。许多年来，一直被用于各种物体形态特征的测量和空间定位。早在20世纪30年代，美国的研究人员开始运用时间域反射测试技术检测通讯电缆的通断情况。在80年代初期，国外的研究人员将时间域反射测试技术用于监测地下煤层和岩层的变形位移等。90年代中期，美国的研究人员将时间域反射测试技术开始用于滑坡等地质灾害变形监测的研究，针对岩石和土体滑坡曾经做过许多的试验研究，国内研究人员已经开始该方法的研究工作，并已经在三峡库区投入试验应用阶段，同时开展了与之相关的定量数据分析理论研究。
所埋设电缆即是传感器，又可传输测试信号；该方法相对于深部位移钻孔倾斜仪监测具有安装简单、使用安全和经济实用等特点。
3.3.3激光扫描技术
该技术在欧美等发达国家应用较早，我国近期开始逐渐引进。主要是用于建筑工程变形监测以及实景再现，随着扫描距离的加大，逐渐向地质灾害调查和监测方向发展。
该技术通过激光束扫描目标体表面，获得含有三维空间坐标信息的点云数据，精度较高。应用于地质灾害监测，可以进行灾害体测图工作，其点云数据可以作为地质灾害建模、地质灾害监测的基础数据。
3.3.4核磁共振技术（NUMIS）
核磁共振技术是国际上较为先进的一种用来直接找水的地球物理新方法。它应用核磁感应系统，通过从小到大地改变激发电流脉冲的幅值和持续时间，探测由浅到深的含水层的赋存状态。我国于近期开始引进和研究，目前已经在三峡库区的部分滑坡体进行了应用试验，效果较好。
应用于地质灾害监测，可以确定地下是否存在地下水、含水层位置以及每一含水层的含水量和平均孔隙度，进而可以获知如滑坡面的位置、深度、分布范围等信息，从而对滑坡体进行稳定性评价，并对滑坡体的治理提出科学依据。
3.3.5合成孔径干涉雷达技术（InSAR）
运用合成孔径雷达干涉及其差分技术（InSAR及D-InSAR）进行地面微位移监测，是20世纪90年代逐渐发展起来的新方法。该技术主要用于地形测量（建立数字化高程）、地面形变监测（如地震形变、地面沉降、活动构造、滑坡和冰川运动监测）及火山活动等方面。
同传统地质灾害监测方法相比，具有如下特点：
（1）覆盖范围大；
（2）不需要建立监测网；
（3）空间分辨率高，可以获得某一地区连续的地表形变信息；
（4）可以监测或识别出潜在或未知的地面形变信息；
（5）全天候，不受云层及昼夜影响。
但由于系统本身因素以及地面植被、湿度及大气条件变化的影响，精度及其适用性还不能满足高精度地质灾害监测。
为了克服该技术在地面形变监测方面的不足，并提高其精度，国内外技术人员先后引入了永久散射点（PS）的技术和GPS定位技术，使InSAR技术在城市及岩石出露较好地区地面形变监测精度大大提高，在一定的条件下精度可达到毫米级。永久散射（PS）技术通过选取一定时期内表现出稳定干涉行为的孤立点，克服了许多妨碍传统雷达干涉技术的分辨率、空间及时间上基线限制等问题。
随着卫星雷达系统资源的改进和发展，以及相应数据处理软件的提高，该技术在地质灾害监测领域的应用将趋于成熟。
3.4地质灾害监测技术的优化集成
3.4.1问题的提出
（1）监测方法的适应性。对于各种监测方法所使用的监测仪器设施，均有各自的应用方向和使用技术要求；针对不同地质灾害灾种、类型，其使用技术要求（包括测点布设模式、安装使用技术要求等）不同。
（2）地质灾害不同的发展阶段。对于崩塌、滑坡等突发性地质灾害，不同发展阶段所适用的监测方法和仪器设施各异，监测数据采集周期频度不同。
（3）监测参数与监测部位。实践证明，一方面，不同的监测参数（地表位移、深部位移、应力、地下水动态、地声等）在不同类型的灾害体监测中具有不同程度的表现优势；另一方面，同一灾害体不同部位的监测参数随时间变化趋势特点并不相同，即存在反映灾害体关键部位特征的监测点，又存在仅反映局部单元（不具有明显的代表性，甚至是孤立的）特征的监测点。因此，监测要素（监测参数、监测部位）的优化选择，是整个监测设计工作的基础。
（4）自动化程度。决定于设备的集成度、控制模式、数据标准化程度和信息发布方式。
（5）经济效益。决定于地质灾害的规模、危害程度、监测技术组合、设备选型等因素。
3.4.2设计原则
地质灾害监测技术优化集成方案遵循以下原则：
（1）监测技术优化原则：针对某一类型地质灾害，确定优势监测要素，进行监测内容、监测方法优化组合，使监测工作高效、实用。
（2）经济最优原则：首先，不过于追求高、精、尖的监测技术，而应选择发展最为成熟、应用程度较高的监测技术；其次，对于危害程度较大的大型地质灾害体，可选择专业化程度较高的监测技术方法，由专业人员进行操作、维护，对于危害程度低，规模小的灾害体，可选择操作简单、结果直观的宏观监测技术，由群测群防级人员进行操作。
3.4.3最终目标
根据不同种类地质灾害和不同类型地质灾害的物质组成、动力成因类型、变形破坏特征、外形特征、发育阶段等因素，研究适用于不同类型地质灾害的监测要素（监测参数、监测点位的集合）、监测方法、监测点网的时空布置模式、监测技术要求，建立典型地质灾害监测的优化集成方案。