地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生不像物理、化學(xué)這些學(xué)科有明確的定量規(guī)律，每一個(gè)地災(zāi)點(diǎn)都存在差異，甚至每天都不一樣，因?yàn)?ldquo;地災(zāi)是活的”。“地災(zāi)隱患在哪里？”“什么時(shí)間可能發(fā)生？”一直是地質(zhì)工作者努力探索解決的兩大核心問題，然而地質(zhì)災(zāi)害的早期預(yù)警仍是一項(xiàng)世界性難題。

我國(guó)是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的國(guó)家之一，每年都會(huì)有大大小小不同的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害時(shí)常威脅著人們的安全，造成生命財(cái)產(chǎn)損失。到了汛期，地災(zāi)防治形勢(shì)會(huì)更加嚴(yán)峻。

中關(guān)村智連災(zāi)害感知科學(xué)研究院（下稱“研究院”）院長(zhǎng)謝謨文教授和他的團(tuán)隊(duì)首次構(gòu)建了邊坡失穩(wěn)早期預(yù)警理論體系及預(yù)警模型，較好地解決了無法對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行早期預(yù)警的技術(shù)難題。該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“微芯”系列監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，已經(jīng)多次在一線“立功”，贏得“偵察衛(wèi)士”的美譽(yù)。

“偵察衛(wèi)士”守護(hù)生命安全

2017年11月18日，四川大渡河猴子巖水庫(kù)區(qū)域的安全巡視人員發(fā)現(xiàn)，一處庫(kù)岸山體出現(xiàn)變形。隨即，專業(yè)人員采用星載SAR（合成孔徑雷達(dá)）、無人機(jī)遙感、三維激光掃描及GNSS位移監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行全覆蓋式位移監(jiān)測(cè)。同時(shí)，通過雷達(dá)影像、InSAR（合成孔徑雷達(dá)干涉）進(jìn)行形變分析發(fā)現(xiàn)，滑坡體形變每天超過100毫米，處于持續(xù)下滑狀態(tài)，存在大規(guī)?？逅L(fēng)險(xiǎn)。利用無人機(jī)遙感獲取滑坡區(qū)影像解譯，測(cè)得滑坡體總體積約400萬立方米。

“在距離滑坡點(diǎn)下方不足15米處，就是車來車往的川西211省道，為保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全，當(dāng)?shù)夭坏靡逊忾]了該路段，等待滑坡體穩(wěn)定再放行。”謝謨文告訴記者，他在成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院的一位同學(xué)打來電話，請(qǐng)求技術(shù)支持。謝謨文二話沒說，第二天一早就“飛”到滑坡現(xiàn)場(chǎng)，并迅速組織安裝了14個(gè)微芯樁預(yù)警裝置，部署了預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)將安全警示信息發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)及后方相關(guān)人員手機(jī)上，以及時(shí)了解邊坡動(dòng)態(tài)變化情況。“只要微芯樁指標(biāo)不發(fā)生突變、系統(tǒng)不預(yù)警，即使滑坡還在持續(xù)形變，下方道路也可以放心通行。”謝謨文說。

2018年6月19日14時(shí)40分，預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到，處在滑坡后緣的2號(hào)微芯樁連續(xù)發(fā)生較大振動(dòng)并發(fā)出預(yù)警，“當(dāng)時(shí)我剛好在現(xiàn)場(chǎng)，隨后立即通知現(xiàn)場(chǎng)值班人員封鎖道路，全體人員撤離。約30分鐘后，發(fā)生了山體滑坡，大量巨石滾落。這次，‘偵察衛(wèi)士’又立功了。”謝謨文介紹說，2018、2019的兩年時(shí)間里，大渡河猴子巖庫(kù)區(qū)的預(yù)警系統(tǒng)，成功預(yù)警避險(xiǎn)滑坡8次，預(yù)警成功率達(dá)100%，確保了丹巴70萬人交通要道的通暢和安全，以及坡下3000名施工人員的安全，并保證高峰期2萬輛車的順利通行，為水電站帶來了2.2億元的經(jīng)濟(jì)效益，微芯樁因此獲得“偵察衛(wèi)士”的美譽(yù)。

如今，該處滑坡仍在持續(xù)，兩年內(nèi)已經(jīng)下滑了28米，微芯樁預(yù)警系統(tǒng)時(shí)刻沒有松懈，依然堅(jiān)守崗位，守護(hù)一方百姓出行安全。

在另一處現(xiàn)場(chǎng)——廣東梅州興寧市居民在原始山體大規(guī)模削坡建房，住宅緊鄰坡腳，距離最近處約3米，而且邊坡沒有任何支護(hù)措施，山體局部明顯變形，存在大量裂縫，當(dāng)?shù)鼐用癜踩艿酵{。

2020年1月9日，經(jīng)多方商議，該處建立起了危險(xiǎn)邊坡自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),對(duì)邊坡進(jìn)行全天候、自動(dòng)化、一站式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)邊坡的地形情況，現(xiàn)場(chǎng)共設(shè)置了5個(gè)微芯樁監(jiān)測(cè)點(diǎn)、1個(gè)雨量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、1個(gè)視頻監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。

今年入汛以來，監(jiān)測(cè)人員密切關(guān)注該處邊坡的安全狀態(tài)。4月23日10時(shí)和4月24日1時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)2號(hào)點(diǎn)微芯樁捕捉到崩塌體兩次振動(dòng)；24日5時(shí)，傾角累計(jì)變化量達(dá)到2度以上，即發(fā)生了形變，監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)通過專業(yè)數(shù)學(xué)預(yù)警模型分析立即發(fā)出預(yù)警信息，技術(shù)人員立即通知附近村民疏散；6時(shí)，系統(tǒng)再次捕捉到邊坡振動(dòng)突變，平臺(tái)再次發(fā)出預(yù)警信息；7時(shí)，崩塌體發(fā)生局部垮塌，由于疏散及時(shí)，避免了一次重大災(zāi)害的發(fā)生。目前邊坡體仍處于數(shù)據(jù)不穩(wěn)定期，仍有可能發(fā)生更大規(guī)模的崩塌，微芯樁經(jīng)過重新布設(shè)，又一次履行“時(shí)刻守護(hù)群眾安全”的使命。

“微芯樁”解決地質(zhì)災(zāi)害早期預(yù)警難題，這只是它技能的冰山一角。在深圳鹿丹村基坑監(jiān)測(cè)中，它也提前46小時(shí)成功預(yù)警基坑地面塌陷和突水，使周邊多棟高層住宅破壞險(xiǎn)情得以避免；在大渡河流域、金沙江流域等地?cái)?shù)十個(gè)滑坡災(zāi)害點(diǎn)和重特大危險(xiǎn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)中，曾經(jīng)20次有效預(yù)警大規(guī)?；驴逅苊饬硕啻沃靥卮蟀踩鹿拾l(fā)生，避免直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)9.8億元。

找到“靜”與“動(dòng)”的平衡點(diǎn)

科學(xué)研究的基本邏輯就是發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出問題、解決問題以及持續(xù)改進(jìn)的過程。如何用最簡(jiǎn)單的理論解決地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警，是謝謨文研發(fā)團(tuán)隊(duì)一直在思考的問題。

謝謨文發(fā)現(xiàn)，自己和團(tuán)隊(duì)早期研究的極限平衡理論不能描述邊坡從穩(wěn)定到失穩(wěn)的過程，且無法實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警。“因?yàn)?lsquo;地災(zāi)是活的’，所以要用邊坡動(dòng)力學(xué)來解決‘動(dòng)’的問題。只要解決了‘動(dòng)’的問題，就解決了邊坡到底用什么指標(biāo)去監(jiān)測(cè)的問題。”謝謨文深入淺出對(duì)記者講起他的邊坡失穩(wěn)動(dòng)力學(xué)理論及安全度模型，講動(dòng)與靜的物理原理。

邊坡失穩(wěn)是指邊坡巖土體在內(nèi)外部不利因素影響下產(chǎn)生傾倒、滑移或崩落等突然喪失穩(wěn)定性的現(xiàn)象。邊坡失穩(wěn)是一個(gè)從靜止到運(yùn)動(dòng)的過程，經(jīng)歷了穩(wěn)定、破裂、微動(dòng)、形變、位移、加速位移到失穩(wěn)破壞的階段變化。謝謨文一邊將辦公桌上的一只電腦鼠標(biāo)拖動(dòng)到桌子邊沿一邊解釋說，為什么這只鼠標(biāo)從1公分移動(dòng)到15公分是安全的，但為什么從這兒再往前移動(dòng)1公分就會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)呢？答案是重心偏移發(fā)生了突變。就如老人為什么會(huì)摔倒，這不是位移引發(fā)的，而是重心偏移造成的。

微芯樁解決了地災(zāi)監(jiān)測(cè)普適性難題

去年，在貴陽召開的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)新技術(shù)新方法交流推介會(huì)上，自然資源部地質(zhì)勘測(cè)管理司司長(zhǎng)于海峰表示，地勘部門要針對(duì)不同災(zāi)害點(diǎn)，安裝不同設(shè)備，需要相關(guān)企業(yè)繼續(xù)大力投入研發(fā)、降低成本、提高產(chǎn)品性能、推廣普適性設(shè)備?？梢?，不久后大批量的普適性設(shè)備將進(jìn)場(chǎng)競(jìng)技。

那么，未來市場(chǎng)如何開拓？技術(shù)如何創(chuàng)新？商業(yè)模式如何運(yùn)營(yíng)？謝謨文有了初步想法，并正在規(guī)劃實(shí)施中，即“技術(shù)+管理+保險(xiǎn)”的商業(yè)模式。他解釋說，“這是我們開始建設(shè)研究院時(shí)就提出的目標(biāo)：一是技術(shù)降低風(fēng)險(xiǎn)，要有叫得響的產(chǎn)品；二是管理是提升安全的保障，技術(shù)與管理結(jié)合，盡量做到安全有序；三是保險(xiǎn)機(jī)制，通過保險(xiǎn)方式減輕災(zāi)害損失。”其實(shí)，這種模式在歐美、在日本早已是一套成熟的運(yùn)營(yíng)體系。用戶安裝上技術(shù)產(chǎn)品，不僅僅是地質(zhì)災(zāi)害的防治，同時(shí)還得到一份保險(xiǎn)作保障，萬一發(fā)生災(zāi)害后，保險(xiǎn)公司來賠付，這樣既減輕了政府的壓力，又讓百姓安心，可謂一舉多得。

不可否認(rèn)，創(chuàng)新的商業(yè)模式前提是技術(shù)過硬、價(jià)格夠低、產(chǎn)品更普適。“我們正在打造天地一體化安全態(tài)勢(shì)感知網(wǎng)系統(tǒng)。將來你走到任何地方，都可以隨時(shí)隨地提醒你有沒有身處危險(xiǎn)。比如走到橋邊，系統(tǒng)馬上會(huì)提示這個(gè)橋的安全狀態(tài)；走到山邊，系統(tǒng)會(huì)提示這個(gè)山的安全狀態(tài)；走到房子邊，系統(tǒng)也會(huì)提示房子的安全態(tài)勢(shì)。”謝謨文坦言，目標(biāo)很宏大，實(shí)現(xiàn)起來有難度，但會(huì)朝著目標(biāo)去努力，踐行為人民安全服務(wù)的理念。