5月9日，張勤給團隊成員講解衛(wèi)星滑坡監(jiān)測相關(guān)設(shè)備運行的原理。

年輕時，張勤的理想是做一名醫(yī)生。40多年過去了，她雖然沒有成為懸壺濟世的名醫(yī)，卻從另一個角度延續(xù)著她的理想——給國土“望聞問切”，即利用空天遙感技術(shù)識別、監(jiān)測和預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害。

和我們想象的實地踏勘不一樣，張勤通過遙感衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星這些太空中的“眼睛”去“望聞問切”，進行地質(zhì)災(zāi)害尤其是滑坡的監(jiān)測和預(yù)警。

5月9日，記者走進位于長安大學(xué)地學(xué)科技大廈7樓的“張勤工作室”，她和六名團隊成員正坐在電腦前，分析由衛(wèi)星傳來的全國15個省份400多個易發(fā)生災(zāi)害點的遙感圖像和北斗監(jiān)測數(shù)據(jù)。

截至目前，張勤和她的團隊已形成了一整套較為完備成熟的滑坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及平臺，成功預(yù)警近10起滑坡，為安全轉(zhuǎn)移人員和財產(chǎn)預(yù)留出寶貴時間，實現(xiàn)人員零傷亡。

仰望星空找辦法

我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害最為嚴重的國家之一，主要的地質(zhì)災(zāi)害有崩塌、泥石流、滑坡、地面沉降、地裂縫等。其中，滑坡災(zāi)害易發(fā)區(qū)域占國土面積的三分之二，為地質(zhì)災(zāi)害之首。

2015年我省山陽“8·12”、2017年四川茂縣“6·24”、2019年貴州水城“7·23”等特大山體滑坡災(zāi)害，均造成了重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。

滑坡能否被監(jiān)測和預(yù)防？多年來，為攻克這一世界難題，我國地質(zhì)和大地測量專家進行了不懈探索?？墒?，要在廣袤國土上找尋微小滑坡隱患，無異于“大海撈針”。

后來，科學(xué)家用傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感技術(shù)來觀測滑坡，但這一技術(shù)在區(qū)域滑坡研究中，多聚焦于定性的地表解譯與形態(tài)特征判識，難以直接獲取定量的多維度地表變形信息，從而限制了對滑坡的深入研究。

2000年，在香港理工大學(xué)做訪問學(xué)者的張勤，偶然接觸到InSAR（合成孔徑雷達干涉測量），忽然“眼前一亮”。

說到InSAR，不得不提1801年英國物理學(xué)家托馬斯·楊的雙縫實驗。在這一實驗中，托馬斯·楊把一支蠟燭放在一張開了一個小孔的紙前面，這樣就形成了一個點光源（從一個點發(fā)出的光源）。然后，他在紙后面再放一張紙。不同的是，第二張紙上開了兩道平行的狹縫。從小孔中射出的光穿過兩道狹縫投到屏幕上，最終形成了一系列明暗交替的條紋，這就是雙縫干涉條紋。

時光流轉(zhuǎn)，20世紀后期，科學(xué)家利用雷達衛(wèi)星遙感技術(shù)捕獲地表多期反射信號的相位干涉，同樣獲得了“神奇的條紋”，并且根據(jù)這些條紋獲得地表在一定時間段內(nèi)的變形信息，形成了InSAR。當(dāng)雷達衛(wèi)星在兩個不同時間向地面上同一個點發(fā)射并接收反射信號后，對兩次獲取的相位信息經(jīng)過一定的處理就會形成干涉圖像?？茖W(xué)家們根據(jù)干涉圖的相位值，能得出兩次成像中微波的路程差，從而獲取地球表面的多維長時序歷史形變信息。

讓張勤興奮不已的InSAR，很快就被她用在我國西部地質(zhì)災(zāi)害的識別監(jiān)測上。

2003年，當(dāng)InSAR技術(shù)在國內(nèi)剛剛起步時，她便指導(dǎo)博士生用InSAR監(jiān)測西安城市地裂縫災(zāi)害。

經(jīng)過20年發(fā)展，現(xiàn)在，長安大學(xué)InSAR地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測研究已處于國內(nèi)首屈一指的地位，張勤和她的團隊基于InSAR的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作也“碩果累累”：在2018年金沙江白格滑坡堰塞湖應(yīng)急救災(zāi)中提供的快速調(diào)查成果，被自然資源部采用；2019年2月17日，提前近1小時成功預(yù)警貴州興義龍井村順層巖質(zhì)滑坡；2021年1月27日，結(jié)合地面實時監(jiān)測設(shè)備提前6小時成功預(yù)警甘肅永靖縣黑方臺黃土滑坡，并提前7分鐘再次緊急發(fā)出滑坡即將失穩(wěn)的紅色告警，準確預(yù)測出此次滑坡的發(fā)生時間。

自主研發(fā)檢測裝備

“什么，我們要研究地面接收設(shè)備？”最初聽到張勤的這一想法時，張勤團隊成員、長安大學(xué)博士杜源覺得不可思議。因為，對于測量專業(yè)的學(xué)生來說，進行硬件設(shè)備的研發(fā)是一個完全陌生的領(lǐng)域。

然而，張勤卻偏要做別人沒有做過的事。

北斗衛(wèi)星信號在地面要有接收設(shè)備。尤其對于特大型滑坡來說，因為需要監(jiān)測的點位多，所以要廣泛布設(shè)監(jiān)測裝備。

多年前，因為不掌握相關(guān)技術(shù)，我國的衛(wèi)星接收設(shè)備幾乎都從國外進口。最早，一臺設(shè)備售價要百萬元以上，后來，雖然價格降了許多，每臺售價也在2萬元以上。

“現(xiàn)代通信功能的加入，讓我們可以給設(shè)備做減法，盡量降低成本?！睆埱谡f。

于是，采用“云+傳感器”的設(shè)計理念，她帶領(lǐng)團隊于2016年在國內(nèi)率先研發(fā)出小型化、低功耗、高精度的普適北斗滑坡監(jiān)測設(shè)備。

該設(shè)備將傳統(tǒng)設(shè)備中的大容量存儲模塊、高性能CPU計算模塊等多個模塊省去，只留下了數(shù)據(jù)采集模塊和通信模塊，體積也由300立方厘米縮小至100立方厘米，成本更是降至5000元以下，能夠?qū)崟r捕捉毫米級的滑坡位移變化，推動了滑坡實時監(jiān)測裝備向普適化方向發(fā)展。

空天一體做加法

在我國的滑坡災(zāi)害中，60%以上屬于高危高位滑坡。因滑坡區(qū)域山高坎陡，人難以到達，所以無法布設(shè)相關(guān)設(shè)備，令高危高位滑坡區(qū)域存在監(jiān)測盲點。

比如2017年6月24日，四川茂縣高位山體滑坡，坡高近2000米。由于無法監(jiān)測，突發(fā)滑坡時，坡體移動了3公里，掩埋了坡下新磨村120余人。

目前，無人機廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，能不能讓無人機加入地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測“隊伍”中來呢？2019年，張勤創(chuàng)新性提出研制“無人機拋投式”北斗實時監(jiān)測系統(tǒng)，解決人無法到現(xiàn)場部署設(shè)備的難題。即無人機搭載監(jiān)測設(shè)備飛到待部署設(shè)備的地質(zhì)災(zāi)害點進行精準拋投，然后，系統(tǒng)中的空天地自組網(wǎng)通信模塊及多參數(shù)預(yù)警平臺將實時監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)，對滑坡進行精準預(yù)測。

她的這一設(shè)想一經(jīng)提出，就成功申請了國家重大科研儀器研制項目“無人機精準投放式北斗滑坡災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)”。目前，這一系統(tǒng)的研發(fā)正在緊鑼密鼓進行中。

對于張勤和她的團隊來說，他們又一次挑戰(zhàn)了“不可能”。

“我們是站在地球看地球，而張老師是站在太空看地球！”說起張勤的創(chuàng)新思維，學(xué)生們無不發(fā)自心底地佩服。

輕柔的聲音、親切的態(tài)度、溫婉的氣質(zhì)，這是張勤老師給人的第一印象。但是，她告訴記者，自己最看重的特質(zhì)是“敢于想、敢于闖”。也正因此，5月8日，她在給學(xué)校本科生講課時特別強調(diào)：“課本總是會滯后于科技的進步，所以同學(xué)們一定要跳出課本、打開思維、學(xué)會思考。這樣，大家看到的才不會是一棵樹，而是整片森林?！?/p>

上至浩瀚太空，下至遼闊大地，如今，通過衛(wèi)星“看地球”的張勤老師，又開始帶領(lǐng)團隊在“天空地多源異質(zhì)數(shù)據(jù)融合分析”上研究攻關(guān)，爭取對地質(zhì)災(zāi)害進行更為超前的判識。

來源：陜西日報

責(zé)任編輯：黃蕊