今年2月，國家礦山安全監(jiān)察局發(fā)布關(guān)于開展露天礦山安全生產(chǎn)專項(xiàng)整治的通知，從3月至年底，全面排查露天礦山安全風(fēng)險(xiǎn)，扎實(shí)開展重點(diǎn)露天礦山安全“體檢”，以提升露天礦山安全保障水平，堅(jiān)決防范遏制重特大事故發(fā)生。礦山作為重要的經(jīng)濟(jì)資源開發(fā)領(lǐng)域，其安全和生產(chǎn)問題一直備受關(guān)注。而礦山邊坡監(jiān)測對于保障礦山安全和生產(chǎn)至關(guān)重要，利用科技手段加強(qiáng)礦山邊坡監(jiān)測已成為礦山行業(yè)共識。

在東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院教授劉善軍看來，礦山行業(yè)重視科技手段的主要原因有兩點(diǎn)，一是“安全是重中之重”，這一點(diǎn)毋庸置疑；二是隨著科技發(fā)展，監(jiān)測手段越來越先進(jìn)，監(jiān)測成果突出，并且監(jiān)測設(shè)備的成本下降至礦山企業(yè)能承受的范圍，也促使礦山行業(yè)更愿意使用礦山邊坡監(jiān)測手段。

礦山邊坡從人工監(jiān)測到科技監(jiān)測

我國礦山邊坡監(jiān)測手段的演變歷程經(jīng)歷了傳統(tǒng)監(jiān)測手段和現(xiàn)代監(jiān)測手段兩個(gè)階段。傳統(tǒng)監(jiān)測手段主要包括人工巡視和地面測量。早期的礦山邊坡監(jiān)測主要依靠人工觀測和經(jīng)驗(yàn)判斷。礦工通過直觀地觀察邊坡的變形情況來判斷是否存在安全隱患，這種方法存在主觀性強(qiáng)、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等問題。后來，礦山引入了測量儀器如水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等，盡管提高了邊坡監(jiān)測的準(zhǔn)確性，但其面臨監(jiān)測精度低、觀測范圍狹窄、數(shù)據(jù)獲取困難、工作強(qiáng)度大等問題。
現(xiàn)代監(jiān)測手段主要依靠先進(jìn)的技術(shù)手段，如全站儀監(jiān)測、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)變形監(jiān)測、雷達(dá)差分干涉測量(D-InSAR)、近景及無人機(jī)(UAV)航空攝影測量、遠(yuǎn)距離三維激光掃描(TLS)等，顯著提高了監(jiān)測效果和效率。但不同的監(jiān)測手段仍因其自身固有的優(yōu)勢及劣勢，呈現(xiàn)出一定的局限性。

全站儀雖然監(jiān)測具有高精度和廣泛適用性的優(yōu)點(diǎn)，但需要人工操作且監(jiān)測范圍受限；

GNSS監(jiān)測雖然精度高、響應(yīng)快，可實(shí)現(xiàn)在線、連續(xù)監(jiān)測，但監(jiān)測點(diǎn)位稀疏，在深坑環(huán)境中衛(wèi)星信號差且易產(chǎn)生多路徑效應(yīng)而無法監(jiān)測；

D-InSAR雖然測量精度高且為面式監(jiān)測，可獲取大范圍位移場信息，但大變形時(shí)相位解纏困難或相位失相關(guān)；

TLS雖然速度快、精度較高，但存在掃描死角、且配套的軟件模塊對大規(guī)模點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理比較復(fù)雜等問題。

應(yīng)運(yùn)而生，天空地協(xié)同監(jiān)測護(hù)邊坡安全

為了更好地進(jìn)行礦山邊坡監(jiān)測，協(xié)同運(yùn)用上述監(jiān)測手段是必然趨勢。在國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973) 項(xiàng)目“空天地一體化對地觀測傳感網(wǎng)的理論與方法”的支持下，劉善軍團(tuán)隊(duì)研發(fā)形成了一套具有較強(qiáng)普適性的天-空-地觀測協(xié)同的露天礦邊坡智能監(jiān)測技術(shù)，并應(yīng)用于鞍鋼鞍千鐵礦、鞍鋼弓長嶺鐵礦等大型露天礦的邊坡監(jiān)測。

▲劉善軍在礦山開展邊坡監(jiān)測研究工作

該技術(shù)結(jié)合了衛(wèi)星遙感、無人機(jī)航拍和地面監(jiān)測手段，實(shí)現(xiàn)了多源數(shù)據(jù)的集成和綜合分析。劉善軍介紹道：“在早期，我們可以通過兩種手段找到監(jiān)測靶區(qū)。我們使用熱成像儀進(jìn)行礦山邊坡溫度場探測，根據(jù)目標(biāo)輻射亮溫與發(fā)射率和溫度的關(guān)系，以及溫度與表層巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)及巖土濕度的關(guān)系，識別礦山邊坡中的斷層、破碎帶、含水帶以及軟巖層，從而確定滑坡隱患區(qū)和潛在危險(xiǎn)區(qū)。同時(shí)，使用D-InSAR技術(shù)監(jiān)測分析整個(gè)邊坡區(qū)域的位移場，甄別出正在發(fā)生變形的區(qū)域，并與熱像確定的隱患區(qū)一起作為后續(xù)監(jiān)測靶區(qū)。”確認(rèn)靶區(qū)后，結(jié)合礦區(qū)地形及礦山邊坡可達(dá)性，在靶區(qū)選擇一組關(guān)鍵點(diǎn)位布設(shè)地面GNSS、降雨量及鉆孔傾斜、巖土濕度等監(jiān)測點(diǎn)，建立多參數(shù)連續(xù)監(jiān)測網(wǎng)，并與附近的GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站(CORS)進(jìn)行聯(lián)測，實(shí)現(xiàn)滑坡體多參數(shù)地基監(jiān)測。同時(shí)利用智能處理軟件模塊，快速處理地基監(jiān)測數(shù)據(jù)，自動分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化特征，智能判斷邊坡變化趨勢及異動現(xiàn)象。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超出閾值（如位移加速或位移量累計(jì)達(dá)dm級），即可應(yīng)急采用地面雙/多目CCD監(jiān)控影像進(jìn)行位移場宏觀監(jiān)測，并聯(lián)合TLS進(jìn)行位移場掃描。而當(dāng)邊坡進(jìn)入大變形階段時(shí)（如位移量累計(jì)達(dá)米級），則可采用衛(wèi)星高分影像監(jiān)測礦坑水平位移場，并聯(lián)合地基TLS掃描滑動邊坡，實(shí)現(xiàn)礦坑邊坡三維大變形場的精準(zhǔn)、全面監(jiān)測。再根據(jù)多平臺、多參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，智能分析和確定滑坡破壞位置、成災(zāi)區(qū)域和潛在滑動體，并利用UAV查證核實(shí)、TLS跟蹤掃描，為邊坡災(zāi)害及隱患治理提供依據(jù)。劉善軍強(qiáng)調(diào)，露天礦邊坡天-空-地協(xié)同智能監(jiān)測技術(shù)的特點(diǎn)是“三協(xié)同、一智能”。

時(shí)間協(xié)同

在不同階段使用不同的監(jiān)測手段，實(shí)現(xiàn)涵蓋滑坡孕育發(fā)展全程的、技術(shù)經(jīng)濟(jì)有效的連續(xù)監(jiān)測。

空間協(xié)同

將點(diǎn)式和面式監(jiān)測相結(jié)合、地上和地下監(jiān)測相結(jié)合、天-空-地多平臺相結(jié)合，發(fā)揮不同手段、不同方法的各自優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)礦坑整體的全覆蓋、多層次和多精度監(jiān)測。

多參數(shù)協(xié)同

地表位移、幾何變形、地表溫度、巖土濕度、降雨量等（還可按需增加應(yīng)力、微震等）監(jiān)測協(xié)同，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)、多維信息互補(bǔ)增強(qiáng)，支撐時(shí)空關(guān)聯(lián)與智能分析。

智能分析

結(jié)合礦山邊坡運(yùn)移及滑坡成災(zāi)規(guī)律，設(shè)計(jì)人工智能算法、開發(fā)軟件模塊、形成智能監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)目標(biāo)態(tài)勢自動進(jìn)行監(jiān)測單元工作狀態(tài)與模式的分期配置和節(jié)能優(yōu)化，以及休眠單元喚醒和事件驅(qū)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多平臺、多參數(shù)協(xié)同規(guī)劃、應(yīng)急聚焦和智能預(yù)警。

好技術(shù)要“物美價(jià)廉”“易上手”

在劉善軍看來，天-空-地觀測協(xié)同的露天礦邊坡智能監(jiān)測技術(shù)在礦山行業(yè)應(yīng)用推廣面臨兩大挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)一成本高昂。目前天-空-地觀測協(xié)同的露天礦邊坡智能監(jiān)測技術(shù)主要在大型露天礦應(yīng)用，對中小型礦來說部署一整套天-空-地協(xié)同智能監(jiān)測系統(tǒng)，是一筆不小的成本。但隨著測繪技術(shù)發(fā)展，該系統(tǒng)的組成設(shè)備成本有望下降。“例如地基InSAR，此前購買需幾百萬元，但目前大概幾十萬元即可。”他說。
挑戰(zhàn)二用好比較難。劉善軍同樣以InSAR為例說明：“InSAR技術(shù)的應(yīng)用對于變形監(jiān)測具有劃時(shí)代的意義。InSAR技術(shù)目前的困境是，不懂的人總想要一個(gè)傻瓜式的工具，拿到數(shù)據(jù)以后，用軟件一處理，出結(jié)果即可。但這是不可能的。因?yàn)閿?shù)據(jù)出來后，工作人員需要分析是真變形還是假變形？邊坡問題是由應(yīng)力作用引起的，還是其他因素？就如同醫(yī)生看CT片，沒經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生容易看漏眼，沒發(fā)現(xiàn)病灶就麻煩了。”

▲中海達(dá)地基InSAR HD-SAR300監(jiān)測礦山邊坡

對此，劉善軍認(rèn)為有以下幾點(diǎn)方法可以解決如何用好的問題。

方法一，建立跨學(xué)科、跨機(jī)構(gòu)的聯(lián)合研究項(xiàng)目，集合多方力量共同攻關(guān)。組織礦山行業(yè)的企事業(yè)單位、科研院所和高校等共同參與礦山邊坡監(jiān)測技術(shù)的研究項(xiàng)目，共享資源和專業(yè)知識，提高研究水平和應(yīng)用效果；

方法二，加強(qiáng)礦山邊坡監(jiān)測領(lǐng)域的人才培養(yǎng)與教育。高校要設(shè)立相關(guān)跨學(xué)科專業(yè)課程和研究生培養(yǎng)項(xiàng)目，培養(yǎng)礦山邊坡監(jiān)測領(lǐng)域的綜合人才。同時(shí)鼓勵學(xué)生參與科研項(xiàng)目和實(shí)踐活動，培養(yǎng)他們的操作能力和創(chuàng)新能力；

方法三，加大礦山邊坡監(jiān)測技術(shù)研究的資金支持力度，提供項(xiàng)目資助、獎學(xué)金和科研經(jīng)費(fèi)等支持。制定相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，推動礦山行業(yè)對邊坡監(jiān)測技術(shù)的重視，并為相關(guān)科研和應(yīng)用提供政策引導(dǎo)；

方法四，建立礦山邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享平臺和數(shù)據(jù)庫，鼓勵相關(guān)單位和研究人員將監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行共享和開放。“通過數(shù)據(jù)共享，可以提高數(shù)據(jù)的可利用性和分析效果，促進(jìn)科研合作和技術(shù)創(chuàng)新。”他說。

劉善軍進(jìn)一步表示，企業(yè)可以借助高校的科研實(shí)力和專業(yè)知識，獲取先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)和方法，提高礦山邊坡的安全性和穩(wěn)定性。高校則可以借助企業(yè)的實(shí)際場地和數(shù)據(jù)支持，將科研成果應(yīng)用到實(shí)踐中，提升科研的實(shí)用性和應(yīng)用效果。在多方力量協(xié)同合作下，定然可以推動礦山邊坡監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，助力我國礦山邊坡提升安全性。