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    3S在青海输电线路地质灾害中的综合应用前景.doc

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    3S在青海输电线路地质灾害中的综合应用前景.doc

    “3S”在青海输电线路地质灾害中的 综合应用前景 刘常青 伊万娟 祁永辉 曹荣泰 青海省电力设计院 摘 要 本文简述了遥感 RS 、地理信息系统 GIS 、全球定位系统 GPS 在青海输 电线路地质灾害调查、 预警监测和应急中的应用前景, 着重从“3S“技术整合的角 度, 探讨了在青海高压输电线路地质灾害调查评价、预警、监测及应急中应用 3S的主要思路及工作方法。 关键词 3S; 输电线路; 地质灾害; 预警; 应急; 作者简介刘常青 1972- , 男, 青海平安县人, 高级工程师, 主要从事工程 岩土勘察及研究工作。 Comprehensive Application Prospect of “3S” Transmission Lines in Geological Disaster Qinghai LIU Chang-qing YI Wan-juan QI Yong-hui CAO Rong-tai Qinghai electric power design institute; Abstract This study reviewed the application prospects of “3 S” Technology on geological disaster survey of transmission lines in Qinghai area. “3 S” technology can be applied to obtain the timely ination of geological disasters accurately.Its able to give Pre-disaster warning, Disaster control and Post-disaster uation. This study discusses the main idea and working s of this technology to improve the ability to deal with geological disasters of the high-voltage transmission lines in Qinghai area. Keyword 3S; transmission lines; geological hazard; pre-disaster warning; emergency; 1 概述 青藏高原是一个多山地区, 地质条件复杂, 随着西部开发、 经济发展, 工程建设 不断向偏僻山区、交通欠发达地区、无人区以及黄河两岸陡峭地段延伸, 地质条 件复杂、地质灾害频繁。随着近年来全球气候变暖, 青海省强降雨天气增多, 年 降水量明显增加, 导致我省输电线路沿线工程地质灾害的数量、发生频率、灾害 损失等都呈上升趋势。 根据我院承担的青海省电力公司对全省范围内 58条330 k V、221 条110 k V 输电线路区段进行的前期地质灾害隐患普查结果, 全省范围 内共发现对输电线路有危害的地质灾害点 45 处 段 , 其中潜在不稳定斜坡 23 段, 河流塌岸 1段, 滑坡19处、泥石流沟 1条、黄土陷穴多处, 分别分布在海 东地区的民和县、乐都县、平安县、互助县、化隆县、循化县, 黄南州的尖扎县、 同仁县, 海南地区的贵德县, 海北地区的门源县以及海西地区的天峻县、 都兰县 等境内。据不完全统计, 2008年至2012年全省范围内因地质灾害导致输电线路 改造、治理的直接经济损失达 1000多万元。 输电线路工程地质灾害的频繁发生和危害的加剧, 已引起电力运维、 建设部门及 工程技术人员的极大关注, “工程地质灾害不能发生一处, 治理一处, 应建立 实用的输电线路工程地质灾害实时预警监控和立体防治系统”已经成为共识。 青 海输电线路工程涉及的范围广, 地质灾害评估工作点多、 面广, 且工程区地形地 质条件复杂, 地质灾害类型繁多, 地质灾害调查的工作量极大;同时一些地质灾 害体由于视野所限或交通不便等原因在常规路线调查中往往不易发现, 使部分 重要的地质信息被遗漏的现象不可避免。因此, 如何以最省时、最省力的办法, 获取更多的地质信息, 特别是地质灾害信息, 达到最理想的调查效果至关重要。 本文总结参考现有青藏铁路沿线病害监测、 治理经验, 以及国内公路等部门应用 遥感技术对地质灾害调查、 预警及防治的研究成果, 结合青海省输电线路地质灾 害普查等工作内容, 以期解决超高压输电线路工程附近地质灾害调查、评估、预 警监测及应急的需求为导向, 利用“3S”技术强大的空间分析功能揭示输电线 路附近地质灾害的空间位置、分布特征以及控制其发育的相关地质地理因素、地 质灾害隐患点可能影响对象、 范围、 程度, 达到对地质灾害发生的时间预测预报、 空间形态和危害程度的预测预报, 以及对发生地质灾害后的现场情况有空间的 评价, 从而满足现场防治的需要, 对救灾决策、科学重建提供技术支持。 2“3S”技术简介及可行性 20世纪 90年代以来, 随着国内新型多源遥感影像获取与处理技术遥感技术 RS 、无人机、移动测量系统等高新技术的广泛应用, 地理信息系统 GIS 、 卫星导航与位置服务全球定位系统 GPS 能力的大幅提升, 使得“3S”技术的 发展为地质灾害调查分析、监测预警、评估及防治夯实了基础, 提供了新的科技 创新途径。 同时, 随着“3S”技术的飞速发展, 空间基础数据获取的渠道不断增 多, 时效性也不断加强, 充分利用这些信息, 不但可以节约人力、物力和财力, 而且可以大大提高工作效率和调查精度。 随着高新技术的发展, 地质灾害监测预 警及应急应具有数字化、自动化和网络化的功能, 而不再局限于常规的地面调 查、人力预警监测及应急中。 遥感技术 RS 是一门高科技手段, 可在不直接接触的情况下对目标或自然现 象远距离感知的一种探测技术, 狭义上是指在高空和外层空间的各种平台上, 运用各种传感器获取地表信息, 通过数据的传输和处理, 来研究地面物体形状、 大小、位置、性质及其与环境相互关系的一门现代化技术科学。它能实时、快速、 大范围地获取地质灾害区域的影像。遥感技术可以贯穿于地质灾害调查、监测、 预警、评估的全过程。 地理信息系统 GIS 是在计算机硬件与软件的支持下, 运用系统工程和信息 科学的理论, 科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据, 以提供对规划、 管 理、决策和研究所需信息的空间信息系统。GIS以其优越的空间分析功能而区别 于其他计算机辅助设计系统。 通过 GIS的空间分析功能揭示次生地质灾害的空间 位置、分布特征以及控制其发育的相关地质地理因素、地质灾害隐患点可能影响 对象、范围、程度, 从而为救灾决策、科学重建提供技术支持。 全球定位系统 GPS 是以卫星为基础的无线电测时定位、导航系统, 可为航 天、 航空、 陆地、 海洋等方面的用户提供不同精度的在线或离线的空间定位数据。 2013年随着北斗卫星导航系统核心芯片、模块等关键技术全面突破, 北斗卫星 导航系统及其产品在国民经济重要行业和关键领域将得到更加广泛的应用。 据业 内人士分析北斗卫星导航系统成本预计将比目前已有导航系统降低 50, 其精 度也可以满足地质灾害蠕动灾体监测的要求, 由“可靠”走向“可信”。 输电线路工程地质灾害实时监控与防治, 必须建立立体防治及监控系统, 把勘 测评估、预测监测、灾害整治有机结合, 三者不可分割、缺一不可。在勘测评估 中以遥感技术为先导的综合勘测, 通过先粗后细查明线路附近工程地质灾害后, 建立灾害立体防治系统, 然后结合气象等资料, 制定方案, 形成从天上到地下, 从点到面, 以新技术为主体的既有输电线路工程地质灾害立体监控和防治体系, 最终达到对地质灾害发生的时间预测预报以及空间形态和危害程度的预测预报, 满足现场防治的需要。 3“3S”技术工作方法与主要思路内容 “3S”技术即是将空间定位系统 GPS 、 遥感 RS 和地理信息系统 GIS 集 成应用, 是时下国内外的发展趋势, 在这种集成中, GPS主要用于实时、快速地 提供目标, 包括各类传感器和运载平台的空间位置;RS用于实时地或准实时地、 快速地提供目标及其环境的语义或非语义信息, 发现地球表面上的各种变化, 及时地对GIS进行数据更新;GIS则是对多种来源时空数据进行综合处理、集成 管理、 动态存取, 作为新的集成系统的基础平台, 并为智能化数据采集提供地学 知识。 “3S”技术应用于地质灾害调查、预警监测及应急中的工作思路方法如下首先 对大量输电线路区域的滑坡、泥石流、危岩崩塌等进行实地普查, 在此基础上对 重点部位进行遥感数据及空间GIS数据信息提取;利用GIS特有的空间分析功能, 结合遥感地质解译分析资料, 可以在地质灾害监测系统中进行空间叠加分析、 缓 冲区分析、三维模型分析等, 可反映地质灾害的分布特征;用GPS测量机雷达数 据监测滑坡活动可能达到的程度;在既有高压输电线路上利用遥感图像进行滑 坡、泥石流等调查, 编制有关图件, 对地质灾害的调查、评估、监测预警及应急 救灾等发挥重要作用。 3.1 遥感数据及空间 GIS 数据信息提取 3S数据来源主要包括遥感数据、GPS数据和实测数据、野外调查数据等。该过程 将充分发挥RS可获取大范围数据资料, 获取信息的速度快, 周期短;获取信息 受条件限制少;获取信息的手段多, 信息量大等特点, 为系统提供地质灾害的综 合信息。同时利用GPS 的定位功能提供目标的详细地理坐标。实测数据可以弥补 RS和GPS 的缺陷, 为系统提供更加精确的原始数据。现在国内处理卫星数据的 软件较多, 各行业根据不同的应用领域, 支持的软件也不尽相同。 比较常见的有 中国科学院计算技术研究所教育中心 EDARS 遥感信息提取与处理软件;遥感图像 处理软件如阿波罗公司的 PCI;Adobe公司的 Photoshop软件;三维可视化软件如 适普公司的IMAGIS 软件, IKONOS和ERDAS 等图像处理软件等。 3.2 空间数据管理与图像处理、信息提取及解译 GIS最核心的价值是数据, 主要围绕数据的采集、处理、分析及应用, 空间数据 管理与图像处理主要发挥 GIS强大的空间查询、 分析和处理功能, 以实现数据的 输入、处理和更新;空间分析和统计、图形编辑等;同时利用GIS特有的空间分析 功能, 结合遥感资料, 可以在地质灾害监测系统中进行空间叠加分析、 缓冲区分 析、三维模型分析等。 现在, 国内多家研究机构通过自主研发, 分别基于Android和Windows系统开发 了地理信息GIS数据采集处理系统, 从任务分发、自动解译、人工编辑等方面, 减少了人工工作量。 3.3 动态预警监测过程 地质灾害的发生是从量变到质变的过程。 通常地质灾害体的蠕动速率很小且稳定, 一旦突然增大则预示灾害即将到来。 动态预警监测的主要目的就是灾害预测预报的重要方式, 它充分发挥了 GPS和RS的数据更新能力, 结合GIS的空间分析能 力通过监测数据的变化来反映灾情的变化, 为灾害防治提供依据。 因此, 利用卫 星定位系统能全过程进行地质灾害动态监测, 从而有效地进行监测、预警。利用 RS及GIS 技术进行输电线路地质灾害调查及空间分析手段, 对输电线路毁坏及 发展情况进行实时或准实时的调查与评估, 为地质灾害应急工作提供科学准确 依据。 3.4 地质灾害监测预警及应急指挥 建立防灾救灾的决策模型是地质灾害监测预警及应急指挥系统的最终目的, 可 为相关部门提供科学依据。 地质灾害监测预警及应急指挥决策的实现主要依靠无 人机获取高分辨率影像, 通过卫星传输系统将数据传输回后方或应急监测移动 平台, 采用 RS、 GIS 影像处理软件, 编制专用地质灾害影像图, 也可形成三维实 体景观及漫游图, 为灾害防治、决策部署、应急指挥提供及时可靠的技术支持。 RS、GIS和GPS之间分工合作, 相互支持、相互补充, 提供不同的功能, 可以有 效实现地质灾害的动态监测, 是预防预报地质灾害的有效手段, 在地质灾害监 测预警及防治、应急中发挥着越来越重要的作用。 4 3S综合应用的必要性 解决青海地区超高压输电线路工程附近地质灾害调查、监测、预警、评估、防治 的一系列系统问题, 可以降低灾害损失, 对灾害监测、防治提供科学的依据。 “3S”技术作为地质灾害详细调查前期的主要手段, 指导野外详细调查, 起到 事半功倍的作用。 其技术的应用为地质灾害及孕灾环境宏观调查以及灾体动态监 测、灾情损失评估中具有不可缺少的作用。 根据“3S”技术的研究路线和方法, 在相关单位建立集遥感图像处理、 遥感信息 分类、提取、解译, GIS 信息管理和计算机辅助制图等功能为一体的输电线路地 质灾害预警监测及应急信息系统, 为青海地区输电线路地质灾害监测预警提供 服务。通过对不同时段目标或现象状态发生变化进行识别、分析, 可以确定一定 时间间隔内地物变化, 能提供地物的空间展布及其变化的定性与定量信息, 从 而达到对目标区域地质灾害的动态监测。 在青海省内超高压输电线路地质调查中, 应用“3S”技术后有效发现了线路附近大型断裂带、泥石流、滑坡、崩塌等, 并 根据所发现的地质现象对路线的布设及已有灾害线路改建提出了新的建议方案, 取得了较好的效果, 充分体现了“3S”技术速度快、质量高、效益显著的优势。 利用“3S”技术的优点主要有 1 降低运行及地质人员劳动强度, 提高工作效率。由于大幅减少野外调查、勘 察工作量, 可有效节约人力资源及降低劳动强度, 对降低生产成本, 提高工作 效率和经济效益十分有利。遥感技术对输电线路进行地质灾害调查、进行实时或 准实时动态监测、 预警, 比常规的地质调查可至少减少工日 40, 节约费用 20。 2 与常规地面调查相比, 利用遥感技术进行地质灾害调查具有宏观、 准确和快 速等特点, 它可以直接按影像勾绘出地质灾害的范围, 并确定其类别和性质, 查明其产生原因、规模大小、危害程度、分布规律和发展趋势。 3 采用“3S”技术在地质灾害调查、 监测预警及应急方面的应用受地面限制条 件少, 可用于自然条件恶劣、 交通不便、 实地工作困难地区, 且精度高、 速度快, 能全天候、全自动、连续、实时、动态获取监测数据, 应用前景广阔。无论是技 术效益, 经济效益, 还是应用的实用意义, 都具有推广应用价值。 5 青海输电线路应用3S的重点和举措 利用“3S”技术进行输电线路地质灾害预测、监测和调查研究是一项规模宏大、 内容丰富的系统工程, 它包括监测、预警、防灾、抗灾、应急救灾等方面。今后, 利用遥感技术研究地质灾害将更趋向于使用陆地卫星、测地卫星、定位卫星、气 象和通信卫星等多种卫星系统, 并辅以航空、地面等多层次的监测, 采用可见 光、红外、微波、激光等多遥感波段, 进行全天候、多时相的连续观测。同时利 用GIS 强大的空间数据库管理和空间分析模型方面的功能, 对输电线路地质灾 害调查获取的信息进行处理, 对地质灾害易发程度进行分区、 对灾害危险性进行 分析, 多因子模拟地质灾害灾情, 从而达到预测预报, 预警监测及防治。 建设青海输电线路地质灾害调查、监测预警及防治、应急保障体系的发展重点及 举措如下 1 抓好全省超高压输电线路工程附近地质灾害调查以及防治的 11110 万比 例尺地形图绘制, 重点部位小比例遥感影像图制作, 开展既有线路地质灾害点 专用图册及专题数据库台帐建设, 为地质防治、 应急抢险救援和灾后重建提供及 时高效的科学依据。 2 建立青海省超高压输电线路工程地质灾害监测预警、 评估及防治关键技术研 究中心;建立地质灾害应急指挥中心, 开展输电线路地质灾害调查, 快速获取、 处理和传输地质灾害发生点信息数据, 为灾害现场指挥、 决策及远程指挥提供技 术支持。 3 完善输电线路地质灾害应急保障工作体系, 提高保障能力;完善应急保障预 案;编制地质灾害应急保障标准规范;研发多源遥感影像应急数据快速获取系统, 多源影像快速处理系统;与省市相关遥感技术中心及地理测绘部门建立多领域、 多技术、多模式的数据融合, 高效快速提供监测预警、防治第一手资料。 6 结语 “3S”技术的高速发展, 已使其在地质灾害监测预警、 评估及防治中的应用逐渐 成熟。 青海输电线路地质灾害的日益严重和对突发性地质灾害抢灾救灾工作的时 效性要求, 通过装备建设和科技创新, 应用“3S”技术开展“天地一体化、 可移动、互联共享、高效保障”的地质灾害的监测预警、防治是极其必要的, 是当代 高新技术发展的必然趋势。总之, 如何利用“3S”技术更好地获取数据、利用数 据、分析整合数据, 不断应用新技术、新方法, 充分利用其技术优势, 建立区域 型、 多领域联动共享的地质灾害监测预警和应急信息体系, 让“数据成为资源” 是主导青海地区高压输电线路地质灾害调查治理、 监测预警和应急等各项工作的 一项重要课题。 参考文献 [1]丛威青, 等.基于 GIS的滑坡、 泥石流灾害危险性区划关键问题研究[J].地学 前缘, 2006, 13 1 . [2]冯东霞, 余德清, 龙解冰.地质灾害遥感调查的应用前景[J].湖南地质, 2002, 21 4 . [3]刘卫平, 等.浅议“3S“技术在地质灾害防治中的应用[J].西部探矿工程, 2006, 11 . [4]王增福, 等.基于 3S 技术的地质灾害野外调查三维辅助系统的研究[J].工程 勘察, 2011, 39 12 . [5]李媛媛, 等.基于 3S 技术的地质灾害监测信息系统构建[J].灾害学, 2006, 21 4 . [6]余波, 陈占恒.水电工程地质灾害调查中的遥感技术应用[J].贵州水电发电, 2004, 5 . [7]王治华.遥感技术在地质灾害调查、监测和防治中的应用[J].环境遥感, 1992, 3 . [8]谢慧芬.遥感技术在地质灾害监测和治理中的应用[J].测绘与空间地理信息, 2011, 3 . [9]潘宝玉, 王贵祥.3S技术集成及其在地质领域中的应用[J].地矿测绘, 1999, 1 . [10]高改萍, 杨建宏.GIS在地质灾害研究中的应用[J].人民长江, 2003, 34 6 . [11]王瑞雪.遥感图像在地质灾害调查中的应用[J].昆明理工大学学报, 1997, 22 2 .

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