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边坡雷达在重大突发滑坡应急监测中的

应用研究

摘要：边坡失稳破坏是露天矿山主要的地质灾害类型之一,按照其滑动破坏

机理,一般可划分为牵引式滑坡、推移式滑坡和复合式滑坡。众多专家学者研究

了不同类型滑坡渐进破坏过程的运动特点、力学特征和演化过程,通过数值模拟

分析得出滑坡破裂面形成机制和破坏程度,明确边坡监测在矿山边坡稳定性评价

和滑坡防治过程中的重要性。

关键词：边坡雷达；突发滑坡；应急监测

引言

我国是一个地质灾害较为频繁的国家，每年因灾死亡的人数达数百上千人，

直接经济损失数十甚至上百亿元，严重威胁着人民群众的生命财产安全，制约着

地质灾害多发地区的经济发展。虽然1990年建立的群测群防体系在地质灾害防

治领域取得了较为显著的成果，但近年来仍不断有灾难性重大地质灾害事件发生。

面对已经出现临灾前兆或者突发的滑坡灾害，如何快速实时的开展监测和获取灾

害的变形信息，为迅速救灾、应急决策和评估灾害损失提供数据支撑是当今面临

的首要问题。近些年飞速发展的调查监测技术，尤其是边坡雷达技术、国产卫星

技术及机载激光雷达技术等被广泛应用于重大地质灾害应急调查及监测。

1地质雷达工作原理

地质雷达向地下发射宽频带短脉冲形式的高频电磁波（１０６Ｈｚ至１０９

Ｈｚ），当地下存在介电常数有较大差异的不均匀体（界面）时，该电磁波会反

射部分电磁波，介质的相对介电常数决定了反射系数的大小，通过分析和处理地

质雷达主机所接收的反射信号的旅行时、振幅和频率等波组特征，达到识别隐蔽

目标物的目的。该方法具有连续、无损、高效和高精度等优点。

2工作模式

边坡雷达是通过碟形天线进行大幅度转动实现对边坡的全面测量，其数据采

集周期随着监测区域的面积大小而变化，一般为2～8min，同时可以根据用户需

要自定义设置扫描角度、扫描速率及扫描距离等参数，以达到监测效率最大化。

雷达系统采集数据后自动整理归集到处理服务器，并通过无线通信系统传输至监

控中心的显示终端，使监测技术人员可以实时掌握边坡的动态变形情况。近年来

随着4G/5G网络、遥感测绘、智能控制及无线通信等先进技术的更新迭代，边坡

雷达监测系统已实现无人值守的完全自动化运行、测量及管理，能够对边坡的变

形信息进行采集、储存、解算、传输、报表、分析、查询与发布等，以便于实时

跟踪监测边坡岩体的动态变形情况。软件分析系统可以显示监测范围内所有边坡

岩体的监测数据，包括三维云图、位移曲线、速度曲线、加速度曲线、干扰曲线、

温度曲线及大气折射曲线等信息。通过这些信息可以快速地识别潜在的边坡异常

变形区域，并以数据的时间序列为基础，分析各个重点监测区域所代表边坡岩体

的变形演化趋势，最终通过设置报警阈值的方法进行边坡预警，为矿区作业人员

及设备的安全撤离及避险提供技术依据。

3边坡雷达在重大突发滑坡应急监测中的应用

3.1边坡雷达数据处理流程

数据采集程序对回波信号进行成像处理后，进行噪声去除和大气校正处理，

形成成像图。对相邻2组成像图进行干涉相位的计算并评价其相干系数，得到相

干图。从相干图中选择始终保持高相干性的点，例如裸露的岩石等，作为永久散

射体（PS）点，进一步生成雷达视向的二维变形图。利用雷达直线轨道坐标与同

一坐标系下的目标边坡坐标，可以计算出雷达与目标边坡的空间关系，即每一个

目标边坡三维点相对于雷达的方位角及斜距。将二维变形图中记录的方位角及斜

距信息，与三维空间真实的方位角及斜距做匹配，实现变形图的地理配准，使得

每一个二维变形图像素（M，N）能够对应若干个目标边坡三维点（X，Y，Z），

并将对应关系制作为索引文件（M，N，X，Y，Z）。将二维变形图按照时间序列

不断叠加，并利用索引文件显示在实景三维模型上，实现直观的监测效果。

3.2边坡雷达系统组成与参数

本研究采用中国安全生产科学研究院研发的S-SAR-I型边坡雷达，系统主要

包括：雷达主机、直线轨道、运动控制单元、电源控制单元、连接线缆、-数据

采集电脑6个部分。雷达主机采用步进频连续波信号（SFCW），具有较好的距离

分辨率和穿透能力，能够提高对目标边坡的监测精度。雷达主机上的小天线沿着

直线轨道等速移动并收发微波信号，通过信号分析技术构建出1m的等效长天线。

运动控制单元和电源控制单元能够将数据采集电脑的控制指令稳定地传输给雷达

主机，并对微波输出功率进行控制。具有全天候监测（有效穿透空气中的颗粒物，

对雨雾等天气干扰容忍性