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距以千里 感知毫厘
——记成都理工大学地球科学学院测绘工程系主任戴可人

2022-02-24张锦玉

科学中国人 2022年23期
关键词:灾害预警测绘

张锦玉

戴可人

“几案摆簸,酒杯倾覆;屋梁椽柱,错折有声……各疾趋出。见楼阁房舍,仆而复起;墙倾屋塌之声,与儿啼女号,喧如鼎沸。”这段文字出自清代文学大家蒲松龄笔下,向世人展现了古代人类面对天灾时的无奈与恐慌。也正因如此,从古至今,人类一直没有放弃对灾害预知方法的探索,从观察动物的异常行为到如今测绘遥感技术的利用,人类已经实现了将远在千里之外的信息浮于眼前,达到灾害早期识别和监测预警的目的。“但监测精度与能力、实用效果等还可以做进一步提升。”成都理工大学地球科学学院测绘工程系主任、博士生导师戴可人教授说道。

近几年来,戴可人和他所在的团队聚焦于基于合成孔径雷达干涉测量(InSAR)等空间对地观测技术的高山峡谷区滑坡灾害早期识别与监测预警、城市地面沉降与重大工程设施InSAR时序监测与建模、重大水电工程库岸滑坡InSAR监测与灾害规律性研究等方向。可以说,其研究范围覆盖早已不止千里。下一步,他们会探寻如何进一步精准感知“毫厘”的方法。

囊萤映雪发宏愿

2008年5月,汶川大地震震惊了全国。戴可人当时正就读于成都市石室中学高三年级,在这一关键的人生当口,作为土生土长的四川人,戴可人虽未身在核心灾区,但家乡的重创还是为他带来了难以言喻的巨大冲击。“那时候每天都在关注着灾情信息。时间久了我发现,震后的灾情资料与相关影像数据等其实并不算多,国家只能派遣救援队冒着巨大危险空降到一切未知的核心灾区获取相关信息。那么,如何精准获取相关数据与信息就变成了当时的一大瓶颈。”因此,他在后续的报道中开始有意地关注这一方面消息,并逐渐被荧幕上出现的各式各样卫星遥感影像所吸引。经过基于自身兴趣的探索,“遥感”“测绘”一类词汇正式走入了他的生活。“原来,掌握了这种远在千里的卫星遥感测绘技术,便可以为受灾地区提供精准灾情信息或预知相关灾害的发生,最大限度地避免经济损失和人员伤亡,这对灾区人民是何等重要啊!”他默默地想。

出于这种心情,戴可人在高考时,毅然将第一志愿填写为西南交通大学遥感科学与技术专业。本科毕业后,他更是以优异成绩免试攻读博士学位继续学习相关遥感技术。这十多年间,他经历了无数“苦其心志、劳其筋骨”的艰难时刻,“刚开始我对自己的期望其实并不高,所以在研究过程中缺乏自信和一丝不苟的精神。不过在导师刘国祥教授‘严谨治学、精益求精、刻苦钻研’的言传身教和鼓励下,我明白了追求完美、臻于坚持的精神和道理。因此,即使最初我手边只有一台旧电脑,也能自我鞭策、艰苦奋斗。对于自己的知识漏洞与研究兴趣所在,我就主动加班加点、甚至通宵地‘磨’。读博至今,我每一年的365天中都会有超过360天工作超过凌晨12点。偶尔在夜深人静的时候,真的会产生一种与囊萤映雪、凿壁偷光的古人神交的感觉”。这样的心志与毅力为戴可人带来的远不止博士学位证书,他也同时收获了深入探索InSAR技术和进入这个行业的机会。

InSAR技术,又名合成孔径雷达干涉测量技术,意指利用合成孔径雷达向目标区域发射微波,并接受目标反射回波成像,通过对同一目标区域不同时间成像的SAR复图像对进行干涉处理,由干涉相位提取地表三维信息,借助二次差分去除地形及其他影响因素可获取地表形变信息。值得一提的是,此技术具有覆盖范围大、监测精度高、全天候测量、无惧云雾遮挡、地面分辨率高及高自动化作业等特点,使其在一众灾害监测手段中脱颖而出,随着卫星硬件的高速发展,显现出极大的应用潜力。

而由于InSAR技术起源于海外,为进一步扩展科研视野、追本溯源,戴可人曾在博士期间前往英国纽卡斯尔大学接受联合培养。在英国学习期间,导师李振洪教授渊博的知识、严谨的思维与特有的学术气质也深深影响着戴可人的思想认识,并牵引其学术思想趋于明确——他坚定了要将此技术带入我国高陡山区,开展InSAR技术地质灾害相关研究工作。“我们过去使用的传统手段,多是在现场安置GPS、裂缝计等装置,以点测量为主。这不仅难以完成广域覆盖,且空间分辨率低、监测效率低,劳动强度和成本却很高,最重要的是结果并不准确。有数据显示,我国过去几年导致灾难性后果的地质灾害,有80%以上都不在已知的地质灾害隐患点范围内,这说明监测手段与工作思路的变革迫在眉睫。我认为,InSAR技术的不断成熟与卫星硬件的飞速发展正是一次极好的机遇,一定要充分利用,让我以自身的所学所思,脚踏实地为家乡、为祖国做点事情。”戴可人坚定道。

踵事增华谱新章

戴可人的导师刘国祥教授及李振洪教授,都是致力于将InSAR技术引进国内及推向更广工程应用的先驱。因此,他也成为国内较早一批开始攻关InSAR技术识别、监测山体滑坡、地面沉降等自然灾害的青年学者之一。

博士毕业后,戴可人如愿加入了成都理工大学历史最悠久的骨干学院之一的地球科学学院,其有近百年的光辉历史,现已成为我国西部地区地学类学科专业门类十分齐全且实力较强的教学、科研基地。于是他更加勤奋,埋头开展测绘、遥感技术在地质灾害领域的研究与应用,不久后他又成功进入了目前我国地质灾害防治领域唯一的一所国家重点实验室——地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(简称“国重实验室”)。工作初期,他有幸得到了许强教授、范宣梅教授等人的亲自指导与帮助,极大地增长了见识、开拓了思路,个人职业研究工作的起步得以依托于国重实验室平台顺利走上正轨。

据戴可人介绍,地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室总体定位于地质灾害防治与地质环境保护领域的应用基础研究。“简单来说,许强教授所带领的我们研究团队十数年来所攻关的工作,便是通过卫星遥感发现隐患在哪里,然后通过航空遥感进行全面核查,最后通过现场调查来实地甄别是否为真的隐患,再评判其危险性,而后在关键位置安置实时监测仪器,将数据实时自动传回实验室。我们会根据自建的过程预警模型和算法,将灾害等级从低到高分为黄、橙、红三级,并发送相应预警信息到当地群测群防监测、地方政府和相关部门领导,他们就会根据预案开展应急疏散、灾害防治等工作。所以,我们深感背负民生安全的重任,片刻也不敢懈怠,不断进取,力争将误差缩短在‘毫厘之间’。”戴可人介绍说。值得一提的是,在近5年的实践中,这一工作体系已在甘肃、贵州、四川等多个地区成功预警了上百次灾害,当地均提前采取了避险措施,切实减少了人民生命和财产损失。

依托出色的平台,戴可人经历着飞速的蜕变。经历了国重实验室自主研究课题“大渡河流域五县滑坡灾害InSAR早期识别与空地协同监测预警”、国家自然科学基金项目“基于InSAR与GNSS技术的我国西南山区隐蔽性滑坡早期识别与监测预警”及国家重点研发计划项目“基于面场景三维形变的地质灾害隐患点监测预警研究”等重大科研项目的逐步磨砺与锤炼,他收获了四川省杰出青年科学基金、四川省测绘地理信息学会青年科技创新人才奖、国际减灾防灾协会有前途青年科学家奖(Promising Young Scientist Award)等荣誉。如今,戴可人已成为四川省学术和技术带头人后备人选、中国地理信息产业协会国际交流与合作工作委员会委员及四川省测绘地理信息学会交通三维测绘技术专业委员会副主任委员。“当然,能取得这些成绩,我不过是站在了‘巨人的肩膀’上。除去上述科研上各位老师的引领与帮助,入校初期成都理工大学刘清友校长为我颁发珠峰人才特聘教授证书的画面至今记忆犹新、永生难忘。我在地球科学学院的工作也得到了上级领导的充分认可,担任测绘工程系主任后,沟通管理等方面的能力也得到了充分的锻炼和全面提升。学校、学院、国重实验室及母校的各位老师、长辈都在各方面给予了我最大的支持,我所取得的个人成就都与他们密不可分。”

“我的家乡山河壮丽,却也多灾多难。”这是戴可人常挂于嘴边的一句话,也正反映了他对难以抵挡的天灾的担忧与牵挂,“我知道,要精准预测这类自然现象,未来还有很长的一段路要走,但我和我身后的团队早已做好了打持久战的心理准备。”

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