今年2月，國家礦山安全監察局發布關于開展露天礦山安全生產專項整治的通知，從3月至年底，全面排查露天礦山安全風險，扎實開展重點露天礦山安全“體檢”，以提升露天礦山安全保障水平，堅決防范遏制重特大事故發生。礦山作為重要的經濟資源開發領域，其安全和生產問題一直備受關注。而礦山邊坡監測對于保障礦山安全和生產至關重要，利用科技手段加強礦山邊坡監測已成為礦山行業共識。

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

礦山邊坡從人工監測到科技監測

我國礦山邊坡監測手段的演變歷程經歷了傳統監測手段和現代監測手段兩個階段。傳統監測手段主要包括人工巡視和地面測量。早期的礦山邊坡監測主要依靠人工觀測和經驗判斷。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、數據不準確等問題。后來，礦山引入了測量儀器如水準儀、經緯儀等，盡管提高了邊坡監測的準確性，但其面臨監測精度低、觀測范圍狹窄、數據獲取困難、工作強度大等問題。
現代監測手段主要依靠先進的技術手段，如全站儀監測、衛星導航系統(GNSS)變形監測、雷達差分干涉測量(D-InSAR)、近景及無人機(UAV)航空攝影測量、遠距離三維激光掃描(TLS)等，顯著提高了監測效果和效率。但不同的監測手段仍因其自身固有的優勢及劣勢，呈現出一定的局限性。

全站儀雖然監測具有高精度和廣泛適用性的優點，但需要人工操作且監測范圍受限；

GNSS監測雖然精度高、響應快，可實現在線、連續監測，但監測點位稀疏，在深坑環境中衛星信號差且易產生多路徑效應而無法監測；

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

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模點云數據的處理比較復雜等問題。

應運而生，天空地協同監測護邊坡安全

為了更好地進行礦山邊坡監測，協同運用上述監測手段是必然趨勢。在國家重點基礎研究發展計劃(973) 項目“空天地一體化對地觀測傳感網的理論與方法”的支持下，劉善軍團隊研發形成了一套具有較強普適性的天-空-地觀測協同的露天礦邊坡智能監測技術，并應用于鞍鋼鞍千鐵礦、鞍鋼弓長嶺鐵礦等大型露天礦的邊坡監測。

▲劉善軍在礦山開展邊坡監測研究工作

該技術結合了衛星遙感、無人機航拍和地面監測手段，實現了多源數據的集成和綜合分析。劉善軍介紹道：“在早期，我們可以通過兩種手段找到監測靶區。我們使用熱成像儀進行礦山邊坡溫度場探測，根據目標輻射亮溫與發射率和溫度的關系，以及溫度與表層巖性、地質結構及巖土濕度的關系，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和潛在危險區。同時，使用D-InSAR技術監測分析整個邊坡區域的位移場，甄別出正在發生變形的區域，并與熱像確定的隱患區一起作為后續監測靶區?！贝_認靶區后，結合礦區地形及礦山邊坡可達性，在靶區選擇一組關鍵點位布設地面GNSS、降雨量及鉆孔傾斜、巖土濕度等監測點，建立多參數連續監測網，并與附近的GNSS連續運行參考站(CORS)進行聯測，實現滑坡體多參數地基監測。同時利用智能處理軟件模塊，快速處理地基監測數據，自動分析監測數據的變化特征，智能判斷邊坡變化趨勢及異動現象。當監測數據超出閾值（如位移加速或位移量累計達dm級），即可應急采用地面雙/多目CCD監控影像進行位移場宏觀監測，并聯合TLS進行位移場掃描。而當邊坡進入大變形階段時（如位移量累計達米級），則可采用衛星高分影像監測礦坑水平位移場，并聯合地基TLS掃描滑動邊坡，實現礦坑邊坡三維大變形場的精準、全面監測。再根據多平臺、多參數監測數據，智能分析和確定滑坡破壞位置、成災區域和潛在滑動體，并利用UAV查證核實、TLS跟蹤掃描，為邊坡災害及隱患治理提供依據。劉善軍強調，露天礦邊坡天-空-地協同智能監測技術的特點是“三協同、一智能”。

時間協同

在不同階段使用不同的監測手段，實現涵蓋滑坡孕育發展全程的、技術經濟有效的連續監測。

空間協同

將點式和面式監測相結合、地上和地下監測相結合、天-空-地多平臺相結合，發揮不同手段、不同方法的各自優勢，實現礦坑整體的全覆蓋、多層次和多精度監測。

多參數協同

地表位移、幾何變形、地表溫度、巖土濕度、降雨量等（還可按需增加應力、微震等）監測協同，實現多參數、多維信息互補增強，支撐時空關聯與智能分析。

智能分析

結合礦山邊坡運移及滑坡成災規律，設計人工智能算法、開發軟件模塊、形成智能監測系統，根據目標態勢自動進行監測單元工作狀態與模式的分期配置和節能優化，以及休眠單元喚醒和事件驅動，進而實現多平臺、多參數協同規劃、應急聚焦和智能預警。

好技術要“物美價廉”“易上手”

在劉善軍看來，天-空-地觀測協同的露天礦邊坡智能監測技術在礦山行業應用推廣面臨兩大挑戰。挑戰一成本高昂。目前天-空-地觀測協同的露天礦邊坡智能監測技術主要在大型露天礦應用，對中小型礦來說部署一整套天-空-地協同智能監測系統，是一筆不小的成本。但隨著測繪技術發展，該系統的組成設備成本有望下降。“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。
挑戰二用好比較難。劉善軍同樣以InSAR為例說明：“InSAR技術的應用對于變形監測具有劃時代的意義。InSAR技術目前的困境是，不懂的人總想要一個傻瓜式的工具，拿到數據以后，用軟件一處理，出結果即可。但這是不可能的。因為數據出來后，工作人員需要分析是真變形還是假變形？邊坡問題是由應力作用引起的，還是其他因素？就如同醫生看CT片，沒經驗的醫生容易看漏眼，沒發現病灶就麻煩了?！?/span>

▲中海達地基InSAR HD-SAR300監測礦山邊坡

對此，劉善軍認為有以下幾點方法可以解決如何用好的問題。

方法一，建立跨學科、跨機構的聯合研究項目，集合多方力量共同攻關。組織礦山行業的企事業單位、科研院所和高校等共同參與礦山邊坡監測技術的研究項目，共享資源和專業知識，提高研究水平和應用效果；

方法二，加強礦山邊坡監測領域的人才培養與教育。高校要設立相關跨學科專業課程和研究生培養項目，培養礦山邊坡監測領域的綜合人才。同時鼓勵學生參與科研項目和實踐活動，培養他們的操作能力和創新能力；

方法三，加大礦山邊坡監測技術研究的資金支持力度，提供項目資助、獎學金和科研經費等支持。制定相關政策和標準，推動礦山行業對邊坡監測技術的重視，并為相關科研和應用提供政策引導；

方法四，建立礦山邊坡監測數據的共享平臺和數據庫，鼓勵相關單位和研究人員將監測數據進行共享和開放。“通過數據共享，可以提高數據的可利用性和分析效果，促進科研合作和技術創新?！彼f。

劉善軍進一步表示，企業可以借助高校的科研實力和專業知識，獲取先進的監測技術和方法，提高礦山邊坡的安全性和穩定性。高校則可以借助企業的實際場地和數據支持，將科研成果應用到實踐中，提升科研的實用性和應用效果。在多方力量協同合作下，定然可以推動礦山邊坡監測技術的發展和創新，助力我國礦山邊坡提升安全性。