我国是地质灾害多发的国家之一，每年都会有大大小小不同的地质灾害发生。崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地质灾害时常威胁着人们的安全，造成生命财产损失。到了汛期，地灾防治形势会更加严峻。

中关村智连灾害感知科学研究院（下称“研究院”）院长谢谟文教授和他的团队首次构建了边坡失稳早期预警理论体系及预警模型，较好地解决了无法对地质灾害进行早期预警的技术难题。该团队研发的“微芯”系列监测预警系统，已经多次在一线“立功”，赢得“侦察卫士”的美誉。

2017年11月18日，四川大渡河猴子岩水库区域的安全巡视人员发现，一处库岸山体出现变形。随即，专业人员采用星载SAR（合成孔径雷达）、无人机遥感、三维激光扫描及GNSS位移监测技术，对该区域进行全覆盖式位移监测。同时，通过雷达影像、InSAR（合成孔径雷达干涉）进行形变分析发现，滑坡体形变每天超过100毫米，处于持续下滑状态，存在大规模垮塌风险。利用无人机遥感获取滑坡区影像解译，测得滑坡体总体积约400万立方米。

“在距离滑坡点下方不足15米处，就是车来车往的川西211省道，为保证人民生命财产安全，当地不得已封闭了该路段，等待滑坡体稳定再放行。”谢谟文告诉记者，他在成都勘测设计研究院的一位同学打来电话，请求技术支持。谢谟文二话没说，第二天一早就“飞”到滑坡现场，并迅速组织安装了14个微芯桩预警装置，部署了预警系统。该系统可以实时将安全警示信息发送到现场及后方相关人员手机上，以及时了解边坡动态变化情况。“只要微芯桩指标不发生突变、系统不预警，即使滑坡还在持续形变，下方道路也可以放心通行。”谢谟文说。

如今，该处滑坡仍在持续，两年内已经下滑了28米，微芯桩预警系统时刻没有松懈，依然坚守岗位，守护一方百姓出行安全。

在另一处现场——广东梅州兴宁市居民在原始山体大规模削坡建房，住宅紧邻坡脚，距离最近处约3米，而且边坡没有任何支护措施，山体局部明显变形，存在大量裂缝，当地居民安全受到威胁。

2020年1月9日，经多方商议，该处建立起了危险边坡自动化安全监测预警系统,对边坡进行全天候、自动化、一站式实时监测。根据边坡的地形情况，现场共设置了5个微芯桩监测点、1个雨量监测站点、1个视频监测站点。

今年入汛以来，监测人员密切关注该处边坡的安全状态。4月23日10时和4月24日1时，现场2号点微芯桩捕捉到崩塌体两次振动；24日5时，倾角累计变化量达到2度以上，即发生了形变，监测预警平台通过专业数学预警模型分析立即发出预警信息，技术人员立即通知附近村民疏散；6时，系统再次捕捉到边坡振动突变，平台再次发出预警信息；7时，崩塌体发生局部垮塌，由于疏散及时，避免了一次重大灾害的发生。目前边坡体仍处于数据不稳定期，仍有可能发生更大规模的崩塌，微芯桩经过重新布设，又一次履行“时刻守护群众安全”的使命。

“微芯桩”解决地质灾害早期预警难题，这只是它技能的冰山一角。在深圳鹿丹村基坑监测中，它也提前46小时成功预警基坑地面塌陷和突水，使周边多栋高层住宅破坏险情得以避免；在大渡河流域、金沙江流域等地数十个滑坡灾害点和重特大危险点监测中，曾经20次有效预警大规模滑坡垮塌，避免了多次重特大安全事故发生，避免直接经济损失达9.8亿元。

科学研究的基本逻辑就是发现问题、分析问题、提出问题、解决问题以及持续改进的过程。如何用最简单的理论解决地质灾害预警，是谢谟文研发团队一直在思考的问题。

边坡失稳是指边坡岩土体在内外部不利因素影响下产生倾倒、滑移或崩落等突然丧失稳定性的现象。边坡失稳是一个从静止到运动的过程，经历了稳定、破裂、微动、形变、位移、加速位移到失稳破坏的阶段变化。谢谟文一边将办公桌上的一只电脑鼠标拖动到桌子边沿一边解释说，为什么这只鼠标从1公分移动到15公分是安全的，但为什么从这儿再往前移动1公分就会出现危险呢？答案是重心偏移发生了突变。就如老人为什么会摔倒，这不是位移引发的，而是重心偏移造成的。

谢谟文将“边坡失稳动力学”预警监测理论成功实践到微芯桩中

同时，在这个安全度模型中，还有一些其它复杂的指标，比如固有振动频率等。前些日子，虎门大桥为什么突然晃动，就是因为桥体内部产生损伤以后，固有振动频率发生变化，风来了就会引起共振。用到滑坡体的研究上也是一样，滑坡体原来跟周围的山体本是一个整体，与地表“同频共振”，而当振动特征发生改变，就会产生形变，若达到易滑临界点，进而就会造成滑坡，甚至导致灾害的发生。所以，“静为安，动则疑”，边坡失稳解决了“动”的问题，也就解决了地质灾害最核心的监测预警问题。

其后，谢谟文团队首次融合牛顿力学中的静力学、动力学和运动学理论，构建了边坡失稳早期预警理论体系及模型，很好地解决了边坡灾害无法早期预警的技术难题。正是基于这样的理论，配套“微芯云”物联网平台应用载体——“微芯桩”智能微动态势感知传感产品才得以实现主动采集、边缘计算、无线传输和实时响应这一预警过程，实现了地质灾害早期预警的目的。

谢谟文回忆说，他研究生毕业于武汉水利电力大学岩土工程系，从事岩土监测预警研究工作10年后，1997年他再次踏上求学之路，到日本九州大学攻读博士，并开始利用测绘地理信息技术解决地质领域问题。7年学成回国后，他“意外”收获了许多掌声，在当年国内举办的地理信息产业大会上，荣获全国高校GIS创新人物奖，在所有获奖者中，他是唯一一名来自岩土地质行业的学者（其他获奖者都是测绘领域的）；随后，他把在国外学到的用地理信息系统（GIS）分析方法与滑坡、边坡稳定性评价分析方法相结合，做出了定量模型，其论文在国外专业期刊上发表，这一年他荣获GIS应用创新奖。其后，他又尝试通过遥感解译图片的方法分析地表形状，首次利用三维表现形式和GIS分析方法相结合，解决了遥感解译，也解决了定量分析；他还首次提出把GIS与三维GIS相结合，完成了水库库区大规模遥感调查的分析方法等。2005年，谢谟文做的金沙江库区1：5000三维地理信息系统，情景再现式的逼真动画效果，获得业界专家一致好评，该系统解决了库区地质调查“看不清，看不见”的问题。此方法已经写入行业规范中。

在InSAR滑坡灾害早期识别领域，谢谟文先后带出了8个博士，专门研究InSAR技术如何应用于滑坡灾害的早期识别。他认为：“用InSAR等遥感技术解决滑坡地质灾害预警问题前景广阔，但任重而道远。”

中关村智连灾害感知科学研究院理事长关鸿亮表示，地灾防治是一个多学科交叉的领域，谢谟文老师将“边坡失稳动力学”的预警监测理论，实践到微芯桩技术中，做到了用最简单的理论体系解决复杂问题的普适性难题。

在位于北京海淀区中关村智连灾害感知科学研究院的新产品展示厅里，记者见到一群秃头秃脑的智能小家伙——“微芯桩”，轻轻触碰一下它们，电脑、监测仪、手机，屋里联上了预警平台的电子设备齐刷刷地报警，表明有振动或位移发生。

之所以称它们“秃头秃脑”，是因为它们长得像汽车顶灯，滚圆的身体上没有一根连接线，也没有插孔。据介绍，这已经是第四代微芯桩产品了，不仅长得越来越小巧，集成度也越来越高，传感、采集、传输、分析、推送……统统被封装到里面。“其实，它的外壳就是一块太阳能板，20%的电量留给自己用，80%提供给有需要的‘同伴’。”研究院副院长熊娟表示，这些“微芯”系列设备的能力已经有了更大的用武之地。在北京冬季奥运会安全保障工作中，从赛事中心的工程安全监测，到赛场周边的地质灾害安全保障；从冬奥会重要交通联络线安全预警，到赛场配套设置全程监测，以“微芯”系列态势感知智能监测终端为核心布设，形成覆盖赛场的智能感知物联网，结合卫星遥感、航空遥感、5G网络、北斗通讯、物联网等前沿技术，实现地质灾害点的全方位、无死角监测预警，为构建科技冬奥、智慧冬奥、安全冬奥打下基础。

微芯桩解决了地灾监测普适性难题

去年，在贵阳召开的地质灾害监测新技术新方法交流推介会上，自然资源部地质勘测管理司司长于海峰表示，地勘部门要针对不同灾害点，安装不同设备，需要相关企业继续大力投入研发、降低成本、提高产品性能、推广普适性设备。可见，不久后大批量的普适性设备将进场竞技。

不可否认，创新的商业模式前提是技术过硬、价格够低、产品更普适。“我们正在打造天地一体化安全态势感知网系统。将来你走到任何地方，都可以随时随地提醒你有没有身处危险。比如走到桥边，系统马上会提示这个桥的安全状态；走到山边，系统会提示这个山的安全状态；走到房子边，系统也会提示房子的安全态势。”谢谟文坦言，目标很宏大，实现起来有难度，但会朝着目标去努力，践行为人民安全服务的理念。