Multi-method monitoring for coastal cliff stability analysis: Integrating geotechnical surveys and terrestrial LiDAR at the Citadel of Bonifacio
本研究表明，将连续多参数传感器网络与周期性地面激光扫描调查相结合，能够有效量化体积变化并捕捉博尼法西奥城堡（Bonifacio Citadel）软石灰岩悬崖的前兆微变形，从而为管理脆弱海岸遗产地的崩塌灾害提供关键的决策支持数据。
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在地中海的边缘，当陆地与海洋交汇之处，岩石峭壁不仅仅是静态的石墙；它们是缓慢改变形状的、有生命且在呼吸的景观。这些陡峭的面不断受到阳光、风和波浪的冲击，这一过程最终可能导致大规模的岩石崩塌。对于研究这些危险的科学家来说，挑战在于如何区分正常的地球日常运动与预示着即将发生坍塌的危险位移。想象一下，试图在充满喧闹人群的房间里听清一声细微的耳语；在这种情况下，“喧闹”是由于白天的热量和夜晚的寒冷导致的岩石自然膨胀与收缩，而“耳语”则是可能导致灾难的微小且不可逆转的裂缝。理解这种区别，对于保护生活在这些峭壁边缘的人们和历史至关重要。
在法国科西岛的最南端，坐落着博尼法西西塔德城堡（Citadel of Bonifacio），这是一座矗立在俯瞰大海的壮丽石灰岩峭壁之上的历史要塞。这个遗址是一件重要的文化瑰宝，也是一个繁忙的旅游胜地，但它建立在本质上不稳定的地质构造之上。峭壁由柔软的砂质岩石组成，极易被海洋侵蚀，从而形成深邃的悬垂结构，威胁着上方建筑物的安全。多年来，研究人员一直担心可能会发生“大规模坍塌”，即大型岩块的突然失效，这可能会危及市场广场和成千上万的游客。为了破解这个谜题，一个科学家团队通过结合两种截然不同的观察方式，对峭壁进行了为期五年的监测：一种是对整个岩壁进行极其详细的3D摄影，另一种是在岩石内部安装敏感传感器以感知其每一次移动。
研究人员首先使用高科技激光扫描仪对峭壁进行了测绘，这种设备通过将光线从岩石上反射回来以创建精确的3D模型。他们在2018年至2023年间进行了六次这样的操作，利用放置在峭壁底部以及远在水域另一侧的扫描仪，捕捉每一个角度，甚至是隐藏在深邃悬垂处下的棘手位置。这种方法使他们能够以厘米级的精度测量峭壁的形状。他们通过对比不同时期的地图，来观察岩石是否发生了移动、位移或碎裂。与此同时，他们在峭壁深处钻孔，并安装了能够测量裂缝开合、岩块倾斜以及岩石内部温度变化的仪器。这些传感器每小时向计算机发送一次数据，形成关于岩石如何应对天气的连续信息流。
长期监测的结果令人放心，但也具有细微差别。当科学家对比2018年与2023年的3D地图时，发现没有证据表明存在大规模的移动。支撑西塔德城堡的巨大岩块并未发生任何显著的位移。他们在3D模型中看到的微小变化并非坍塌的前兆，而是由植物生长、峭壁底部沙子的移动或临时施工脚手架的存在所引起的。就整体结构而言，峭壁在五年期间保持了稳定。
然而，观察埋在岩石内部的传感器数据时，情况却有所不同。这些仪器显示，峭壁确实在移动，但它是以一种可预测的、有节奏的方式在移动。岩石在夏季变热时膨胀，在冬季变冷时收缩，就像金属桥在炎热天气下的反应一样。这种每日和每年的“呼吸”导致岩石裂缝以极小的幅度（有时甚至小于一毫米）进行开合。传感器显示，热运动是作用于峭壁的主导力量。通过使用先进的数学技术来过滤掉这种可预测的季节性“噪音”，研究人员得以分离出岩石真实的、永久性的移动。在剔除了天气影响后，剩余的数据表明岩石并未向失效迈进。即便确实存在微小的、不可逆转的位移，其程度也极小，甚至处于仪器的误差范围内，这表明峭壁目前并未处于灾难性事件的边缘。
这项研究强调了一个在博尼法西这类地方管理风险的关键教训：区分暂时性反应与永久性失效。峭壁在不断地对环境做出反应，但这些反应是可逆的。真正的危险在于持续的、单向的移动且永不停止，这将表明岩石正在失去其强度。监测系统证明，目前的运动仅仅是岩石对阳光和海洋的反应，而非崩塌的征兆。通过将激光扫描的广角视野与传感器的深度敏锐听觉相结合，该团队创造了一个强大的安全工具。他们现在可以向地方当局准确说明峭壁表面的真实情况，区分自然的正常律动与需要立即采取行动的罕见危险信号。
这项工作也指出了未来的潜在走向。随着气候变化，海平面上升且风暴变得更加剧烈，这最终可能会比以往更快地侵蚀峭壁底部的软岩。这可能会改变力的平衡，潜在地将目前的这种可逆运动转化为永久性的滑动。这五年来收集的数据作为一个基准，为一个可以衡量未来变化的起点。目前，西塔德城堡依然稳固，其稳定性得到了高科技扫描与深度感测技术相结合的验证——这种技术正倾听着岩石那安静而稳定的心跳。
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