三峡大坝变形问题的科学分析

特有理

2020-6-21

根据Google地图分析三峡大坝是否变形的专家除了要具有扎实的物理学知识，还需要通晓以下几方面的专业知识：图形地理、统计分析、图形图像处理。昨天偶然看到网上还有分红五毛为大坝变形“辟谣”，声称说大坝变形的人连小学知识都没有。恰巧本人有这方面的专业知识，于是认真地研究了一下，得出了一个正真科学化的结论：大坝确有明显变形。

本人的分析可以作为科普教材，免费送给大家用来吊打土共的伪专家和五毛粉红。

伪专家否认大坝变形的“科学”依据是卫星地理数据的拼接和算法。这的确可以蒙到许多不具备专业知识的人。严格来说，地理图形的图像显示误差来自于三个方面：一个是图像光学变形误差，二是不同画面帧的拼接误差，三是局部图像打补丁的衔接误差。其实，Google地图的拼接痕迹是明显的，如图1右侧的颜色拼接线。拼接位置的变形当然不能作为真实状况的认定。同样，当算法的深度和精度不够，数据补丁的拼接就会有位移。但是，由于算法不可能是不一致的，因此在处理过程和数据钝化的深层技术角度，算法误差是会保持在一个固定范围的。从一个拼接图像的变形分析，可以得到这个误差的大致范围。那么，远远超出这个误差范围的变形就属于实际的变形。

伪专家最蒙人的说法是大坝显示变形来自于坐标数据的误差，这是故意欺骗不熟悉专业知识的广大民众。一个完整的地球图像，关键不是绝对位置而是相对位置。水军热炒的所谓的坐标误差其实是地标建筑的定位坐标误差，与变形无关。现在高档一点的照相机都有GPS定位功能，何况地理图形的探测卫星。在技术层面，卫星拍摄的每一幅照片都有准确的定位信息，拼接过程中的帧定位是不会产生差错的。出现局部变形的情况主要有两个原因：一是光学变形，一是不同批次衔接或补丁拼接误差。光学变形是空气密度变化所造成，补丁衔接是多批次照片的成像误差所造成。但是，肉眼可见的变形是一种类似随机噪声的局部事件，就像开车遇到石子被颠簸一下一样。但这种颠簸不可能是常态，也就是在整幅图像中都是变形，除非相机出了问题。

如果假设卫星的相机的感光器件是30M像素，卫星地面分辨率可达0.5米，那么一帧画面所覆盖的实际宽度可达10km，至少3-5km。在Google Earth上提取大坝的数据，大坝主体长度约1.8km。也就是大坝图像完全可以容纳在一帧照片之内。即使拼接，也只会存在一个拼接边界，如图1的颜色差别线。那么，大坝上连续的弯曲变形就根本不是拼接所造成的。虽然不能排除个别局部会有光学变形或补丁变形，但这些变形只能是随机出现，而不是延特定建筑物广泛分布。

由于大坝相对于简单的线条而言是一个复杂的图形集合。那么就可以寻找出一些具有代表性的图形关系进行变形误差分析。从统计分析角度，采样越多分析结论越准确。恰好大坝外侧排水出口有许多一致性非常好的齿状泄洪隔离墙可作为统计分析目标。具体数据本人就不去费工夫了，肉眼看一下就知道每个隔离墙的齿长变化不大。本人用Google Earth的标尺功能量了一下，大致都在16米（+、- 0.5m）左右。也就是说，即使再放宽裕一些，图形算法的位移误差在该局部画面不会超过1米。而通过测量大坝内侧的阴影宽度变化，可发现宽度变化大于6米。选择阴影的理由是阴影的边界轮廓是平坦连续的，这其实就是一种坝体变形的投影钝化。那么对比大坝内外侧参照目标的变形误差，二者明显不一致。这就说明内侧阴影远超外侧隔离墙平均误差的变化是坝体实际变形造成的。

至于为什么大坝变形会出现阴影宽度的变化，这就涉及到了光学投影的知识。本文就不赘述了。不过，只是根据阴影宽度的差异，至少可以做出这样的判断：大坝不仅有水平的位移变形，还可能有上下的位移变形。