基于ＧＩＳ的山區(qū)高速公路搶險救援管理系統(tǒng)

彭仁濤　申鎮(zhèn)豪

摘要：泥石流、滑坡等地質(zhì)災害是影響山區(qū)高速公路運營安全的主要因素之一。本文利用GIS技術建立了山區(qū)高速公路搶險救援管理系統(tǒng)的技術框架，以便在災害發(fā)生后進行及時、有效的搶險救援。并將其應用到對西昌-田房高速公路的管理上，為該高速公路的安全運營提供決策支持。

關鍵詞：高速公路；地理信息系統(tǒng)；搶險救援

我國是一個自然災害頻繁的國家，廣袤的國土、復雜的自然條件孕育了類型眾多的自然災害。尤其是線路交通，其分布點多面廣，縱橫交織，且山區(qū)線路較多，因而難以避免各種災害的侵襲，受自然災害的威脅尤其嚴重[1]。頻繁發(fā)生的滑坡、泥石流等地質(zhì)災害是我國西部地區(qū)道路安全運行的重大安全隱患。對作為串聯(lián)系統(tǒng)的交通干線而言，危害極大，一處斷道，全線癱瘓。如何在災害發(fā)生后，進行及時有效的搶險救援是我國西部山區(qū)高等級公路運營面臨的重大課題之一。

目前GIS技術在道路安全[2]、地質(zhì)災害管理[3]、滑坡泥石流防災減災[4]的研究中得到了廣泛的應用。本文結(jié)合 GIS平臺強大的空間數(shù)據(jù)存儲、管理、分析等功能，建立了山區(qū)高速公路搶險救援管理系統(tǒng)的技術結(jié)構框架，并將其應用到對西昌-田房高速公路的管理上。

1系統(tǒng)總體設計

在泥石流、滑坡等地質(zhì)災害發(fā)生后，如何將人員機具和物資迅速調(diào)集到現(xiàn)場，用最短時間恢復正常運營，以減少斷道造成的運營損失，這是應急指揮部門所面臨的一個問題，也是本系統(tǒng)所研究的內(nèi)容。但高速公路的搶險救援不同于低等級公路、管線以及其他系統(tǒng)的搶險救援。比如，當城市或某個區(qū)域發(fā)生災害時，人員機具和物資可以直接到達現(xiàn)場。而當高速公路發(fā)生災害時，人員機具和物資只能通過高速公路的出入口到達現(xiàn)場。這與低等級公路又大不一樣，當?shù)偷燃壒废嘟粫r，一般是以交叉路口的形式通過；而當高速公路與其他公路相交時，一般是以立交橋的形式通過。所以在災害發(fā)生后，低等級公路可以直接利用其他低等級的公路進行救援物資的運輸，而高速公路只能通過高速公路的出入口進行救援物資的調(diào)度。因而，當高速公路某處發(fā)生災害斷道時，首先要查明斷道處前后的高速公路出入口，搶險預案和所需要的搶險救援物資備料點，再找出最短路徑，將物資、人員即時的調(diào)往斷道地點。而此時的最短路徑并非一定是路程最短，而是到達目的地的時間最短。因此作為山區(qū)高速公路搶險救援管理地理信息管理系統(tǒng)，涉及到對高速公路的搶險物資儲備管理，搶險預案的查找，和災害發(fā)生后的搶險救援決策。系統(tǒng)構架及功能設計如下（圖1）。

2系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)資料

在進行搶險救援的管理中，需要大量的信息數(shù)據(jù)作決策支持，下面將信息源共分為8大類：

2.1高速公路線路資料包括線路位置、出入口設置、工程形式等；

2.2行政區(qū)劃資料包括高速公路所經(jīng)過省市資料；

2.3地質(zhì)背景資料包括災害體的物質(zhì)成分、結(jié)構、構造、地層等方面的基礎地質(zhì)資料；

2.4水文地質(zhì)資料包括河流的水文觀測資料、地下水類型及水位隨季節(jié)的變化特征，為災害防治研究過程中水的優(yōu)化管理提供基礎數(shù)據(jù)；

2.5與道路相關的地質(zhì)災害安全信息指發(fā)生地質(zhì)災害的位置、該位置的災害形式和原因、發(fā)生災害較多的位置、不同的災害類型在空間上分布、災害發(fā)生量在空間上隨時間的分布、交通量在道路上的分布等；

2.6其他公路線路資料包括線路位置、線路等級等；

2.7搶險救援物資資料包括物資的儲備點位置、物資種類和數(shù)量等；

2.8搶險救援預案包括具體工點的搶險預案等。

3 實例簡介

西昌(黃聯(lián)關)—田房高速公路起于已建成的西昌瀘沽—黃聯(lián)關高速公路止點，基本與成都至昆明鐵路并行，經(jīng)德昌、甸沙關、米易、鹽邊、攀枝花金江鎮(zhèn)、仁和、止于田房，全長221.9km。線路在安寧河河谷和金沙江兩岸布線，沿線山高坡陡，溝谷迂回，為典型山區(qū)地形。安寧河谷為南北向深大斷裂形成的地塹河谷、活動斷裂，地震活動頻繁，容易誘發(fā)泥石流和滑坡。

該高速公路的主要地質(zhì)病害就是泥石流和滑坡，全線共分布72條泥石流溝，平均每3.1公里一條。按照泥石流流體性質(zhì)來分，稀性泥石流35處，占全部泥石流溝的48%；過渡性泥石流17處，占全部泥石流溝的24%；粘性泥石流20處，占全部泥石流溝的28%。此外，全線共分布典型滑坡23處。再者該高速公路位于涼山彝族自治州和攀枝花市境內(nèi)，沿線降水充沛且集中，汛期降水量在800~1200mm之間，極易發(fā)生泥石流、滑坡等地質(zhì)災害。

根據(jù)高速公路雨量信息管理系統(tǒng)的需要，在搶險救援數(shù)據(jù)庫的基礎上，系統(tǒng)主要包括以下功能：

（1）查詢斷道位置根據(jù)高速公路發(fā)生斷道的里程，查詢其具體所處的位置，以及所對應的高速公路出入口；

（2）查詢搶險預案根據(jù)發(fā)生災害的地點，查詢搶險預案；

（3）查詢搶險救援物資根據(jù)所需要的物資進行查詢物資儲備點；

（4）最短路徑分析在搶險救援物資備料點和高速公路斷道處找出一條最短路線，以進行物資和人員的調(diào)度。

根據(jù)上述功能，假設在米易滑坡處(K108+400)發(fā)生災害，造成高速公路斷道，要進行搶險救援。

首先，查明斷道點的位置，使用根據(jù)里程查詢線路位置工具（見圖2左），查出該段前后的高速公路有兩個出入口：米易互通式立交和埡口互通式立交。再查找該段高速公路附近的搶險物資儲備點（見圖2右）。

最后查找最小路徑（見圖3左），如果在最小路徑的線路上也出現(xiàn)了斷道情況，則需要在斷道處設置障礙物，再進行分析（見圖3右）。

4結(jié)束語

應用GIS技術建立山區(qū)高速公路搶險救援管理系統(tǒng)具有重要的應用價值，為災害發(fā)生后的搶險救援決策的優(yōu)化提供了決策支持，并可以在此基礎上進行更深入的分析應用，為山區(qū)高速公路的運營救災提供科學的手段。

參考文獻：

[1]蔣忠信,陳光曦,吳宗儉等.中國山區(qū)道路災害防治[M].重慶：重慶大學出版社,1994.

[2]王衛(wèi)東,劉武成.基于GIS的公路地質(zhì)災害信息管理與決策支持系統(tǒng)[J].中南大學學報(自然科學版),2003,34(3):302-305.

[3]金曉媚,劉金韜.地質(zhì)災害管理信息系統(tǒng)[J].災害學,1999,14(2):78-81.

[4]李發(fā)斌,崔鵬,周愛霞.RS和GIS在滑坡泥石流防災減災中的應用[J].災害學,2004,19(4):18-24.