GIS技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急指揮中的應(yīng)用

摘 要：文章介紹了地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)的主要功能，包括空間地圖管理、預(yù)測地理模型、空間分析查詢、實時監(jiān)測、二維三維應(yīng)用等，并且探討了以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，針對泥石流、崩塌、地面塌陷、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害而設(shè)計的預(yù)警系統(tǒng)與應(yīng)急指揮系統(tǒng)，以期降低災(zāi)害造成的影響，減少人員傷亡。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警；GIS技術(shù)；應(yīng)急指揮；功能；三維

在世界范圍內(nèi)，我國的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率較高，且情節(jié)嚴重。除了自然因素外，人類的活動，如工程建設(shè)、煤炭開采、礦產(chǎn)開發(fā)等也很可能引起地質(zhì)災(zāi)害，而泥石流、滑坡、崩塌等災(zāi)害會導(dǎo)致大量人員傷亡，所以要盡快研究出完整、有效的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急指揮系統(tǒng)系統(tǒng)，以降低地質(zhì)災(zāi)害對人民生命財產(chǎn)帶來更大的損失。地理信息系統(tǒng)（GIS）的推廣和應(yīng)用為地質(zhì)災(zāi)害的研究提供了可靠的工具，其各項功能在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與應(yīng)急指揮中也顯示出了獨特的優(yōu)勢與應(yīng)用價值。

一、GIS技術(shù)的主要功能

（一）地圖管理功能

GIS技術(shù)能夠擴大系統(tǒng)的承載量，儲存更多數(shù)據(jù)與信息，具有較高的靈活性與變通能力，能夠及時調(diào)整與變化，制作電子版地圖，取代以往的紙質(zhì)地圖，分析出過程中存在的錯誤，使制圖質(zhì)量提高，對地圖信息進行科學(xué)、全面的分析。根據(jù)變化對影響模式進行轉(zhuǎn)化，有效推動科技進步以及災(zāi)害預(yù)警工作的發(fā)展。

（二）空間分析與查詢功能

隨著信息技術(shù)的進步，GIS技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，并且使人們的工作質(zhì)量與效率得到了大大提高，方便了生產(chǎn)與生活。在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警工作中，應(yīng)用GIS技術(shù)可大大減少信息收集與開發(fā)的人力工作量，通過建立數(shù)據(jù)庫，有助于對各種實時數(shù)據(jù)與地理信息資源進行收集、整理與處理。以空間定位方面而言，處理過的地理信息圖像與數(shù)據(jù)能夠和原始圖像數(shù)據(jù)相同，而且在空間轉(zhuǎn)換時可以重置分析和查詢和進行拓撲，利用GIS技術(shù)分析、查詢地理信息資源與有關(guān)數(shù)據(jù)。

（三）地理模型預(yù)測功能

GIS與多種學(xué)科相關(guān)，其基礎(chǔ)就是地理信息，通過收集和整理有關(guān)的地理信息，按照區(qū)域不同利用地理模型預(yù)測功能得到有用的地理及空間信息資源，為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與應(yīng)急指揮工作提供資料。利用GIS技術(shù)可預(yù)測與判斷某個未知結(jié)果，比較實際決策方案與預(yù)測分析結(jié)果，制定和調(diào)整處理方案，以免發(fā)生不必要的地質(zhì)災(zāi)害和引起嚴重后果。GIS技術(shù)能夠綜合分析地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的環(huán)境資源與地理信息，全面了解當?shù)氐牡V產(chǎn)資源、水資源等，預(yù)測不同區(qū)塊發(fā)生各種地質(zhì)災(zāi)害的可能性。

（四）二維、三維功能

三維GIS技術(shù)是二維GIS技術(shù)的發(fā)展，如果采用二維技術(shù)，就要拓展空間維度，最終仍然是通過三維信息對空間目標進行定義。三維技術(shù)具有更高的精準度與準確性，與以平面劃分方式為基礎(chǔ)的二為目標相比，具有更強的整體性，雖然比較復(fù)雜，但可視性較強，應(yīng)用更為普遍。在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警工作中，應(yīng)用GIS技術(shù)的三維功能需要建立三維模型。

大多數(shù)地質(zhì)工程都有鉆孔信息、地質(zhì)剖面圖和工程地質(zhì)圖信息，其中涉及地質(zhì)分布與地表形態(tài)等信息，以此為依據(jù)可建立三維地質(zhì)模型。在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測區(qū)域，一些信息的獲取難度較大，利用三維功能可以在三維場景中創(chuàng)建三維模型對象、圖片對象與二維標本，對其加以編輯，在空間數(shù)據(jù)庫與標準GIS文件中獲得地形概況等資料，建立交互式應(yīng)用系統(tǒng)，模擬地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生情況，科學(xué)預(yù)警與應(yīng)急指揮。

（五）自動化監(jiān)測功能

GIS技術(shù)能夠?qū)Λ@取、傳輸與整理數(shù)據(jù)的整個過程進行自動化監(jiān)測。將自動化檢測儀器放置于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)域，及時得到監(jiān)測數(shù)據(jù)。利用埋設(shè)的GPS儀器測量監(jiān)測點的坐標，監(jiān)測地表位移情況；利用翻斗式雨量計監(jiān)測區(qū)域降雨量；在巖土體鉆孔中預(yù)埋測斜管，如果巖土體位移出現(xiàn)變化，測斜管也會跟著改變，進而得到其水平位移改變量。在傳輸數(shù)據(jù)方面，可結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)特點，選擇適合的傳輸方式，對于地表裂縫計、深部位移鉆孔傾斜儀、GPS接收機等無集成GPRS或監(jiān)測量大的儀器可使用北斗導(dǎo)航衛(wèi)星通信系統(tǒng)ll6J來傳輸數(shù)據(jù)；因為自動雨量計已經(jīng)集成了GPRS設(shè)備，所以在傳輸數(shù)據(jù)時可直接采用GPRS。傳輸模式為終端至終端，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中心將獲得的數(shù)據(jù)傳送至后臺數(shù)據(jù)庫中，災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)負責分析，最后就是數(shù)據(jù)整理的監(jiān)測。

系統(tǒng)以庫表與數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，可將用戶數(shù)據(jù)存入其中。其采用的數(shù)據(jù)庫可結(jié)合有關(guān)的監(jiān)測信息整理儀器信息與獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并利用后臺程序?qū)⑵鋫魅霐?shù)據(jù)庫中。GIS的監(jiān)測功能可用于生成和管理地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)信息，管理與預(yù)測監(jiān)測數(shù)據(jù)，達到災(zāi)害預(yù)警的目的。

二、GIS技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警中的應(yīng)用

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警通過采用各種地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測儀器和通信技術(shù)，對重點地質(zhì)災(zāi)害隱患點進行自動監(jiān)測，采用先進的GIS技術(shù)，實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害動態(tài)監(jiān)測信息的實時化、可視化、空間化，提高地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報能力，其主要特點包括：

（1）通過地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)與通信技術(shù)的結(jié)合，建成地質(zhì)災(zāi)害自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害動態(tài)監(jiān)測信息的采集與傳輸。

（2）通過先進的GIS技術(shù)，實現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害動態(tài)監(jiān)測信息的實時化與空間化，能實時顯示信息，監(jiān)控儀器是否正常工作，并在地圖上展示各監(jiān)測點的異常狀態(tài)。

（3）對歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進行專業(yè)分析，生成同要素不同時期對比、不同要素同時期對比等曲線圖或折線圖，觀察各數(shù)據(jù)演變趨勢，研究各監(jiān)測數(shù)據(jù)變化之間的內(nèi)在聯(lián)系。

（4）實現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害的自動預(yù)警，在監(jiān)測值達到預(yù)警閥值后會自動向指定人員發(fā)送預(yù)警信息。

該系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警預(yù)報的對象是群發(fā)型、突發(fā)性的地質(zhì)災(zāi)害，如泥石流、滑坡、崩塌等，根據(jù)時空分布特征可分為兩種類型，即空間預(yù)警與時間預(yù)警，空間預(yù)警指通過觀察和分析，找出在特定條件下專題圖中容易有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的區(qū)域，時間預(yù)警則指結(jié)合空間分析的結(jié)果，進一步確定之前確定區(qū)域中可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的時間段與大概的發(fā)生概率。

三、GIS技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮中的應(yīng)用

基于GIS的二次開發(fā)可實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮系統(tǒng)的功能主要包括：

（1）應(yīng)急響應(yīng)：實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)險情速報的上報與審核處理。

（2）應(yīng)急調(diào)查：實現(xiàn)通過手持終端采集現(xiàn)場災(zāi)情信息，支持現(xiàn)場拍照、GPS獲取坐標、標注危險點、危險區(qū)、撤離路線等。

（3）應(yīng)急處置：制定應(yīng)急處置方案，包括應(yīng)急專家組與工作組的設(shè)置、應(yīng)急物資及裝備的配置。

（4）災(zāi)情評估：實現(xiàn)對災(zāi)情的統(tǒng)計與描述，包括災(zāi)情現(xiàn)場照片上傳、災(zāi)害點周邊建筑物、交通破壞情況描述、經(jīng)濟和人口損失統(tǒng)計及其他災(zāi)情描述信息的編輯。評估災(zāi)害的實際情況，從而采取相應(yīng)的處理措施。

地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮信息源主要是對當?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害防治工作進行研究而獲得的資料，有助于及時獲得有關(guān)信息，包括災(zāi)害波及范圍和具體位置等，從而在應(yīng)急指揮時可以將災(zāi)害區(qū)域的居民分布、三維環(huán)境等情況生動、直觀地顯示出來，從而為災(zāi)害救助人員提供可靠數(shù)據(jù)，給予有效幫助。

在預(yù)警之后，該系統(tǒng)可以針對可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域制圖，及時了解地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)域的詳細資料，如地形概括等，以災(zāi)害點的位置為依據(jù)，結(jié)合有關(guān)的空間數(shù)據(jù)，如城市道路網(wǎng)等，制定出最合理的救助策略以及運送分配救災(zāi)物資的以及群眾撤離災(zāi)區(qū)的方案，為該區(qū)域制定完整、系統(tǒng)的防災(zāi)應(yīng)急預(yù)案。

應(yīng)急指揮系統(tǒng)實現(xiàn)自身功能的途徑主要有兩個，其一是利用已有災(zāi)害隱患點加以體現(xiàn)，也就是對系統(tǒng)避災(zāi)預(yù)案中的災(zāi)害隱患點進行查找，利用其防災(zāi)預(yù)案示例實施應(yīng)急措施，起到應(yīng)急指揮的目的；其二是利用系統(tǒng)顯示功能查看地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)域附近的道路與環(huán)境，制定避災(zāi)救助路線與避災(zāi)路線，并且在系統(tǒng)內(nèi)制作平面圖或?qū)ｎ}圖，為應(yīng)急指揮制定輔助策略。

地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急指揮系統(tǒng)開發(fā)采用C/S、B/S體系結(jié)構(gòu)，共分為三層，分別是應(yīng)用層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層。應(yīng)用層主要采用GIS技術(shù)的空間數(shù)據(jù)分析與處理功能，結(jié)合具體的錄入情況，分析專題空間，并針對各種地質(zhì)災(zāi)害制作專題圖；業(yè)務(wù)邏輯層的開發(fā)基礎(chǔ)包括ADO組件、用戶管理組件、災(zāi)害預(yù)警模型算法、AE應(yīng)用組件等；而數(shù)據(jù)層主要是將空間數(shù)據(jù)，包括屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)，儲存在SQL Server數(shù)據(jù)庫中并實施管理。

四、結(jié)語

綜上所述，各種地質(zhì)災(zāi)害會對人類的正常生活造成不同程度的影響，情況嚴重時還會造成財物損壞與人員傷亡，不利于社會穩(wěn)定。GIS技術(shù)作為一種集多種功能于一體的綜合技術(shù)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，以該技術(shù)為基礎(chǔ)，建立地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與應(yīng)急指揮系統(tǒng)，可以準確預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害、評估實際情況，從而在短時間內(nèi)制定和實施處理措施，在最大程度上降低不良后果帶來的影響，具有廣闊的應(yīng)用前景，值得進一步研究。

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作者簡介：和禮明（1983.12- ），男，山西呂梁人，本科，山西遙感信息工程有限公司，中級工程師，研究方向：地理信息與遙感。