基于移動GIS的地質災害監(jiān)測預警系統(tǒng)設計

郎文霞

(鄂爾多斯職業(yè)學院，內蒙古 鄂爾多斯 017000)

隨著社會的發(fā)展，地質災害給人類生存發(fā)展帶來的影響日益嚴重，人類也給予了地質災害越來越多的關注[1]。在以煤炭資源開采為主的地區(qū)，其經濟的強勁增長得益于煤炭事業(yè)的發(fā)展，但是隨著煤炭資源的大量開采，也帶來一系列地質環(huán)境問題。其中以地面塌陷、崩塌、滑坡三種突發(fā)性地質災害為主，給當?shù)氐娜嗣裆c財產造成了巨大的損失。所以，為了減小地質災害給人類帶來的損失，已經將許多先進技術應用到地質災害系統(tǒng)中來保障人們的生活，監(jiān)測技術方法逐漸過渡到無線自動化監(jiān)測，監(jiān)測儀器也在向精度高、性能好、適應范圍廣、自動化程度高的方向發(fā)展[2]。隨著移動互聯(lián)網興起和智能移動終端的普及，“智能終端+無線網絡”的應用模式日漸成熟，而移動GIS(Mobile GIS)是這種模式的典型應用之一，它是以移動互聯(lián)網為支撐、以智能手機或平板電腦為終端、結合北斗、GPS或基站為定位手段的GIS系統(tǒng)，能實時地將空間信息傳輸給服務器，為地質災害監(jiān)測預警工作的數(shù)據采集提供了保障。

1 監(jiān)測預警系統(tǒng)的功能組成

1.1 數(shù)據的輸入

將有關監(jiān)測點的所有數(shù)據及時地輸入到地質災害監(jiān)測預警系統(tǒng)中，包括3類資料：已有的紙質圖表數(shù)據、人工現(xiàn)場采集的數(shù)據和通過移動終端實時采集到的數(shù)據。通過實時輸入，可以確保系統(tǒng)上顯示的是監(jiān)測點采集到的最新的一組數(shù)據。

1.2 數(shù)據的管理

對采集到的數(shù)據進行數(shù)據庫創(chuàng)建，包括空間數(shù)據庫和屬性數(shù)據庫，并將其關聯(lián)，空間數(shù)據庫包括災害監(jiān)測區(qū)域的地理位置、地形地貌等數(shù)據，屬性數(shù)據庫包括災害監(jiān)測區(qū)域的行政區(qū)劃基本情況，地質災害的詳細情況描述、防治聯(lián)系人等基礎數(shù)據。

對采集到的數(shù)據進行查詢、編輯、統(tǒng)計、對比、導出等基本操作，數(shù)據類型有降雨量、位移、含水率等情況，通過綜合分析尋找監(jiān)測點的動態(tài)變化規(guī)律，預測災害發(fā)展趨勢。

1.3 預警的設置

不同類型的地質災害、不同的監(jiān)測點因監(jiān)測儀器不同，預警閾值固然不同，需要根據實際情況單獨設置不同監(jiān)測地點的不同檢測設備的預警閾值。

實際工作中，一個地質災害經常會同時使用多種監(jiān)測儀器進行監(jiān)測，針對監(jiān)測參數(shù)的不同，采用不同的預警閾值，會得到不同的預警結果，因此根據監(jiān)測參數(shù)對地質災害的影響程度進行權重設置，以確定更為準確的預警結果。

最終對預警評價模型等級進行量化，并根據權重進行預警計算，得到預警等級值，計算方式為：

式中：R—預警等級值；

Wi—第i個評價指標權重；

Pi—第i個評價指標的單個因素分級值。

1.4 預警的發(fā)布

當監(jiān)測數(shù)據超過設置的預警閾值時，就會發(fā)出對應等級的預警信息，可在屏幕上閃爍對應顏色的預警標志，也可以向預警工作人員發(fā)送短信，提醒相關部門采取相應措施。

在發(fā)出預警信息的同時，系統(tǒng)還會提供災害的預測影響范圍、威脅人口及財產等信息。

1.5 災害的決策

當預警發(fā)生時，充分利用系統(tǒng)的各項空間分析功能，提供全方位的災情信息，為決策提供依據。系統(tǒng)還提供災害發(fā)生時的應急預案，為工作人員提供全方位的決策措施查詢。利用GIS的緩沖區(qū)分析，根據災害預警等級、發(fā)生特點、發(fā)展趨勢，對災害區(qū)域影響程度進行劃分，最終得到各區(qū)域內需要采取的應急處置措施。

工作人員還應根據采取措施情況對預警信息進行管理，包括處理方式：已解決、正在解決中、未解決需再次提醒等，還可以存儲災害點的預警記錄及處理方式。

2 監(jiān)測預警系統(tǒng)的功能框架

構建基于移動GIS的監(jiān)測預警系統(tǒng)的功能框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)監(jiān)測預警功能模塊

3 監(jiān)測預警系統(tǒng)主要功能的技術要點

3.1 移動GIS技術

基于地質災害的發(fā)生位置是在野外，因而監(jiān)測儀器在野外采集數(shù)據，需要將數(shù)據由野外傳遞給系統(tǒng)，這就需要保證數(shù)據的傳輸質量，而且野外的地形地貌條件存在多樣化、復雜化的特點，要求數(shù)據傳輸設備能具備不同自然條件下的數(shù)據正常傳輸。

移動GIS是GIS、GPS、RS、移動通信、互聯(lián)網、多媒體等技術的集成，借助無線網絡，包括基于數(shù)字蜂窩移動電話網絡的接入技術，如CDMA、GRRS、GSM、TDMA等和基于局域網的接入技術如藍牙、無線局域網等，以嵌入的方式在手機、電腦等無線終端上顯示，最終將監(jiān)測點采集的數(shù)據信息實時地傳輸給服務器。

GIS還可以根據監(jiān)測點的數(shù)據通過空間分析得到災害隨時間的發(fā)展過程，將不同時間段的數(shù)據儲存在數(shù)據庫中，得到一種以時間為存儲單位的災害變化機制。

3.2 數(shù)據庫技術

數(shù)據庫技術是通過研究數(shù)據庫的結構、存儲、設計、管理以及應用的基本理論和實現(xiàn)方法，利用這些理論來實現(xiàn)對數(shù)據庫中的數(shù)據進行處理、分析和理解的技術。

數(shù)據庫技術通過對數(shù)據進行統(tǒng)一組織和管理，按照指定的結構建立相應的數(shù)據庫和數(shù)據倉庫；能利用數(shù)據庫管理系統(tǒng)和數(shù)據挖掘系統(tǒng)設計出能夠實現(xiàn)對數(shù)據庫中的數(shù)據進行添加、修改、刪除、處理、分析、理解等多種功能的數(shù)據管理和數(shù)據挖掘應用系統(tǒng)；利用應用管理系統(tǒng)最終實現(xiàn)對數(shù)據的處理、分析和理解，為地質災害監(jiān)測預警系統(tǒng)提供數(shù)據支撐。用戶還可以根據需要使用嵌套查詢、各種視圖等多樣化檢索條件查詢數(shù)據庫中的信息[3]。

3.3 監(jiān)測預警技術

地質災害種類較多，不同類型地質災害的主要誘發(fā)因素不同，同一誘發(fā)因素在不同類型地質災害中的作用又有主次之分。在建立監(jiān)測預警模型時，需要確定不同地質災害類型的主要誘發(fā)因素也就是評價模型中的評價指標及其權重，如何篩選評價指標及確定其權重，直接關系到地質災害預警系統(tǒng)與實際情況的吻合程度。

為了確保預警系統(tǒng)的準確性，采取主觀判斷和客觀分析相結合的方法，并加強對預警結果后評價分析，最終確定評價指標及其權重，進而確定預警等級。

3.4 模塊化技術

模塊化技術是指解決一個復雜問題時自頂向下逐層把系統(tǒng)劃分成若干模塊的過程,然后分模塊進行設計，最后再合成一個系統(tǒng)。

利用模塊化技術對系統(tǒng)功能進行設計實施，將系統(tǒng)功能分為若干功能模塊，模塊間互相獨立，便于單個模塊調試、升級，模塊間通過標準的幾何連接和一致的輸入、輸出接口來進行組合。

3.5 系統(tǒng)安全技術

系統(tǒng)安全性直接關系到系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定運行。數(shù)據進行加密對于保證數(shù)據安全十分有效，一般可采用信息加密工作創(chuàng)建、管理鑰匙，完成信息及文件傳輸、歸檔等加密需求[4]。安裝防毒軟件來防控病毒，增加防黑客服務，及時對系統(tǒng)內的數(shù)據進行備份來確保系統(tǒng)的安全性，保護系統(tǒng)數(shù)據安全。

4 監(jiān)測預警系統(tǒng)程序模擬運行圖文

該系統(tǒng)程序設計開發(fā)完成后，登錄界面如圖2所示。

圖2 地質災害監(jiān)測預警系統(tǒng)登錄界面

系統(tǒng)實現(xiàn)了不同類型監(jiān)測數(shù)據的自動接受、數(shù)據處理分析以及自動預警。對地質災害詳情、監(jiān)測數(shù)據、發(fā)展趨勢、預警結果、采取措施等進行查詢、匯總和顯示，實現(xiàn)災害點、災害區(qū)域預警分析，并將預警信息以預警標志顯示或以短信形式發(fā)送，之后工作人員采取相應措施進行災害決策。

以內蒙古自治區(qū)準格爾旗地區(qū)地質災害為例進行系統(tǒng)測試。準格爾旗位于內蒙古自治區(qū)西南部，鄂爾多斯高原東部，地貌以黃土丘陵、基巖丘陵為主，地形切割強烈，溝谷發(fā)育，崩塌、滑坡較發(fā)育。煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，加劇了地面塌陷災害的發(fā)生。準格爾旗地質災害類型以地面塌陷、崩塌、滑坡3種突發(fā)性地質災害為主，其造成的危害有：直接造成人員傷亡；導致地表建筑物與水利、交通等設施變形破壞；使房屋變形，有的村莊被迫搬遷；導致農田、林地、草地等地表植被變形破壞；導致礦井潰水、潰沙的發(fā)生；使土地廢棄、減少了土地資源的利用率等。

根據地質災害發(fā)育現(xiàn)狀，同時又考慮相似的地質環(huán)境條件下發(fā)生地質災害隱患的可能性，設置預警閾值。為便于敘述，采用數(shù)據為模擬數(shù)據，不代表實際真實情況。圖3為預警等級模擬結果，分為4個等級，A為地質災害高易發(fā)區(qū)，表示發(fā)生地質災害的風險性最高；B為地質災害中易發(fā)區(qū)，表示發(fā)生地質災害的風險性較高；C為地質災害低易發(fā)區(qū)，表示發(fā)生地質災害的風險性一般；D為地質災害不易發(fā)區(qū)，表示發(fā)生地質災害的風險性較低。其中高、中易發(fā)區(qū)分布在黃土丘陵區(qū)、基巖丘陵區(qū)及北部的黃河沿岸，低易發(fā)區(qū)分布在風積沙地的溝谷一帶，不易區(qū)分布在北部的沖積平原及風積沙地。

圖3 內蒙古自治區(qū)準格爾旗地質災害監(jiān)測預警等級模擬結果

5 結束語

通過利用移動GIS技術完成地質災害監(jiān)測預警的設計構建，有助于提高地質災害監(jiān)測預警信息的準確性、實效性，便于防災工作人員及時掌握地質災害信息，采取防災措施，為地質災害的預防提供便利，最大限度地控制和減小地質災害帶來的危害。