基于GIS的滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警應(yīng)急信息系統(tǒng)研究

基于GIS的滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警應(yīng)急信息系統(tǒng)研究,主要內(nèi)容,選題背景及研究意義國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線研究區(qū)概況系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)結(jié)論與展望,地質(zhì)災(zāi)害是自然災(zāi)害的一種，是在地質(zhì)作用下，地質(zhì)自然環(huán)境惡化，造成人類生命財(cái)產(chǎn)損毀或人類賴以生存和發(fā)展的資源、環(huán)境發(fā)生嚴(yán)重破壞的現(xiàn)象或過程。常見的地質(zhì)災(zāi)害形式主要有崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫和地面沉降。我國(guó)每年因滑坡、崩塌等斜坡變形破壞造成的損失高達(dá)30-50億美元?；率且环N嚴(yán)重的邊坡變形現(xiàn)象，它的發(fā)生一方面取決于邊坡自身的基礎(chǔ)條件，另一方面與邊坡受到的應(yīng)力作用有關(guān)?；鲁耸茏陨淼牡刭|(zhì)條件影響外，還受到地震、降雨、洪水以及人類活動(dòng)等多種誘發(fā)因素的左右，其中暴雨誘發(fā)的滑坡占滑坡發(fā)生總數(shù)的90左右。,選題背景及研究意義（一）,蘭州市特殊的地質(zhì)環(huán)境和巖土組成以及小時(shí)降雨量大、人類活動(dòng)頻繁等多種原因造成滑坡、崩塌時(shí)常發(fā)生。如果能夠準(zhǔn)確的計(jì)算滑坡的穩(wěn)定性并且對(duì)滑坡進(jìn)行較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，就可以盡早采取防災(zāi)減災(zāi)措施和對(duì)策，使這類災(zāi)害造成的損失減少到最低程度。因此，開展崩塌、滑坡地質(zhì)勘察、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)及防治研究工作，盡量避免和減輕災(zāi)害損失，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益；同時(shí)，對(duì)豐富和發(fā)展災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警理論，推動(dòng)工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和巖土力學(xué)向更高層次發(fā)展也具有重要的理論意義。,選題背景及研究意義（二）,國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀（一）,滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究滑坡預(yù)報(bào)預(yù)警研究是滑坡研究的核心問題，起步于20世紀(jì)60年代。它包括空間預(yù)報(bào)和時(shí)間預(yù)報(bào)兩個(gè)方面，空間預(yù)報(bào)是確定不穩(wěn)定斜坡所在位置，時(shí)間預(yù)報(bào)是在空間預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上確定滑坡可能發(fā)生的時(shí)間。由于滑坡問題的復(fù)雜性，滑坡時(shí)間預(yù)報(bào)至今還是一個(gè)世界性的難題。幾十年來，國(guó)內(nèi)外許多滑坡專家潛心研究，不斷探索實(shí)踐，使滑坡預(yù)報(bào)的理論和方法有了較大的發(fā)展，縱觀其發(fā)展過程大致可分為以下三個(gè)階段?，F(xiàn)象預(yù)報(bào)和經(jīng)驗(yàn)式預(yù)報(bào)階段位移時(shí)間統(tǒng)計(jì)分析預(yù)報(bào)階段綜合預(yù)報(bào)模型及預(yù)報(bào)判據(jù)研究階段,國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀（二）,滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究滑坡危險(xiǎn)性區(qū)劃研究在國(guó)外早就得到了深入研究與報(bào)導(dǎo)。美國(guó)、西歐國(guó)家自六十年代末、七十年代初就開始了以滑坡災(zāi)害為主體的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃研究；進(jìn)入八十年代，很多國(guó)家和地區(qū)都開始了區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)及預(yù)測(cè)問題的研究；自九十年代起，圍繞國(guó)際減災(zāi)十年計(jì)劃行動(dòng)，北美及歐洲許多國(guó)家在原地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃研究的基礎(chǔ)上，開展了地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性與土地利用立法的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，把原來單純的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃研究拓展到了綜合減災(zāi)效益方面的系統(tǒng)研究。由于GIS技術(shù)的空間分析、制圖功能和可視化的特點(diǎn)，GIS技術(shù)在滑坡危險(xiǎn)性區(qū)劃研究方面得到了快速發(fā)展，以GIS軟件為技術(shù)平臺(tái)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究成為該領(lǐng)域未來研究的發(fā)展方向。,國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀（三）,GIS在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用利用GIS系統(tǒng)來處理用戶的數(shù)據(jù)；在GIS的基礎(chǔ)上，利用它的開發(fā)函數(shù)庫(kù)二次開發(fā)出用戶專用的地理信息系統(tǒng)軟件。目前，國(guó)內(nèi)外利用地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用大致有以下幾個(gè)方面：地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)和管理地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性區(qū)劃評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性分析地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù),研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線,主要研究?jī)?nèi)容建立研究樣區(qū)滑坡災(zāi)害預(yù)警應(yīng)急系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過設(shè)置不同滑坡影響因子敏感性權(quán)重，利用GIS空間疊加統(tǒng)計(jì)分析達(dá)到分析預(yù)警的目的。闡述系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理，分析系統(tǒng)的組成模塊與功能。在分析和總結(jié)現(xiàn)有滑坡的預(yù)警以及滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)理論和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，研究與建立一套較為完整的基于GIS的滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警級(jí)別研究的方法體系和工作流程。根據(jù)目前各種地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，總結(jié)當(dāng)前的工作，并對(duì)系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了展望和制定繼續(xù)研究的計(jì)劃。,研究技術(shù)路線,研究區(qū)概況（一）,蘭州市是甘肅省省會(huì)城市，位于北緯353420370707，東經(jīng)10235581043429之間，是我國(guó)陸域版圖的幾何中心，有“陸都心臟”之說，在大西北處于“座中四連”的獨(dú)特位置。蘭州現(xiàn)轄城關(guān)、七里河、西固、安寧、紅古區(qū)和永登、榆中、皋蘭三縣，全市總面積1.31萬(wàn)km2，其中市區(qū)面積1631.6km2，建成城區(qū)面積180km2?？?cè)丝?08.11萬(wàn)人，其中，市區(qū)人口199.15萬(wàn)人，非農(nóng)業(yè)人口180.27萬(wàn)人，農(nóng)業(yè)人口127.84萬(wàn)人，城鎮(zhèn)人口263.61萬(wàn)人，鄉(xiāng)村人口44.5萬(wàn)人。居住著漢、回、藏、東鄉(xiāng)、裕固、撒拉等38個(gè)民族。境內(nèi)干線公路、縣鄉(xiāng)公路、市區(qū)城市道路較為發(fā)達(dá)，交通便利。,研究區(qū)地理位置示意圖,研究區(qū)概況（二）,蘭州市地處我國(guó)黃土高原西部，區(qū)內(nèi)山高坡陡溝壑密布，山地、半山地占85%，受南北兩山地形的控制城市用地非常緊張，其城區(qū)人口與建筑密度己遠(yuǎn)大于國(guó)內(nèi)同類城市，造成城市人口與建筑蠶食坡地，切割坡腳，破壞了滑坡或斜坡的穩(wěn)定性。近些年由于人口的急劇增加、城市建設(shè)的迅速發(fā)展和人類活動(dòng)的加劇，每年地質(zhì)災(zāi)害都造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，其發(fā)生頻度與危害性，居全國(guó)各大城市之首，并且，隨著城市的發(fā)展，與坡爭(zhēng)地的現(xiàn)象會(huì)愈來愈突出，蘭州市地質(zhì)災(zāi)害將會(huì)越來越活躍?；拢ㄌ┦翘m州市區(qū)最嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害類型之一。,蘭州市區(qū)各地地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量圖,蘭州市滑坡、崩塌爆發(fā)頻率圖,研究區(qū)概況（三）,災(zāi)害特征：蘭州滑坡、崩塌主要發(fā)育在黃土、第三系砂泥巖、砂礫巖地層中。各類地質(zhì)災(zāi)害均與人類活動(dòng)密切相關(guān)，尤其是滑坡、崩塌及不穩(wěn)定斜坡的分布呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域性?；?、崩塌、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)頻繁，一般在雨季、凍融季節(jié)均有發(fā)生，同時(shí)受人類工程活動(dòng)作用明顯。,系統(tǒng)設(shè)計(jì),需求分析總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)目標(biāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)系統(tǒng)瀏覽查詢功能系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理預(yù)警模塊應(yīng)急指揮及災(zāi)情評(píng)估模塊系統(tǒng)輸出模塊,系統(tǒng)目標(biāo),以GIS技術(shù)支持的、為解決地質(zhì)災(zāi)害信息處理相關(guān)技術(shù)問題的專題應(yīng)用型信息系統(tǒng);提供蘭州市轄區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情動(dòng)態(tài)和實(shí)時(shí)災(zāi)情評(píng)價(jià)、危險(xiǎn)性區(qū)劃等地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息成果;為政府部門開展地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、應(yīng)急、防治提供決策服務(wù)。,系統(tǒng)功能框架圖,系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)瀏覽查詢功能,地名查詢?yōu)暮c(diǎn)名查詢綜合查詢拉框查詢二三維交互查詢,查詢結(jié)果,路網(wǎng)查詢,系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理,為維護(hù)數(shù)據(jù)安全、方便系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新用戶及權(quán)限管理地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)管理影響因子數(shù)據(jù)管理結(jié)果數(shù)據(jù)管理,數(shù)據(jù)管理的數(shù)據(jù)列表,預(yù)警模塊（一）,預(yù)警指標(biāo)臨界值降雨指數(shù)R滑坡發(fā)生概率P預(yù)警方法預(yù)警等級(jí),預(yù)警模塊（二）,臨界降雨指數(shù)R假設(shè)臨界值降雨指數(shù)R，降雨誘發(fā)區(qū)域滑坡臨界值表達(dá)式為R1=-0.68R3+76，定義研究區(qū)臨界值降雨指數(shù)R為：R=R1+0.68RL376其中，RL3為前三日（前三日中包括當(dāng)日）降雨量之和，當(dāng)R0時(shí)，滑坡將有可能發(fā)生；當(dāng)R0時(shí)，滑坡基本不會(huì)發(fā)生。（注：李媛區(qū)域降雨型滑坡預(yù)報(bào)預(yù)警方法研究）,預(yù)警模塊（三）,滑坡發(fā)生概率L滑坡發(fā)生的可能性有多大，通過降雨誘發(fā)滑坡發(fā)生概率及滑坡危險(xiǎn)性概率的結(jié)合來確定。定義滑坡發(fā)生指數(shù)L為：其中Z=B0R1+B1R2+B2R3+BnRn+L觀測(cè)量相對(duì)于某一事件的發(fā)生概率修正系數(shù)為考慮地質(zhì)、地貌等因素后，計(jì)算滑坡指數(shù)的修正系數(shù)。根據(jù)蘭州市滑坡危險(xiǎn)性區(qū)劃結(jié)果，即根據(jù)危險(xiǎn)性概率劃分的各單元格的滑坡危險(xiǎn)等級(jí)，確定修正值。,預(yù)警模型（四）,其中，D-危險(xiǎn)度Wi-滑坡因子自權(quán)重Wi-滑坡因子互權(quán)重Ui-滑坡因子,影響滑坡因素權(quán)重,注：引自蘭州市城市環(huán)境地質(zhì)問題調(diào)查與空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)報(bào)告,預(yù)警方法,通過歷史紀(jì)錄雨量和預(yù)報(bào)雨量，計(jì)算降雨臨界指數(shù)。根據(jù)降雨臨界指數(shù)確定研究區(qū)是否有滑坡發(fā)生的可能；如果降雨臨界指數(shù)R0，計(jì)算每個(gè)單元格滑坡發(fā)生指數(shù)。根據(jù)每個(gè)單元格滑坡發(fā)生指數(shù)，確定滑坡可能發(fā)生的地點(diǎn)和滑坡發(fā)生的可能性大小，劃定預(yù)警預(yù)報(bào)區(qū)域和等級(jí)；確定5級(jí)和4級(jí)預(yù)警隱患點(diǎn)；發(fā)布預(yù)警結(jié)果，同時(shí)結(jié)合預(yù)警區(qū)群測(cè)群防網(wǎng)絡(luò)體系，直接通知監(jiān)測(cè)責(zé)任人，做好防災(zāi)、避災(zāi)準(zhǔn)備。,預(yù)報(bào)預(yù)警流程圖,甘肅地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)等級(jí),注：王錫穩(wěn)，張鐵軍，馮軍等，甘肅地質(zhì)災(zāi)害氣象等級(jí)預(yù)報(bào)研究,滑坡預(yù)警等級(jí)劃分,預(yù)警分析,應(yīng)急指揮及災(zāi)情評(píng)估模塊,地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急評(píng)估模塊主要以研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治工作所產(chǎn)生的資料為信息源，及時(shí)掌握災(zāi)害位置、范圍等相關(guān)信息，在應(yīng)急指揮過程中能直觀生動(dòng)地顯示發(fā)生災(zāi)害地區(qū)的三維環(huán)境及人口和工礦居民地分布情況，以輔助災(zāi)害救助決策。在全面地了解災(zāi)害點(diǎn)地形概況的基礎(chǔ)上，根據(jù)災(zāi)害點(diǎn)位置，依托城市道路網(wǎng)等空間數(shù)據(jù)，提供最佳救助路徑、群眾撤離災(zāi)區(qū)方案、以及救災(zāi)物資分配運(yùn)送方案，最終形成一個(gè)災(zāi)害點(diǎn)的防災(zāi)預(yù)案。,系統(tǒng)輸出模塊,對(duì)分析結(jié)果以圖或者表的形式導(dǎo)出并且支持打印輸出災(zāi)情損失評(píng)估/統(tǒng)計(jì)表災(zāi)情評(píng)估專題圖災(zāi)情損失評(píng)估報(bào)告防災(zāi)預(yù)案,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（一）,ArcGISEngineArcGISEngine為開發(fā)人員提供了一種新的部署策略和資源，由一組核心ArcObjects(AO)包組成，其對(duì)象與平臺(tái)無(wú)關(guān)，能夠在各種編程接口中調(diào)用。ArcGISEngine能夠使開發(fā)人員在已有的應(yīng)用中增加動(dòng)態(tài)制圖和GIS功能，或者構(gòu)建定制的制圖和GIS解決方案。ArcGISEngine開發(fā)包具有空前的靈活性創(chuàng)建定制的地圖界面，開發(fā)人員可以在各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編程環(huán)境中用它來創(chuàng)建獨(dú)立的應(yīng)用或?qū)rcGISEngine的組件嵌入到其它的軟件組件中來實(shí)現(xiàn)地圖操作。,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（二）,ArcSDEArcSDE即數(shù)據(jù)通路，是ArcGIS的空間數(shù)據(jù)引擎。它是在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中存儲(chǔ)和管理多用戶空間數(shù)據(jù)庫(kù)的通路。從空間數(shù)據(jù)管理的角度看，ArcSDE是一個(gè)連續(xù)的空間數(shù)據(jù)模型，借助這一空間數(shù)據(jù)模型，可以實(shí)現(xiàn)用RDBMS管理空間數(shù)據(jù)庫(kù)。在RDBMS中融入空間數(shù)據(jù)后，ArcSDE可以提供空間和非空間數(shù)據(jù)進(jìn)行高效率操作的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)。ArcSDE還提供了應(yīng)用程序接口，軟件開發(fā)人員可將空間數(shù)據(jù)檢索和分析功能集成到自己的應(yīng)用工程中去。,結(jié)論,將GIS技術(shù)與傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，完成了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警應(yīng)急信息系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，將災(zāi)害點(diǎn)查詢、統(tǒng)計(jì)分析、預(yù)警、應(yīng)急、災(zāi)害評(píng)估等與災(zāi)害相關(guān)的功能模塊集成在一個(gè)系統(tǒng)中，使得系統(tǒng)功能更加完備。假設(shè)了滑坡預(yù)報(bào)預(yù)警的兩個(gè)參數(shù)：臨界降雨指數(shù)R和滑坡發(fā)生指數(shù)L，設(shè)計(jì)了時(shí)間預(yù)警和空間預(yù)警相結(jié)合的預(yù)警模型。R值用以界定研究區(qū)是否有可能發(fā)生滑坡，即時(shí)間預(yù)警；L值用來確定滑坡可能的發(fā)生地點(diǎn)和發(fā)生概率，即空間預(yù)警。采用“ArcGISEngine+Visualstudio2005c#”方式開發(fā)了地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警應(yīng)急信息系統(tǒng)，既能大大提高系統(tǒng)的開發(fā)效率，又能使所開發(fā)的界面友好，功能完善。,展望（一）,真正將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所列出的多種數(shù)據(jù)收集完整，充實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，為系統(tǒng)分析提供支撐。由于沒有任何一種模型能適合于各種滑坡類型，對(duì)同一地區(qū)的不同滑坡類型，應(yīng)該采用不同的預(yù)警模型，或者對(duì)同一滑坡類型采用不同的預(yù)警模型與格網(wǎng)大小以提高預(yù)報(bào)、預(yù)警精度。因此，需要研究不同