基于GIS的滑坡地質災害預警應急信息系統(tǒng)研究VIP

基于GIS的滑坡地質災害預警應急信息系統(tǒng)研究,主要內容,選題背景及研究意義國內外研究現(xiàn)狀研究內容與技術路線研究區(qū)概況系統(tǒng)設計與實現(xiàn)結論與展望,地質災害是自然災害的一種，是在地質作用下，地質自然環(huán)境惡化，造成人類生命財產損毀或人類賴以生存和發(fā)展的資源、環(huán)境發(fā)生嚴重破壞的現(xiàn)象或過程。常見的地質災害形式主要有崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫和地面沉降。我國每年因滑坡、崩塌等斜坡變形破壞造成的損失高達30-50億美元?；率且环N嚴重的邊坡變形現(xiàn)象，它的發(fā)生一方面取決于邊坡自身的基礎條件，另一方面與邊坡受到的應力作用有關?；鲁耸茏陨淼牡刭|條件影響外，還受到地震、降雨、洪水以及人類活動等多種誘發(fā)因素的左右，其中暴雨誘發(fā)的滑坡占滑坡發(fā)生總數的90左右。,選題背景及研究意義（一）,蘭州市特殊的地質環(huán)境和巖土組成以及小時降雨量大、人類活動頻繁等多種原因造成滑坡、崩塌時常發(fā)生。如果能夠準確的計算滑坡的穩(wěn)定性并且對滑坡進行較準確的預測和預報，就可以盡早采取防災減災措施和對策，使這類災害造成的損失減少到最低程度。因此，開展崩塌、滑坡地質勘察、科學實驗、監(jiān)測預報及防治研究工作，盡量避免和減輕災害損失，具有十分重要的現(xiàn)實意義和巨大的經濟與社會效益；同時，對豐富和發(fā)展災害預報預警理論，推動工程地質、環(huán)境地質和巖土力學向更高層次發(fā)展也具有重要的理論意義。,選題背景及研究意義（二）,國內外研究現(xiàn)狀（一）,滑坡預測預報研究滑坡預報預警研究是滑坡研究的核心問題，起步于20世紀60年代。它包括空間預報和時間預報兩個方面，空間預報是確定不穩(wěn)定斜坡所在位置，時間預報是在空間預報的基礎上確定滑坡可能發(fā)生的時間。由于滑坡問題的復雜性，滑坡時間預報至今還是一個世界性的難題。幾十年來，國內外許多滑坡專家潛心研究，不斷探索實踐，使滑坡預報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階段?，F(xiàn)象預報和經驗式預報階段位移時間統(tǒng)計分析預報階段綜合預報模型及預報判據研究階段,國內外研究現(xiàn)狀（二）,滑坡危險性評價研究滑坡危險性區(qū)劃研究在國外早就得到了深入研究與報導。美國、西歐國家自六十年代末、七十年代初就開始了以滑坡災害為主體的地質災害危險性區(qū)劃研究；進入八十年代，很多國家和地區(qū)都開始了區(qū)域地質災害危險性分區(qū)及預測問題的研究；自九十年代起，圍繞國際減災十年計劃行動，北美及歐洲許多國家在原地質災害危險性區(qū)劃研究的基礎上，開展了地質災害危險性與土地利用立法的風險評價研究，把原來單純的地質災害危險性區(qū)劃研究拓展到了綜合減災效益方面的系統(tǒng)研究。由于GIS技術的空間分析、制圖功能和可視化的特點，GIS技術在滑坡危險性區(qū)劃研究方面得到了快速發(fā)展，以GIS軟件為技術平臺的地質災害危險性評價研究成為該領域未來研究的發(fā)展方向。,國內外研究現(xiàn)狀（三）,GIS在地質災害中的應用利用GIS系統(tǒng)來處理用戶的數據；在GIS的基礎上，利用它的開發(fā)函數庫二次開發(fā)出用戶專用的地理信息系統(tǒng)軟件。目前，國內外利用地理信息系統(tǒng)在地質災害研究中的應用大致有以下幾個方面：地質災害評價和管理地質災害的危險性區(qū)劃評價地質災害易發(fā)程度分區(qū)地質災害風險性分析地質災害預警技術,研究內容與技術路線,主要研究內容建立研究樣區(qū)滑坡災害預警應急系統(tǒng)數據庫，通過設置不同滑坡影響因子敏感性權重，利用GIS空間疊加統(tǒng)計分析達到分析預警的目的。闡述系統(tǒng)設計的原理，分析系統(tǒng)的組成模塊與功能。在分析和總結現(xiàn)有滑坡的預警以及滑坡危險性評價理論和應用的基礎上，研究與建立一套較為完整的基于GIS的滑坡地質災害預警級別研究的方法體系和工作流程。根據目前各種地質災害相關技術的發(fā)展，總結當前的工作，并對系統(tǒng)的發(fā)展進行了展望和制定繼續(xù)研究的計劃。,研究技術路線,研究區(qū)概況（一）,蘭州市是甘肅省省會城市，位于北緯353420370707，東經10235581043429之間，是我國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”的獨特位置。蘭州現(xiàn)轄城關、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km2，其中市區(qū)面積1631.6km2，建成城區(qū)面積180km2。總人口308.11萬人，其中，市區(qū)人口199.15萬人，非農業(yè)人口180.27萬人，農業(yè)人口127.84萬人，城鎮(zhèn)人口263.61萬人，鄉(xiāng)村人口44.5萬人。居住著漢、回、藏、東鄉(xiāng)、裕固、撒拉等38個民族。境內干線公路、縣鄉(xiāng)公路、市區(qū)城市道路較為發(fā)達，交通便利。,研究區(qū)地理位置示意圖,研究區(qū)概況（二）,蘭州市地處我國黃土高原西部，區(qū)內山高坡陡溝壑密布，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大于國內同類城市，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、城市建設的迅速發(fā)展和人類活動的加劇，每年地質災害都造成人員傷亡和財產損失，其發(fā)生頻度與危害性，居全國各大城市之首，并且，隨著城市的發(fā)展，與坡爭地的現(xiàn)象會愈來愈突出，蘭州市地質災害將會越來越活躍?；拢ㄌ┦翘m州市區(qū)最嚴重的地質災害類型之一。,蘭州市區(qū)各地地質災害分布數量圖,蘭州市滑坡、崩塌爆發(fā)頻率圖,研究區(qū)概況（三）,災害特征：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。各類地質災害均與人類活動密切相關，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、地面塌陷等地質災害活動頻繁，一般在雨季、凍融季節(jié)均有發(fā)生，同時受人類工程活動作用明顯。,系統(tǒng)設計,需求分析總體設計系統(tǒng)目標系統(tǒng)結構設計系統(tǒng)數據庫設計系統(tǒng)框架設計功能設計系統(tǒng)瀏覽查詢功能系統(tǒng)數據管理預警模塊應急指揮及災情評估模塊系統(tǒng)輸出模塊,系統(tǒng)目標,以GIS技術支持的、為解決地質災害信息處理相關技術問題的專題應用型信息系統(tǒng);提供蘭州市轄區(qū)內地質災害災情動態(tài)和實時災情評價、危險性區(qū)劃等地質災害預警信息成果;為政府部門開展地質災害預警、應急、防治提供決策服務。,系統(tǒng)功能框架圖,系統(tǒng)設計與實現(xiàn),系統(tǒng)瀏覽查詢功能,地名查詢?yōu)暮c名查詢綜合查詢拉框查詢二三維交互查詢,查詢結果,路網查詢,系統(tǒng)數據管理,為維護數據安全、方便系統(tǒng)數據更新用戶及權限管理地質災害數據管理影響因子數據管理結果數據管理,數據管理的數據列表,預警模塊（一）,預警指標臨界值降雨指數R滑坡發(fā)生概率P預警方法預警等級,預警模塊（二）,臨界降雨指數R假設臨界值降雨指數R，降雨誘發(fā)區(qū)域滑坡臨界值表達式為R1=-0.68R3+76，定義研究區(qū)臨界值降雨指數R為：R=R1+0.68RL376其中，RL3為前三日（前三日中包括當日）降雨量之和，當R0時，滑坡將有可能發(fā)生；當R0時，滑坡基本不會發(fā)生。（注：李媛區(qū)域降雨型滑坡預報預警方法研究）,預警模塊（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)生概率及滑坡危險性概率的結合來確定。定義滑坡發(fā)生指數L為：其中Z=B0R1+B1R2+B2R3+BnRn+L觀測量相對于某一事件的發(fā)生概率修正系數為考慮地質、地貌等因素后，計算滑坡指數的修正系數。根據蘭州市滑坡危險性區(qū)劃結果，即根據危險性概率劃分的各單元格的滑坡危險等級，確定修正值。,預警模型（四）,其中，D-危險度Wi-滑坡因子自權重Wi-滑坡因子互權重Ui-滑坡因子,影響滑坡因素權重,注：引自蘭州市城市環(huán)境地質問題調查與空間數據庫建設報告,預警方法,通過歷史紀錄雨量和預報雨量，計算降雨臨界指數。根據降雨臨界指數確定研究區(qū)是否有滑坡發(fā)生的可能；如果降雨臨界指數R0，計算每個單元格滑坡發(fā)生指數。根據每個單元格滑坡發(fā)生指數，確定滑坡可能發(fā)生的地點和滑坡發(fā)生的可能性大小，劃定預警預報區(qū)域和等級；確定5級和4級預警隱患點；發(fā)布預警結果，同時結合預警區(qū)群測群防網絡體系，直接通知監(jiān)測責任人，做好防災、避災準備。,預報預警流程圖,甘肅地質災害氣象預報等級,注：王錫穩(wěn)，張鐵軍，馮軍等，甘肅地質災害氣象等級預報研究,滑坡預警等級劃分,預警分析,應急指揮及災情評估模塊,地質災害應急評估模塊主要以研究區(qū)的地質災害防治工作所產生的資料為信息源，及時掌握災害位置、范圍等相關信息，在應急指揮過程中能直觀生動地顯示發(fā)生災害地區(qū)的三維環(huán)境及人口和工礦居民地分布情況，以輔助災害救助決策。在全面地了解災害點地形概況的基礎上，根據災害點位置，依托城市道路網等空間數據，提供最佳救助路徑、群眾撤離災區(qū)方案、以及救災物資分配運送方案，最終形成一個災害點的防災預案。,系統(tǒng)輸出模塊,對分析結果以圖或者表的形式導出并且支持打印輸出災情損失評估/統(tǒng)計表災情評估專題圖災情損失評估報告防災預案,系統(tǒng)實現(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，其對象與平臺無關，能夠在各種編程接口中調用。ArcGISEngine能夠使開發(fā)人員在已有的應用中增加動態(tài)制圖和GIS功能，或者構建定制的制圖和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)標準的編程環(huán)境中用它來創(chuàng)建獨立的應用或將ArcGISEngine的組件嵌入到其它的軟件組件中來實現(xiàn)地圖操作。,系統(tǒng)實現(xiàn)（二）,ArcSDEArcSDE即數據通路，是ArcGIS的空間數據引擎。它是在關系數據庫管理系統(tǒng)中存儲和管理多用戶空間數據庫的通路。從空間數據管理的角度看，ArcSDE是一個連續(xù)的空間數據模型，借助這一空間數據模型，可以實現(xiàn)用RDBMS管理空間數據庫。在RDBMS中融入空間數據后，ArcSDE可以提供空間和非空間數據進行高效率操作的數據庫服務。ArcSDE還提供了應用程序接口，軟件開發(fā)人員可將空間數據檢索和分析功能集成到自己的應用工程中去。,結論,將GIS技術與傳統(tǒng)的地質災害數據庫相結合，完成了系統(tǒng)數據庫的設計與實現(xiàn)。對滑坡地質災害預警應急信息系統(tǒng)進行了分析和設計，將災害點查詢、統(tǒng)計分析、預警、應急、災害評估等與災害相關的功能模塊集成在一個系統(tǒng)中，使得系統(tǒng)功能更加完備。假設了滑坡預報預警的兩個參數：臨界降雨指數R和滑坡發(fā)生指數L，設計了時間預警和空間預警相結合的預警模型。R值用以界定研究區(qū)是否有可能發(fā)生滑坡，即時間預警；L值用來確定滑坡可能的發(fā)生地點和發(fā)生概率，即空間預警。采用“ArcGISEngine+Visualstudio2005c#”方式開發(fā)了地質災害預警應急信息系統(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)設計中所列出的多種數據收集完整，充實數據庫，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，對同一地區(qū)的不同滑坡類型，應該采用不同的預警模型，或者對同一滑坡類型采用不同的預警模型與格網大小以提高預報、預警精度。因此，需要研究不同