基于GIS技术的地质灾害信息系统的

摘 要： GIS首先是一门科学.也是一种技术.本文介绍了GIS技术的应用现状,建立基于GIS技术的地质灾害信息系统的必要性,讨论了基于GIS技术应用在地质灾害信息系统的主要功能及系统结构,并就建立地质灾害数据库和建立地质灾害模型做了初步探讨.

关 键 词 ：GIS；地质灾害；地质灾害数据库；分析研究

中图分类号：F416.1 文献标识码：A

1概述

近年来,随我国经济建设的迅速发展,加速了GIS应用的进程,在城市规划管理、交通运输、测绘、环保、农业、制图等领域发挥了重要的作用,取得了良好的经济效益和社会效益.地质灾害防治工作仍处于被动状态.一个重要原因是:缺乏一种以先进技术为依托而建立起系统化的实用、有效的地质灾害防治系统.地质灾害自然有其难以准确预测预报的一面,但是地灾部门调查手段和管理的落后,往往造成对地质灾害数量、性质、规模、危害程度心中无数或是不完全有数,只是发生1处整治1处的极为被动的局面.因此,建立一套基于用GIS技术的地质灾害信息系统对地质灾害的减灾防灾意义重大,可以使得地质灾害决策管理专家通过GIS提供的信息,全面的掌握可能发生的地质灾害的位置、性质、规模、危害程度、数量、通过合适模型的分析,并得到相应的整治措施,防患于未然.

2.地质灾害信息系统的主要功能

我们可以将GIS信息系统分解为3 个层次来表述(“地质灾害信息中应用GIS示例图”所示),即数据层、逻层层和表示层.其中数据层用来输入、存储和管理数据,逻辑层用来对地质灾害信息系统中的数据进行综合和融合,处理地质灾害信息系统的建模和空间分析,表示层是将地质灾害中的信息展现给用户,提供查询、检索和统计等功能.

2.1 地质灾害信息数据的输入、存储、管理

输入、存储、管理Arc GIS 支持的各种图形、图象数据文件.如Arc View SHP 文件、Arc Info Coverage 文件、Arc Info Grid 文件、CAD 文件等.结合SQL 输入、存储并管理各种以表格形式存在的属性数据等.

以多种方式录入的地质灾害数据,以有效的数据组织形式进行数据库管理、更新、维护、进行快速查询检索,以多种方式输出决策所需的地理空间信息,这使得GIS 在对空间数据管理上的应用日趋活跃.

2.2 数据的空间查询和空间分析功能

实现全图范围内各级单位所属区域的灾害信息的查询,实现各区域范围内地质灾害信息的查询,实现按范围方式、图形方式、表格方式的查询,同时将其与图形数据有机联系.基于Arc GIS平台,系统可建立点、线、面状要素的拓扑关系, 实现系统的统计分析功能,缓冲区分析功能,灾害的危害程度分级显示功能等.

根据数据的性质分类,性质相同或相近的归并一起,形成一个数据层.这样GIS 对单幅或多幅图件及其属性数据进行分析和指标量算.这种应用以原始图为输入,而查询和分析结果则是以原始图经过空间操作后生成的新图件来表示的.在空间定位上仍与原始图一致.因此,也可将其称为空间函数变换.这种空间变换包括叠置分析、缓冲区分析、拓扑空间查询、空集合分析(逻辑交运算、逻辑并运算、逻辑差运算) .这方面应用例子有很多.例如在环境保护方面,对水土流失导致土地资源的破坏进行评价,在区域环境质量现状评价过程中,对整个区域的环境质量进行客观地、全面地评价,以反映出区域中受污染的程度以及空间分布状态,在地学方面,MAPGIS 在油气勘探中和在成矿预测中的应用,解决了肉眼所不能看见的深部构造问题和指明矿产的远景区.

2.3 对属性数据进行综合和融合

在GIS 技术应用中,有时将几个属性项的属性数值加以综合,构成一个具有某领域特定意义的新属性项.这种综合不是综合前属性数据值的简单反映,也不是它们的孤立集合,而是经过某领域研究人员深思熟虑的综合分析,用数量表示某领域问题的综合概念和结果特征.如原国家科委“九五”攻关项目“紧缺矿产资源开发评价系统”中,对研究区进行合理网格大小划分后,利用GIS 空间分析功能,求得每个网格单元的各地层、岩体、脉体的面积及相应的面积百分数、各断裂的长度、方向等众多的属性数值.在此基础上,用具有特定意义数学模型计算出3 个综合属性值,分别为相对熵、断裂的优势度和中心对称度.

地质灾害数据是典型的多源空间数据,它们的数量不一、形式多样.既有定量数据、又有定性文字描述数据.因此在数据融合前,必须统一量化、把定性数据定量化.然后筛选出独立、有用的变量(包括综合变量),选择相应的数学模型(包括定量模型、定性模型和定量定性混合模型) 和模型单元,确定地质异常临界值大小.根据它对未知单元进行异常圈定和异常评价,最后利用GIS 其显示结果.通过GIS 空间叠加分析,对其属性数据值的预处理、筛选、数据融合.利用GIS 管理、显示,使其结果的应用范围与利用价值大大提高.

2.4 综合分析评价与模拟预测功能

通过各类地质灾害的预测系统分析获得灾害发生的最佳组合因素.结合当地的历史灾害数据,水文、气候数据,预测其发生的时间、危害程度,并提出防治措施.应用GIS 技术不仅可以对地质灾害中的空间数据进行编码、存储和提取,而且还是现实世界模型.可以将对现实世界各个侧面的思维评价结果作用其上,得到综合分析评价结果.也可以将自然过程、决策和倾向的发展结果以命令、函数和分析模拟程序作用上这些数据上,摸拟这些过程的发生发展,对未来的结果作出定量的和趋势预测,从而预知自然过程的结果.对比不同决策方案的效果以及特殊倾向可能产生的后果,以作出最优决策,避免和预防不良后果的发生.

2.5 建立专题信息系统和区域信息系统

目前大多数GIS 系统已揉进图像处理功能,并把它作为其一个子模块.这种应用需要在地质灾害现场建立GIS 与遥感的集成系统,它能用自动影像匹配和自动目标识别技术处理卫星获取的数字影像,及时地反映现场现状的正射影影像叠加到数字地图上,数据直接传送到数据工作处理中心站,为专家决策提供实时怎么写作.

应用GIS 技术的一些二次开发函数库开发出具有特定功能软件系统.如国家九五攻关项目“紧缺金属资源快速勘察评价系统”,这个系统中,分为地质变量信息提取模块、数据挖掘模块、物探数据处理模块、图像处理模块、综合预测模块等,其中地质变量信息提取模块使用了MAPGIS 中基本输入函数、空间功能分析函数,目前这个系统已初具邹形.

在地质灾害信息系统中,监测数据输入和数据采集(数字化仪、扫描仪) 是GIS 应用的基础.地质灾害数据库的建立和数据管理是GIS 技术关键.对地质灾害数据的查询、空间分析是应用GIS 技术的前提.而应用GIS 技术通过网络传输和发布是决策者的保证.所以,应用GIS 技术可以为地质灾害提供很方便实用的信息.

3.地质灾害信息系统的结构

鉴于GIS 项目的立项和试点,整个地质灾害基础数据库平台及其管理、分发、共享机制将得以建立.为实现最大限度数据共享,系统数据必然要考虑与之无缝连接,共享部分基础数据.其系统结构如下图所示.其技术关键有2 个方面.

3.1 数据库的建立

建立数据库必将使用GIS 基础数据库的一部分.必须有一套相对完整的工作标准体系,以确保地质灾害信息数据与GIS 的无缝连接.如元数据标准、功能与接口标准、数据集与数据格式标准、数据质量标准、系统集成、工程与安全标准以及数据分类与编码体系标准等一套相对完整的工作标准体系.

异质异源数据的数据格式转化及其相关处理,海量数据的准确获取、录入等都有相当大的工作量.地质灾害信息的数据来源主要包括:勘测(初测P定测)信息,航测及遥感信息,气候水文资料等.对于直接勘测获取的信息(如地形、地貌、地质钻孔等信息),在保证数据精度的情况下,可以直接入库,对于航测或遥感数据,在入库前,必须对其进行预处理.如影像矫正、影像增强、转化为正射影像等,对于已有的地质资料,在入库之前,一定要进行严格的数据质量检查.即是说,这些原始数据包括多种存在形式和多种文件格式,并且有多个数据来源,如何将这些异质异源数据有效地组织起来,建立一个统一的数据库来进行管理.这是系统设计和开发中所必须认真考虑的问题.

Arc GIS 对空间信息的管理是采用分层管理来实现的,具有相同特征的空间信息都放在同一图层上,分层越多越细,对数据的管理、信息的提取、空间分析、分析计算越有利.但是,分层过多又会增加数据采集的工作量.建议在构建系统数据库时,根据图层及其要素类型设计较明细的完整数据库体系结构.

3.2 专业模型的建立

在基于GIS 技术的地质灾害信息系统的开发过程中,另一个关键和难点就是相关专业模型的建立.以滑坡预测为例,可以采用信息模型法.滑坡现象(Y) 受多种因素(xi等于 1,2等n) 的影响.在该模型中各种滑坡因素在滑坡作用过程中所起作用的大小程度可用信息量表达.模型考虑的是某一地质环境中促使滑坡出现的“最佳因素组合”.对于具体斜坡,滑坡产生与否是与预测过程中所获取信息的数量有关.而信息量是系统熵值的改变数量.

P(y)-滑坡发生的概率.

GIS 结合行业应用进行开发.模型的建立是相当关键的一步.不仅需要开发团队具备牢固的GIS相关知识,同时系统中的行业应用模块要求有深厚的相关专业知识.

结束语

GIS是一门科学.也是一种技术.同时,更能为广大的应用和用户带来更加直观、更加现实的信息.从前景的角度来看,绝对是未来信息技术发展的重要方向.基于GIS 技术的地质灾害信息系统的建立,对于全面掌握全图范围内可能发生自然灾害的分布、预测和预报可能发生的工程地质灾害,对地质灾害的防御和处理,最终保障社会的安全和正常有着极为重要的作用.从长远来看必然能创造出良好的经济效益和社会效益.