“武汉市地质灾害与矿产资源管理系统”研究与应用

徐德馨，李定国，李黎，官善友

(武汉市测绘研究院，湖北武汉 430022)

1 引言

武汉地区地质环境条件较复杂，存在的不良地质作用和地质灾害类型主要有岩溶地面塌陷、滑坡、崩塌、软土地面沉降、河流冲蚀塌岸等。其中尤以岩溶地面塌陷、滑坡、崩塌、软土压缩变形等地质灾害影响最大，破坏性最强［1～2］。武汉市矿产资源以建材类和冶金辅助原料类等非金属矿为主，矿产资源开发利用曾经为全市的经济建设做出了较大的贡献，但为实施可持续发展战略，建设山水园林型城市、国家级森林城市的需要，一批在开采区域上与此目标的总体要求和部署有较大冲突的矿产开发地，逐渐被禁采，持证矿山数量从2005年底的272家锐减到目前的47家，减少了73%［3］。

近年来，武汉市处在大建设、大发展时期，工程建设诱发地质灾害和矿产资源环境破坏事故时有发生，为了加强对地质灾害防治、监管以及矿产资源保护，武汉市政府批准建立“武汉市地质灾害与矿产资源管理系统”(以下简称“系统”)。

国内多个城市开展了地质灾害或矿产资源的信息系统建设［4～10］，但由于归口管理或多源、异构数据管理复杂度的原因，进行整合管理的很少见。

2 系统研究

“系统”基于WebGIS技术、RIA技术、数据库技术，以城市地质灾害、矿产资源数据信息化管理与分析为目标，利用GIS强大的空间数据管理和分析功能，建立城市地质灾害、矿产资源数据库;以查询、统计、分析为核心，开发基于GIS技术的城市地质灾害、矿产资源数据分析系统，实现在同一平台上对城市地质灾害、矿产资源数据信息的存储、检索、更新、管理、分析与评价、显示与图件生成等功能，为城市地质灾害、矿产资源数据信息化、实时动态跟踪、提高分析评价精度和效率以及运行管理能力提供高新技术支撑，实现地质灾害、矿产资源信息科学高效地管理与应用，如图1所示。

图1 武汉市地质灾害与矿产资源管理系统界面

2.1 系统总体设计

(1)系统总体架构

系统整体结构采用浏览器/服务器(Browser/server，简称B/S)模式，客户机和服务器之间通过TCP/IP网络协议来进行通讯。数据服务器负责存储、管理所有基础地理空间数据和专题数据，为客户端提供数据服务。客户端负责收集用户的业务请求，实现数据表述功能。系统以微软公司的开发工具Visual Studio 2010、富客户端开发工具Silverlight为基础，结合Esri公司的ArcGIS server为Silverlight提供的API等，构成整个开发的软件平台层。系统总体框架如图2所示。

图2 系统总体架构

(2)数据的组织

系统数据按数据专业属性可分为如下4类，如表1所示。

系统数据内容及说明列表 表1

各类数据的数据库设计是非常重要的内容，是数据模型和系统模型的基础。数据库是整个系统的核心，数据库的设计关系到整个系统的成败，本系统中包含了多种数据类型，既有矢量数据和栅格数据等空间数据也有地灾矿产相关的属性数据、文档数据(doc、pdf、dwg、jpg);既有成点状分布的矿产空间数据，也有成块状分布的地灾评估分区数据，也有高分辨率的航空航天正射影像(DOM)数据，更有表现力直观的街景影像数据，这些异构数据的高效组织与无缝整合是系统成功建设的关键。

2.2 系统功能

系统基于“一张图”的理念，构建了基础地理信息应用平台，集成了全市域的基础地形图、影像图和地名地址、区划、道路、水系等专题数据，并实现了八大功能:①地图缩放、平移、地图标绘、地图打印等GIS通用功能;②距离量测、面积量算、空间定位、空间查询等空间分析功能;③地质灾害危险性评估工程展示、查询、下载等;④地灾分布和防治规划专题数据展示;⑤武汉市矿产资源分布及开发利用现状展示和查询;⑥矿产资源储量的分类显示，实现了查询、统计、报表打印、输出等功能;⑦矿山经济数据分类显示，查询、统计等功能;⑧综合叠加分析、分屏显示等功能。功能示意见如图3所示。

图3 系统功能展示示意图

2.3 系统安全机制设计

由于目前网络应用的自由性、广泛性以及黑客的无孔不入，网络应用面临着各种安全威胁，如非授权访问、信息泄露、病毒入侵、数据被篡改或丢失等。网络的安全因素可以划分到如物理层、网络层、系统层、应用层和安全管理等。

系统的安全设计从表2所示的几个层次及方面综合考虑。

系统安全设计主要内容 表2

其中物理安全方面:关键服务器所在的机房应该有锁具保护以及其他防护措施，建立并执行相应的规章制度，杜绝非授权人员接触关键设备，无人操作时应当将服务器锁定，防止有意无意地操作伤害系统，日常应当将服务器的前面板锁上，防止配件失窃;另外，数据服务器可以采用双机热备份的方式，具有任务分担、故障自动切换功能，硬盘采用磁盘阵列或磁盘镜像技术，UPS电源保证每日连续运行，关键设备应有备件。要增加系统的物理安全，还可以采用冗余磁盘阵列柜技术(RAID)和数据库服务器群集技术。

网络安全涉及平台的各个层面，按照网络OSI的7层模型，网络安全贯穿于整个7层模型。采用适当的安全体系设计和管理计划，能够有效降低网络安全对网络性能的影响并降低管理费用。网络安全方面:结合防火墙技术和入侵检测技术控制访问权限;应用安全扫描技术主动探测网络安全漏洞，进行网络安全评估;应用VPN技术保证外网与网络中心合法连接的安全性。

数据安全方面:除了在底层的网络环境、操作系统一级进行必要的控制外，数据库系统本身也必须采用相应的安全措施，从数据库管理系统一级进行安全控制;数据库管理系统常采用用户身份鉴别、访问控制、数据加密以及审计监听等手段保证数据库的安全，防止未经许可的人员窃取、篡改或者破坏数据库的内容，采用DBMS安全模型，如图4所示。

图4 DBMS安全模式

DBMS安全模型中，数据库的表格、视图可以看作是用户要访问的数据对象，每个对象有多种操作权限(例如:增加、删除、修改、查询)，这些权限被集中授予多个用户角色，用户属于某个角色之后就拥有相应的数据库对象的权限。用户还可以单独的被授予某些操作权限。用户登录时，数据库系统进行身份识别，确认了用户的合法身份后，系统根据用户的操作权限对该用户的操作进行访问控制。

3 系统应用

3.1 在地质灾害危险性评估、防治工作中的应用

系统收录了2005年～2012年来的地质灾害危险性评估项目资料 2 088个，在进行新的地质灾害危险性评估时可以参考系统中临近项目的评估结果，起到事半功倍的作用，尤其对工期紧、要求高的项目具有十分重要的意义。根据不断积累的地质灾害危险性评估方案，系统可以显示每一个工程的评估结果，根据这些评估结果可以制作武汉市地质灾害危险性分区图，随着工程项目的增加，该专题图件分区详细程度会越来越高，越来越准确，为制定地质灾害防治方案提供了很宝贵的基础资料和参考意见。

3.2 在矿产资源管理中的应用

系统收录了2012年2月完成的全市矿产资源分布及开发利用现状图核查修测工作的成果，武汉市全市的47家持证矿山，其矿产开采情况(现状采剥面)及红线范围均在系统中显示。根据现状采剥面与矿山红线范围的空间分析，在系统里可以很清晰地显示是否越界开采，可以查询越界开采距离、面积等信息，在地图上重点圈出、标记，然后打印输出，可方便快捷地进行监管，做到透明监管和执法，如图5所示。

系统建成前，历年矿产资源各类数据散落在不同的系统之中，没有进行整合和集中管理，矿产资源数据管理仅停留在简单的数据管理阶段，降低了管理的效率。系统建成后，结合地理信息技术、可视化技术、网络技术等技术，实现了矿产资源数据的查询统计、空间分析、报表定制、信息发布等功能，实现矿产资源数据的实时、在线管理和动态更新维护，更好地为国土规划、城市建设等提供服务。

图5 矿山开发现状与红线范围核查示意图

3.3 在城市规划与建设管理中的应用

城市对资源的需求日益增大，对环境的影响日益加剧，系统为保证各项工程顺利进行，提供技术支撑和辅助决策，对武汉市城市建设、防灾减灾、保护资源起到重要的技术支撑作用。系统可以很好地把地质灾害、矿产资源的成果集中管理，加强对“控制性详细规划”、“修建性详细规划”和“规划项目选址”的支撑作用。

3.4 在武汉城市地质调查工作中的基础支撑作用

武汉城市地质调查工作从2012年开始全面启动各专项、专题建设，包括地质灾害与矿产资源相关的工作，本系统成果为此次武汉城市地质调查提供了大量基础数据，节约了大量经费和人力物力，为城市地质调查相关工作更进一步调查研究奠定了良好基础。

4 结语

(1)系统收集整理了武汉市多年来的地质灾害与矿产资源信息，实现了信息化管理，为政府相关职能部门管理提供服务，更是为建立武汉市地质灾害群防群治管理、矿产资源监管等奠定了基础。

(2)系统收集的大量地质灾害危险性评估资料信息，为武汉市地质灾害危险性相关研究课题以及武汉城市地质调查工作提供了大量的地质灾害基础资料，成为相关科研和武汉城市地质调查工作的基础数据支撑源。

［1］ 王立．武汉地区岩土工程勘察统一技术措施［M］．武汉:武汉出版社，2010．

［2］ 官善友，彭汉发．论武汉市环境地质问题［J］．工程勘察，2010(S1)．

［3］徐德馨．武汉市地质灾害与矿产资源数据库建设［R］．武汉市测绘研究院，2012．

［3］张泳波，张礼中，周小元等．地质灾害信息系统的设计与开发［M］．北京:地质出版社，2001．

［4］吴树仁，董诚，石菊松等．地质灾害信息系统研究——以重庆市丰都县为例［J］．第四纪研究，2003(6):683～691．

［5］ 陈植华，关学峰，胡成．基于WebGIS的环境地质灾害网络数据库系统［J］．水文地质工程地质，2003(2):20～24．

［6］解志薇，姜国虎，刘善军．基于GIS的矿产资源信息系统的设计与实现［J］．矿业工程，2008(6):56～59．

［7］陈启亮，朱杰勇，朱林生等．基于GIS技术的矿产资源管理信息系统［J］．金属矿山，2009(2):114～117．

［8］占辽芳，廖野翔，彭颖霞等．GIS技术在地质灾害研究中的应用［J］．测绘与空间地理信息，2011(2):168～170．