基于3S技术的数字滑坡地质灾害监测预警方法探讨研究

司大刚 李风贤 冯小东 王艳娟 蒋光伟 高 磊

（兰州资源环境职业技术学院，甘肃 兰州730021）

0 引言

我国地质灾害种类多、分布广、危害大，是地质灾害最为严重的国家之一，严重制约着地质灾害多发地区的经济发展。 据国土部门调查统计，目前，兰州地区共存在地质灾害隐患点4800 多个，已经威胁到60 余万人口的安全，是我国地质灾害在人口密集区最集中的城市[1]，主要地质灾害类型有滑坡、泥石流、崩塌等，其中滑坡占到近三分之一。

近年来，兰州地区不同规模的滑坡地质灾害频发，威胁着人民的生命财产安全，急需构建可靠、有效的滑坡地质灾害监测预警系统。

1 3S 技术在滑坡监测预警中的应用

目前，滑坡监测方法常用的主要有宏观地质监测法、简易监测法、设站观测法、大地精密测量法、仪表监测法和自动遥测法等[2]，但这些方法存在内容单一、精度低、工作量大、时效性差等各种不同程度的缺点，滑坡监测技术的新发展应运而生。

要克服以上缺点，建立准确及时的监测预警系统需要实时有效的监测手段提供技术支持，而GPS 能够实时、快速的提供目标的空间位置，尤其是北斗导航系统和CORS 系统的快速发展，大大提高了测绘工作的精度、速度和效率；RS 可以实时、快速的提供大面积地表物体及其环境的几何与地理信息及各种变化，高分辨率和多源遥感图像融合技术的发展，大大提高了图像的解译能力、图像判读的可靠性和数据分类和目标识别的准确性；GIS 可作为多源时空数据的综合处理和应用分析的平台，云GIS 的发展改变了用户传统的GIS 应用方法和建设模式，以更友好的方式，低成本、高效率地使用地理信息资源。

3S 集成已初成模型在地质灾害监测预警上发挥其作用， 部分地区也已建立基于该技术的监测预警系统，根据该技术已有的发展及兰州地区滑坡地质灾害的现状特征，本文对兰州地区滑坡监测预警系统进行研究与构想。

1.1 基于GNSS 的应用

该方法是通过建立高精度的大地控制网， 监测滑坡位移与变形，应用空间定位系统技术分析两次监测所得的监测点坐标的差异，求取监测点的变形量[3]。 该方法既适用与滑坡变形速率很慢甚至接近于稳定不动的滑坡体监测，也适用于滑坡体的实时动态监测，可用于灾害体不同变形阶段水平和垂直位移监测，精度可达mm 级。

CORS 系统(连续运行卫星定位服务系统)是建立在现代GNSS(Global Navigation Satelite System—全球导航卫星系统)技术上利用多基站网络RTK 技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统[4]。由于CORS 系统具有高质量连续的观测数据，较完善的框架维护和完好性检验方法，极大降低了传统基准点稳定性检核数据处理方面的技术难度，很大程度上提高了监测基准的可靠性。 美国、英国、德国、日本等发达国家都建立或正在建立连续运行参考站（CORS），作为国家地理信息系统基准，为GNSS 差分定位、地球动力学和大气科学提供依据，并结合各地本土情况，服务于不同层次的领域，在地质灾害监测预警方面起到了不容忽视的作用。

在我国目前建设的CORS 系统主要包括：地市级、区域级、行业级的系统，以及服务于特定目标的工程级或微型的CORS 系统，基准站达千余个，在软件、硬件方面也取得了一定程度的进展。 但是国产的CORS 系统数量较少，相关国家标准的标准实施滞后，各CORS 独立运行，系统间存在网络和服务缝隙，不能实现数据共享，另外部分系统的参考站间存在重叠现象，造成了人力、物力和财力的浪费[5]。 因此构建符合国家标准、实现数据共享的国家级CORS，通过授权登陆，对外开放网络使用权等，实现用户GPS 实时高精度差分定位，在滑坡地质灾害中进行实时位移监测、预警和形变分析。

1.2 RS 的应用

遥感技术因其时效性好、宏观性强、信息量丰富，能快速提供可靠的地形地貌、地质构造和地物的信息判别等优点，成为研究滑坡等地质灾害的重要信息技术手段之一。 近年来，随着遥感技术理论体系的不断完善和遥感影像空间、时间、波谱分辨率的不断提高，遥感技术在滑坡等地质灾害监测、分析、预警、评估等方面正发挥着越来越重要的作用。

遥感影像能够以形态、色调、纹理结构等影像特征，能宏观、真实地显示出滑坡的地貌特征，滑坡的边界、规模、形态特征及孕育环境特征等均可以从遥感影像上直接判读圈定；因此应用“数字滑坡技术”[6]对区域滑坡和典型个体大型高速滑坡进行定位、定性、定量调查和监测,并根据滑坡类型、规模、发育环境条件和成因机制分析和评估滑坡的稳定状况、趋势、可能危及范围及可能产生的灾害后果，为应用遥感技术开展滑坡灾害早期识别、监测预警和滑坡灾害风险评估与管理研究等提供可靠的数据保障。

1.3 GIS 的应用

近年来，随着计算机技术的发展，以及地理信息系统（GIS）技术在地质领域的应用，GIS 强大的空间数据分析管理能力在地质灾害研究中的作用日益增强，弥补了传统管理信息系统方法缺乏空间特性与空间分析能力等缺陷， 不仅能够对地质灾害空间数据库进行有效管理,而且可以有效地管理导致地质灾害发生的内外因素。因此利用GIS 进行地质灾害的信息管理，探索基于GIS 的滑坡监测预警系统的研究具有十分重要的意义。

目前，通过GIS 与统计模型、模糊逻辑模型等对滑坡等地质灾害进行危险性与敏感性的评价日趋成熟，通过建立空间数据库，完成对区域内的滑坡等地质灾害进行空间分布的统计、 为决策分析提供各层级的信息和科学比较和验证,进一步完善滑坡等地质灾害信息的更新、同步与共享，最终形成融合遥感和全球定位的综合网络信息平台[7-8]。

2 基于3S 技术的监测预警系统构建

根据3S 技术的特点和滑坡地质灾害监测技术、 构建滑坡地质灾害监测预警系统应主要包括如下几个系统:数据获取与提取、空间数据库管理、空间分析、动态监测、防灾救灾辅助决策模块等。

另外，兰州地区滑坡灾害引发因素仍以降雨为主。 其中以黄河两岸山前及高阶地前缘地带、兰临高速公路沿线、南部山区、窑街矿区、阿干矿区、红古区湟水河沿岸、永登县庄浪河两岸、皋兰县忠和镇、榆中县宛川河下游两岸一带，是兰州地区地质灾害的重点防治区域[1]。所以，还需建立基于GIS 的气象信息监测预警系统。

基于GSCORS 系统，综合运用3S 技术、充分利用计算机信息技术、物联网技术、通信和多媒体技术、嵌入式技术，集滑坡地质灾害信息系统、专业监测、危险评估、专家决策、预报预警、应急响应和指挥于一体，建立对滑坡监测点位移远程视频监控，进行实时动态、自动获取并发布监测预警信息，具有全天候、无人值守、高精度、定量位移监测相结合、预报信息多元化、能准确描述形变趋势、及时获取滑坡灾害发生先兆信息的特点，有效提高滑坡灾害预警预报能力，实现滑坡灾害防治管理的科学化、可视化、标准化及信息化，为防灾减灾决策提供科学依据，为滑坡灾害防治工作质量、效率和管理水平的提高奠定基础。

图1 监测预警系统

3 结语

由于兰州地处黄土高原西部，呈带状盆地，位于我国气候环境变化敏感地带，自然地理、地质环境和人类活动与其他地区不同，其滑坡地质灾害的类型、组合特征和发育、危害程度具有较明显的地域特征和区域变化规律。 随着西北经济建设的大规模发展，大部分地区滑坡地质灾害的发育程度和破坏程度可能将不断增强。 因此，建立实时有效的滑坡地质灾害监测预警系统具有重要的意义。本文所构想的监测预警系统也可应用于其他区域或其他地质灾害监测，是地质灾害监测预警发展的必然趋势。同时，若能建立更加全面的监测网络与平台，并与其他常规监测手段相结合，能够更好地起到防治作用。

［1］兰州近期将建地质灾害监测预警平台[OL].中国政府网:http://www.mlr.gov.cn/xwdt/mtsy/zgxww/,2014-04-16.

［2］邬晓岚，涂亚庆.滑坡监测方法及新进展[J].中国仪器仪表，2001（1）：10-12.

［3］李天文，吴琳，李家权.GPS 技术在滑坡监测中的应用[J].山地学报，2004,21（6）：713-718.

［4］唐力明,李成钢,石晓春,等.GPS/CORS 精密区域地表位移动态监测技术研究[J],测绘通报,2010(5):6-9.

［5］张保钢.我国连续运行基准站（CORS）的建设现状[J].数字通信世界.2011,S1:25-27.

［6］王治华.数字滑坡技术及其应用[J].现代地质,2005,6(19):157 -164.

［7］兰恒星,王苓涓,周成虎.地理信息系统支持下的滑坡灾害分析模型研究[J].工程地质学报,2002,10(4):421-427.

［8］胡德勇,李京,陈云浩等.GIS 支持下滑坡灾害空间预测方法研究[J]遥感学报,2007,11(6):852-858.