基于ArcGIS平台的地质灾害空间数据库建设

摘要：目前的地质环境与灾害数据大多是MapGIS格式的图形文件而未建立相应的数据库，图形与属性分开存放使数据利用效率很低且难以管理，导致付出大量劳动而取得的成果无法在地灾防治工作中发挥它应有的作用。而ArcGIS可将图属关联存储，同时具有强大的空间分析与建模等功能，基于此建立地质灾害空间数据库，势必会极大的提高数据的利用和管理效率，这样既促进了地质环境信息化的推进，又能为地灾日常管理、防治工作发挥重大作用。

关键词：GIS；地质灾害；数据处理；空间数据库

中图分类号：P642 文献标识码：A

1、引言

随着地质灾害普查、详查、十有县建设等项目的开展与推进，地质环境数据量以几何级数海量增长，传统的管理模式和应用方式越发凸显不足。笔者通过对现有数据的分析与整理、转换与入库等，建立基于ArcGIS平台的县级地质灾害调查数据库，实现对地质环境及地质灾害数据信息化、科学化的管理与应用。

2、数据现状及数据预处理

2.1 数据现状分析

镇安县1：5万地质灾害详细调查数据内容丰富且现势性强。图形数据全部是在MapGIS6.7软件下采集或处理而成的WT、WL、WP图层，灾害点、地质环境点等全部属性信息则单独存放在Access数据库中。对灾点查询、分类统计、分析及数据管理等操作步骤繁杂或难以实现，严重影响了工作效率。基于ArcGIS平台可将影像、图形与属性关联存储在同一数据库中，势必能提高地灾防治工作的效率。

2.2 数据预处理及格式转换

由于两平台所支持的数据类型与结构不同，在建库前期需要对现有数据进行分析、处理、转换才能最终入库，GIS软件本身提供了数据格式直接转换或通过中间文件转换的功能。数据处理与格式转换大都通过以下几种方式进行；

（1）MapInfo方式

①通过文件转换功能，由MapGIS格式到MapInfo格式；

②MapInfo格式到shp格式：利用MIF to Shapefile工具，转为shp文件；

③修复shp数据、定义坐标参考：所有转换后的数据会自带MapInfo的“MapInfo generic lat/long”坐标系，这并不符合数据入库要求，所以转换后文件中的*.prj文件删除后，利用数据库管理工具定义其正确的投影参数。

（2）E00方式

①通过文件转换系统，输出E00格式数据；

②E00格式并不能显示，利用ArcGIS工具将E00转换为coverage文件；

③拓扑重建，输出Shape数据，重新定义参考坐标系统。

（3）直接转换

点文件一般都可以进行直接转换输出shp文件，如若发现转换结果属性错乱，应压缩保存工程后再转换即可保证属性完整。

3、地质灾害数据库建立及应用

3.1数学基础设计

为保证各区市县数据的无缝拼接和后续使用，将建立的地灾空间数据库的数学基础为：比例尺—1：5万；坐标系类型—投影平面直角；椭球参数—西安80；投影类型—高斯-克吕格（横轴等角切椭圆柱）投影；坐标单位—米；投影带类型—6度分带19带（境界范围内数据无跨带）。

3.2数据库内容及要素分层

目前地质灾害数据库建设尚无统一标准，依据《1：5万地质灾害调查信息化成果技术要求》和《陕西省地质灾害详细调查技术要求》，参考其他数据库建设方案或实例，最终确定建立基本地理、基础地质与工程地质、地质灾害、群测群防隐患点、专题图层等5个要素集，各要素属性字段保留原来的类型和长度或根据需要添加新的字段。

3.3 数据库建立及入库

基于ArcGIS平台依次创建数据库、要素集、要素类和关系表。另外，各要素的属性结构一旦建立，ArcGIS中便无法修改字段类型或长度，必要时可以在Microsoft Access中打开修改。

（1）矢量数据（shp文件）入库

利用ArcCatalog的 Load功能分层逐个对应导入shp层。出错几率低，数据库容易备份，而且导入过程中能够再次检查属性结构是否正确。

（2）Table表入库

将崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝等5张表的属性数据，利用ArcCatalog的 Import功能批量导入数据库中。各表通过“统一编号”这一关键字段与灾害点图层进行关联。

（3）栅格数据入库

需要入库的栅格数据有：遥感影像数据、DEM、坡度图、坡向图、降雨量等值线图以及其他经过空间分析得到的各种栅格图像。采用栅格数据集入库方式，并创建影像金字塔索引以提高数据库运行的效率。

3.4 数据质量控制

（1）检查MapGIS原数据的线和面文件，必须是折线而不能是曲线。

（2）利用Topology工具检查点线面及其之间的拓扑关系，比如灾害点要全部在行政区范围内，对于出界点必须查找原因进行修改。

（3）图属一致性检查。当计算结果以地图形式输出时，某些属性将通过图形方式显示，比如灾害点的方向、规模等。

4、数据库功能及应用

4.1 数据输入、存储与管理

ArcGIS提供多种数据输入方式，属性数据可以通过Excel、Access直接輸入，通过关键字与图形关联，也可在输入图形数据时直接录入；图形数据可直接输入或通过其他格式转换；所有数据存储在关系数据库中，与之前单纯的MapGIS图形数据或Excel表格相比，高效存储并利用ArcCatalog组织管理数据。

4.2 空间查询与分析功能

（1）空间数据处理：通过空间数据逻辑运算，派生出新的数据信息，比如根据区内站点降雨量值内插生成降雨量等值线图，以及根据等高线生提取坡度、坡向与曲率等。

（2）查询统计与分析：依靠空间数据进行属性数据的统计分析或者根据图形的逻辑关系进行分析，比如分析境内灾点的发育规律，统计某镇在高易发区内发育的灾害点类型、规模与数量等。

4.3 地质灾害易发程度分区与评价

（1）确定问题：对镇安县进行灾害易发性区划与评价，划定高、中、低易发区。

（2）选择分析工具：空间分析工具、3D分析工具、栅格计算工具。

（3）准备空间数据：spot-5单波段影像、灾害点、宏观地质构造与地貌数据、地形数据（等高线、高程点）、站点降雨量、水文、人类工程活动（包括居民地、道路、矿山等）。

（4）制定分析流程：选取灾点密度、坡高、坡向、坡度、岩土体结构、植被指数、降雨量和人类活动作为因素集，确定各致灾因子权重、划分评价单元、量化并归一化评价指标，利用ArcGIS的modelbuilder的建模功能和空间分析模块，建立镇安县易发性评价模型。

（5）展示分析结果：将数据导入评价模型并运行得到评价结果，在定量评价结果的基础上，结合镇安县地质灾害形成发育的地质环境条件、人类工程活动强度及社会经济现状进行综合分析，最终划分出地质灾害高易发区、中易发区和低易发区。如下图所示：

（6）评价分析结果：高易发区（面积981.49km²，223处灾点，灾点密度0.2272处/ km²）分布于乾佑河、县河、冷水河流域，此区域内人口密度大且工程活动强烈；中易发区（面积827.82km²，74处灾点，灾点密度0.0894处/ km²）主要分布于低山河谷区和中山峡谷区，人类工程活动较弱；低易发区（面积1677.69km²，22处灾点，灾点密度0.0131处/ km²）主要分布于境内的西部、中南部和东南部地区，多属高山、中山峡谷区。

4.4地图制图与成果输出

地图制图是地理信息的主要资料和信息来源，ArcGIS提供了丰富的地图编辑工具和地图整饰功能，成果输出主要有图件成果和表格成果，可为相关人员提供决策服务。

5、结束语

通过对镇安县地质灾害详细调查数据的检查、处理、转换与入库等过程，建立了基于ArcGIS的地质灾害空间数据库，它可以较全面的反映崩滑流等灾害的主要特征，可对应用者提供查询、统计与分析等功能。另外ArcGIS强大的空间数据支持能力以及空间分析功能，极大的方便了地图数据制作和空间数据的维护。日后若有更多业务需求无法满足时，可利用它的开发函数库二次开发出专用的地理信息系统软件，为地质灾害防治发挥更大的作用。

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作者簡介：徐岩岩（1987-），女，籍贯：河南扶沟，助理工程师，硕士，主要从事地质灾害气象预警、地质环境信息化建设。