GIS技术在地质灾害预警和应急指挥中的应用

摘 要：文章介绍了地理信息系统（GIS）技术的主要功能，包括空间地图管理、预测地理模型、空间分析查询、实时监测、二维三维应用等，并且探讨了以GIS技术为基础，针对泥石流、崩塌、地面塌陷、滑坡等地质灾害而设计的预警系统与应急指挥系统，以期降低灾害造成的影响，减少人员伤亡。

关键词：地质灾害预警；GIS技术；应急指挥；功能；三维

在世界范围内，我国的地质灾害发生率较高，且情节严重。除了自然因素外，人类的活动，如工程建设、煤炭开采、矿产开发等也很可能引起地质灾害，而泥石流、滑坡、崩塌等灾害会导致大量人员伤亡，所以要尽快研究出完整、有效的地质灾害预警和应急指挥系统系统，以降低地质灾害对人民生命财产带来更大的损失。地理信息系统（GIS）的推广和应用为地质灾害的研究提供了可靠的工具，其各项功能在地质灾害预警与应急指挥中也显示出了独特的优势与应用价值。

一、GIS技术的主要功能

（一）地图管理功能

GIS技术能够扩大系统的承载量，储存更多数据与信息，具有较高的灵活性与变通能力，能够及时调整与变化，制作电子版地图，取代以往的纸质地图，分析出过程中存在的错误，使制图质量提高，对地图信息进行科学、全面的分析。根据变化对影响模式进行转化，有效推动科技进步以及灾害预警工作的发展。

（二）空间分析与查询功能

随着信息技术的进步，GIS技术得到了广泛应用，并且使人们的工作质量与效率得到了大大提高，方便了生产与生活。在地质灾害预警工作中，应用GIS技術可大大减少信息收集与开发的人力工作量，通过建立数据库，有助于对各种实时数据与地理信息资源进行收集、整理与处理。以空间定位方面而言，处理过的地理信息图像与数据能够和原始图像数据相同，而且在空间转换时可以重置分析和查询和进行拓扑，利用GIS技术分析、查询地理信息资源与有关数据。

（三）地理模型预测功能

GIS与多种学科相关，其基础就是地理信息，通过收集和整理有关的地理信息，按照区域不同利用地理模型预测功能得到有用的地理及空间信息资源，为地质灾害预警与应急指挥工作提供资料。利用GIS技术可预测与判断某个未知结果，比较实际决策方案与预测分析结果，制定和调整处理方案，以免发生不必要的地质灾害和引起严重后果。GIS技术能够综合分析地质灾害易发区的环境资源与地理信息，全面了解当地的矿产资源、水资源等，预测不同区块发生各种地质灾害的可能性。

（四）二维、三维功能

三维GIS技术是二维GIS技术的发展，如果采用二维技术，就要拓展空间维度，最终仍然是通过三维信息对空间目标进行定义。三维技术具有更高的精准度与准确性，与以平面划分方式为基础的二为目标相比，具有更强的整体性，虽然比较复杂，但可视性较强，应用更为普遍。在地质灾害预警工作中，应用GIS技术的三维功能需要建立三维模型。

大多数地质工程都有钻孔信息、地质剖面图和工程地质图信息，其中涉及地质分布与地表形态等信息，以此为依据可建立三维地质模型。在地质灾害监测区域，一些信息的获取难度较大，利用三维功能可以在三维场景中创建三维模型对象、图片对象与二维标本，对其加以编辑，在空间数据库与标准GIS文件中获得地形概况等资料，建立交互式应用系统，模拟地质灾害的发生情况，科学预警与应急指挥。

（五）自动化监测功能

GIS技术能够对获取、传输与整理数据的整个过程进行自动化监测。将自动化检测仪器放置于地质灾害易发区域，及时得到监测数据。利用埋设的GPS仪器测量监测点的坐标，监测地表位移情况；利用翻斗式雨量计监测区域降雨量；在岩土体钻孔中预埋测斜管，如果岩土体位移出现变化，测斜管也会跟着改变，进而得到其水平位移改变量。在传输数据方面，可结合监测数据特点，选择适合的传输方式，对于地表裂缝计、深部位移钻孔倾斜仪、GPS接收机等无集成GPRS或监测量大的仪器可使用北斗导航卫星通信系统ll6J来传输数据；因为自动雨量计已经集成了GPRS设备，所以在传输数据时可直接采用GPRS。传输模式为终端至终端，地质灾害监测中心将获得的数据传送至后台数据库中，灾害预警系统负责分析，最后就是数据整理的监测。

系统以库表与数据库为基础，可将用户数据存入其中。其采用的数据库可结合有关的监测信息整理仪器信息与获得的监测数据，并利用后台程序将其传入数据库中。GIS的监测功能可用于生成和管理地质灾害的基础信息，管理与预测监测数据，达到灾害预警的目的。

二、GIS技术在地质灾害预警中的应用

地质灾害监测预警通过采用各种地质灾害监测仪器和通信技术，对重点地质灾害隐患点进行自动监测，采用先进的GIS技术，实现地质灾害动态监测信息的实时化、可视化、空间化，提高地质灾害预警预报能力，其主要特点包括：

（1）通过地质灾害监测技术与通信技术的结合，建成地质灾害自动监测网络，实现了地质灾害动态监测信息的采集与传输。

（2）通过先进的GIS技术，实现了地质灾害动态监测信息的实时化与空间化，能实时显示信息，监控仪器是否正常工作，并在地图上展示各监测点的异常状态。

（3）对历史监测数据进行专业分析，生成同要素不同时期对比、不同要素同时期对比等曲线图或折线图，观察各数据演变趋势，研究各监测数据变化之间的内在联系。

（4）实现对地质灾害的自动预警，在监测值达到预警阀值后会自动向指定人员发送预警信息。

该系统发出预警预报的对象是群发型、突发性的地质灾害，如泥石流、滑坡、崩塌等，根据时空分布特征可分为两种类型，即空间预警与时间预警，空间预警指通过观察和分析，找出在特定条件下专题图中容易有地质灾害发生的区域，时间预警则指结合空间分析的结果，进一步确定之前确定区域中可能发生地质灾害的时间段与大概的发生概率。

三、GIS技术在地质灾害应急指挥中的应用

基于GIS的二次开发可实现地质灾害应急指挥系统的功能主要包括：

（1）应急响应：实现地质灾害灾险情速报的上报与审核处理。

（2）应急调查：实现通过手持终端采集现场灾情信息，支持现场拍照、GPS获取坐标、标注危险点、危险区、撤离路线等。

（3）应急处置：制定应急处置方案，包括应急专家组与工作组的设置、应急物资及装备的配置。

（4）灾情评估：实现对灾情的统计与描述，包括灾情现场照片上传、灾害点周边建筑物、交通破坏情况描述、经济和人口损失统计及其他灾情描述信息的编辑。评估灾害的实际情况，从而采取相应的处理措施。

地质灾害应急指挥信息源主要是对当地地质灾害防治工作进行研究而获得的资料，有助于及时获得有关信息，包括灾害波及范围和具体位置等，从而在应急指挥时可以将灾害区域的居民分布、三维环境等情况生动、直观地显示出来，从而为灾害救助人员提供可靠数据，给予有效帮助。

在预警之后，该系统可以针对可能发生地质灾害的区域制图，及时了解地质灾害发生区域的详细资料，如地形概括等，以灾害点的位置为依据，结合有关的空间数据，如城市道路网等，制定出最合理的救助策略以及运送分配救灾物资的以及群众撤离灾区的方案，为该区域制定完整、系统的防灾应急预案。

应急指挥系统实现自身功能的途径主要有两个，其一是利用已有灾害隐患点加以体现，也就是对系统避灾预案中的灾害隐患点进行查找，利用其防灾预案示例实施应急措施，起到应急指挥的目的；其二是利用系统显示功能查看地质灾害发生区域附近的道路与环境，制定避灾救助路线与避灾路线，并且在系统内制作平面图或专题图，为应急指挥制定辅助策略。

地质灾害预警和应急指挥系统开发采用C/S、B/S体系结构，共分为三层，分别是应用层、业务逻辑层和数据层。应用层主要采用GIS技术的空间数据分析与处理功能，结合具体的录入情况，分析专题空间，并针对各种地质灾害制作专题图；业务逻辑层的开发基础包括ADO组件、用户管理组件、灾害预警模型算法、AE应用组件等；而数据层主要是将空间数据，包括属性数据与空间数据，储存在SQL Server数據库中并实施管理。

四、结语

综上所述，各种地质灾害会对人类的正常生活造成不同程度的影响，情况严重时还会造成财物损坏与人员伤亡，不利于社会稳定。GIS技术作为一种集多种功能于一体的综合技术，在许多领域得到了广泛应用，以该技术为基础，建立地质灾害预警与应急指挥系统，可以准确预测地质灾害、评估实际情况，从而在短时间内制定和实施处理措施，在最大程度上降低不良后果带来的影响，具有广阔的应用前景，值得进一步研究。

参考文献

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作者简介：和礼明（1983.12- ），男，山西吕梁人，本科，山西遥感信息工程有限公司，中级工程师，研究方向：地理信息与遥感。