西藏道路灾害信息管理平台的设计与实现

樊 晓，田荣燕，梁炜恒，严李强

（1.西藏大学 信息科学技术学院，西藏 拉萨 850000；2.西藏大学 工学院，西藏 拉萨 850000）

0 引 言

青藏高原是目前全世界最高、最年轻且水平地带性和垂直地带性紧密结合的自然地理单元，受印度洋板块与欧亚板块碰撞造山运动作用而形成，新构造运动强烈、深大活动断裂广布，强震频繁[1]。西藏地域辽阔，地质环境条件与地貌类型复杂多样，气候干湿季分明、降雨集中，每年由水流冲刷导致的山体泥石流、崩塌、落石等自然灾害数千起，对公路造成重大危害，甚至引发车毁人亡等重大事故。虽与西藏公路沿线灾害有关的各种预警措施不断推出，这些措施也对预警灾害起到了不可磨灭的作用，但这些预警措施成本普遍较高且平台数据灾种单一，未涉及其他灾种，数据资源不够丰富且不便获取。部分数据平台仅提供灾情信息、科普知识或灾害遥感影像等，不提供文献资料、工具模型以及知识加工产品等资源，且部分网站资源不便于用户下载与获取[2]。目前，在建设道路灾害预警平台过程中，研究工作主要侧重于公路灾害信息管理系统的建立，而为公路运输安全提供技术支撑的防灾减灾系统还在研发中，尤其是如何在灾前进行预测预警并提供合理的预防措施，以及灾后如何快速进行抢险救灾及综合治理等问题，一直是有关部门致力解决的重大问题，国内外均如此。随着我国社会经济的持续快速发展，对公路规划设计、安全运营、管理决策提出了更高的要求。目前，公路交通防灾减灾信息量越来越庞大复杂，数据质量要求也越来越高，急需建立一套功能强大、可满足实际需求的公路地质灾害预警系统，为公路交通安全提供技术保障。

文章设计了与用户职业相关的功能模块，便于不同用户使用。使用对象分为普通用户、政府用户、路政用户和管理人员。同时为方便用户使用及以后的维护和升级，平台采用B/S架构。对灾害点进行科学分类并提供对应的防护措施，实现了信息共享和信息的及时传递，为抢险救灾人员和物资的顺利运输、损毁公路的快速修复或重建提供科学决策依据。做到地质灾害的事前有效预防、事后有效控制与处理，能够为社会公众、灾害管理者与相关部门及时提供灾害信息，对灾害进行有计划、有组织的预防与预警，切实保障人民的生命财产安全。

1 软件设计

1.1 设计思路

目前，在建设道路灾害预警平台过程中，研究工作主要侧重于灾害信息管理系统建设，致力于在灾前进行预测预警并提供合理的预防措施，以及灾后快速进行抢险救灾及综合治理等[3]。综合现有研究成果，通过与政府合作检测公路沿线所有的灾害点信息，并接入路政部门的数据库，开通道路沿线灾害信息上传功能，与灾害管理系统对道路灾害信息的收集形成互补，确保对沿线灾害进行全面监控，降低突发灾害造成的损失。

遥感技术被广泛应用于自然灾害调查、监测、预警、评估的全过程，在大范围、区域性灾害监测或调查中具有显著优势。近年来， 遥感技术已形成高光谱、高空间分辨率、全天时、全天候、实时/准实时的对地观测能力，成为灾害信息获取中不可或缺的先进技术手段[2]。通过利用不同时期的高分辨率卫星影像进行对比研究，提取滑坡、崩塌等地质灾害的遥感信息，建立其解译特征，对其活动性和类型进行解译。通过对提取出的细部信息进行解译识别，可以对地质灾害发展趋势和灾害程度作出比较[3]。将灾害信息进行集中处理，通过算法计算出各灾害点的稳定系数后进行评级，快速获取受灾公路的通达情况，为抢险救灾人员和物资的顺利运输、损毁公路的快速修复或重建提供重要的科学决策依据。根据算法计算出灾害点安全系数，对灾害做进一步预测，并将灾害信息及时发布至平台，以减少二次灾害带来的损失。设计思路如图1所示。通过调用高德地图来显示灾害控制点的位置，通过对控制点的设计实现对灾害的监控。定位与导航功能主要通过高德API接口实现。软件设计功能E-R图是对软件的功能规划，如图2所示。

图1 软件设计思路

图2 E-R图

1.2 软件总体设计

软件对灾害信息的采集和处理分为系统调取和用户反馈两部分。

系统调取是系统接入路政部门的数据库调取灾害信息，对灾害频发地段建立模拟监测点，根据相应数据进行动态监控并作出预测。

用户反馈是由用户在行驶途中上传灾害信息，经审核后发布到平台并对后来车辆进行提醒和路线规划。同时平台设计了相应的奖励机制，对提供灾害信息的用户提供一定的奖励，如定量面额的优惠券和用户名誉等级提升，成为平台的名誉会员等。

平台围绕灾害点分为三个部分，分别是地形地貌图，数据库和防护工程。平台的安全服务主要包括导航服务、预警服务和防护服务。导航服务采用卫星图导航兼具路线规划功能，同时为丰富驾驶人员的旅途生活，导航中内置了提示功能，会为驾驶人员介绍沿途的风景等。预警服务是根据对灾害点的数据分析，提出危险警报和危险区提示。防护服务是对原有的公路沿线边坡防护进行总结后得出的防护建议和措施。软件结构如图3所示。

图3 软件结构

1.2.1 地形地貌图设计

地形地貌图主要分为两部分：卫星图和地形图。通过对灾害点进行现场真实环境采集，建立灾害点区域全景仿真模拟，用户在全景环境下自由转化角度，真实体验灾害点现场自然环境、设备安装部署情况和应急避难场所情况，并在全景模式下查看设备实时监测数据，为用户监测预警提供更加直观、真实的体验[4-6]。卫星图提供的卫星路况用于驾驶导航、路线规划等。

地形地貌图提供了卫星图功能，可通过卫星云图浏览附近的边坡灾害点，查看各灾害点具体信息，根据情况适时规避。地形地貌图内置地形图模块，地形图上可以提供最优行车路线及沿线所有灾害点的分布。点击灾害点桩号可浏览该点所对应的边坡3D轮廓图，边坡的地质报告、边坡的防护工程等信息。不同气候条件下，用户到达危险性较高的灾害点附近时，平台会对用户进行提示并加强对应的观测和防护。

地形图作为灾害预警的基础，可以反映灾害具体情况及边坡稳定性[7]，原理如图4所示。地形图包括三个部分，分别为灾害点稳定性、3D轮廓图、稳定性计算。

图4 地形图原理

地形图上会显示灾害点稳定性系数，提供边坡稳定性计算功能，若想了解某个灾害点信息，系统会自动调取数据库中该点工程地质参数；若想了解某一点的整体轮廓时，可以选择3D轮廓图输入该点里程号，系统会从数据库中调取；若想计算某点的稳定性，可在边坡稳定性计算界面输入参数进行计算[8]。

1.2.2 数据库设计

地质灾害数据库建设需要管理海量的地质灾害空间、调查、监测数据等，提供地质灾害的动态监测与查询、评价分析、预警预报、预警发布等服务[6]。数据库主要分为数据存储、数据处理和数据反馈，数据存储是数据库的基础[9]。本文采用Access进行数据输入和存储。例如边坡稳定性分析通过拾取地质数据库中的相关参数进行边坡稳定性计算[9]，评定相应的稳定性等级，反馈到地形图和线路规划中，供用户参考，并以此为主要参数为用户规划行进路线。得益于Access数据库软件的数据存储功能，工程技术人员可以将野外采集数据输入该数据库。将采集的灾害点参数输入数据库，系统自动计算稳定系数，并根据天气等因素对计算出的稳定系数进行一定调整。数据反馈提供边坡稳定性计算功能，可从数据库中提取边坡参数或手动输入边坡参数，系统将迅速计算出其稳定性。边坡稳定性计算提供了数据保存功能，用以更新原有数据。以数据库为中心，服务于其他模块，建立各模块的功能属性。各项功能应用均依靠调用数据库的相关信息实现[10]。数据库结构如图5所示。

图5 数据库结构

1.2.3 导航系统设计

图6所示的软件导航图提供了导航功能和提升功能。导航服务包括灾害点类型及分布和路线规划。灾害点的类型及分布由数据库地质数据提供，如添加新坐标，可根据数据库中灾害点信息在导航图中添加地标。路线规划由灾害点个数及其稳定性等级共同决定。用户在软件中确定起点和终点后，系统自动识别行车路线，并根据不同行车路线的灾害点稳定性系数计算出其危险性系数。

1.2.4 稳定性评级设计

滑坡地质灾害影响因素主要分为内在因素、外在因素和历史状况。其中内在因素包括地形地貌、地质构造和地层岩性；外在因素包括年降雨量、到河流距离、植被覆盖率及人类活动；历史状况包括滑坡密度和滑坡规模。这些控制因子被称为滑坡控制因子。年降水量可以利用气象卫星及地面水文观测站得到，而其他滑坡控制因子可以利用陆地资源卫星同时结合实地勘察予以查明[3]。通过调取各灾害点的控制因子计算出该点的稳定性系数，并根据计算出的稳定性系数通过下式计算出各路线的危险性系数：

式中：S为危险性系数；A1，A2，...，An为各灾害点的稳定性系数；n为灾害点个数。系统筛选各线路稳定性系数后，将稳定性系数最大的线路推荐给用户。遇到极端天气或道路灾害时，将降低该区域内的灾害点稳定性系数并重新计算各线路危险性系数，筛选出危险系数最低的路线推荐给用户，并提供每个路线的危险性系数供用户判断。

图6 西藏安全行导航图原理

2 系统实现

建立B/S结构的网络应用，并通过Internet/Intranet模式下的系统应用实现不同用户从不同地点以不同接入方式访问系统的功能。本系统在Windows操作系统平台上运行，Web服务器为HTML5，数据库服务器为SQL Server 2000数据库。系统具有灾害预警、路况分析、道路导航、语音播报等功能，通过对西藏道路灾害点进行实时更新和补充与动态监测，对灾害点进行科学分类并提供对应的防护措施，为抢险救灾、损毁公路的快速修复或重建提供数据依据。对不同的用户开放不同的权限，满足不同用户的需要，实现地质灾害的事前有效预防、事后有效控制与处理，对灾害进行有计划、有组织的预防与预警。

2.1 普通用户

基于用户需求，提供系统设置、查看地图、意见及信箱和安全教育四个模块。“系统设置”可查看自己的账户信息、修改账户密码；“查看地图”可查看当前所在地及周边的详细信息；“意见及信箱”是平台了解用户体验及反馈的主要通道，用户可以通过该模块上传突发的灾害信息，上传的灾害信息经平台审核发布后，平台将为提供灾害信息的用户进行有偿奖励；“安全教育”是用户到相应灾害点附近后，平台通过语音播报的方式为用户提供灾害详情与灾害类型相应的安全技能教学模块。平台会实时发布最新的道路灾害信息，减少信息传递迟缓带来的损失。基本功能界面如图7所示。

图7 基本功能界面

2.2 政府部门

系统可为政府工作者提供地质数据展示、工程造价数据展示和交通发展建议。“地质数据”为政府人员提供最新灾害数据，便于地质分析和工程建设的进行，并及时制定相应的防护措施；“工程造价数据”为政府提供国内外各种大型工程的方案和数据资料，是一个信息交互平台；“交通发展建议”为路政提供准确的灾害信息，为政府搭建一个密切联系广大群众的信息服务平台，为西藏提供交通道路建设资源。政府各级部门可以通过广播的会议方式传达文件通知、安排部署工作。可以根据灾情的实际情况对正在道路行驶的车辆进行紧急预警通告，防止无端信息大面积散播，造成人员恐慌。

2.3 管理人员

管理人员拥有最高权限，负责平台的日常运行和维护，为管理者提供公司业务、路政部门、政府部门和普通用户四个功能板块及账户管理和日志管理功能。“账户管理”是对所有账户进行管理的模块，可查看现有账户信息并开通新的账户；“日志管理”是查看用户反馈及审核用户上传灾害信息的模块；“公司业务”是修正地图数据、添加新灾害点、查看现有灾害点及维修历史的模块，为地图的更新提供基础。“添加灾害点”可添加公司勘察和路政人员反馈的灾害点并进行地图更新，用户上传的灾害信息经审查核实后由管理人员在此模块添加；“查看灾害点”可查看已被标记为灾害点的详细信息，如灾害形成的原因、该灾害点的灾害爆发历史等；“维修历史”可查看路政对各灾害点的维护信息，包括维护人员、维护时间、是否维护等。管理员功能界面如图8所示。

图8 管理员功能界面

2.4 生活服务

系统还为普通用户提供了一定的生活服务，系统通过定位用户当前所在地，将附近的旅游景区、地方特产和美食通过平台推送给用户，用户可以通过平台向商家下单自己中意的商品。在灾害点附近放置提示装置，当有用户靠近时，提示装置将提醒用户前方危险减速慢行。同时系统会根据用户附近的灾害点向用户普及对应的逃生技巧和科学理论。

3 结 语

为解决预警信息反馈滞后及预警成本过高等问题，道路灾害信息管理软件应运而生，不仅提供基础服务更拓展了业务，使得软件在提供安全服务的同时提升用户的生活品质。软件拥有以下功能服务和优势。

（1）软件具有灾害预警、路况分析、道路导航、语音播报等功能，对西藏道路灾害点进行实时更新和补充，为用户提供预警信息，能够及时、准确地预防地质灾害发生、了解公路的受灾情况，也能够为抢险救灾人员和物资的顺利运输、损毁公路的快速修复或重建提供重要的科学决策依据，为西藏道路安全提供有力保障。

（2）提出了未来规划，描述了软件的潜在价值，分析了与已有软件区别，证明了该软件的优越性，讲述了软件的创新模块，为用户带来了更好的体验，切实保证了用户的利益。相比已有软件，该平台不仅能够更加及时反馈灾害点信息、实现信息共享，还可以及时对灾害点防护和治理提供建议。

（3）虽然目前的科学技术还不能直接阻止地质灾害的发生，但一切重大地质灾害在发生之前会发出一系列警告信息。要减轻地质灾害造成的损失，就必须应用先进的科学技术手段及早捕获这些信息，并做出快速反应和决策。与文献[3]相比，文章为道路灾害的预测和灾害信息的实时传递提供了新的思路。