基于时空信息技术的地质灾害监测系统

李 阳，张 锐

(1.山西欣奥特自动化工程有限公司,山西 太原 030012; 山西云时代中科北斗有限公司,山西 太原 030012)

1 绪论

随着近几十年来经济的高速发展和人口的过速增长,人类对自然环境的干扰不断加重,自然环境和人为干扰使得地质灾害日趋加剧。在所有的地质灾害中,除地震灾害外,崩塌、滑坡、泥石流灾害是最为严重的,其以分布广、破坏性强,具有隐蔽性及容易链状成灾为特点,对工程建筑、交通运输、居民生命财产等造成直接危害,间接影响社会安定、引发生态环境恶化,加剧各种自然灾害,引发次生灾害。自然资源部办公厅发布的关于做好地质灾害防治工作的通知中指出各地要深入推进地质灾害风险调查与隐患排查,不断提高地质灾害群测群防专业化水平与监测预警精准度,积极开展地质灾害综合治理与避险移民搬迁,全面提升我国地质灾害防治能力。

目前我国已经建立了省、市、区县监测站和群测群防点,采集、存储、管理了大量的地质灾害相关的空间数据、业务相关的属性数据和动态监测数据,但数据分散于多个部门,形成“信息孤岛”和“新形势烟囱”,管理和共享能力差。利用时空信息开展地质灾害风险源头管控工作、摸清地质灾害风险底数,开展地质灾害监测、灾害预警、灾中应急和灾后恢复重建;对人为工程进行合理规划,避开地质灾害高易发区,能够极大降低地质灾害受损程度[1-2]。

2 系统设计

基于时空信息的地质灾害监测系统的系统架构包括基础设施层、数据层、平台层、应用层和用户层。基础设施层包括服务器、PC端、传感器、防火墙、交换机等,为平台提供计算资源、网络资源和安全资源等支撑;数据层是平台的数据中心,提供卫星数据、基础空间地理数据、传感器数据、业务数据、灾前数据、灾中数据、灾后数据和搬迁工程数据等数据资源的存储;平台层包括空天地大数据管理共享服务系统和空天地大数据可视化系统,为地质灾害监测提供统一的数据组织管理、关联检索和可视化支撑;应用层包括地质灾害“一张图”、地质灾害监测管理系统、风险预警与应急决策辅助系统、移动端和公众号等;用户层包括民众和政府、国土局、减灾委等行政办公体系[3]。

2.1 建设内容

地质灾害监测系统以“信息资源体系化、信息资源共享化、数据时空序列化、分析可视化、应用智能化、服务聚合化、应用开发开源化”为指导思路,以“统一性、开放性、实用性、安全性、可扩展性”为原则,利用遥感、智能传感、GNSS、物联网、云计算、大数据和人工智能等新技术,基于“逻辑一体、物理分布”的云架构,将跨部门、跨地区、跨层级的地质灾害数据有机联系起来,实现遥感数据、地理空间基础数据、专题数据和业务数据的统一组织管理、共享分发、可视化、风险预警和应急决策辅助等。结合移动端和公众号等方式,实现多级联动、多端协同的地质灾害监测预警和群测群防,提高地质灾害综合治理与避险移民搬迁能力[4]。

图1 系统架构图

2.2 系统功能

2.2.1 地质灾害大数据

通过多源卫星、无人机、地面雷达和监测站点等空天地一体化感知手段获取地质灾害相关监测数据,基于统一时空框架对多源数据进行加工处理和组织管理,按照规定的资源目录存储于地质灾害大数据中心,实现对遥感数据、基础空间数据、灾前、灾中、灾后数据,以及人力、物力、医疗卫生、交通运输、通信保障等各类应急资源的在线管理,满足应急救援工作的需要以及恢复重建工作的顺利进行。

2.2.2 地质灾害“一张图”

地质灾害“一张图”基于统一时空基准,提供灾前、灾中、灾后过程中基础影像数据、时序影像数据、基础地理数据、业务数据和专题数据等海量数据的快速加载、数据展示、人机交互和快速制图能力,形成地质灾害“一张图”,辅助相关部门和人员进行灾前风险评估、灾中应急监测、灾后重建规划和灾后重建实施工程的监测。此外提供模板管理、数据管理和运维管理等功能。

2.2.3 地质灾害监测管理

地质灾害监测管理主要实现疑似变化图斑的筛选和核查验证任务管理,具备巡查信息的更新、审核、任务下发、考核管理和案件执法等功能,结合巡检APP和公众号等,联动多业务部门、多级用户开展地质灾害监测、群测群防和应急救援。

巡检人员可在智能手机和平板电脑等便携式设备上利用巡检APP查看巡检任务,开展巡检,满足现场实时业务数据的查询、录入需求,实现现场声音、照片、视频的采集和上传,记录巡查轨迹,提高前后方工作协同能力。公众号主要面向公众用户,提供地质灾害的查询检索服务,鼓励民众参与地质灾害监测,及时发现异常信息和违规活动上报,提高公众在地质灾害监管中的参与感和责任感。

2.2.4 风险预警与应急决策辅助

风险预警与应急决策辅助实现地质灾害的风险监测、预警预报、分析研判和应急指挥。利用遥感监测、仪器监测、气象水文监测和群测群防等多种监测手段,对监测数据进行整合,同时接入原有业务系统数据,日常情况下监控地质状况,如果接收到强降雨或强地质活动信息,及时进行灾害预测分析,实现地质灾害的风险监测和提前预警。

地质灾害发生后快速分析出事件影响范围以及范围内的危险源、防护目标数据,以及并发次生灾害信息,研判启动几级预案,基于预案引擎推荐相关责任部门的具体响应行动,并跟踪各行动部门响应行动处置情况,并综合突发事件处置各方、现场及周边的多源信息,通过APP将救援方案推送给现场处置人员,做到“上情下达”。同时,现场人员利用APP ,及时把现场情况上报到指挥中心,做到“下情上传”。

2.2.5 空天地大数据管理共享服务

空天地大数据管理共享服务按照“物理分布,逻辑集中”的模式,基于统一的时空框架,实现数据入库和集成,支持海量数据库的高效组织,具备多源异构数据的组织管理、承载、共享发布等功能。在多用户大数据量的情况下,具备快速响应各用户端的数据服务请求的能力。空天地大数据管理共享服务系统由多源异构数据承载、时空框架融合、大数据共享发布、大数据交换管理、地质灾害管理门户组成。

2.2.6 空天地大数据可视化

空天地大数据可视化具备地质灾害相关数据的加载和二三维展示功能,并提供了一系列的显示控制与交互式浏览工具进行空间矢量、栅格数据的交互式分析和多屏浏览。

2.2.7 数据服务功能

数据服务能够为地质灾害监测提供充足的数据支撑,协助相关部门进行地质灾害信息的掌握和辅助决策。数据服务通过人机交互方式将采集的多源数据进行处理,提供灾前监测数据服务、灾中监测数据服务、灾后评估数据服务和搬迁工程监测数据服务等,并按照周、月度、季度、年度等周期进行数据更新,实现地质灾害监测数据动态获取。

3 结束语

1) 统一时空基准的“动态地质灾害”数据融合

针对地质灾害监测所需信息来源渠道多、数据统计周期、统计方法、时效性不一致所造成的数据格式不一致、基准不一致、信息难以综合应用等问题,基于时空信息的地质灾害监测系统采用统一的时空基准,将空天地感知手段获取的分散式、碎片化、标准不齐的遥感数据和业务数据等整合成空间无缝、时间连续、要素齐全、标准规范的“动态地质灾害”数据集,将保证时空数据的一致性、兼容性和共享性,大大提高了数据的使用效率和使用深度,让管理部门获取最及时的地质灾害信息。

2) 多源感知地质灾害监管全覆盖

基于时空信息的地质灾害监测系统利用卫星、无人机、地面监测站点等空天地一体化手段为地质灾害监测提供充足、全面、可靠的数据支撑,通过构建一体化综合管理系统为地质灾害监测提供可操作、便捷、立体化的系统支撑,可辅助地质灾害管理部门和管理者开展灾前风险评估、灾中应急监测与指挥调度、灾后重建规划和灾后重建实施监测等业务。通过建设PC端、移动端APP和公众号等多端系统,联合多部门、多用户共同开展地质灾害监测,实现灾情和救援行动“上情下达”和“下情上传”。