GIS在地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)中的應(yīng)用思路研究

李文清 尚敏

摘 要:本文基于筆者在災(zāi)害地理和GIS應(yīng)用方面的研究,以GIS在地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)中的應(yīng)用為研究對象,論文首先分析了地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)的意義,進(jìn)而探討了GIS技術(shù)的發(fā)展過程和趨勢,在此基礎(chǔ)上,筆者分析了地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)中的應(yīng)用思路,相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞:GIS地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)應(yīng)用

中圖分類號(hào):P5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)06(b)-0009-02

災(zāi)害是人類社會(huì)共同的敵人。地質(zhì)災(zāi)害是自然災(zāi)害的一種,是在地質(zhì)作用下,地質(zhì)自然環(huán)境惡化,造成人類生命財(cái)產(chǎn)損毀或人類賴以生存和發(fā)展的資源、環(huán)境發(fā)生嚴(yán)重破壞的現(xiàn)象或過程。常見的地質(zhì)災(zāi)害形式主要有6種,它們分別是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫和地面沉降。地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是通過對地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)程度以及對地質(zhì)災(zāi)害各種活動(dòng)條件的綜合分析,評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)的危險(xiǎn)程度,確定地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)的密度、強(qiáng)度(規(guī)模)、發(fā)生概率(發(fā)展速率)以及可能造成的危害區(qū)的位置、范圍。其評(píng)價(jià)的核心是地質(zhì)災(zāi)害的活動(dòng)強(qiáng)度,一般情況,致災(zāi)作用的活動(dòng)程度決定了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性的大小、危險(xiǎn)性的大小。從定性分析看,地質(zhì)災(zāi)害的活動(dòng)強(qiáng)度越高,危險(xiǎn)性越大,災(zāi)害的損失越嚴(yán)重。地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是在大量收集、分析處理地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,運(yùn)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型,計(jì)算各評(píng)價(jià)單元的危險(xiǎn)性,然后劃分出相應(yīng)的危險(xiǎn)性級(jí)別,進(jìn)而進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃,為國家進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害危害最嚴(yán)重的國家之一。地質(zhì)災(zāi)害已嚴(yán)重制約著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,威脅著人民的生命和財(cái)產(chǎn)的安全,成為影響我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。近年來我國地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生,已成為人們普遍關(guān)心的主要問題之一。因此,進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作能為國家進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù),對地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和減輕意義重大,直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的穩(wěn)定。

地質(zhì)災(zāi)害的形成是一個(gè)極其復(fù)雜的問題、受很多因素影響,而這些因素本身具有不確定性、模糊性以及與各地質(zhì)因素相互作用的復(fù)雜性等特點(diǎn)。而且,地質(zhì)災(zāi)害是一種活躍的動(dòng)態(tài)環(huán)境變化過程,它的預(yù)測與防治是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程,所涉及的數(shù)據(jù)信息是巨大的。通過人工管理檔案的方式采用大量的地質(zhì)災(zāi)害信息,這不但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力而且效益不好;同樣,采用傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)的方法進(jìn)行信息收集、傳輸、處理和決策,缺乏空間特性和空間分析能力,這些傳統(tǒng)的、分散式的數(shù)據(jù)信息管理己無法反映當(dāng)前日益嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀,不能很好的反映出地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特性,這就給地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的研究帶來一定困難。目前,地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的方法有很多,可分為定性和定量方法。定性的方法主要是根據(jù)主觀經(jīng)驗(yàn)對地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行定性描述,存在很大的主觀性;而定量的方法則是對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性進(jìn)行估計(jì),在很大程度上消除了定性方法的主觀性。GIS技術(shù)強(qiáng)大的空間信息管理和分析能力為地質(zhì)災(zāi)害的研究提供了強(qiáng)有力的工具、解決方案和獨(dú)特的研究方法,已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)研究之中,正逐步成為本領(lǐng)域研究的發(fā)展方向之一。GIS技術(shù)不僅能有效地管理影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的各種內(nèi)在因素,又能有效地管理各種外部動(dòng)力因素,使地質(zhì)災(zāi)害研究工作進(jìn)入一個(gè)新的信息化、數(shù)字化、定量化的階段。而層次分析法是一種解決多因素復(fù)雜系統(tǒng),能避免由人的主觀性所導(dǎo)致的權(quán)重預(yù)測與實(shí)際情況相矛盾的現(xiàn)象,是目前求取地質(zhì)災(zāi)害影響因子權(quán)重的較好方法,對描述因子的影響力有很好的效果;但該方法卻無法有效的反映評(píng)價(jià)結(jié)果的空間分布格局,存在一定的不足;而GIS技術(shù)具有較強(qiáng)的空間分析能力,恰好可以解決上述不足。

1GIS技術(shù)的發(fā)展過程和趨勢

1.1 地理信息系統(tǒng)的概念

地理信息系統(tǒng)(GIS)是一項(xiàng)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新興技術(shù),圍繞著這項(xiàng)技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用形成了一門交叉性、邊緣性的學(xué)科,是管理和研究空間數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下,它可以對空間數(shù)據(jù)按地理坐標(biāo)或空間位置進(jìn)行各種處理、對數(shù)據(jù)的有效管理、研究各種空間實(shí)體及相互關(guān)系。通過對多因素的綜合分析,它可以迅速地獲取滿足應(yīng)用需要的信息,并能以地圖、圖形或數(shù)據(jù)的形式表示處理的結(jié)果。此外地理信息系統(tǒng)又是一門以應(yīng)用為目的的信息產(chǎn)業(yè),它的應(yīng)用可深入到各行各業(yè)。目前世界上常用的GIS軟件已達(dá)400多種。它們大小不一,風(fēng)格各異。國外較著名的有ARC/INFO,GENAMAP,MGE等;國內(nèi)較著名的有MAPGIS,Geostar和CITYSTAR等。雖然GIS起步晚,但它發(fā)展快,目前已成功地應(yīng)用到一百多個(gè)領(lǐng)域。

1.2 地理信息系統(tǒng)在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀

盡管現(xiàn)存的地理信息系統(tǒng)軟件很多,但對于它的研究應(yīng)用,歸納概括起來有兩種情況:一是利用GIS系統(tǒng)來處理用戶的數(shù)據(jù);二是在GIS的基礎(chǔ)上,利用它的開發(fā)函數(shù)庫二次開發(fā)出用戶的專用的地理信息系統(tǒng)軟件。目前已成功地應(yīng)用到了包括資源管理、自動(dòng)制圖、設(shè)施管理、城市和區(qū)域的規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運(yùn)輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個(gè)領(lǐng)域。在美國及發(fā)達(dá)國家,地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用遍及環(huán)境保護(hù)、資源保護(hù)、災(zāi)害預(yù)測、投資評(píng)價(jià)、城市規(guī)劃建設(shè)、政府管理等眾多領(lǐng)域。近年來,隨我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展,加速了地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的進(jìn)程,在城市規(guī)劃管理、交通運(yùn)輸、測繪、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、制圖等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面。

(1)地理信息系統(tǒng)在地理空間數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用;(2)GIS在綜合分析評(píng)價(jià)與模擬預(yù)測中的應(yīng)用;(3)GIS的空間查詢和空間分析功能的應(yīng)用;(4)GIS的輸出功能在地圖制圖中的應(yīng)用;(5)運(yùn)用GIS系統(tǒng),建立起專題信息系統(tǒng)和區(qū)域信息系統(tǒng);(6)地理信息系統(tǒng)與遙感圖像處理系統(tǒng)的結(jié)合的應(yīng)用。

2地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用

近來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及,以及GIS技術(shù)在地球科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的蓬勃發(fā)展,GIS強(qiáng)大的空間信息管理和分析能力已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)研究之中,為地質(zhì)災(zāi)害的研究開辟了一個(gè)嶄新的途徑,對評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害后果、減輕地質(zhì)災(zāi)害的影響可起到積極的作用。

地質(zhì)災(zāi)害研究是涉及地質(zhì)、地貌、氣象、人文、人類活動(dòng)等諸多領(lǐng)域的一個(gè)龐大和復(fù)雜的多元信息綜合分析過程。目前,國內(nèi)外利用地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用大致有以下幾個(gè)方面。

2.1 地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)和管理

利用地理信息系統(tǒng)的各種功能,建立地質(zhì)災(zāi)害空間信息管理系統(tǒng),管理地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查資料,顯示并查詢地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征信息,評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害的危害程度,分析地質(zhì)災(zāi)害和影響因素之間的關(guān)系,提出減輕和防治地質(zhì)災(zāi)害的措施,對將來可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性區(qū)劃評(píng)價(jià)

由于各種地質(zhì)因素本身的不確定性,以及地質(zhì)因素之間相互作用的復(fù)雜性,在收集大量的基礎(chǔ)地質(zhì)環(huán)境資料前提下,利用GIS對這些基礎(chǔ)資料進(jìn)行有效地處理來提高數(shù)據(jù)的可靠性,通過選取合適的評(píng)價(jià)預(yù)測指標(biāo),運(yùn)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)分析模型,進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)的劃分,從而為地質(zhì)災(zāi)害的管理及防治和預(yù)警決策提供依據(jù)。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)

在地質(zhì)災(zāi)害防治區(qū)劃中應(yīng)用GIS技術(shù),是利用其強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理與空間分析模型方面的功能,對地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查所獲取的信息進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度計(jì)算機(jī)自動(dòng)化分區(qū)。首先確定致災(zāi)因子,對致災(zāi)因子進(jìn)行易發(fā)程度分區(qū)賦值。再求出致災(zāi)因子的敏感系數(shù),將各致災(zāi)因子圖層進(jìn)行基于GIS空間分析的圖層疊加。最后將疊加后的圖層屬性進(jìn)行加權(quán)綜合,得出易發(fā)程度,進(jìn)行易發(fā)程度計(jì)算機(jī)自動(dòng)化分區(qū)。GIS空間分析法所得出的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)圖,反映了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的現(xiàn)勢規(guī)律,而且實(shí)現(xiàn)了對區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的空間預(yù)測。

2.4 對地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性分析

對于地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性分析,國內(nèi)外研究的較少,理論上也比較不成熱,目前較廣泛應(yīng)用的模型有:信息量模型、多元統(tǒng)計(jì)分析模型、模糊綜合評(píng)判模型、基于人下神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法等的模型,其中:將GIS技術(shù)與其它模型結(jié)合起來是進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分析的較為有效的方法。

2.5 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù)

地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)包括地質(zhì)災(zāi)害的災(zāi)情模擬評(píng)價(jià)、預(yù)測預(yù)報(bào)和防治問題及地理空間數(shù)據(jù)庫的建立、空間定位及空間分析下進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情模擬預(yù)報(bào)分析,以能夠存儲(chǔ)、處理、分析、計(jì)算和成圖而著稱的地理信息系統(tǒng)具有得人獨(dú)厚的優(yōu)勢在進(jìn)行多因子定量模擬分析和對因子間相互定量關(guān)系研究方面,地理信息系統(tǒng)的多源地學(xué)專題信息復(fù)合疊加處理功能等顯示出了明顯的優(yōu)勢和極高的效率。對受控于多種因素影響和作用的地質(zhì)災(zāi)害的定量仿真模擬和預(yù)測預(yù)報(bào)具有十分重要的理論指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值,在地質(zhì)災(zāi)害防治中會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用,把我國的地質(zhì)災(zāi)害防治研究工作提高到一個(gè)新的水平。

總之,GIS為人類由客觀世界到信息世界的認(rèn)識(shí)、抽象過程以及由信息世界返回客觀世界的利用改造過程的發(fā)展和轉(zhuǎn)化,創(chuàng)造了空前良好的條件和環(huán)境。目前,地理信息系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)廣泛滲透到了多種學(xué)科領(lǐng)域,在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用方興未艾,尤其在地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)和管理、地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)度區(qū)劃評(píng)價(jià)和GIS與專家系統(tǒng)的集成應(yīng)用方面進(jìn)展很快,在人類生活和國民經(jīng)濟(jì)中起著重要的作用,未來的幾十年中將保持高速發(fā)展的勢頭,成為高科技領(lǐng)域的核心技術(shù)。

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