基于GIS的省級(jí)地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)

王志敏，汪 飛

（海南省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，海南?？?70206）

基于GIS的省級(jí)地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)

王志敏，汪 飛

（海南省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，海南海口570206）

地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)是以ARCGIS作為基礎(chǔ)平臺(tái)，結(jié)合GIS、數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立的專題應(yīng)用信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害信息的存儲(chǔ)、管理、分析、發(fā)布等功能，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)水平和精度的提高具有一定的促進(jìn)作用，為地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提供決策支持，為各級(jí)政府和社會(huì)公眾防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)、及時(shí)、有效的信息指導(dǎo)。

GIS；地質(zhì)災(zāi)害；預(yù)警

0 引 言

近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的加快，地質(zhì)災(zāi)害日趨嚴(yán)重，給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)造成了危害，已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的不可忽略的因素，引起了各級(jí)政府的高度重視。以防為主、臨災(zāi)預(yù)警和主動(dòng)避讓相結(jié)合仍是未來(lái)地質(zhì)災(zāi)害防治的行之有效的重要措施。建設(shè)地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)，提高預(yù)警水平和準(zhǔn)確程度，是地質(zhì)災(zāi)害防治工作的重要組成部分，在推進(jìn)地質(zhì)災(zāi)害隱患排查、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)警、臨災(zāi)避險(xiǎn)和應(yīng)急處置、防災(zāi)知識(shí)宣傳等方面意義重大[1］。

建設(shè)一個(gè)省、市（縣）可共用的，預(yù)警信息內(nèi)容較為全面及準(zhǔn)確可靠的地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)專網(wǎng)發(fā)布地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)分析有關(guān)信息，提高地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)水平和精度，為相關(guān)政府部門的決策和災(zāi)害地區(qū)群眾的減災(zāi)措施提供科學(xué)、及時(shí)、有效的信息指導(dǎo)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)思路

以GIS作為技術(shù)手段，在已掌握的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等大量資料基礎(chǔ)上，研究各預(yù)警區(qū)地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理，確定各預(yù)警區(qū)地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量和降雨強(qiáng)度閥值，建立地質(zhì)環(huán)境、降雨和地質(zhì)災(zāi)害之間的預(yù)警預(yù)報(bào)模型，為地質(zhì)災(zāi)害氣象信息存儲(chǔ)、管理、分析、傳輸、發(fā)布等研制開(kāi)發(fā)出一個(gè)高效、穩(wěn)定、安全的地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)，為省、市（縣）地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)管理決策服務(wù)，提高各部門工作效率，增強(qiáng)搶險(xiǎn)救災(zāi)的反應(yīng)能力。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

1.2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)是C/S結(jié)構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)，分為數(shù)據(jù)層、管理層、應(yīng)用服務(wù)層3個(gè)層面，利用GIS、數(shù)據(jù)庫(kù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警分析子系統(tǒng)、預(yù)警信息發(fā)布子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理子系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng)如圖1所示，建立起以省級(jí)地質(zhì)災(zāi)害管理部門為網(wǎng)絡(luò)信息中心，市（縣）級(jí)地質(zhì)災(zāi)害管理部門以及其他相關(guān)業(yè)務(wù)部門為節(jié)點(diǎn)的信息系統(tǒng)[2］。

1）數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)服務(wù)層主要為應(yīng)用服務(wù)層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)、氣象預(yù)報(bào)成果數(shù)據(jù)三部分，統(tǒng)一存放在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。

2）管理層：主要由ARCGIS系統(tǒng)平臺(tái)提供接口，管理數(shù)據(jù)。

3）應(yīng)用服務(wù)層：在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，借助ARCGIS平臺(tái)開(kāi)發(fā)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警分析子系統(tǒng)、預(yù)警信息發(fā)布子系統(tǒng)，為各級(jí)用戶服務(wù)[3］。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 軟件平臺(tái)選擇

根據(jù)以上內(nèi)容，選擇了相應(yīng)的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)平臺(tái)和GIS基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，如下：

操作系統(tǒng)：WindowsXP，Windows2003以上操作系統(tǒng)；系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)：Microsoft.net，ASP.net；開(kāi)發(fā)語(yǔ)言：C＃；GIS平臺(tái)：ARCGIS；數(shù)據(jù)庫(kù)：Oracle[4］.

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能是將氣象預(yù)報(bào)信息（降雨信息）與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)（體）分布信息進(jìn)行綜合分析，根據(jù)災(zāi)害點(diǎn)（體）降雨模型，繪制相關(guān)分析圖件，建立地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警分析顯示機(jī)制，通過(guò)系統(tǒng)專網(wǎng)及短消息平臺(tái)發(fā)布地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警分析有關(guān)信息，為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供決策支持。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警分析子系統(tǒng)、預(yù)警信息發(fā)布子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理子系統(tǒng)四部分構(gòu)成。

2.1 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)管理、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)管理和氣象數(shù)據(jù)管理三部分。

2.1.1 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)管理

提供對(duì)現(xiàn)有的基礎(chǔ)地理線劃圖、數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃數(shù)據(jù)、水文地質(zhì)圖、工程地質(zhì)圖、地質(zhì)構(gòu)造圖層等的組織管理。在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理等功能。

2.1.2地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)管理

1）地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)采集

采集、管理斜坡、滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫、地面塌陷、塌岸等地質(zhì)災(zāi)害信息。各類地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查采集數(shù)據(jù)內(nèi)容如圖2所示[5］。

2）地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)展現(xiàn)及維護(hù)

對(duì)災(zāi)害點(diǎn)信息進(jìn)行查詢、檢索，并顯示查詢到的災(zāi)害點(diǎn)的詳細(xì)信息。基于采集軟件采集的災(zāi)害點(diǎn)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)做批量更新。對(duì)各類災(zāi)害點(diǎn)圖層數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與維護(hù)[6］。

2.1.3 氣象數(shù)據(jù)管理

可以接入氣象部門氣象站，對(duì)原始?xì)庀箢A(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和格式轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)源，存儲(chǔ)于氣象預(yù)報(bào)成果數(shù)據(jù)庫(kù)。

劃分為自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)可視化、氣象短時(shí)臨近預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)可視化、降水精細(xì)化預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)可視化、雨量歷史曲線繪制4個(gè)子模塊，其中氣象短臨及精細(xì)化預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)可視化模塊可顯示不同時(shí)間尺度和發(fā)布時(shí)間的氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

1）自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)可視化：以樹(shù)狀目錄顯示所有氣象站。對(duì)同一觀測(cè)站不同時(shí)間的觀測(cè)數(shù)據(jù)可用曲線圖方式展示。

2）氣象短時(shí)臨近預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)可視化：在三維圖上展示短臨預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

3）降水精細(xì)化預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)可視化：在三維圖上展示精細(xì)化預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

4）雨量歷史曲線繪制：根據(jù)災(zāi)害點(diǎn)（體）歷史降雨及預(yù)報(bào)降雨數(shù)據(jù)，有降雨站災(zāi)害點(diǎn)（體）的使用降雨數(shù)據(jù)，無(wú)降雨站災(zāi)害點(diǎn)（體）使用氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)插值處理后的數(shù)據(jù)。繪制指定災(zāi)害點(diǎn)（體）降水曲線圖。

圖2 地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)采集內(nèi)容

2.2 地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警分析子系統(tǒng)

地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警分析的核心是應(yīng)用地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和敏感性分析的成果“敏感因子”和“誘發(fā)因子”進(jìn)行空間疊加、統(tǒng)計(jì)計(jì)算，最后得到預(yù)警成果。

敏感因子：危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果或敏感性分析計(jì)算結(jié)果；

誘發(fā)因子：氣象預(yù)報(bào)的雨量信息，以及專業(yè)監(jiān)測(cè)的雨量信息。

根據(jù)預(yù)警的對(duì)象不同，可分為區(qū)域預(yù)警分析和災(zāi)害點(diǎn)氣象預(yù)警。

2.2.1 區(qū)域預(yù)警分析

區(qū)域預(yù)警分析分為基于柵格單元、區(qū)域單元兩種方法。

1）基于柵格單元的區(qū)域預(yù)警

根據(jù)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果或者雨量預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的空間分辨率，以固定大小的矩形單元為預(yù)警單元，逐個(gè)單元進(jìn)行分析計(jì)算，進(jìn)行預(yù)警分析。分析結(jié)果可以和災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行空間疊加，并利用群測(cè)群防信息進(jìn)行信息發(fā)送。

2）基于區(qū)域單元的預(yù)警

類似基于柵格單元的區(qū)域預(yù)警，但預(yù)警的單元為行政區(qū)劃或其他單元。獲取到降雨量預(yù)報(bào)和天氣預(yù)報(bào)信息后，進(jìn)行預(yù)處理，再根據(jù)用戶選擇的預(yù)警日期和事件，預(yù)警分析因子，自動(dòng)對(duì)需要的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)空間插值生成雨量等因子的柵格地圖，然后與該單元的敏感性值或閥值進(jìn)行疊加計(jì)算。

基于區(qū)域單元的預(yù)警分析的最大優(yōu)勢(shì)是預(yù)警結(jié)果和行政區(qū)劃等單元吻合，利于應(yīng)急處置和信息發(fā)布。

2.2.2 災(zāi)害點(diǎn)氣象預(yù)警

災(zāi)害點(diǎn)氣象預(yù)警模塊應(yīng)用災(zāi)害點(diǎn)分布數(shù)據(jù)、氣象預(yù)報(bào)成果數(shù)據(jù)和地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)策略數(shù)據(jù)，將位于不同預(yù)報(bào)降雨區(qū)間的災(zāi)害點(diǎn)（體）提取出來(lái)，計(jì)算氣象預(yù)報(bào)閾值與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)氣象預(yù)警閾值的交集，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害氣象進(jìn)行預(yù)警?？筛鶕?jù)災(zāi)害點(diǎn)的具體地質(zhì)情況，設(shè)置單獨(dú)的預(yù)警閥值，并定制累計(jì)雨量和氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的疊加計(jì)算方法。

2.3 預(yù)警信息發(fā)布子系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是將不同區(qū)域、災(zāi)害點(diǎn)的氣象預(yù)警信息通過(guò)系統(tǒng)專網(wǎng)、短信平臺(tái)發(fā)布給相關(guān)單位、具體監(jiān)測(cè)人員及社會(huì)公眾，發(fā)布內(nèi)容，可設(shè)計(jì)好文檔及圖片模板，由系統(tǒng)自動(dòng)生成。降雨預(yù)報(bào)閥值、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的選擇、發(fā)布的預(yù)報(bào)模版等可通過(guò)配置參數(shù)設(shè)置。預(yù)報(bào)信息發(fā)布前需要通過(guò)審核，并提供一鍵發(fā)布功能[7］。

2.4 系統(tǒng)管理子系統(tǒng)

主要是對(duì)系統(tǒng)的人員管理、角色管理、安全管理等。

1）用戶管理：對(duì)系統(tǒng)用戶進(jìn)行增刪改、查詢；2）機(jī)構(gòu)單位管理：對(duì)相關(guān)的單位信息進(jìn)行管理；3）角色管理：對(duì)用戶角色進(jìn)行增刪改管理；4）授權(quán)管理：針對(duì)用戶，賦予使用該系統(tǒng)的權(quán)限；5）菜單管理：定義菜單項(xiàng)，對(duì)菜單進(jìn)行增刪改管理。

3 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)在探討地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與GIS技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，充分利用GIS強(qiáng)大的空間圖形與屬性數(shù)據(jù)管理、分析功能，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)快速方便的信息收集、發(fā)布功能以及ARCGIS強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害氣象信息的存儲(chǔ)、管理、分析、發(fā)布等功能，有效提高地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警水平和精度，為省、市（縣）各級(jí)政府部門制定科學(xué)有效的防災(zāi)和避災(zāi)決策，為當(dāng)?shù)厝罕姺罏?zāi)減災(zāi)提供更加科學(xué)、及時(shí)、有效的信息指導(dǎo)，最大程度地減少地質(zhì)災(zāi)害所造成的危害，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，構(gòu)建和諧地質(zhì)環(huán)境[8］。

[1]彭穎霞，何貞銘，占遼芳，等.基于GIS的省級(jí)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J］.測(cè)繪與空間地理信息，2011，34（3）：157－158.

[2]廖野翔，占遼芳，彭穎霞，等.基于GIS的省級(jí)地質(zhì)災(zāi)害信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J］.測(cè)繪與空間地理信息，2011，34（4）：146－149.

[3]張永波，張禮中，周小元，等.地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[M］.北京：地質(zhì)出版社，2001.

[4]陳述彭.地質(zhì)信息系統(tǒng)導(dǎo)論[M］.北京：科學(xué)出版社，1999.

[5]魯學(xué)軍，牛智鵬，肖偉濤，等.地質(zhì)災(zāi)害巡查系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J］.測(cè)繪科學(xué)，2014（2）：90－91.

[6]周小希，李效廣，陳安蜀，等.地質(zhì)資料空間數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J］.測(cè)繪地理信息，2013，38（4）：58－59.

[7]李海峰，高德政.基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J］.四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，26（3）：179－180.

[8]紀(jì)曉東，王雙龍，張 崢，等.深圳市地質(zhì)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J］.測(cè)繪通報(bào)，2010（1）：59－63.

Warning System of Geological Hazard and Meteorological Risk Based on GIS

WANG Zhimin，WANG Fei
（Hydrogeology and Engineering Geology Survey Institute of Hainan Province，Haikou570206，China）

Warning system of geological hazard and meteorological risk is taking ARCGIS as basic platform，combining with GIS，database and computer network technology，to build the thematic application information system.It has realized the storage，management，analysis，release function of geological hazard information，can promoting geological hazard and meteorological risk warning level and improving the accuracy of geological hazard and meteorological risk warning，to provide decision support for geological hazard and meteorological risk warning，to provide scientific，timely，and effective information guide for all levels of government and the public disaster prevention and mitigation.

GIS；geological hazard；warning

P208

A

1008－9268（2015）01－0072－04

10.13442/j.gnss.1008－9268.2015.01.016

王志敏（1983－），女，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)檫b感和地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用。

汪 飛（1983－），男，測(cè)繪助理工程師，主要從事工程測(cè)量、地勘管理，環(huán)境保護(hù)政策研究等。

2014－11－14

聯(lián)系人：王志敏E－mail：61558756＠qq.com