基于ArcGIS平臺的地質(zhì)災(zāi)害空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)

摘要：目前的地質(zhì)環(huán)境與災(zāi)害數(shù)據(jù)大多是MapGIS格式的圖形文件而未建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，圖形與屬性分開存放使數(shù)據(jù)利用效率很低且難以管理，導致付出大量勞動而取得的成果無法在地災(zāi)防治工作中發(fā)揮它應(yīng)有的作用。而ArcGIS可將圖屬關(guān)聯(lián)存儲，同時具有強大的空間分析與建模等功能，基于此建立地質(zhì)災(zāi)害空間數(shù)據(jù)庫，勢必會極大的提高數(shù)據(jù)的利用和管理效率，這樣既促進了地質(zhì)環(huán)境信息化的推進，又能為地災(zāi)日常管理、防治工作發(fā)揮重大作用。

關(guān)鍵詞：GIS；地質(zhì)災(zāi)害；數(shù)據(jù)處理；空間數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：P642 文獻標識碼：A

1、引言

隨著地質(zhì)災(zāi)害普查、詳查、十有縣建設(shè)等項目的開展與推進，地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)量以幾何級數(shù)海量增長，傳統(tǒng)的管理模式和應(yīng)用方式越發(fā)凸顯不足。筆者通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的分析與整理、轉(zhuǎn)換與入庫等，建立基于ArcGIS平臺的縣級地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對地質(zhì)環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)信息化、科學化的管理與應(yīng)用。

2、數(shù)據(jù)現(xiàn)狀及數(shù)據(jù)預處理

2.1 數(shù)據(jù)現(xiàn)狀分析

鎮(zhèn)安縣1：5萬地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富且現(xiàn)勢性強。圖形數(shù)據(jù)全部是在MapGIS6.7軟件下采集或處理而成的WT、WL、WP圖層，災(zāi)害點、地質(zhì)環(huán)境點等全部屬性信息則單獨存放在Access數(shù)據(jù)庫中。對災(zāi)點查詢、分類統(tǒng)計、分析及數(shù)據(jù)管理等操作步驟繁雜或難以實現(xiàn)，嚴重影響了工作效率?；贏rcGIS平臺可將影像、圖形與屬性關(guān)聯(lián)存儲在同一數(shù)據(jù)庫中，勢必能提高地災(zāi)防治工作的效率。

2.2 數(shù)據(jù)預處理及格式轉(zhuǎn)換

由于兩平臺所支持的數(shù)據(jù)類型與結(jié)構(gòu)不同，在建庫前期需要對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行分析、處理、轉(zhuǎn)換才能最終入庫，GIS軟件本身提供了數(shù)據(jù)格式直接轉(zhuǎn)換或通過中間文件轉(zhuǎn)換的功能。數(shù)據(jù)處理與格式轉(zhuǎn)換大都通過以下幾種方式進行；

（1）MapInfo方式

①通過文件轉(zhuǎn)換功能，由MapGIS格式到MapInfo格式；

②MapInfo格式到shp格式：利用MIF to Shapefile工具，轉(zhuǎn)為shp文件；

③修復shp數(shù)據(jù)、定義坐標參考：所有轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)會自帶MapInfo的“MapInfo generic lat/long”坐標系，這并不符合數(shù)據(jù)入庫要求，所以轉(zhuǎn)換后文件中的*.prj文件刪除后，利用數(shù)據(jù)庫管理工具定義其正確的投影參數(shù)。

（2）E00方式

①通過文件轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，輸出E00格式數(shù)據(jù)；

②E00格式并不能顯示，利用ArcGIS工具將E00轉(zhuǎn)換為coverage文件；

③拓撲重建，輸出Shape數(shù)據(jù)，重新定義參考坐標系統(tǒng)。

（3）直接轉(zhuǎn)換

點文件一般都可以進行直接轉(zhuǎn)換輸出shp文件，如若發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果屬性錯亂，應(yīng)壓縮保存工程后再轉(zhuǎn)換即可保證屬性完整。

3、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫建立及應(yīng)用

3.1數(shù)學基礎(chǔ)設(shè)計

為保證各區(qū)市縣數(shù)據(jù)的無縫拼接和后續(xù)使用，將建立的地災(zāi)空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)學基礎(chǔ)為：比例尺—1：5萬；坐標系類型—投影平面直角；橢球參數(shù)—西安80；投影類型—高斯-克呂格（橫軸等角切橢圓柱）投影；坐標單位—米；投影帶類型—6度分帶19帶（境界范圍內(nèi)數(shù)據(jù)無跨帶）。

3.2數(shù)據(jù)庫內(nèi)容及要素分層

目前地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫建設(shè)尚無統(tǒng)一標準，依據(jù)《1：5萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查信息化成果技術(shù)要求》和《陜西省地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查技術(shù)要求》，參考其他數(shù)據(jù)庫建設(shè)方案或?qū)嵗?，最終確定建立基本地理、基礎(chǔ)地質(zhì)與工程地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害、群測群防隱患點、專題圖層等5個要素集，各要素屬性字段保留原來的類型和長度或根據(jù)需要添加新的字段。

3.3 數(shù)據(jù)庫建立及入庫

基于ArcGIS平臺依次創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、要素集、要素類和關(guān)系表。另外，各要素的屬性結(jié)構(gòu)一旦建立，ArcGIS中便無法修改字段類型或長度，必要時可以在Microsoft Access中打開修改。

（1）矢量數(shù)據(jù)（shp文件）入庫

利用ArcCatalog的 Load功能分層逐個對應(yīng)導入shp層。出錯幾率低，數(shù)據(jù)庫容易備份，而且導入過程中能夠再次檢查屬性結(jié)構(gòu)是否正確。

（2）Table表入庫

將崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等5張表的屬性數(shù)據(jù)，利用ArcCatalog的 Import功能批量導入數(shù)據(jù)庫中。各表通過“統(tǒng)一編號”這一關(guān)鍵字段與災(zāi)害點圖層進行關(guān)聯(lián)。

（3）柵格數(shù)據(jù)入庫

需要入庫的柵格數(shù)據(jù)有：遙感影像數(shù)據(jù)、DEM、坡度圖、坡向圖、降雨量等值線圖以及其他經(jīng)過空間分析得到的各種柵格圖像。采用柵格數(shù)據(jù)集入庫方式，并創(chuàng)建影像金字塔索引以提高數(shù)據(jù)庫運行的效率。

3.4 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

（1）檢查MapGIS原數(shù)據(jù)的線和面文件，必須是折線而不能是曲線。

（2）利用Topology工具檢查點線面及其之間的拓撲關(guān)系，比如災(zāi)害點要全部在行政區(qū)范圍內(nèi)，對于出界點必須查找原因進行修改。

（3）圖屬一致性檢查。當計算結(jié)果以地圖形式輸出時，某些屬性將通過圖形方式顯示，比如災(zāi)害點的方向、規(guī)模等。

4、數(shù)據(jù)庫功能及應(yīng)用

4.1 數(shù)據(jù)輸入、存儲與管理

ArcGIS提供多種數(shù)據(jù)輸入方式，屬性數(shù)據(jù)可以通過Excel、Access直接輸入，通過關(guān)鍵字與圖形關(guān)聯(lián)，也可在輸入圖形數(shù)據(jù)時直接錄入；圖形數(shù)據(jù)可直接輸入或通過其他格式轉(zhuǎn)換；所有數(shù)據(jù)存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，與之前單純的MapGIS圖形數(shù)據(jù)或Excel表格相比，高效存儲并利用ArcCatalog組織管理數(shù)據(jù)。

4.2 空間查詢與分析功能

（1）空間數(shù)據(jù)處理：通過空間數(shù)據(jù)邏輯運算，派生出新的數(shù)據(jù)信息，比如根據(jù)區(qū)內(nèi)站點降雨量值內(nèi)插生成降雨量等值線圖，以及根據(jù)等高線生提取坡度、坡向與曲率等。

（2）查詢統(tǒng)計與分析：依靠空間數(shù)據(jù)進行屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析或者根據(jù)圖形的邏輯關(guān)系進行分析，比如分析境內(nèi)災(zāi)點的發(fā)育規(guī)律，統(tǒng)計某鎮(zhèn)在高易發(fā)區(qū)內(nèi)發(fā)育的災(zāi)害點類型、規(guī)模與數(shù)量等。

4.3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)與評價

（1）確定問題：對鎮(zhèn)安縣進行災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃與評價，劃定高、中、低易發(fā)區(qū)。

（2）選擇分析工具：空間分析工具、3D分析工具、柵格計算工具。

（3）準備空間數(shù)據(jù)：spot-5單波段影像、災(zāi)害點、宏觀地質(zhì)構(gòu)造與地貌數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)（等高線、高程點）、站點降雨量、水文、人類工程活動（包括居民地、道路、礦山等）。

（4）制定分析流程：選取災(zāi)點密度、坡高、坡向、坡度、巖土體結(jié)構(gòu)、植被指數(shù)、降雨量和人類活動作為因素集，確定各致災(zāi)因子權(quán)重、劃分評價單元、量化并歸一化評價指標，利用ArcGIS的modelbuilder的建模功能和空間分析模塊，建立鎮(zhèn)安縣易發(fā)性評價模型。

（5）展示分析結(jié)果：將數(shù)據(jù)導入評價模型并運行得到評價結(jié)果，在定量評價結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合鎮(zhèn)安縣地質(zhì)災(zāi)害形成發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境條件、人類工程活動強度及社會經(jīng)濟現(xiàn)狀進行綜合分析，最終劃分出地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū)。如下圖所示：

（6）評價分析結(jié)果：高易發(fā)區(qū)（面積981.49km²，223處災(zāi)點，災(zāi)點密度0.2272處/ km²）分布于乾佑河、縣河、冷水河流域，此區(qū)域內(nèi)人口密度大且工程活動強烈；中易發(fā)區(qū)（面積827.82km²，74處災(zāi)點，災(zāi)點密度0.0894處/ km²）主要分布于低山河谷區(qū)和中山峽谷區(qū)，人類工程活動較弱；低易發(fā)區(qū)（面積1677.69km²，22處災(zāi)點，災(zāi)點密度0.0131處/ km²）主要分布于境內(nèi)的西部、中南部和東南部地區(qū)，多屬高山、中山峽谷區(qū)。

4.4地圖制圖與成果輸出

地圖制圖是地理信息的主要資料和信息來源，ArcGIS提供了豐富的地圖編輯工具和地圖整飾功能，成果輸出主要有圖件成果和表格成果，可為相關(guān)人員提供決策服務(wù)。

5、結(jié)束語

通過對鎮(zhèn)安縣地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查數(shù)據(jù)的檢查、處理、轉(zhuǎn)換與入庫等過程，建立了基于ArcGIS的地質(zhì)災(zāi)害空間數(shù)據(jù)庫，它可以較全面的反映崩滑流等災(zāi)害的主要特征，可對應(yīng)用者提供查詢、統(tǒng)計與分析等功能。另外ArcGIS強大的空間數(shù)據(jù)支持能力以及空間分析功能，極大的方便了地圖數(shù)據(jù)制作和空間數(shù)據(jù)的維護。日后若有更多業(yè)務(wù)需求無法滿足時，可利用它的開發(fā)函數(shù)庫二次開發(fā)出專用的地理信息系統(tǒng)軟件，為地質(zhì)災(zāi)害防治發(fā)揮更大的作用。

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作者簡介：徐巖巖（1987-），女，籍貫：河南扶溝，助理工程師，碩士，主要從事地質(zhì)災(zāi)害氣象預警、地質(zhì)環(huán)境信息化建設(shè)。