基于GIS的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及評價研究

周 鑫

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)勘查院，鄭州 450001）

近年來，我國日益重視地質(zhì)災(zāi)害問題研究，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生不僅對我國自然環(huán)境造成了巨大的破壞，也對我國人民的生活甚至生命造成不可估量的影響，因此地質(zhì)災(zāi)害研究備受人們關(guān)注。我國疆域遼闊，地勢差異較大，因此如何根據(jù)我國實(shí)際地勢情況對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行科學(xué)有效的調(diào)查研究成為一大工作難題。當(dāng)前，GIS系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和研究中發(fā)揮出不可替代的作用，本文將結(jié)合GIS系統(tǒng)，對有關(guān)地質(zhì)災(zāi)害問題進(jìn)行討論。

1 地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)概述

地質(zhì)災(zāi)害是指在地球的發(fā)展演化過程中，由各種地質(zhì)作用形成的災(zāi)害性地質(zhì)現(xiàn)象。地質(zhì)災(zāi)害不僅嚴(yán)重破壞自然環(huán)境，也威脅到人們的生活乃至生命。地質(zhì)災(zāi)害的成因主要是自然因素，但也不排除人為活動的影響。常見的地質(zhì)災(zāi)害主要分為12類，共48種，其中包括地震、火山噴發(fā)、山體滑坡、泥石流、礦井塌方、地下工程中的瓦斯爆炸、城市內(nèi)澇、海水入侵、潮流沙壩、黃土濕陷、土地沙漠化、水質(zhì)污染、水源枯竭以及城市中的基坑變形、垃圾堆積等。當(dāng)前，我國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率也不斷增加，主要原因是人類活動導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率增大。2015年，各種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)所占比重如圖1所示。

圖1 2015年各種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)所占比重

其中，山體滑坡所發(fā)生的次數(shù)高達(dá)68.3%，而地裂縫和地面沉降雖然總共只有0.5%，但對于自然的破壞同樣不可忽視[1]。

2 GIS系統(tǒng)概述

GIS系統(tǒng)中文名稱為地理信息系統(tǒng)，這一系統(tǒng)涉及的技術(shù)大多集中在地理信息和空間數(shù)據(jù)上。該系統(tǒng)主要結(jié)合了地理學(xué)、地圖學(xué)、測量學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的內(nèi)容，功能較為廣泛。GIS系統(tǒng)的功能主要包括對指定地理位置信息的獲取、處理、分析，還能對所得到的信息內(nèi)容和分析結(jié)果進(jìn)行儲存，如圖2所示。近年來，隨著對GIS系統(tǒng)的不斷研發(fā)，GIS系統(tǒng)的延伸技術(shù)也越來越多，其應(yīng)用范圍和應(yīng)用價值也不斷增大。例如，過程模擬功能就是在實(shí)現(xiàn)GIS系統(tǒng)的三維可視化后所誕生的一大功能，過程模擬功能不僅可以對指定區(qū)域內(nèi)的地理信息進(jìn)行調(diào)查，還能根據(jù)所設(shè)計(jì)的內(nèi)容對所調(diào)查的地理位置進(jìn)行模擬，從而全方位地掌握指定地理位置的全部信息[2]。而在GIS系統(tǒng)的應(yīng)用方面，除了本文所要研究的地質(zhì)災(zāi)害問題，GIS系統(tǒng)還被應(yīng)用于城市建設(shè)開發(fā)、道路交通管理、河道水流走向等工作中。

圖2 GIS系統(tǒng)的功能

3 GIS系統(tǒng)的國內(nèi)外研究進(jìn)展

為了更好地了解GIS系統(tǒng)在調(diào)查區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害工作上的應(yīng)用，在對基于GIS系統(tǒng)的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及評價研究前，本文概述了GIS系統(tǒng)的國內(nèi)外研究進(jìn)展，以便使人充分了解GIS系統(tǒng)，使其在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作中發(fā)揮更大的應(yīng)用價值。

3.1 GIS系統(tǒng)的國外研究進(jìn)展

20世紀(jì)90年代，國外便開始對GIS系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用，起初GIS系統(tǒng)僅被應(yīng)用于區(qū)域地理資源的調(diào)查。隨著對GIS系統(tǒng)的不斷完善，進(jìn)入21世紀(jì)，GIS系統(tǒng)便開始被應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害的研究和調(diào)查中。首先研究調(diào)查的地質(zhì)災(zāi)害為山體滑坡和塌方，主要研究目的為調(diào)查導(dǎo)致山體滑坡和塌方的因素，調(diào)查期間，人們結(jié)合塔西提島的滑坡情況，并利用了地質(zhì)圖、衛(wèi)星圖像等地理信息資料。隨著技術(shù)的成熟，GIS系統(tǒng)從二維平面上升到三維立體成像，這一變化使其功能大大增加。英國地質(zhì)學(xué)家通過GIS系統(tǒng)的模擬技術(shù)對山體滑坡和崩塌的成因進(jìn)行模擬，所得結(jié)果具有一定的參考價值[3]。

3.2 GIS系統(tǒng)的國內(nèi)研究發(fā)展

我國GIS系統(tǒng)研究相較國外起步較晚，但是隨著科學(xué)技術(shù)水平的飛速提升，我國GIS系統(tǒng)研究逐漸開始趕超其他國家。GIS系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)質(zhì)性研究始于21世紀(jì)，國內(nèi)學(xué)者應(yīng)用GIS系統(tǒng)對新灘至巴東庫區(qū)的滑坡災(zāi)害進(jìn)行分析，分析出這一地段容易發(fā)生滑坡災(zāi)害的因素，并通過模擬成像功能對這一地區(qū)發(fā)生滑坡災(zāi)害的概率進(jìn)行分析，調(diào)查后期還對搜集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，和分析結(jié)果一并儲存到數(shù)據(jù)庫中[4]。

4 基于GIS系統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價方法

目前，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價常用三種方法，即層次分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、統(tǒng)計(jì)分析法。下面將根據(jù)這三種主要評價方法，結(jié)合GIS系統(tǒng)進(jìn)行分析。

4.1 層次分析法

當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生時，首要任務(wù)是根據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)對地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性進(jìn)行評價，而層次分析法是一種數(shù)學(xué)分析方法。在應(yīng)用這種方法時，首先對地質(zhì)災(zāi)害類型進(jìn)行分析，其次判斷地質(zhì)災(zāi)害的成因，最后根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行層次比較，對各層次的數(shù)據(jù)建立判斷矩陣，分析出與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時最為切合的矩陣，獲得因子權(quán)重系數(shù)。

4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

顧名思義，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法就是根據(jù)人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而構(gòu)建的一種地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價方法[5]。在結(jié)合GIS系統(tǒng)后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性評價將更加全面，它還具有非線性和自適應(yīng)性兩大特點(diǎn)。由于GIS系統(tǒng)已經(jīng)具備三維成像模擬技術(shù)，因此在結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價時，人們可以對給出的數(shù)據(jù)結(jié)論進(jìn)行模擬。除此之外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法能夠細(xì)致地劃分地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性等級[6]。

4.3 統(tǒng)計(jì)分析法

與以上兩種地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價方法相比，統(tǒng)計(jì)分析法更多地依靠概率學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)內(nèi)容。應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析法時，人們可以結(jié)合GIS系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)庫得到參考統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，再根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來計(jì)算指定地區(qū)發(fā)生各種地質(zhì)災(zāi)害的概率。GIS系統(tǒng)具備信息收集與存儲功能，因此在應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析法時，可以從GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中選擇與所測地區(qū)地質(zhì)情況大致相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而使統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果更加具有可靠性。

5 基于GIS系統(tǒng)的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作思路

5.1 基于GIS系統(tǒng)的總體工作思路

基于GIS系統(tǒng)的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的工作流程主要分為三個階段。一是利用GIS系統(tǒng)收集有關(guān)所選地理位置的地理信息，在收集資料時要數(shù)據(jù)與圖像相結(jié)合，重視地質(zhì)特殊環(huán)境；二是在收集相關(guān)數(shù)據(jù)后，利用GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫找到與所選地理位置環(huán)境相同的其他地區(qū)，經(jīng)過兩者比對，再根據(jù)收集的數(shù)據(jù)來推斷出地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生規(guī)律和成因；三是根據(jù)已經(jīng)推斷出的結(jié)果，制定相應(yīng)的應(yīng)急計(jì)劃，以便在發(fā)生災(zāi)情時能夠第一時間做出應(yīng)急響應(yīng)，而GIS系統(tǒng)在這一階段的任務(wù)便是尋找可以將外界與災(zāi)區(qū)相連接的道路，并第一時間將信息發(fā)送出去[7]。

5.2 基于GIS系統(tǒng)的技術(shù)路線

5.2.1 遙感解譯

在對所選區(qū)域進(jìn)行資料收集時，要根據(jù)具體的調(diào)查目的將整片區(qū)域劃分成重點(diǎn)調(diào)查區(qū)和一般調(diào)查區(qū)，針對重點(diǎn)調(diào)查區(qū)的調(diào)查工作，所應(yīng)用的設(shè)備要高于一般調(diào)查區(qū)，并且要解譯遙感信息和所得影像。其中，解譯內(nèi)容要從三個方面入手，即可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害類型、地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模、地質(zhì)災(zāi)害分布[8]。

5.2.2 地面綜合調(diào)查

遙感調(diào)查結(jié)果無法分析地面實(shí)際情況，因此在進(jìn)行遙感調(diào)查后，人們要進(jìn)行地面綜合調(diào)查。調(diào)查期間，人們不僅要全面分析重點(diǎn)調(diào)查區(qū)的實(shí)際地面情況，還要將信息全部匯入GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集庫中。在地面綜合調(diào)查結(jié)束后，人們要根據(jù)所得數(shù)據(jù)與遙感解譯所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗(yàn)證，以確保信息的準(zhǔn)確性和可靠性。

6 結(jié)語

GIS系統(tǒng)的出現(xiàn)為區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及評價提供了更加科學(xué)可靠的保障，本文分析了GIS系統(tǒng)在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及評價中的應(yīng)用。隨著GIS系統(tǒng)的不斷成熟和完善，區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查結(jié)果可信度將越來越高。GIS系統(tǒng)的優(yōu)化與發(fā)展是未來的一大趨勢，同時應(yīng)用GIS系統(tǒng)對區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查及評價也是必然選擇。