一種地質(zhì)災(zāi)害點風(fēng)險防范的智能化應(yīng)用

李成

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510660）

1 背景介紹

地質(zhì)災(zāi)害是指在自然或者人為因素的作用下形成的，對人類生命財產(chǎn)造成的損失、對環(huán)境造成破壞的地質(zhì)作用或地質(zhì)現(xiàn)象。地質(zhì)災(zāi)害在時間和空間上的分布變化規(guī)律，既受制于自然環(huán)境，又與人類活動有關(guān)，往往是人類與自然界相互作用的結(jié)果。在眾多自然災(zāi)害中，地質(zhì)災(zāi)害作為常見的一種，物理過程十分復(fù)雜。在地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、植被生長環(huán)境惡劣的區(qū)域，地質(zhì)災(zāi)害時常發(fā)生，在眾多地質(zhì)災(zāi)害中，破壞性較強的、較為常見的地質(zhì)災(zāi)害為泥石流與滑坡。其中由于降雨原因?qū)е碌幕路Q為降雨型滑坡，這種滑坡危險性大且具有較強的突發(fā)性，常常導(dǎo)致集體掩埋，為了進一步降低災(zāi)害損失，有必要做好地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險防范，應(yīng)做到提前預(yù)警，進一步降低災(zāi)害事故風(fēng)險隱患。

2 解決思路

本方案針對受威脅人員1000人以上特大型地質(zhì)災(zāi)害點提出地質(zhì)災(zāi)害點風(fēng)險防范的智能化應(yīng)用研究。地質(zhì)災(zāi)害點風(fēng)險防范應(yīng)用主要利用氣象、水文共享的實時雨量數(shù)據(jù)，經(jīng)過綜合分析處理，得到區(qū)域內(nèi)受威脅人員1000人以上特大型地質(zhì)災(zāi)害點的實況和預(yù)報降雨分析數(shù)據(jù)，經(jīng)過地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警模型，預(yù)測各地不同地質(zhì)災(zāi)害點因降雨導(dǎo)致次生地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能，并將分析結(jié)果反饋至相關(guān)監(jiān)管及救援部門，通過靶向短信將發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險信息靶向發(fā)布至周邊群眾，強化各級政府部門地質(zhì)災(zāi)害分析、排查與處理能力，強化人民群眾提前獲得地質(zhì)災(zāi)害信息提前規(guī)避風(fēng)險的能力，有效降低崩塌、滑坡、泥石流等次生災(zāi)害對人民群眾的生命威脅。

2.1 地質(zhì)災(zāi)害隱患信息管理

對地質(zhì)災(zāi)害隱患點信息進行管理，主要包括地質(zhì)災(zāi)害隱患點名稱、行政區(qū)劃、經(jīng)緯度、所在村（居）人數(shù)、應(yīng)急責(zé)任人信息、歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)、歷史災(zāi)情圖片、災(zāi)害影響分析、可能影響的群眾人數(shù)等信息。

（1）隱患點基礎(chǔ)信息：包括地質(zhì)災(zāi)害隱患點的名稱、所在的行政區(qū)域、經(jīng)緯度、所在村（居）人數(shù)等基礎(chǔ)信息。

（2）應(yīng)急責(zé)任人信息：包括姓名、電話、所在單位和職務(wù)等，在發(fā)生災(zāi)情時可第一時間通知相關(guān)責(zé)任人，以便快速展開應(yīng)急救援工作。

（3）歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)：包括地質(zhì)災(zāi)害隱患點名稱、所在的行政區(qū)域、經(jīng)緯度、所在村（居）民數(shù)、影響人數(shù)、傷亡人數(shù)、造成的經(jīng)濟損失等信息。

（4）歷史災(zāi)情圖片：歷史災(zāi)情發(fā)生時的現(xiàn)場圖片。

（5）災(zāi)害影響分析：包括生效的地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警信號，發(fā)生災(zāi)害時可能影響的人數(shù)、經(jīng)濟損失等信息。

（6）地面沉降與位移監(jiān)測：地質(zhì)隱患點的地面沉降和位移數(shù)據(jù)進行實時觀測并展示，對數(shù)據(jù)信息進行匯總和分析處理，為應(yīng)急指揮提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險評估

通過構(gòu)建風(fēng)險分析模型形成針對特大型地質(zhì)災(zāi)害隱患點地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警結(jié)果，同時提供風(fēng)險分析模型閾值訂正功能，供用戶根據(jù)實際情況調(diào)整各隱患點風(fēng)險閾值。

（1）雨量數(shù)據(jù)采集程序

通過系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)交換總線實現(xiàn)雨量站點、格點實況預(yù)報數(shù)據(jù)的接入和調(diào)度管理。主要涉及系統(tǒng)對接、接口適配、數(shù)據(jù)緩存和調(diào)度管理等功能。通過數(shù)據(jù)交換總線，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的接口適配、數(shù)據(jù)緩存和調(diào)度管理，實現(xiàn)不同步長、頻次、大小、種類、速度數(shù)據(jù)的統(tǒng)一同時同域管理。通過實時數(shù)據(jù)交換總線，實現(xiàn)外部門異構(gòu)數(shù)據(jù)的接入和集成。實時數(shù)據(jù)交換總線負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、轉(zhuǎn)換、加載ETL全過程。

（2）實況雨量匹配規(guī)則

針對受威脅人員1000人以上的特大地質(zhì)災(zāi)害隱患點的經(jīng)緯度，確定地質(zhì)災(zāi)害隱患點的具體地理位置，按規(guī)則自動匹配氣象雨量站，用距離最近的觀測站降雨資料代表隱患點雨量。在實際應(yīng)用中，受局部氣候擾動、自動觀測站穩(wěn)定性差異、觀測周邊環(huán)境干擾及數(shù)據(jù)通訊等諸多不確定因素，會導(dǎo)致系統(tǒng)實時接收到的降雨數(shù)據(jù)出現(xiàn)各種誤差，包括數(shù)據(jù)缺測、數(shù)據(jù)錯誤、數(shù)據(jù)一致性誤差、觀測數(shù)據(jù)奇異值擾動、測量系統(tǒng)誤差等問題。如果直接使用站點雨量數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)，容易出現(xiàn)由于自動觀測站誤差導(dǎo)致的預(yù)警錯誤，不能滿足風(fēng)險及時預(yù)警的需要?；谝陨弦蛩?，需要對降雨實況數(shù)據(jù)進行處理，使數(shù)據(jù)質(zhì)量可以滿足山洪預(yù)報預(yù)警的要求?？衫美走_(dá)觀測數(shù)據(jù)，通過插值方法將格點雨量數(shù)值插值到氣象站點以作為站點實況監(jiān)測雨量比對參考值，對于氣象站點雨量異常偏高值和缺失值進行插補修正，以確保氣象站點雨量的準(zhǔn)確性。

（3）預(yù)報雨量匹配規(guī)則

降雨預(yù)報數(shù)據(jù)來源于氣象部門的臨近預(yù)報降雨與數(shù)值預(yù)報降雨等格點預(yù)報產(chǎn)品，而不同的降雨預(yù)報數(shù)據(jù)有不同的時間分辨率及空間分辨率。在進行地質(zhì)災(zāi)害隱患點關(guān)聯(lián)預(yù)報雨量計算前，采用基于三次樣條插值、雙線性插值、克里金插值等科學(xué)的插值計算算法，形成時段一致、空間連續(xù)的降雨信息，包括逐1小時和24小時等標(biāo)準(zhǔn)時段的站點降雨信息，供地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險評估模型分析地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險等級評估使用。

2.3 構(gòu)建風(fēng)險分析模型

（1）模型輸入數(shù)據(jù)處理

相關(guān)研究資料表明，對地質(zhì)災(zāi)害有影響的降雨一般在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前10天（含當(dāng)天）之內(nèi)，選取“當(dāng)天+前9天”的累積有效降雨量超過50mm或當(dāng)天發(fā)生小時降雨量超過10mm，作為判斷是否會發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的最低氣象風(fēng)險閾值。基于自動站實測數(shù)據(jù)，對地質(zhì)災(zāi)害隱患點當(dāng)天、前1天、前2天……前9天的實際雨量，采用以下經(jīng)驗公式，進行累積有效值計算：

Ra=，其中Ra為累積有效降雨量，R0為當(dāng)日降雨量，λ為有效降雨量系數(shù)，Ri為前i日降雨量，i= 1,2……9 。

（2）災(zāi)害風(fēng)險等級劃分

根據(jù)《中國氣象局應(yīng)急減災(zāi)與公共服務(wù)司國土資源部地質(zhì)環(huán)境司關(guān)于調(diào)整地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)的函》可將地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險分為四級，詳見表1。

表1 地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險等級劃分表

（3）災(zāi)害風(fēng)險告警規(guī)則

調(diào)研歷史上的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情信息及對應(yīng)期限過數(shù)據(jù)的歷史資料，參考區(qū)域類地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警工作中雨量經(jīng)驗值，建立致災(zāi)氣象風(fēng)險閾值，示例詳見表2。其中：實況是指實際出現(xiàn)的降雨情況，Ra表示當(dāng)天及前1～9天的累積有效降雨量，R1h表示最近1h的降雨量，預(yù)報是指未來的預(yù)報降雨情況，R1hF表示預(yù)測未來24內(nèi)可能出現(xiàn)1h短時強降雨量，R24hF表示預(yù)測未來24內(nèi)可能出現(xiàn)暴雨及以上量級的降雨量。

表2 降雨量閾值對應(yīng)地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險等級表（單位：毫米）

（4）模型閾值訂正

由于初步設(shè)定的模型閾值參數(shù)精確度較低，實際業(yè)務(wù)中需要根據(jù)自然資源部門反饋的地質(zhì)災(zāi)害資料及監(jiān)測數(shù)據(jù)進行不斷修正，系統(tǒng)提供風(fēng)險分析模型閾值訂正功能，提供針對每一個地質(zhì)災(zāi)害隱患點的閾值訂正功能，以實現(xiàn)不斷提高模型預(yù)警的精確度。

2.4 地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警

根據(jù)實況雨量匹配規(guī)則、預(yù)報雨量匹配規(guī)則，針對地質(zhì)災(zāi)害隱患點當(dāng)天的時雨量和累積有效降雨量進行統(tǒng)計分析，根據(jù)災(zāi)害風(fēng)險告警規(guī)則快速計算各隱患點是否到達(dá)地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警生效的閾值，實時形成地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警內(nèi)容，主要包括：地質(zhì)災(zāi)害隱患點當(dāng)前風(fēng)險等級、地質(zhì)災(zāi)害隱患點累積有效雨量值、地質(zhì)災(zāi)害隱患點過去1小時降雨量值、地質(zhì)災(zāi)害隱患點未來24小時的最大小時雨量值、地質(zhì)災(zāi)害隱患點未來24小時雨量值、受不同等級風(fēng)險影響人口、經(jīng)濟等影響分析統(tǒng)計信息等。

2.5 地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警評估報告

針對地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警結(jié)果，應(yīng)能夠?qū)崟r生成品評估報告，實時繪制地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險點預(yù)警分布圖，形成災(zāi)害預(yù)警結(jié)果、災(zāi)害風(fēng)險影響評估結(jié)果文字描述信息，并根據(jù)不同等級災(zāi)害風(fēng)險的防御指引形成防御意見，支持Word格式或PDF格式的評估報告文檔輸出。

3 結(jié)語

探討構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害點風(fēng)險防范的智能化應(yīng)用，通過匯聚地質(zhì)災(zāi)害點的氣象、水文數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析、數(shù)學(xué)建模等方式，為地質(zhì)災(zāi)害點風(fēng)險防范與災(zāi)害預(yù)警提供支撐，為各級政府提供地質(zhì)災(zāi)害點的風(fēng)險評估和災(zāi)害預(yù)警決策支持，可有效提高地質(zhì)災(zāi)害點災(zāi)害防控能力，實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測、預(yù)警、預(yù)防。下一步，需研究推進結(jié)合應(yīng)急管理救援實戰(zhàn)運用，不斷核實完善應(yīng)用體系，著實提升實戰(zhàn)能力。