地理信息系統在地質災害應急管理中的應用

周畢鋒

（重慶市江津區(qū)規(guī)劃和自然資源局，重慶 402260）

0 引言

隨著當前科學技術的快速發(fā)展和計算機技術的提升，地理信息的數據處理和分析逐漸成熟，已經可以將地理信息系統運用到城市建設、城市規(guī)劃、環(huán)境規(guī)劃、交通管理、公安系統管理、軍事地理信息等各個領域。隨著當前信息技術的快速發(fā)展，特別是計算機技術的迅猛發(fā)展，地理信息系統的應用范圍越來越廣泛且不斷深入。地理信息系統一直處于不斷變化和發(fā)展過程中，因此地理信息系統在應用時的要求也在不斷更新。本文重點研究了在地質災害中如何應用地理信息系統進行應急管理。

1 地理信息系統的概念

地理信息系統作為一種信息技術，它可以將數據管理系統與圖形管理系統結合起來，達到對管理對象位置和屬性的管理，并且做到對象屬性和位置之間的直接聯系。地理信息系統的主要功能是將各個空間的數據信息收集起來傳送到計算機中，并構建相應的數據信息庫，若外界發(fā)生變化就可通過改變數據的方式讓數據庫實現實時更新，以達到數據庫的及時有效性，地理信息系統作為一類空間數據庫的管理系統處于動態(tài)變化中，因此不可將它和地圖數據庫簡單地混淆在一起。當前地理信息系統所造成的產業(yè)膨脹，已經蔓延到城市建設、城市管理、交通運輸、市場營銷、環(huán)境保護、醫(yī)療教育等各個方面[1]。

2 地理信息系統的發(fā)展現狀和應用領域

2.1 地理信息系統的發(fā)展現狀

GPS 技術從出現到目前的全方位發(fā)展都與地理空間信息之間的處理，分析和應用有密切的聯系，地圖是地理信息系統的發(fā)源，他們都作為地理信息的載體存在，能夠完成地理數據的讀取、儲存、更改、處理、分析和顯示。地理信息系統是由地理學為基礎不斷發(fā)展而來，其發(fā)展的階段可分為以下4 個階段。

第一階段是開發(fā)階段，自20 世紀60 年代開始，由于計算機軟件技術發(fā)展并不良好，因此計算機硬件功能表現較弱，這個時期的軟件重點是開發(fā)主機，因此在算法上并不精準，相應的功能也有明顯的局限性。

第二階段是鞏固階段，到了20 世紀70 年代，計算機技術的發(fā)展速度驚人，能夠讓數據的分析、存儲、查找和描述都更加精確，同時圖像卡、圖形、用戶屏幕等的良好發(fā)展，讓人機對話之間的圖像顯示功能更加強大，這也讓地理信息系統的發(fā)展方向更加明確。此時地理信息系統的需求量已經有了明顯的增加，同時地圖數字化的技術也得到了相應的發(fā)展，通過人機交互的模式完成數據編輯和修改，讓工作效率大幅提升，在這個階段軟件所獲得的最大進展是完成了人機圖形交互技術的發(fā)展。

第三階段是突破創(chuàng)新階段，隨著計算機技術的不斷拓展和普及，地理信息系統也漸漸有了成熟姿態(tài)。這個時期地理信息系統的發(fā)展到了關鍵時期，地理信息系統軟件技術已經可以運用到數據分析處理、數據儲存和運算等方面且突破明顯，而且伴隨硬件技術的迅速發(fā)展，地理信息系統技術所處理的數據復雜程度和數據量也有了明顯的提升，多數軟件技術都已經配備了相應的處理器，并且遙感影像的主體識別主動校正系統分析也有了明確的上升，數據輸出時達到和硬件之間的相互配合，地理信息系統技術可以完成不同形式的地圖輸出，除了已經能夠支持大型地圖數據庫的DBMS 技術以外，地理信息管理工作中適用于地理信息系統空間分析表達的空間數據庫管理系統也在發(fā)展上有了很大的進步。

第四階段是社會化階段，到20 世紀90 年代，數字化新產品與地理信息產業(yè)已經有了全世界范圍內的普及，許多機構也把地理信息系統作為必備系統，特別是在政府決策部門來講，地理信息系統的影響非常明顯，它會對目前決策部門的機構運行模式工作計劃做出改變，而且社會也普遍認識到了地理信息系統，這讓地理信息系統的需求量明顯增加，所以地理信息系統應用得到了深化發(fā)展。也是自20 世紀90 年代開始，我國在地理信息系統技術方面的發(fā)展速度迅猛，它讓我國許多重大經濟問題獲得了分析決策依據，同時地理信息系統技術也逐漸進入各行各業(yè)，獲得了產業(yè)化的發(fā)展條件[2]。

2.2 地理信息系統的應用領域

地理信息系統主要是被用來整合分析數據，這種信息系統可以讓所有需要空間數據信息的部門都應用GPS。當前地理信息系統在城市土地規(guī)劃城市環(huán)境建設、社會經濟發(fā)展、地理測繪、交通信息管理等領域都和空間信息產生了密不可分的聯系，地理信息系統被應用到的領域主要有以下5 個方面。

（1）城市基礎設施建設。城市基礎設施包括城市管道、城市網絡通信建設、郵政、交通設施等。以上所述設施與城市空間分布有密切關系，在地理信息系統上構建相應基礎設施能夠讓設施的管理水平得到提升，并且施工設計、設備維修和故障排查工作的開展效率也會有所提升，因此社會效益和經濟效益都能夠提高。

（2）生態(tài)環(huán)境保護通過地理信息系統達到對環(huán)境信息系統的構建，做好環(huán)境監(jiān)測和趨勢變化，并通過數據的統計分析研究出對環(huán)境保護更有利的依據，另外，地理信息系統還能用來構建植物相關的環(huán)境因素、棲息地因素等信息系統。

（3）社會數據調查和統計分析，地理信息系統已經被廣泛應用于人文地理、民主選舉、人口普查等各方面工作中，我國在這些方面的研究工作也要不斷深入應用。

（4）土地信息系統的構建，土地信息系統是地理信息系統的前身，當前隨著地理信息系統軟件的不斷發(fā)展和優(yōu)化，讓土地信息系統也得到了相應的發(fā)展。根據地理信息系統構建的土地信息系統不管是統計數據信息能力、圖形處理能力、分析能力還是儲存能力、報表生存能力等都和傳統的土地信息系統比較起來有明顯的改善。

（5）軍事領域的使用，地理信息系統在軍事領域中的應用包括數字化軍事地圖、軍事定位、軍事化指揮模擬訓練等各方面，特別是在美國工程兵地形研究室中應用到的三維地形模擬地理信息系統。

3 地質災害應急管理中地理信息系統的應用研究

當前，地理信息系統的應用已經遍布許多領域，比如城市建設規(guī)劃、水資源管理、水土流失、資源勘查、生態(tài)資源監(jiān)測、農作物估產等多個領域，地質災害研究中地理信息系統的應用可以分為以下3 個方面。

3.1 對致災因素的研究

首先是模擬地質災害災情預報。在模擬預報時要對地質災害的災情進行評價預報以及預防，通過建立地理空間數據庫和空間分析研究地質災害發(fā)展的歷史，在大量的工作中研究不同的災種已經有了相應的成效且研究的成果比較豐富。但是總體來講，以前的研究內容欠缺了對地質災害等因素的全面分析，不能把致災因素給地質災害造成的控制機理和各種致災因素之間的關系聯系起來，尤其是在定量分析這些因素時沒有完整的評價研究，地質災害的災情模擬預報工作中對數據的儲存分析計算和顯示是地理信息系統獨有的特點及優(yōu)勢，在完成致災因素之間的相互關系和因素定量模擬分析上，地理信息系統還可以結合疊加處理功能而達到極強的效率。由于地質災害的因素受多方面控制，因此要對地質災害的定量模擬和預報模擬進行理論研究，并獲得使用價值[3]。

其次是地質災害易發(fā)生程度的研究，通過應用地理信息系統技術到地質災害防治工作中能夠利用該技術的數據庫完成空間模型的分析調查，獲取地質災害中的信息并完成處理，達到對地質災害易發(fā)生程度的自動化計算。首先對致災因素進行確定，并完成對致災因素等級的區(qū)分，再利用這些因素的敏感系數完成各圖層的疊加，最后再把疊加后的圖層完成加權綜合，從而得到易發(fā)生程度，這種計算方式能自動化完成。當前，利用襲擾系數法和專家打分法的方式來完成地質災害發(fā)生程度的對比，在對比后發(fā)現襲擾空間分析法的結果比襲擾系數法更加簡明，同時減少了復雜的人工計算流程，還確保了計算結果的精確度。GPS 空間分析法在獲得地質災害易發(fā)程度圖的時候，不但能對地質災害發(fā)生程度作出規(guī)律變化，而且還對地區(qū)地質災害的空間進行了預測。

3.2 地質災害風險系數研究

首先是地質災害危險系數評價，地質災害風險性分析是將地理信息系統運用到地質災害研究中不斷發(fā)展而來，在地質災害模型構建時對地理信息系統技術的應用讓風險評估的效果有了技術支撐。從整個世界范圍來看，地質災害風險分析目前都處于初步發(fā)展階段。在地質災害危險性分析中，許多國內外研究理論較為成熟，且在專業(yè)分析模型時也被廣泛應用，比如多元統計分析模型、模糊評價模型、遺傳算法等。在這之中，信息量模型與地理信息系統系數的整合使用是當前區(qū)域地質災害危險性分析最行之有效的辦法。在地理信息系統軟件基礎上發(fā)展起來的區(qū)域地質災害風險分析系統能夠對目前中國滑坡災害的危險性完成探究，并完成各致災因素和滑坡分布密度圖之間的疊加，最終算出信息量，從而得到信息量大小，完成危險等級的區(qū)分，以及滑坡災害危險性發(fā)生的等級分布。

其次是地質災害社會經濟損失評價，社會經濟損失評價分析中，由于受威脅對象較多因素較多，且獲得資料的難度較大，所以目前這該方面的分析研究工作仍然停留在理論階段，沒有使用的模型。區(qū)域社會經濟損害分析工作中，以歷史上滑坡災害帶來的經濟損失和人員傷亡情況來看，結合地區(qū)設施設備、人口密度、經濟活動范圍、社會結構等分布和發(fā)展情況來綜合考慮，完成地區(qū)人口損害評價和土地損害分析，并基于此，對全國易損害等級進行區(qū)分。

3.3 專家系統和地理信息系統的集成使用

專家系統和地理信息系統的集成應用，其地理信息系統發(fā)揮的主要作用是完成數據的管理并完成空間分析，專家系統的作用主要是通過空間目標的推理和專家知識，來完成災害危險系數的判定。將專家系統和地理信息系統結合起來使用能夠有效推廣專家經驗，同時減少實現作業(yè)的工作量，讓區(qū)域地質災害的動態(tài)管理成為可能。

4 城市地質災害

在城市的地質災害研究中應用地理信息系統來測量城市地面的穩(wěn)定性管理控制，尤其是山區(qū)城市，以重慶為例，該城市基于地面掩體的變化完成機體系統的設置，地面掩體出現了破壞并完成了空間時間的預測，另外利用對城市地質環(huán)境的分析以及城市建設工程之間的相互關系，達到對各種類型的土地能力的分析和評價，再通過地理信息系統技術完成信息的儲存分析和輸出，最終得到了該地區(qū)土地能力的等級斜坡穩(wěn)定性的模型圖。在重慶市地質災害信息管理系統中應用地理信息系統技術，并將該系統作為整個后臺的支撐，從而完成數據的收集更新、查詢、時間分布的可視化分析、數據輸出以及說明。

5 鐵路或其他地質災害

“八五”期間，由原地質礦產部水文地質研究所開展了國家專項研究，其中包括“京津唐地質災害預測防治計算輔助決策系統”，且該項目專題獲得了國家“八五”重大科技成果獎，此系統由幾個子系統組裝而成，分別包括圖形輔助分析、信息數據庫、預測模擬系統、分析評價、決策防治。設計思想是“四庫一體”，也就是通過以預測和防治地質災害為主要目標完成圖形庫數據庫、知識庫、模型庫的統一構建，進而達到對數據和模型的定向計算以及推理，完成定向分析，這也實現了智能決策系統和地理信息系統之間的相互滲透和結合，使此系統不但能夠完成定量分析和定量計算，同時還讓其空間分析能力更加豐富多彩和形象化。地理信息系統技術運用到鐵路地質災害及有關信息的處理中，能夠達到對不同時間、地點的災害地點范圍的分析，同時還能分析發(fā)生概率，比如鐵路作為線形實體，通過地理信息系統完成線形的模型的構建、多路段之間的路線連接、區(qū)域段路程、路徑分支、重疊路段等，同時還能完成復雜的空間分析，為鐵路地質災害的信息完成信息儲存、查詢、模型構建、分析、導出等功能的統一打下良好的基礎。

6 結語

綜上所述，地理信息系統的數據管理能力和空間分析能力非常強大，將其應用到地質災害的模型分析中能夠將地理信息系統各個功能和數據庫的應用充分挖掘，進而讓地理信息系統獲得更加廣闊的發(fā)展前景，同時也讓地質災害工作的開展獲得技術支持。地質災害中應用地理信息系統已經處于不斷深化發(fā)展過程中，期間也出現了許多新的方法和技術，這也讓地質研究工作更加徹底，相信在未來地理信息系統技術快速發(fā)展的過程中，地質災害的應急研究工作也會獲得相應的發(fā)展。