ArcGIS在地質(zhì)災(zāi)害危險性評估中的應(yīng)用探討

農(nóng)少年 梁鵬

1. 廣西壯族自治區(qū)二七二地質(zhì)隊 廣西 南寧 530031；

2. 廣西壯族自治區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 廣西 南寧 530028

引言

近年來隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，工程建設(shè)活動頻繁，對地質(zhì)構(gòu)造的擾動程度不斷增強，嚴(yán)重破壞了地質(zhì)環(huán)境平衡，進一步加大了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率，因此必須加強對地質(zhì)災(zāi)害危險的評估，以達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。為提高危害評估的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，在地質(zhì)災(zāi)害危害評估工作中應(yīng)積極應(yīng)用ArcGIS等先進的技術(shù)方法。ArcGIS不僅能夠提供更為多元化的功能，而且具有較高的信息化以及自動化水平，能夠廣泛適應(yīng)多種地形地貌條件下的測圖要求，從而為地質(zhì)災(zāi)害危險評估提供更加可靠的參考依據(jù)。評估人員應(yīng)充分了解ArcGIS技術(shù)特點，提高軟件技術(shù)應(yīng)用的有效性和規(guī)范性，充分發(fā)揮ArcGIS技術(shù)優(yōu)勢和作用。

1 基本概念分析

1.1 概述ArcGIS技術(shù)

所謂ArcGIS技術(shù)主要是指計算機制圖的軟件平臺，該技術(shù)以GIS平臺為基礎(chǔ)，集成了多項應(yīng)用軟件，具有多元化的GIS服務(wù)功能，能夠完成各類測圖任務(wù)，并為地圖數(shù)據(jù)的共享與應(yīng)用開發(fā)提供了平臺基礎(chǔ)[1]。隨著ArcGIS技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，其在地質(zhì)災(zāi)害危害性評估等多個領(lǐng)域中均得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2 概述地質(zhì)災(zāi)害危險評估工作

為有效約束工程活動對地質(zhì)構(gòu)造的影響，降低工程建設(shè)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的概率，必須在工程項目建設(shè)前開展地質(zhì)災(zāi)害危險評估工作，充分了解目標(biāo)區(qū)域地形地貌條件以及地質(zhì)構(gòu)造特征，準(zhǔn)確判斷擬建工程的施工建設(shè)對地質(zhì)結(jié)構(gòu)的擾動程度以及可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害類型、發(fā)生概率、破壞程度等，從而為地質(zhì)災(zāi)害防控以及應(yīng)急處置預(yù)案的制定提供參考依據(jù)。

2 ArcGlS在地質(zhì)災(zāi)害危險性評估中的應(yīng)用分析

2.1 ArcGIS在地質(zhì)災(zāi)害危險性評估中的應(yīng)用技術(shù)路線分析

在應(yīng)用ArcGIS對目標(biāo)區(qū)域進行地質(zhì)災(zāi)害危險評估時，應(yīng)首先全面收集目標(biāo)區(qū)域的相關(guān)地質(zhì)數(shù)據(jù)，然后以地質(zhì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行數(shù)據(jù)的處理分析，創(chuàng)建TIN并進行DEM模型的制作。之后應(yīng)根據(jù)DEM模型構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域的三維地質(zhì)模型，并自動完成測區(qū)高程圖、坡度圖以及坡向圖的繪制工作，為地質(zhì)災(zāi)害危險評價的評價指標(biāo)體系構(gòu)建以及評價模型建立提供重要的參考依據(jù)。在此基礎(chǔ)上才能確保地質(zhì)災(zāi)害危險評估結(jié)果客觀準(zhǔn)確。

2.2 應(yīng)用ArcGIS開展地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作

2.2.1 ArcGIS應(yīng)用中數(shù)據(jù)源選擇要點分析。在地質(zhì)災(zāi)害危險評價工作中可以采用全國土地調(diào)查中所獲取的地質(zhì)數(shù)據(jù)等作為ArcGIS的數(shù)據(jù)源。數(shù)據(jù)源形式一般應(yīng)為遙感影像信息，且應(yīng)經(jīng)過內(nèi)外業(yè)的綜合處理，所構(gòu)建數(shù)據(jù)庫必須符合地質(zhì)災(zāi)害危險評價標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣可以降低數(shù)據(jù)處理難度，提高數(shù)據(jù)處理效率。

2.2.2 ArcGIS應(yīng)用中數(shù)據(jù)信息預(yù)處理要點分析。在應(yīng)用ArcGIS開展地質(zhì)災(zāi)害危險評價時，應(yīng)先對數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。ArcGIS軟件能夠提高數(shù)據(jù)矯正處理、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式對影像信息進行剪裁以及高程等多元化的功能，能夠滿足測區(qū)地形原始數(shù)據(jù)的各項預(yù)處理要求。

2.2.3 應(yīng)用ArcGIS創(chuàng)建TIN文件要點分析。在應(yīng)用ArcGIS開展地質(zhì)災(zāi)害危險評價時還應(yīng)進行不規(guī)則三角網(wǎng)的創(chuàng)建。在構(gòu)建TIN三角網(wǎng)時應(yīng)以測區(qū)內(nèi)有限個點集為基礎(chǔ)，對目標(biāo)區(qū)域進行等面積劃分，以完成三角面網(wǎng)絡(luò)的建立，而連續(xù)三角面則構(gòu)成了數(shù)字高程[2]。在確定三角網(wǎng)的具體大小以及形狀時，工作人員應(yīng)充分考慮測點分布位置以及密度等因素，由于測點分布具有不規(guī)則性特點，因此要注意防止數(shù)據(jù)冗余情況出現(xiàn)在地形較為平坦的區(qū)域，同時地形特征點要能夠?qū)?shù)字高程特征進行準(zhǔn)確的描述。通常TIN三角網(wǎng)主要適用于對覆蓋表面存在連續(xù)分布現(xiàn)象的擬合。利用ArcGIS平臺軟件創(chuàng)建TIN三角網(wǎng)時，應(yīng)首先獲取目標(biāo)區(qū)域的基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)，然后點擊軟件中的ArcToolbox項目，將該項目中的3D Analysis打開，然后再依次打開菜單中的creat/modify以及creat Tin from features選項，之后在操作頁面彈出對話框的creat Tin from features中的high source項目中點擊高程選項，并在Output TIN項目中進行輸出目錄的選擇。完成上述操作后只需點擊ok鍵即可完成TIN文件的創(chuàng)建。

2.2.4 應(yīng)用ArcGIS構(gòu)建DEM模型要點分析。在應(yīng)用ArcGIS開展地質(zhì)災(zāi)害危險評價時，完成了TIN的創(chuàng)建后還應(yīng)制作數(shù)字高程模型，即DEM模型。DEM數(shù)字高程模型主要是利用有序數(shù)值陣列對地貌高程進行表達(dá)的地面實體模型成果。DEM數(shù)字高程模型屬于DTM數(shù)字地形模型中的一種，能夠為三維地形圖、坡度坡向圖以及高程圖的繪制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。利用ArcGIS軟件制作DEM模型時應(yīng)以創(chuàng)建的TIN文件為基礎(chǔ)，首先將ArcToolbox打開，然后點擊3D Anaylsis Tools項目，選擇該項目中的Convert選項，并在其菜單內(nèi)點擊TIN to Raster選項。此時在操作界面會有對話框Convert TIN to Raster彈出，工作人員應(yīng)在該對話框中點擊Attribute項目下的Elevation選項，并在項目下的Output Raster菜單中進行輸出目錄的選擇，完成上述操作后點擊ok鍵即可完成DEM文件的制作，自動產(chǎn)成DEM模型。

2.2.5 應(yīng)用ArcGIS制作測區(qū)3D地形圖要點分析。在獲得了DEM模型后，就可以以DEM模型為基礎(chǔ)進行三維地形圖的繪制了。3D地形圖是將3D虛擬方陣技術(shù)、遙感技術(shù)以及GIS地理信息技術(shù)綜合應(yīng)用的地理信息三維系統(tǒng)，也可以將其稱作3D電子沙盤。在繪制3D地形圖時，應(yīng)根據(jù)三維電子地圖系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)鏈信息對目標(biāo)區(qū)域的全部或者某一指定區(qū)域的地形特征進行三維立體的描述，以準(zhǔn)確反映目標(biāo)區(qū)域內(nèi)地形變化特征等情況[3]。在制作3D地形圖時，工作人員應(yīng)根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險性評估需要確定地形圖比例，并按照不同特征點的具體高程數(shù)據(jù)賦予相應(yīng)的數(shù)值，以便通過3D地形圖對測區(qū)地形條件進行客觀全面的表達(dá)。應(yīng)用ArcGIS軟件進行3D地形圖的制作時，工作人員應(yīng)將ArcScene軟件打開，并將TIN文件導(dǎo)入，即可完成三維地形圖的繪制，并可以以可視化方式呈現(xiàn)，為地質(zhì)災(zāi)害危險評估人員的瀏覽、查詢調(diào)用提供了便利。

2.2.6 應(yīng)用ArcGIS制作測區(qū)高程圖要點分析。在應(yīng)用ArcGIS開展地質(zhì)災(zāi)害危險評價時還需要以目標(biāo)區(qū)域的離散數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行高程圖的繪制。工作人員應(yīng)利用ArcGIS軟件對離散數(shù)據(jù)進行處理，將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為.GRD格式，之后對該格式數(shù)據(jù)進行等值線分析以及分層設(shè)色處理，按照高程反物質(zhì)的不同來進行相應(yīng)高程數(shù)據(jù)的賦予。這樣在高程圖中就可以通過顏色值的不同來對各類型地形的具體起伏狀態(tài)進行準(zhǔn)確的反映描述。利用ArcGIS軟件制作高程圖時，工作人員應(yīng)以目標(biāo)區(qū)域的DEM模型為基礎(chǔ)，首先將Spatial Analyst Tools點擊打開，并在該項目下逐級選擇Reclasssify項目以及classification項目，當(dāng)操作界面有對話框彈出后，應(yīng)在method項目下的子菜單中點擊natural bresks項目，并點擊classes項目，對該項目值進行設(shè)定，例如目標(biāo)區(qū)域內(nèi)高程值可以分成10個級別時，即應(yīng)將設(shè)定值設(shè)為10。在完成上述操作后，應(yīng)點擊ok鍵，并在Output raster項目中進行輸出目錄的選擇，在選擇確定后即可點擊ok鍵完成高程圖的制作。

2.2.7 應(yīng)用ArcGIS制作測區(qū)坡度圖要點分析。在應(yīng)用ArcGIS開展地質(zhì)災(zāi)害危險評價時，坡度圖也是評價指標(biāo)體系構(gòu)建以及建立評價模型的重要依據(jù)之一。在地質(zhì)災(zāi)害危險評價中，地表單元中不同的陡緩程度需要通過坡度值來表達(dá)，坡度一般是坡面垂直高度與水平方向上的長度之間的比值，可以對地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征以及地形形態(tài)特點進行間接性的表達(dá)，是對地形特征進行描述時的重要指標(biāo)參數(shù)。利用ArcGIS軟件進行坡度圖的繪制時，工作人員應(yīng)以目標(biāo)區(qū)域的DEM模型為基礎(chǔ)，將ArcGIS平臺中的Spatial Analyst Tools工具打開，并點擊其中的surface Analst Tools工具中的Slope項目，當(dāng)對話框在操作界面上彈出后，工作人員應(yīng)選擇其中的input項目，并在其菜單中點擊DEM文件選項，在Output raster項目內(nèi)進行輸出目錄的選擇，最后點擊ok鍵，完成原始坡度圖的制作。同時，工作人員還應(yīng)利用ArcGIS軟件對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的坡度重新進行分級處理。在具體操作時應(yīng)首先將Spatial Analyst Tools工具打開，選擇其中的Reclasssify項目下的classification項目，當(dāng)操作界面上有對話框彈出后，并根據(jù)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的坡度分級情況對classes項目值進行選擇設(shè)定，如坡度級別為3個時，即應(yīng)將該項目值設(shè)定為3。同時還應(yīng)在Break Values項目中對各級別分別進行賦值定義。之后應(yīng)點擊Output raster選項，并在其中進行輸出目錄的選擇。選定后應(yīng)點擊ok鍵即可實現(xiàn)對坡度圖分級的重新定義處理。

2.2.8 應(yīng)用ArcGIS制作測區(qū)坡向圖要點分析。在應(yīng)用ArcGIS開展地質(zhì)災(zāi)害危險評價時，為準(zhǔn)確構(gòu)建評價指標(biāo)體系構(gòu)建并建立評價模型，工作人員還應(yīng)以目標(biāo)區(qū)域的DEM模型為基礎(chǔ)進行坡度圖的制作。坡向圖主要是對坡面面對方向地貌特征的反映描述，也是地質(zhì)災(zāi)害危險評價中的關(guān)鍵性指標(biāo)參數(shù)之一。在ArcGIS平臺上制作坡向圖時，工作人員應(yīng)首先將Spatial Analyst Tools工具點擊打開，然后在其surface Analst Tools工具中選擇Aspect項目。當(dāng)操作界面上有對話框彈出后，應(yīng)對其classes項目值進行選擇設(shè)定。如目標(biāo)區(qū)域內(nèi)共包括8個方向的坡向時，即應(yīng)將classes項目值設(shè)定為8。同時應(yīng)在Break Values選擇中對不同方向分別進行賦值定義，設(shè)定完成后應(yīng)點擊ok鍵，并在Output raster選項中進行輸出目錄的選擇。上述操作完成后應(yīng)點擊ok鍵確定，即可重新對坡向圖進行分級定義。

2.2.9 應(yīng)用ArcGIS制圖成果開展地質(zhì)災(zāi)害危害評價要點分析。當(dāng)應(yīng)用ArcGIS軟件完成了DEM模型、3D地形圖、坡度圖以及坡向圖的制作后，評估人員即可在此基礎(chǔ)上確定目標(biāo)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害危險評價指標(biāo)體系，并構(gòu)建評價模型。工作人員可以通過ArcGIS平臺對各項指標(biāo)進行量化分析，確定各評價指標(biāo)的具體權(quán)重，并結(jié)合層次分析等分析方法科學(xué)評估目標(biāo)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的具體危險性，從而為地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防、治理以及災(zāi)害應(yīng)急處置等工作的開展提供可靠的參考依據(jù)。

3 結(jié)束語

隨著ArcGIS技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，其在地質(zhì)災(zāi)害危險評估等領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。相關(guān)工作人員應(yīng)加強對ArcGIS技術(shù)的研究，準(zhǔn)確把握ArcGIS特點，熟練掌握ArcGIS軟件的操作方法，不斷總結(jié)ArcGIS技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害危險評估工作中的實踐應(yīng)用經(jīng)驗，以提高ArcGIS技術(shù)應(yīng)用的有效性，并積極拓展ArcGIS技術(shù)的應(yīng)用范圍，從而為地質(zhì)災(zāi)害危險評估等各項工作的開展提供重要的技術(shù)支撐。