GIS在地質災害評價中的應用思路研究

李文清 尚敏

摘 要:本文基于筆者在災害地理和GIS應用方面的研究,以GIS在地質災害評價中的應用為研究對象,論文首先分析了地質災害評價的意義,進而探討了GIS技術的發展過程和趨勢,在此基礎上,筆者分析了地理信息系統在地質災害評價中的應用思路,相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞:GIS地質災害評價應用

中圖分類號:P5 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0009-02

災害是人類社會共同的敵人。地質災害是自然災害的一種,是在地質作用下,地質自然環境惡化,造成人類生命財產損毀或人類賴以生存和發展的資源、環境發生嚴重破壞的現象或過程。常見的地質災害形式主要有6種,它們分別是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫和地面沉降。地質災害危險性評價是通過對地質災害活動程度以及對地質災害各種活動條件的綜合分析,評價地質災害活動的危險程度,確定地質災害活動的密度、強度(規模)、發生概率(發展速率)以及可能造成的危害區的位置、范圍。其評價的核心是地質災害的活動強度,一般情況,致災作用的活動程度決定了地質災害發生可能性的大小、危險性的大小。從定性分析看,地質災害的活動強度越高,危險性越大,災害的損失越嚴重。地質災害危險性評價是在大量收集、分析處理地質資料的基礎上,運用恰當的數學評價模型,計算各評價單元的危險性,然后劃分出相應的危險性級別,進而進行地質災害危險性區劃,為國家進行地質災害防治規劃提供科學依據。

我國是世界上地質災害危害最嚴重的國家之一。地質災害已嚴重制約著國民經濟的發展,威脅著人民的生命和財產的安全,成為影響我國社會經濟可持續發展的重要制約因素。近年來我國地質災害頻繁發生,已成為人們普遍關心的主要問題之一。因此,進行地質災害危險性評價工作能為國家進行地質災害防治規劃提供科學依據,對地質災害的預防和減輕意義重大,直接關系到經濟的發展和社會的穩定。

地質災害的形成是一個極其復雜的問題、受很多因素影響,而這些因素本身具有不確定性、模糊性以及與各地質因素相互作用的復雜性等特點。而且,地質災害是一種活躍的動態環境變化過程,它的預測與防治是一項龐大的系統工程,所涉及的數據信息是巨大的。通過人工管理檔案的方式采用大量的地質災害信息,這不但費時、費力而且效益不好;同樣,采用傳統的管理信息系統的方法進行信息收集、傳輸、處理和決策,缺乏空間特性和空間分析能力,這些傳統的、分散式的數據信息管理己無法反映當前日益嚴重的地質災害現狀,不能很好的反映出地質災害的空間分布特性,這就給地質災害危險性評價的研究帶來一定困難。目前,地質災害危險性評價的方法有很多,可分為定性和定量方法。定性的方法主要是根據主觀經驗對地質災害危險性進行定性描述,存在很大的主觀性;而定量的方法則是對地質災害發生的可能性進行估計,在很大程度上消除了定性方法的主觀性。GIS技術強大的空間信息管理和分析能力為地質災害的研究提供了強有力的工具、解決方案和獨特的研究方法,已被廣泛應用于地質災害評價研究之中,正逐步成為本領域研究的發展方向之一。GIS技術不僅能有效地管理影響地質災害發生的各種內在因素,又能有效地管理各種外部動力因素,使地質災害研究工作進入一個新的信息化、數字化、定量化的階段。而層次分析法是一種解決多因素復雜系統,能避免由人的主觀性所導致的權重預測與實際情況相矛盾的現象,是目前求取地質災害影響因子權重的較好方法,對描述因子的影響力有很好的效果;但該方法卻無法有效的反映評價結果的空間分布格局,存在一定的不足;而GIS技術具有較強的空間分析能力,恰好可以解決上述不足。

1GIS技術的發展過程和趨勢

1.1 地理信息系統的概念

地理信息系統(GIS)是一項以計算機為基礎的新興技術,圍繞著這項技術的研究、開發和應用形成了一門交叉性、邊緣性的學科,是管理和研究空間數據的技術系統。在計算機軟硬件支持下,它可以對空間數據按地理坐標或空間位置進行各種處理、對數據的有效管理、研究各種空間實體及相互關系。通過對多因素的綜合分析,它可以迅速地獲取滿足應用需要的信息,并能以地圖、圖形或數據的形式表示處理的結果。此外地理信息系統又是一門以應用為目的的信息產業,它的應用可深入到各行各業。目前世界上常用的GIS軟件已達400多種。它們大小不一,風格各異。國外較著名的有ARC/INFO,GENAMAP,MGE等;國內較著名的有MAPGIS,Geostar和CITYSTAR等。雖然GIS起步晚,但它發展快,目前已成功地應用到一百多個領域。

1.2 地理信息系統在國內外的應用現狀

盡管現存的地理信息系統軟件很多,但對于它的研究應用,歸納概括起來有兩種情況:一是利用GIS系統來處理用戶的數據;二是在GIS的基礎上,利用它的開發函數庫二次開發出用戶的專用的地理信息系統軟件。目前已成功地應用到了包括資源管理、自動制圖、設施管理、城市和區域的規劃、人口和商業管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個領域。在美國及發達國家,地理信息系統的應用遍及環境保護、資源保護、災害預測、投資評價、城市規劃建設、政府管理等眾多領域。近年來,隨我國經濟建設的迅速發展,加速了地理信息系統應用的進程,在城市規劃管理、交通運輸、測繪、環保、農業、制圖等領域發揮了重要的作用,取得了良好的經濟效益和社會效益。主要應用于以下幾個方面。

(1)地理信息系統在地理空間數據管理中的應用;(2)GIS在綜合分析評價與模擬預測中的應用;(3)GIS的空間查詢和空間分析功能的應用;(4)GIS的輸出功能在地圖制圖中的應用;(5)運用GIS系統,建立起專題信息系統和區域信息系統;(6)地理信息系統與遙感圖像處理系統的結合的應用。

2地理信息系統在地質災害研究中的應用

近來,隨著計算機技術的發展和普及,以及GIS技術在地球科學領域應用的蓬勃發展,GIS強大的空間信息管理和分析能力已被廣泛應用于地質災害評價研究之中,為地質災害的研究開辟了一個嶄新的途徑,對評價地質災害后果、減輕地質災害的影響可起到積極的作用。

地質災害研究是涉及地質、地貌、氣象、人文、人類活動等諸多領域的一個龐大和復雜的多元信息綜合分析過程。目前,國內外利用地理信息系統在地質災害研究中的應用大致有以下幾個方面。

2.1 地質災害評價和管理

利用地理信息系統的各種功能,建立地質災害空間信息管理系統,管理地質災害調查資料,顯示并查詢地質災害的空間分布特征信息,評價地質災害的危害程度,分析地質災害和影響因素之間的關系,提出減輕和防治地質災害的措施,對將來可能發生的地質災害進行預測。

2.2 地質災害的危險性區劃評價

由于各種地質因素本身的不確定性,以及地質因素之間相互作用的復雜性,在收集大量的基礎地質環境資料前提下,利用GIS對這些基礎資料進行有效地處理來提高數據的可靠性,通過選取合適的評價預測指標,運用恰當的數學分析模型,進行地質災害危險性等級的劃分,從而為地質災害的管理及防治和預警決策提供依據。

2.3 地質災害易發程度分區

在地質災害防治區劃中應用GIS技術,是利用其強大的空間數據管理與空間分析模型方面的功能,對地質災害調查所獲取的信息進行處理,實現地質災害易發程度計算機自動化分區。首先確定致災因子,對致災因子進行易發程度分區賦值。再求出致災因子的敏感系數,將各致災因子圖層進行基于GIS空間分析的圖層疊加。最后將疊加后的圖層屬性進行加權綜合,得出易發程度,進行易發程度計算機自動化分區。GIS空間分析法所得出的地質災害易發程度分區圖,反映了地質災害易發程度的現勢規律,而且實現了對區域地質災害的空間預測。

2.4 對地質災害風險性分析

對于地質災害的危險性分析,國內外研究的較少,理論上也比較不成熱,目前較廣泛應用的模型有:信息量模型、多元統計分析模型、模糊綜合評判模型、基于人下神經網絡遺傳算法等的模型,其中:將GIS技術與其它模型結合起來是進行區域地質災害危險性分析的較為有效的方法。

2.5 地質災害預警技術

地質災害預警系統包括地質災害的災情模擬評價、預測預報和防治問題及地理空間數據庫的建立、空間定位及空間分析下進行地質災害災情模擬預報分析,以能夠存儲、處理、分析、計算和成圖而著稱的地理信息系統具有得人獨厚的優勢在進行多因子定量模擬分析和對因子間相互定量關系研究方面,地理信息系統的多源地學專題信息復合疊加處理功能等顯示出了明顯的優勢和極高的效率。對受控于多種因素影響和作用的地質災害的定量仿真模擬和預測預報具有十分重要的理論指導意義和實用價值,在地質災害防治中會發揮越來越重要的作用,把我國的地質災害防治研究工作提高到一個新的水平。

總之,GIS為人類由客觀世界到信息世界的認識、抽象過程以及由信息世界返回客觀世界的利用改造過程的發展和轉化,創造了空前良好的條件和環境。目前,地理信息系統技術已經廣泛滲透到了多種學科領域,在地質災害研究中的應用方興未艾,尤其在地質災害評價和管理、地質災害的危險度區劃評價和GIS與專家系統的集成應用方面進展很快,在人類生活和國民經濟中起著重要的作用,未來的幾十年中將保持高速發展的勢頭,成為高科技領域的核心技術。

參考文獻

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