地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害評估中的應(yīng)用分析

摘 要：本文在對地理信息系統(tǒng)（GIS）和地質(zhì)災(zāi)害評估簡要說明的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)了GIS應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害評估的研究方法，最后結(jié)合具體案例對GIS在地質(zhì)災(zāi)害評估過程中的應(yīng)用進行分析。結(jié)果表明基于GIS的地理模型分析方法，實現(xiàn)了地形起伏度、坡度、坡向等地理因素對評估地理區(qū)域地形地貌特征的定量描述，可以為地質(zhì)災(zāi)害的評估提供所需的動態(tài)地理空間信息和地形分析數(shù)據(jù)，從而為地質(zhì)災(zāi)害的評估和決策部門提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng) GIS 地質(zhì)災(zāi)害 評估 應(yīng)用

中圖分類號：P208；P694 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0009-02

當(dāng)前我國對地質(zhì)災(zāi)害的研究越來越重視，與此同時，對地質(zhì)災(zāi)害評估的研究也越來越向高準備、高要求、高預(yù)測以及高防治的方向發(fā)展。其中，新興的GIS作為當(dāng)前在地質(zhì)災(zāi)害評估研究中應(yīng)用最廣泛的信息系統(tǒng)。做好地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害評估中的應(yīng)用研究就顯得尤為迫切和重要。

1 GIS及地質(zhì)災(zāi)害評估概述

1.1 認識GIS及地質(zhì)災(zāi)害評估

GIS即地理信息系統(tǒng)，它是一門集信息科學(xué)、空間科學(xué)和地球科學(xué)為一體的綜合技術(shù)學(xué)科，它實現(xiàn)了遙感技術(shù)、計算機信息工程以及現(xiàn)代地學(xué)理論和方法的有機結(jié)合。作為一種基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、地理信息的空間分析以及地圖可視化的計算機系統(tǒng)。它是有效表達、處理以及分析與地理分布有關(guān)的專業(yè)數(shù)據(jù)，并為人們提供了一種快速展示有關(guān)地理信息和分析信息的新的手段和平臺。GIS的主要功能有：數(shù)據(jù)采集和提取、轉(zhuǎn)換與編輯、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)的重構(gòu)與轉(zhuǎn)換、查詢與檢索、空間操作與分析、空間顯示和成果輸出及數(shù)據(jù)更新等。

地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情評估是指對地質(zhì)災(zāi)害活動程度及破壞損失情況進行評定估算的工作，對于有發(fā)生可能但尚未發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害評估是預(yù)測評價地質(zhì)災(zāi)害的可能程度。地質(zhì)災(zāi)害的評估內(nèi)容包括如下兩點：一是分析評價地質(zhì)災(zāi)害活動的危險程度和地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)受災(zāi)體的可能破壞程度，即地質(zhì)災(zāi)害的危險性評價和災(zāi)害區(qū)的易損性評價。二是在做出地質(zhì)災(zāi)害的危險性評價和災(zāi)害區(qū)的易損性評價基礎(chǔ)上進一步分析預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)期損失，即進行地質(zhì)災(zāi)害的破壞損失評價。其中，地質(zhì)災(zāi)害評估的基本目的是通過綜合指標(biāo)或單項指標(biāo)定量化反映地質(zhì)災(zāi)害的破壞損失程度和主要特點，從而為相關(guān)部門規(guī)劃、部署和實施地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 GIS在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

當(dāng)前GIS在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用主要有以下三個方面：一是利用GIS開展的地質(zhì)災(zāi)害的評價和管理。通過建立基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害空間信息管理系統(tǒng)可以對某一特定空間分布的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查資料以及空間分布特征信息等進行評價和管理。二是利用地GIS可以實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的危險性分區(qū)，通過評價地質(zhì)因素之間相互作用的復(fù)雜性，以及由于各種地質(zhì)因素本身的不確定性，對研究區(qū)運用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)分析模型進行地質(zhì)災(zāi)害危險性等級的劃分，從而為地質(zhì)災(zāi)害的管理和防治提供科學(xué)依據(jù)。三是GIS在與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的專家系統(tǒng)中的集成應(yīng)用。其中，在集成的專家系統(tǒng)中，GIS主要負責(zé)時空數(shù)據(jù)的管理，利用專家知識和空間目標(biāo)的事實推理，在進行空間分析的基礎(chǔ)上實習(xí)災(zāi)害危險程度的自動判定，從而可以實現(xiàn)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的動態(tài)管理。

2 GIS應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害評估的研究方法

應(yīng)用GIS技術(shù)的基于多源數(shù)據(jù)和面向突發(fā)性自然災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險快速評估研究方法是當(dāng)前我國政府部門在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管理中應(yīng)用的最為廣泛的地址災(zāi)害評估研究方法，該方法的應(yīng)用為政府及地方社會應(yīng)對各類突發(fā)性自然災(zāi)害的救災(zāi)、減災(zāi)等提供了有效的信息保障和科學(xué)的決策支持。該研究方法主要包括GIS數(shù)據(jù)準備、格網(wǎng)數(shù)字高程模型的構(gòu)建以及地形因子的提取三個方面的內(nèi)容。

2.1 GIS數(shù)據(jù)準備

在進行災(zāi)害研究及評估前需要準備多項數(shù)據(jù)，主要是野外實測CAD數(shù)據(jù)的整理，然后提取CAD數(shù)據(jù)中的高程點數(shù)據(jù)為.dat文件。將該.dat文件作為研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，后面所有的應(yīng)用分析都是基于野外實測CAD數(shù)據(jù)進行。CAD數(shù)據(jù)的處理軟件有多種，其中GIS數(shù)據(jù)準備常用的軟件主要有ArcGIS、MapInfo、MapGIS、TopMap、GeoBean等。

2.2 格網(wǎng)數(shù)字高程模型的構(gòu)建

數(shù)字高程模型（DEM）區(qū)域地形的基礎(chǔ)信息之一，是賴以構(gòu)建區(qū)域地形型和進行各種地形研究的基礎(chǔ)信息。數(shù)字高程模型是描述包括高程在內(nèi)的各種地貌因子，如坡度、坡向、坡度變化率等因子在內(nèi)的線性和非線性組合的空間分布。它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。而格網(wǎng)數(shù)字高程模型是把DEM覆蓋區(qū)劃分成規(guī)則格網(wǎng)，每個網(wǎng)格大小和形狀都相同，用相應(yīng)矩陣元素的行列號來實現(xiàn)網(wǎng)格點的二維地理空間定位，第三維為特性值，可以是高程和屬性。以MapGIS軟件生成的格網(wǎng)DEM為例。在MapGIS工作平臺下，利用該軟件的強大地形分析功能模塊DTM分析模塊，采用基于距離冪函數(shù)反比加權(quán)網(wǎng)格的離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化方法，生成GRD地形數(shù)據(jù)。

2.3 地形因子的提取

地形因子的提取是指研究區(qū)坡度與坡向的提取。而坡度就是指GRID中像素高程值的變化率，分別用0～90度來表示，每一定的度數(shù)間隔采用不同的顏色表示。坡向是指GRID中每個像素面的朝向，范圍為0～360度，其中0度代表北，90度代表東等。

3 GIS在地質(zhì)災(zāi)害評估過程中的實際應(yīng)用案例分析

3.1 研究區(qū)域概況

陜西省府谷縣新區(qū)地處陜、晉、蒙三省（區(qū)）交界處，渭北黃土高原溝壑區(qū)，以丘陵、山地地貌為主，總的地勢是西北高、東南低，海拔高度在780～1426.5 m之間。區(qū)內(nèi)屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，溫差大、降水變化明顯。旱、澇、霜、雹自然災(zāi)害加之溝壑地形結(jié)構(gòu)，為地質(zhì)災(zāi)害創(chuàng)造了有利條件。而不合理的人為開挖和填埋等活動更加重了該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害惡化的程度，境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。因此該區(qū)迫切需要進行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報防患于未然。根據(jù)府谷縣新區(qū)地質(zhì)災(zāi)害評估的需要，通過建立以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)的、用于地質(zhì)災(zāi)害評價的空間分析模型，調(diào)查、分析評估區(qū)內(nèi)潛在的地質(zhì)災(zāi)害、工程建設(shè)可能引發(fā)或加劇地質(zhì)災(zāi)害及其危險性，以及工程建設(shè)和建成后可能遭受的地質(zhì)災(zāi)害及其危險性，進行地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測評估，對地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險評估意義重大。

3.2 基于GIS的三維地形圖的描述

三維地形圖是遙感、地理信息系統(tǒng)、三維仿真等高新技術(shù)的結(jié)合。它主要以一種三維電子沙盤的形式反映研究區(qū)的地形起伏情況，根據(jù)高程的不同賦予不同顏色值，制作出三維地形圖，用以表達不同的地形起伏情況。其中，研究區(qū)的三維地形圖如圖1所示。

3.3 標(biāo)高分析圖的生成

標(biāo)高分析圖是由若干離散高程數(shù)據(jù)通過空間數(shù)據(jù)差值生成的地理曲面數(shù)據(jù)（.GRD格式數(shù)據(jù)），然后進行等值線分析產(chǎn)生的。經(jīng)過分層設(shè)色后，不同高程的范圍值被賦予一定的高程數(shù)據(jù)，顯示不同的顏色值，來反映不同的地形起伏情況。其中，研究區(qū)的標(biāo)高分析圖如圖2所示。

3.4 基于數(shù)字高程模型的坡度分析和坡向分析

坡度是描述地形特征信息的重要指標(biāo)，它能夠間接表示地形的形態(tài)起伏和結(jié)構(gòu)特征，并且反映地貌坡面的傾斜程度。坡向作為描述地貌特征的重要參數(shù)，它反映坡面所面對的方向，也是通過數(shù)字高程模型（DEM）計算得到的。其中，研究區(qū)的坡度分析和坡向分析分別如圖3和圖4所示。

3.5 地質(zhì)災(zāi)害的危險性評價

經(jīng)過上述的地質(zhì)災(zāi)害評估，可以發(fā)現(xiàn)陜西省府谷縣新區(qū)地形復(fù)雜，以及存在滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的潛在危害性較大，對于該地區(qū)農(nóng)業(yè)、交通、經(jīng)濟等埋下隱患；在新區(qū)存在潛在的地質(zhì)災(zāi)害、相關(guān)工程建設(shè)和建成后可能引發(fā)或加劇地質(zhì)災(zāi)害及其危險性，地質(zhì)災(zāi)害及其危險性，當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)部門需要結(jié)合評估結(jié)果提供科學(xué)有效的防治措施。

4 前景與討論

當(dāng)前GIS在地質(zhì)災(zāi)害研究中應(yīng)用的非常廣泛，將GIS技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害評估的中，可以成功進行地形分析，通過制作各種地形分析圖，給地質(zhì)工作者提供了地形分析的數(shù)據(jù)，從而能夠使地質(zhì)決策部門更好的掌握研究區(qū)可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害狀況。

由于預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)是一個復(fù)雜的過程，基于GIS的計算機技術(shù)也在不斷革新。本文的思想技術(shù)方法可以為相關(guān)課題提供框架路線，相應(yīng)的評估方法和應(yīng)用手段還需進一步探討和研究。

參考文獻

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