吉林省山洪地質災害監測預警系統及應用

楊雪艷，王前進，慕秀香

(1.吉林省氣象臺，吉林長春 130062；2.北京國遙新天地信息技術有限公司，北京 100101)

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吉林省山洪地質災害監測預警系統及應用

楊雪艷1，王前進2，慕秀香1

(1.吉林省氣象臺，吉林長春 130062；2.北京國遙新天地信息技術有限公司，北京 100101)

綜合應用GIS空間分析和制圖技術、SQLServer數據庫以及C#編程語言及與其相關的NET技術，開發了吉林省山洪地質災害監測預警系統。該系統主要包括基礎數據庫信息建庫及數據管理、山洪地質災害風險實時監測報警、加密站雨量實時監測報警、山洪地質災害風險預報報警、預警產品制作分發、歷史模擬等功能。該系統業務應用以來，多次對山洪地質災害進行準確預警，在山洪地質災害防御工作中發揮了重要作用。

山洪；地質災害；GIS；監測預警系統

山洪地質災害是影響我國的主要自然災害之一，近年來呈現多發重發態勢。由于山洪地質災害突發性強、破壞性大、致災重，嚴重威脅人民生命財產安全，關系經濟可持續發展和社會和諧穩定，因此，各級政府和廣大公眾對山洪地質災害防御工作非常重視。研究表明，山洪地質災害與地形、地貌以及巖性條件密切相關[1-2]，而暴雨、強降雨是山洪、滑坡、泥石流、塌陷的主要誘因[3]。如2010年8月7日，甘肅舟曲由于突發強降水引發了特大泥石流災害，造成1 467人遇難，298人失蹤[4]。2012年10月4日云南彝良受連續強降雨影響出現山體滑坡，造成19人遇難[5]。對于山洪、地質災害的防御重在監測和預防，廣大學者在山洪、地質災害監測、預報預警等方面已有諸多研究[6-8]。為提高山洪地質災害監測預警能力，一些地方開展了山洪地質災害預報業務系統的開發[9-11]，為做好吉林省由于暴雨、強降水引發的山洪地質災害的防御工作，吉林省氣象臺組織建設了基于二三維GIS的集基礎數據查詢、山洪地質災害風險實時監測報警、預警制作發布為一體的山洪地質災害監測預警系統，實現了吉林省重點防治的山洪溝、地質災害隱患點的實時風險監測預警。該系統在2013年建成以來，在山洪地質災害監測預警中發揮了重要作用，在防災減災中取得了明顯效益。筆者重點介紹了該系統的各項功能及應用情況，以期為相關研究人員設計山洪地質災害監測預警業務系統提供參考。

1 系統主要功能

吉林省山洪地質災害監測預報預警系統主要包含基礎數據庫信息建庫及數據管理、山洪地質災害風險實時監測報警、加密站雨量實時監測報警、山洪地質災害風險預報報警、預警產品制作分發、歷史模擬等功能，并且加載了測量工具，開發了二三維一體化聯動功能(圖1)。

1.1 建立了基于GIS的包含基礎信息、災情、實時氣象資料、預報報警產品的數據庫，開發了數據查詢、修改、添加、刪除等管理功能

1.1.1基礎新數據庫信息。收集整理山洪、地質災害各類資料，制定統一數據格式與規范，建立了基礎數據庫，主要涵蓋山洪溝和地質災害隱患點、地理及經濟社會信息的基礎信息、災情信息以及預報預警產品信息。根據數據入庫方式分為靜態數據庫及動態數據庫。

基礎信息靜態數據庫包含吉林省重點防范的63個山洪溝、138個泥石流、21個滑坡地質災害隱患點的位置信息及山洪、泥石流、滑坡災害個例；包含各縣(市)山洪、地質災害防治區的每個自然村的鄉村名稱、各鄉鎮、村基本情況(鄉鎮、村名稱、土地面積、耕地面、總人口、家庭戶數、房屋數、負責人、聯系手機、防汛負責人等)、山洪災害影響情況、小流域基本情況、山洪歷史情況、縣堤防基本情況、水庫基本情況、歷史災情、水文監測站點等信息；包含加密自動氣象站點信息。

動態數據庫包含加密自動氣象站分鐘雨量數據、小時雨量數據、日雨量數據、雷達估算面雨量數據以及降水預報數據，這些數據可實時自動添加新資料入庫；還包含63個山洪溝、138個泥石流、21個滑坡地質災害隱患點的1、3、6、12、24 h致災臨界雨量閾值。

1.1.2基礎數據管理功能。主要開發了基礎數據查看、添加、修改、導出、數據切換等功能。

1.1.2.1基礎數據查詢。開發了對山洪、地質災害防治區的每個自然村的情況、防汛聯系人、歷史災情等各項基礎數據的查詢功能(圖2)。

開發了吉林省1 056個氣象站點、63條山洪溝和159個地質災害隱患點在GIS上的可視化顯示功能(圖3)。

實現了區域加密氣象站數據、山洪溝、滑坡、泥石流信息以及臨界雨量閾值信息的修改維護功能。點擊圖4所示數據管理選項卡，進行相應修改或導出。

1.2 開發了山洪地質災害風險實時監測報警功能基于實時監測的加密站雨量和雷達估測雨量，利用反距離加權插值算法，計算了各山洪溝、地質災害隱患點1、3、6、12、24 h面雨量。當某個災害點(或山洪溝)面雨量超過某一時長的風險等級臨界雨量時，系統進行聲音報警，并在三維平臺上在相應的報警點按報警等級閃爍不同顏色的圖標(圖5)。

根據實況雨量數據生成的報警點信息可以隨時導出文本文件，可以發布到相關部門或共享到相關系統。同時在數據庫中保存相關報警點信息。

1.3 開發了加密氣象站雨量實時監測報警功能實現了對吉林省1 056個加密氣象站點降雨量的實時監控功能。提供了加密氣象站雨量監控的時間設置、最小雨量值設置，對降雨超過最小閾值、25 mm、50 mm、75 mm、100 mm、150 mm、200 mm的站點提供了聲音的報警功能，在列表欄中顯示站點、最新雨量、站點所在縣區及出現時間(圖6)。同一級別的報警只要預報員查看過，下一分鐘刷新時就不再報警，直到達到高級別閾值則會再次報警，從而解決了預報員不停查看同一報警級別的困擾，同時系統能自動將最新報警站點放在列表的最前頭，方便雨量監視人員看到報警的順序、出現時間。針對當前報警點，可以實現報警點二三維的實時定位查看功能。 同時提供了快速查詢的某一閾值、某一時間段雨量快速查詢的功能。

在雨量查詢和加密站報警界面都可以導出加密站報警列表，設置了加密站雨量柱圖顯示及切換功能。點擊所在加密站行后的按鈕，即彈出柱狀圖。柱狀圖為當前時間的前24 h每個小時的數據。點擊某個小時的柱圖，還可顯示該小時內每分鐘雨量數據(圖7)。如點擊分鐘級雨量柱，則會切換到24 h雨量柱狀圖界面。

同時開發了加密氣象站點的雙擊定位功能。雙擊列表中的某一個加密氣象站，二維中定位到該站點位置(圖8)。

1.4 山洪地質災害風險預報報警功能根據預報人員選擇的數值預報產品、災害風險預警時長以及數值預報產品起報時間，系統會自動將該數值預報產品按反距離加權插值方法計算出各山洪溝、地質災害隱患點的雨量預報值，并自動與該時長4個等級風險閾值進行對比，達到或超過閾值即進行報警。用于預報報警的數據主要有區域數值預報模式WRF的3 km×3 km降水預報產品(圖9)、EC細網格降水預報產品等數據。

1.5 預警產品制作分發功能

1.5.1自動生成風險預警產品。如果系統監測到當前有降雨量超過山洪或地質災害致災臨界雨量閾值，自動報警時，能夠生成山洪地質災害風險的標準產品(圖10)，上傳到指定地址。

1.5.2人機交互制作預警產品。預報員可以根據監測實況或預報報警點的數據采取人機交互的方式進行風險預警產品制作。首先選擇要制作的風險預警產品類型，系統會自動給出基于二維GIS的實況或數值預報客觀預報結果，預報員可以采用畫任意曲線(包含要修改的該點即可)，并點擊右鍵更改風險預警級別的方式，對某一山洪溝(地質災害隱患點)或多個山洪溝(地質災害隱患點)的客觀預報結果進行訂正(圖11、12)。

同時系統自動提取山洪、地質災害隱患點的信息，提供了文本編輯功能，設置完預報員、簽發員、時效、期數，進行文字編輯(圖13)，文字編輯完成后，選擇生成產品，則系統自動生成圖片、Word文檔(圖14)及中國氣象局所需的MICAPS第35類數據格式的文本文件3類格式產品。

1.5.3服務產品自動分發功能。3類格式的風險預警產品均能按業務需求自動生成文件名，發送到指定的地址中。

同時系統支持自定義的圖片截取、相關報警點的人文行政區域信息的提取，可將這些報警信息通過郵件、短信和傳真發送到各防治負責單位，以及向公眾發布地質災害風險等級預警。

1.6 歷史模擬功能系統可利用歷史雷達數據、加密站雨量監測數據或精細化的雨量預報數據，進行災害風險模擬分析。

1.7 其他功能

1.7.1增加了測量工具。該系統中的常用測量工具包括點位坐標(圖15)、高度測量、面積測量和距離測量等。

1.7.2二三維一體化聯動功能。創新性地采用了二三維一體化的軟件平臺(圖16)，可同時兼顧系統未來的可擴展性。二維中可以較簡潔地顯示主要興趣點。三維中可以顯示多樣的矢量以及高清的遙感影像數據。同時未來可以顯示相應的建筑物模型以及考慮到災害發生過程的模擬，都可建立在三維的場景中。二維和三維的結合更易滿足系統的業務需求以及未來系統的擴展需求。

2 預警效果檢驗評估

由于綜合利用了先進的GIS技術、數據庫技術和編程技術，該系統建設以來在吉林省氣象臺投入業務運行，系統運行穩定，自動化程度高，能自動利用雷達降水估測和自動氣象站實時監測山洪溝和地質災害隱患點的降雨情況及災害風險情況，明顯提高了對山洪地質災害監測預警能力，提高了預報人員的工作效率。2013年預報服務人員利用該平臺制作發布山洪風險預警23次、地質災害風險預警24次。依據實況災情反饋情況對風險預警進行檢驗，結果為山洪風險預警命中率36.8%、空報率63.2%、漏報率5.3%，地質災害風險預警命中率59.1%、空報率40.9%，漏報率0。

3 結論

吉林省山洪地質災害監測預報預警系統的建設使吉林省形成了對重點防治的山洪溝和地質災害隱患點強降水以及災害風險的實時監測能力，同時由于可以對地質災害點以及山洪溝未來降雨量進行預測，也形成了對災害風險預報預警的能力，實現了山洪、地質災害的實時定點監測、預警，在防御山洪地質災害中發揮了重要作用。但是，該系統在實際業務中山洪地質災害預警還有一定的空報率，分析原因主要是由于致災臨界雨量閾值不精準所致，為了提高預警準確率，還需要研究和修訂各山洪溝、地質災害隱患點致災臨界雨量閾值，業務系統也需要隨之改進。

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Monitoring and Early Warning System of Mountain Torrents Geological Disasters in Jilin Province and Its Application

YANG Xue-yan1, WANG Qian-jin2, MU Xiu-xiang1

(1. Jilin Province Meteorological Observatory, Changchun, Jilin 130062; 2. EarthView Image Inc., Beijing 100101)

Application of GIS spatial analysis and mapping technology, SQLServer database technology, C# and d C# programming language related NET technology, monitoring and early warning system of mountain torrents geological disasters in Jilin Province was developed. The system mainly includes the basic database information database and data management, mountain torrents geological disaster risk real-time monitoring alarm, encryption meteorological stations precipitation real-time monitoring and alarm, the mountain torrents geological disaster risk forecast alarm, early warning products production distribution, historical simulation and other functions. The system has many business applications, accurate early warning of mountain torrents geological disasters, has played an important role in the mountain torrent geology disaster prevention work.

Mountain torrents; Geological disasters; GIS; Monitoring and early warning system

吉林省科技發展計劃項目(20130206089SF)。

楊雪艷(1969- )，女，吉林長春人，高級工程師，碩士，從事災害性天氣預報方法、氣象服務方法研究。

2015-01-20

S 127

A

0517-6611(2015)06-124-05