基于ArcGIS平臺的地質災害空間數據庫建設

摘要：目前的地質環境與災害數據大多是MapGIS格式的圖形文件而未建立相應的數據庫，圖形與屬性分開存放使數據利用效率很低且難以管理，導致付出大量勞動而取得的成果無法在地災防治工作中發揮它應有的作用。而ArcGIS可將圖屬關聯存儲，同時具有強大的空間分析與建模等功能，基于此建立地質災害空間數據庫，勢必會極大的提高數據的利用和管理效率，這樣既促進了地質環境信息化的推進，又能為地災日常管理、防治工作發揮重大作用。

關鍵詞：GIS；地質災害；數據處理；空間數據庫

中圖分類號：P642 文獻標識碼：A

1、引言

隨著地質災害普查、詳查、十有縣建設等項目的開展與推進，地質環境數據量以幾何級數海量增長，傳統的管理模式和應用方式越發凸顯不足。筆者通過對現有數據的分析與整理、轉換與入庫等，建立基于ArcGIS平臺的縣級地質災害調查數據庫，實現對地質環境及地質災害數據信息化、科學化的管理與應用。

2、數據現狀及數據預處理

2.1 數據現狀分析

鎮安縣1：5萬地質災害詳細調查數據內容豐富且現勢性強。圖形數據全部是在MapGIS6.7軟件下采集或處理而成的WT、WL、WP圖層，災害點、地質環境點等全部屬性信息則單獨存放在Access數據庫中。對災點查詢、分類統計、分析及數據管理等操作步驟繁雜或難以實現，嚴重影響了工作效率。基于ArcGIS平臺可將影像、圖形與屬性關聯存儲在同一數據庫中，勢必能提高地災防治工作的效率。

2.2 數據預處理及格式轉換

由于兩平臺所支持的數據類型與結構不同，在建庫前期需要對現有數據進行分析、處理、轉換才能最終入庫，GIS軟件本身提供了數據格式直接轉換或通過中間文件轉換的功能。數據處理與格式轉換大都通過以下幾種方式進行；

（1）MapInfo方式

①通過文件轉換功能，由MapGIS格式到MapInfo格式；

②MapInfo格式到shp格式：利用MIF to Shapefile工具，轉為shp文件；

③修復shp數據、定義坐標參考：所有轉換后的數據會自帶MapInfo的“MapInfo generic lat/long”坐標系，這并不符合數據入庫要求，所以轉換后文件中的*.prj文件刪除后，利用數據庫管理工具定義其正確的投影參數。

（2）E00方式

①通過文件轉換系統，輸出E00格式數據；

②E00格式并不能顯示，利用ArcGIS工具將E00轉換為coverage文件；

③拓撲重建，輸出Shape數據，重新定義參考坐標系統。

（3）直接轉換

點文件一般都可以進行直接轉換輸出shp文件，如若發現轉換結果屬性錯亂，應壓縮保存工程后再轉換即可保證屬性完整。

3、地質災害數據庫建立及應用

3.1數學基礎設計

為保證各區市縣數據的無縫拼接和后續使用，將建立的地災空間數據庫的數學基礎為：比例尺—1：5萬；坐標系類型—投影平面直角；橢球參數—西安80；投影類型—高斯-克呂格（橫軸等角切橢圓柱）投影；坐標單位—米；投影帶類型—6度分帶19帶（境界范圍內數據無跨帶）。

3.2數據庫內容及要素分層

目前地質災害數據庫建設尚無統一標準，依據《1：5萬地質災害調查信息化成果技術要求》和《陜西省地質災害詳細調查技術要求》，參考其他數據庫建設方案或實例，最終確定建立基本地理、基礎地質與工程地質、地質災害、群測群防隱患點、專題圖層等5個要素集，各要素屬性字段保留原來的類型和長度或根據需要添加新的字段。

3.3 數據庫建立及入庫

基于ArcGIS平臺依次創建數據庫、要素集、要素類和關系表。另外，各要素的屬性結構一旦建立，ArcGIS中便無法修改字段類型或長度，必要時可以在Microsoft Access中打開修改。

（1）矢量數據（shp文件）入庫

利用ArcCatalog的 Load功能分層逐個對應導入shp層。出錯幾率低，數據庫容易備份，而且導入過程中能夠再次檢查屬性結構是否正確。

（2）Table表入庫

將崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等5張表的屬性數據，利用ArcCatalog的 Import功能批量導入數據庫中。各表通過“統一編號”這一關鍵字段與災害點圖層進行關聯。

（3）柵格數據入庫

需要入庫的柵格數據有：遙感影像數據、DEM、坡度圖、坡向圖、降雨量等值線圖以及其他經過空間分析得到的各種柵格圖像。采用柵格數據集入庫方式，并創建影像金字塔索引以提高數據庫運行的效率。

3.4 數據質量控制

（1）檢查MapGIS原數據的線和面文件，必須是折線而不能是曲線。

（2）利用Topology工具檢查點線面及其之間的拓撲關系，比如災害點要全部在行政區范圍內，對于出界點必須查找原因進行修改。

（3）圖屬一致性檢查。當計算結果以地圖形式輸出時，某些屬性將通過圖形方式顯示，比如災害點的方向、規模等。

4、數據庫功能及應用

4.1 數據輸入、存儲與管理

ArcGIS提供多種數據輸入方式，屬性數據可以通過Excel、Access直接輸入，通過關鍵字與圖形關聯，也可在輸入圖形數據時直接錄入；圖形數據可直接輸入或通過其他格式轉換；所有數據存儲在關系數據庫中，與之前單純的MapGIS圖形數據或Excel表格相比，高效存儲并利用ArcCatalog組織管理數據。

4.2 空間查詢與分析功能

（1）空間數據處理：通過空間數據邏輯運算，派生出新的數據信息，比如根據區內站點降雨量值內插生成降雨量等值線圖，以及根據等高線生提取坡度、坡向與曲率等。

（2）查詢統計與分析：依靠空間數據進行屬性數據的統計分析或者根據圖形的邏輯關系進行分析，比如分析境內災點的發育規律，統計某鎮在高易發區內發育的災害點類型、規模與數量等。

4.3 地質災害易發程度分區與評價

（1）確定問題：對鎮安縣進行災害易發性區劃與評價，劃定高、中、低易發區。

（2）選擇分析工具：空間分析工具、3D分析工具、柵格計算工具。

（3）準備空間數據：spot-5單波段影像、災害點、宏觀地質構造與地貌數據、地形數據（等高線、高程點）、站點降雨量、水文、人類工程活動（包括居民地、道路、礦山等）。

（4）制定分析流程：選取災點密度、坡高、坡向、坡度、巖土體結構、植被指數、降雨量和人類活動作為因素集，確定各致災因子權重、劃分評價單元、量化并歸一化評價指標，利用ArcGIS的modelbuilder的建模功能和空間分析模塊，建立鎮安縣易發性評價模型。

（5）展示分析結果：將數據導入評價模型并運行得到評價結果，在定量評價結果的基礎上，結合鎮安縣地質災害形成發育的地質環境條件、人類工程活動強度及社會經濟現狀進行綜合分析，最終劃分出地質災害高易發區、中易發區和低易發區。如下圖所示：

（6）評價分析結果：高易發區（面積981.49km²，223處災點，災點密度0.2272處/ km²）分布于乾佑河、縣河、冷水河流域，此區域內人口密度大且工程活動強烈；中易發區（面積827.82km²，74處災點，災點密度0.0894處/ km²）主要分布于低山河谷區和中山峽谷區，人類工程活動較弱；低易發區（面積1677.69km²，22處災點，災點密度0.0131處/ km²）主要分布于境內的西部、中南部和東南部地區，多屬高山、中山峽谷區。

4.4地圖制圖與成果輸出

地圖制圖是地理信息的主要資料和信息來源，ArcGIS提供了豐富的地圖編輯工具和地圖整飾功能，成果輸出主要有圖件成果和表格成果，可為相關人員提供決策服務。

5、結束語

通過對鎮安縣地質災害詳細調查數據的檢查、處理、轉換與入庫等過程，建立了基于ArcGIS的地質災害空間數據庫，它可以較全面的反映崩滑流等災害的主要特征，可對應用者提供查詢、統計與分析等功能。另外ArcGIS強大的空間數據支持能力以及空間分析功能，極大的方便了地圖數據制作和空間數據的維護。日后若有更多業務需求無法滿足時，可利用它的開發函數庫二次開發出專用的地理信息系統軟件，為地質災害防治發揮更大的作用。

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作者簡介：徐巖巖（1987-），女，籍貫：河南扶溝，助理工程師，碩士，主要從事地質災害氣象預警、地質環境信息化建設。