基于GIS的地質災害信息管理監控系統及其應用

孫志華，侯恩兵,2，陳 韜,2，趙 超,2

（1.安徽省基礎測繪信息中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省智慧城市與地理國情監測重點實驗室，安徽 合肥 230031）

基于GIS的地質災害信息管理監控系統及其應用

孫志華1，侯恩兵1,2，陳 韜1,2，趙 超1,2

（1.安徽省基礎測繪信息中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省智慧城市與地理國情監測重點實驗室，安徽 合肥 230031）

討論了將GIS技術應用于地質災害信息系統建設中的可行性，給出了建立地質災害信息數據庫的方法；同時研究了地質災害的實時監控預警技術，并在此基礎上設計開發了一套基于GIS的地質災害信息管理監控系統。

地理信息系統；地質災害；監控預警

近些年來，崩塌、滑坡、泥石流等突發性地質災害發生頻繁，已嚴重威脅到民眾生命財產安全，影響了社會經濟的發展，制約了社會的可持續發展[1-2]。為了降低地質災害帶來的影響，國家已開展了大量工作來加強對地質災害的預警和監控[3]；并充分利用現代科技，結合地質災害的監測預警、災情速報、信息發布等研發了高水平管理工作軟件。但目前我國仍沒有建立地質災害信息數據庫規范，調查結果多以Excel文檔和紙質文檔形式存儲，不利于調查數據的分析使用。另外，很多現有的地質災害信息系統因缺乏詳細地圖的參考，無法以空間位置為出發點展示和分析地質災害的變化趨勢；未能對地質災害隱患點實施有效監控和預警。

空間位置是地質災害的重要屬性特征，而GIS是展現和分析空間信息屬性特征的重要技術手段之一[4-5]。隨著GIS技術的日益成熟,其強大的空間信息管理和分析功能可為地質災害研究提供有力工具,使對地質災害信息的管理和監控進入一個新的空間信息化時代[6-7]。綜上所述，有必要將GIS技術引入到地質災害信息系統的建設當中去[8]。

1 總體設計

1.1 整體架構設計

本文設計的系統采用B/S分布式架構，分為數據層、應用層和客戶層，結構體系如圖1所示。系統功能的實現著重加強客戶端的用戶體驗，利用ArcGIS API for JavaScript以及ExtJs開發富客戶端應用，從而實現復雜的用戶操作邏輯并具有較高的性能，無需安裝任何客戶端軟件或瀏覽器插件，直接打開瀏覽器即可。

1）數據層，包括3個部分：對地質災害專題屬性信息和系統信息數據的管理；對背景地圖數據如矢量、影像等地圖服務的訪問；對如氣象、水文等相關部門發布的氣象、水文等影響地質災害發生的專題數據的訪問。

圖1 系統總體架構圖

2）應用層，細分為控制層、業務邏輯層和基本服務層。業務邏輯層是承載系統核心業務的層次，采用面向服務的架構（SOA）進行設計和開發。在業務邏輯層完成對地質災害點的瀏覽、管理、查詢、統計及預警的邏輯建模和對象封裝。系統使用SOA技術進行服務封裝和發布，空間數據和功能使用ArcGIS Server封裝和發布。控制層面向客戶端提供各種http接口。基本服務層主要完成系統內部的日志記錄、消息傳遞等縱向業務邏輯。

3）客戶層。隨著計算機硬件技術的飛速發展，客戶端的硬件性能越來越好，因此在設計客戶層架構時，系統采用JavaScript和Html5表現技術，實現地質災害預防監控系統的界面設計和邏輯控制。向下通過調用業務邏輯層提供的各類服務接口完成各模塊設計的業務功能，將查詢、結果表現等操作分布到客戶層執行。此方案既可降低服務器的壓力，又可減少客戶端與服務器端的交互次數，提高了客戶端瀏覽與查詢的速度。

1.2 功能模塊設計

本文設計的系統功能如圖2所示。

圖2 系統功能模塊設計

1）基礎GIS功能，主要包括矢量/影像/三維地圖的瀏覽切換、地圖的放縮工具、長度和面積量測、地圖標注及打印、隱患點查詢結果在地圖中的展示以及地質災害隱患點專題數據的疊加。其通過二三維地圖，結合GIS和地質災害隱患點專題數據展現空間信息特征，使得各地質災害的分布和屬性信息在地圖上一覽無余。

2）地質災害信息管理功能。普通用戶可對地質災害信息進行更新、新增、核銷等操作，但這些操作必須通過管理員審核確認后才會生效。管理員有直接操作隱患點信息和審核的權限。

3）地質災害信息統計分析功能。為了能客觀反映地質災害的區域性分布情況、地質災害點的核銷治理情況以及各災種和災情大小的分布情況，系統還需對各類型的地質災害作不同側重點的統計分析，以協助管理員發現一定的分布規律，為隱患點的治理提供輔助決策支持。

4）地質災害信息實時監控功能。本系統還嘗試在地質災害易發區搭建實時監控設備，監控人員無需去現場即可觀察周邊環境和地質災害區域的環境變化情況，既能保證監控的實時性，又能保證觀察人員的人身安全。為了能進行動態擴充，系統需提供監控設備的接口，方便后期監控設備的動態接入；還需要提供監控畫面的截圖、歷史錄像的查詢和云臺的控制功能。

2 關鍵技術與創新

2.1 監控環境搭建與接入

系統通過野外搭建高清紅外攝像頭，鋪設光纖寬帶的方式，將地質災害隱患點的實時視頻接入到互聯網中，使得地質災害監測部門能夠對崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的宏觀變形跡象和與其有關的各種異常現象進行定期觀測和記錄，以便隨時掌握崩塌、滑坡的變形動態及發展趨勢。該方法具有直觀性、動態性、適應性和實用性的特點。

由于地質災害發生區域的周邊環境一般都較為復雜，系統監控設備由專業的監控公司負責施工。網絡和電源管道采用地下走線的方式，使用立桿的分離式監控攝像頭，保障監控設備運行壽命。系統基于3S技術及地質災害監控設備，以一定范圍（區域）的滑坡、泥石流及崩塌等地質災變體為監測對象，對其在時空域的變形破壞信息和災變誘發因素信息實施動態監測（側重于時間域動態信息的獲取）。考慮到監控設備產品的多樣性以及未來接入監控設備的可擴充性，系統基于Windows的ActiveX進行二次開發，提供主流Web監控攝像頭的接入功能。

2.2 非插件式富客戶端開發

目前主流B/S架構的信息管理系統客戶端的解決方案有：①基于Ajax+JavaScript的非插件式客戶端開發，②Adobe的Flex插件式客戶端開發，③基于Siverlight的插件式富客戶端開發。本項目使用了基于Ajax的非插件式富客戶端進行前臺業務功能的展現和用戶的交互，Ajax框架的ExtJs可以很好地完成頁面展現功能并帶來良好的用戶體驗。

2.3 基于事務的系統業務邏輯實現

由于系統涉及到很多較為復雜的業務流程，因此在開發過程中采用基于事務的開發方式完成業務邏輯的組織。采用基于ASP.NET MVC的3層體系構架，將整個業務應用劃分為表示層（UI）、數據訪問層（DAO）和業務邏輯層（Service）。把一個應用的輸入、處理、流程按照Model、View、Controller的方式進行分離，這樣有利于系統的開發、維護、部署輸出和擴展。系統在數據訪問層和業務邏輯層分別定義一簇接口。業務邏輯層不依賴具體的數據訪問層而僅依賴數據訪問層的接口；表示層依賴業務邏輯層的接口族。當系統更換數據庫管理系統時，不必改寫整個業務邏輯層，因為業務邏輯層里沒有任何數據訪問層中的具體類而全部通過接口實現。

3 應用實例

根據上述的技術路線，結合六安市的地質災害隱患點專題數據，本文設計并開發了六安地質災害隱患點管理與監控系統，驗證了本文提出的關于地質災害信息管理和預警的思想，同時為數字六安地理空間框架建設提供了的典型行業應用示范案例。

圖3為基礎地質災害隱患點信息管理面板，在管理員用戶和普通用戶系統界面均可打開，主要提供多條件組合查詢隱患點，在地圖中顯示查詢結果，新增、修改、核銷地質災害隱患點和導出查詢結果等功能。

圖3 系統主界面

實時監控：選中監控列表下某行記錄后，點擊面板頂部工具欄內“實時監控”按鈕，出現隱患點監控畫面（圖4），可通過點擊窗口內“步長”、“向上”、“向左”、“向右”、“向下”、“變倍”、“焦距”、“光圈”來調節畫面的角度和質量。

歷史監控：選中監控列表下某行記錄后，點擊面板頂部工具欄內“歷史監控”按鈕，然后選擇監控時間段，得到時間段內的視頻監控錄像文件；選擇某條記錄，點擊“播放”進行歷史監控錄像查看。

圖4 地災隱患點監控窗口

4 結 語

本文通過對GIS、實時監控等多種技術的應用，成功設計開發了六安地質災害隱患點管理與監控系統,通過系統強大的空間信息管理和分析功能為地質災害研究提供了有力的工具。同時，該系統也給地質災害部門管理、決策帶來了多方面的便利，將大大提高地質災害信息管理和監控的工作效率，加強了地質災害各相關部門之間的信息共享。

[1] 朱良峰,殷坤龍.基于GIS技術的區域地質災害信息分析系統研究[J].中國地質災害與防治學報,2001,12(3):81-85

[2] 鐘洛加,肖尚德 周衍龍.基于WebGIS的湖北省地質災害氣象預警預報[C].湖北省地質學會第九次會員代表大會暨學術年會論文專輯,武漢,2007

[3] 朱良峰,吳信才,殷坤龍,等.基于GIS的中國滑坡災害風險分析[J].巖土力學,2003,24(增刊2):222-225

[4] 單新建,葉洪,李焯芬,等.基于GIS的區域滑坡危險性預測方法與初步應用[J].巖石力學與工程學報,2002,21(10):1 507-1 514

[5] 戴福初,李軍.地理信息系統在滑坡災害研究中的應用[J].地質科技情報,2000,19(1):91-96

[6] 林孝松.基于GIS的重慶市地質災害信息管理系統[J].中國地質災害防治學報,2001,12(3):74-79

[7] 范強.插件式GIS在地質災害信息管理系統中的應用[D].成都:成都理工大學,2010

[8] 苗愛梅,郝壽昌,武捷,等.基于GIS的地質災害氣象預警系統研究[J].山西氣象,2007(4):24-26

P208

B

1672-4623（2016）07-0042-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.07.012

孫志華，工程師，主要從事GIS的應用與研究。

2016-04-05。