礦山地質滑坡災害的三維GIS預測系統設計及實踐

唐 奪

（遼寧省第四地質大隊有限責任公司，遼寧 阜新 123000）

綜合我國地質勘查相關工作的反饋數據，可知截止目前我國在全世界范圍內屬于地質災害發生次數最多的國家。在多種類型的地質災害中，滑坡災害、由滑坡導致的泥石流災害屬于對區域地質或地區居民群體造成危險最為顯著的災害[1]。尤其在礦山地區，大部分礦區的地質結構均較為復雜、地質環境與氣候較為惡劣，且目前我國針對礦區的地質災害預警研究尚沒有顯著的研究成果。為此，我國急需出臺與此方面相關的指導政策，并加大對典型地質災害的研究力度，掌握不同類型災害對于區域地質環境造成的危險，以此為保障礦山資源、保護礦區居民生命安全做出指導。隨著當下國家計算機及相關智能化技術的廣泛應用，GIS技術被市場提出，新技術的發行與應用真正的為我國礦山地質災害預警工作的實施開辟了新的發展空間[2]。并且，相關地質滑坡災害數據的勘察，一直屬于復雜類型工程，不僅其中大量的災害數據與地質數據較難處理，同時針對數據的有效反饋渠道建設也尚未完善。為此，本文將針對礦山地區地質環境及地質條件現狀，在GIS技術的指導下，進行三維GIS預測系統設計。通過科學的決策與高效率的信息處理、反饋，滿足具有時效性數據的獲取，以此解決為我國相關此方面工作的實施，提出有效的決策支撐。

1 礦山地質滑坡災害的三維GIS預測系統硬件設計

1.1 礦山地質滑坡數據采集裝置選型

由于礦山地質滑坡會涉及到眾多的數據變化，因此在對數據采集裝置進行選擇時，需要結合多個不同參數選擇出多種不同類型的裝置設備。例如，對礦山地質土壤含水率數據采集裝置、礦山地質滑坡深部位移數據采集裝置、地下水位數據采集裝置、滑坡裂縫位移數據采集裝置等。針對不同數據類型的采集需要，本文針對每一種數據采集裝置給出具體的裝置型號，并將其對應規格記錄如表1所示。

表1 多種數據采集裝置型號及對應規格參數表

四種不同功能的數據采集裝置均能夠適應-45℃～75℃范圍以內的溫度，并且能夠在響度濕度為0%～100%的條件下完成對數據的測量。表1中PH-TS1857型號的土壤含水率數據采集裝置與一般同功能裝置相比具有高精度、高靈敏度的優勢。

由于在對滑坡深部位移和滑坡裂縫位移進行數據采集時，相應的要求基本相同，因此本文選擇同一型號的兩個采集裝置，完成對兩項數據類型的采集。

1.2 無線顯示告警終端設備選型

無線顯示告警終端設備的作用是為了當系統預測到被監測區域內可能會發生地質滑坡災害時發出相應的報警信號，以此起到對滑坡災害的預警作用。基于這一需要，本文選用ISIW185-52810型號的無線顯示告警終端裝置，該信號裝置包含紅黑、黃白、藍白三種接線，其中第一種接線表示為電源信號；第二種接線表示為常開信號；第三種接線表示為常閉信號。該型號無線顯示告警終端裝置的最高承受溫度為88℃，最低可承受零下25℃溫度，能夠滿足礦山區域中海拔加高的極端惡劣氣候環境。

根據本文系統的設計需要，將無線顯示告警終端裝置電阻值為110KΩ，采樣頻率為5.24KHz，播放時間為10s，將其安裝在礦山地質滑坡區域當中，以此避免因信號采集不到而影響報警器的靈敏度。

2 礦山地質滑坡災害的三維GIS預測系統軟件設計

2.1 基于GIS技術的礦山地質滑坡災害信息數據處理

在上述設計的硬件設備支撐下，本章將基于GIS技術在系統設計中的應用，對礦山地質滑坡災害信息數據進行針對性處理。

按照系統功能需求，將對數據的處理過程劃分為兩個環節，首先，根據礦區網絡的通信現狀，對獲取的數據進行處理中難以等級的劃分，根據劃分結果，對其進行缺陷數據提取，按照數據缺陷程度，將地質滑坡災害數據劃分為一般災害數據、嚴重災害數據與較難處理的災害數據。在確保對地質災害滑坡數據的精準劃分后，根據數據集合中存在的漏洞，對其中存在缺陷的數據集合進行集中處理。

在此基礎上，提取數據集合，生成新的數據資源，并將數據以網絡傳輸的方式，發送給審核單位，由其對缺陷災害數據進行審核，導出完成審核后的數據，將其進行組織存檔處理。

2.2 建立礦山地質滑坡災害三維預測模型

本文采用位移相似性度量的方式，對礦山地質滑坡災害的位移情況進行計算，并通過設置閾值的方式，當位移超出閾值范圍時，則說明存在滑坡的可能。根據上述原理，本文假設系統采集到的某一組數據集合為A={a1，a2，a3，…，an}，在該集合當中包含n個數據樣本集，根據上述分析，得出度量值計算公式為：

3 對比實驗

3.1 實驗條件

為進一步驗證本文提出的礦山地質滑坡災害的三維GIS預測系統在實際應用中的效果，本文選擇以某地區滑坡監測示范點作為實踐環境，該示范點同時也是我國土地資源部國土資源中對地質滑坡災害工程項目進行監測的主要區域，該區域內包含了多種不同形式的滑坡災害，分別為古滑坡、復活滑坡和新滑坡三種組成。

針對該區域地質滑坡災害問題，在實踐過程中分別利用本文提出的三維GIS預測系統和傳統地質滑坡災害系統對該區域在1990年以后的滑坡問題進行預測，并將得出的預測結果與實際該區域后來滑坡的變化情況進行比較，將其位移偏差作為實踐結果的評價指標。

3.2 實驗結果與結果分析

根據上述本文設置的實驗條件，并在其他相關影響因素均相同的情況下，完成兩種不同預測系統的實驗對比，將兩種預測系統給出的結果進行記錄，并繪制成如圖1所示的實驗結果對比圖。

圖1 兩種預測系統實驗結果對比圖

由圖1中的實驗結果可以看出，本文預測系統的位移偏差均在小于0mm～-0.4mm范圍以內，而傳統預測系統的位移偏差在-6.0mm～-18.0mm范圍以內。從兩條曲線在圖1中的分布可以看出，本文預測系統的位移偏差絕對值明顯小于傳統預測系統。

4 結束語

本文通過開展礦山地質滑坡災害的三維GIS預測系統設計及實踐研究，提出一種全新的針對滑坡災害的預測系統，將該系統應用于實際能夠有效實現對礦山地質滑坡災害的預防和控制，但由于研究時間的限制，本文在設計系統時并未與地質滑坡災害的物理、化學、力學特性等關聯起來，因此在后續的研究中本文還將針對這些問題進行更加深入的研究。