基于移動GIS的地質災害監測預警系統設計

郎文霞

(鄂爾多斯職業學院，內蒙古 鄂爾多斯 017000)

隨著社會的發展，地質災害給人類生存發展帶來的影響日益嚴重，人類也給予了地質災害越來越多的關注[1]。在以煤炭資源開采為主的地區，其經濟的強勁增長得益于煤炭事業的發展，但是隨著煤炭資源的大量開采，也帶來一系列地質環境問題。其中以地面塌陷、崩塌、滑坡三種突發性地質災害為主，給當地的人民生命與財產造成了巨大的損失。所以，為了減小地質災害給人類帶來的損失，已經將許多先進技術應用到地質災害系統中來保障人們的生活，監測技術方法逐漸過渡到無線自動化監測，監測儀器也在向精度高、性能好、適應范圍廣、自動化程度高的方向發展[2]。隨著移動互聯網興起和智能移動終端的普及，“智能終端+無線網絡”的應用模式日漸成熟，而移動GIS(Mobile GIS)是這種模式的典型應用之一，它是以移動互聯網為支撐、以智能手機或平板電腦為終端、結合北斗、GPS或基站為定位手段的GIS系統，能實時地將空間信息傳輸給服務器，為地質災害監測預警工作的數據采集提供了保障。

1 監測預警系統的功能組成

1.1 數據的輸入

將有關監測點的所有數據及時地輸入到地質災害監測預警系統中，包括3類資料：已有的紙質圖表數據、人工現場采集的數據和通過移動終端實時采集到的數據。通過實時輸入，可以確保系統上顯示的是監測點采集到的最新的一組數據。

1.2 數據的管理

對采集到的數據進行數據庫創建，包括空間數據庫和屬性數據庫，并將其關聯，空間數據庫包括災害監測區域的地理位置、地形地貌等數據，屬性數據庫包括災害監測區域的行政區劃基本情況，地質災害的詳細情況描述、防治聯系人等基礎數據。

對采集到的數據進行查詢、編輯、統計、對比、導出等基本操作，數據類型有降雨量、位移、含水率等情況，通過綜合分析尋找監測點的動態變化規律，預測災害發展趨勢。

1.3 預警的設置

不同類型的地質災害、不同的監測點因監測儀器不同，預警閾值固然不同，需要根據實際情況單獨設置不同監測地點的不同檢測設備的預警閾值。

實際工作中，一個地質災害經常會同時使用多種監測儀器進行監測，針對監測參數的不同，采用不同的預警閾值，會得到不同的預警結果，因此根據監測參數對地質災害的影響程度進行權重設置，以確定更為準確的預警結果。

最終對預警評價模型等級進行量化，并根據權重進行預警計算，得到預警等級值，計算方式為：

式中：R—預警等級值；

Wi—第i個評價指標權重；

Pi—第i個評價指標的單個因素分級值。

1.4 預警的發布

當監測數據超過設置的預警閾值時，就會發出對應等級的預警信息，可在屏幕上閃爍對應顏色的預警標志，也可以向預警工作人員發送短信，提醒相關部門采取相應措施。

在發出預警信息的同時，系統還會提供災害的預測影響范圍、威脅人口及財產等信息。

1.5 災害的決策

當預警發生時，充分利用系統的各項空間分析功能，提供全方位的災情信息，為決策提供依據。系統還提供災害發生時的應急預案，為工作人員提供全方位的決策措施查詢。利用GIS的緩沖區分析，根據災害預警等級、發生特點、發展趨勢，對災害區域影響程度進行劃分，最終得到各區域內需要采取的應急處置措施。

工作人員還應根據采取措施情況對預警信息進行管理，包括處理方式：已解決、正在解決中、未解決需再次提醒等，還可以存儲災害點的預警記錄及處理方式。

2 監測預警系統的功能框架

構建基于移動GIS的監測預警系統的功能框架如圖1所示。

圖1 系統監測預警功能模塊

3 監測預警系統主要功能的技術要點

3.1 移動GIS技術

基于地質災害的發生位置是在野外，因而監測儀器在野外采集數據，需要將數據由野外傳遞給系統，這就需要保證數據的傳輸質量，而且野外的地形地貌條件存在多樣化、復雜化的特點，要求數據傳輸設備能具備不同自然條件下的數據正常傳輸。

移動GIS是GIS、GPS、RS、移動通信、互聯網、多媒體等技術的集成，借助無線網絡，包括基于數字蜂窩移動電話網絡的接入技術，如CDMA、GRRS、GSM、TDMA等和基于局域網的接入技術如藍牙、無線局域網等，以嵌入的方式在手機、電腦等無線終端上顯示，最終將監測點采集的數據信息實時地傳輸給服務器。

GIS還可以根據監測點的數據通過空間分析得到災害隨時間的發展過程，將不同時間段的數據儲存在數據庫中，得到一種以時間為存儲單位的災害變化機制。

3.2 數據庫技術

數據庫技術是通過研究數據庫的結構、存儲、設計、管理以及應用的基本理論和實現方法，利用這些理論來實現對數據庫中的數據進行處理、分析和理解的技術。

數據庫技術通過對數據進行統一組織和管理，按照指定的結構建立相應的數據庫和數據倉庫；能利用數據庫管理系統和數據挖掘系統設計出能夠實現對數據庫中的數據進行添加、修改、刪除、處理、分析、理解等多種功能的數據管理和數據挖掘應用系統；利用應用管理系統最終實現對數據的處理、分析和理解，為地質災害監測預警系統提供數據支撐。用戶還可以根據需要使用嵌套查詢、各種視圖等多樣化檢索條件查詢數據庫中的信息[3]。

3.3 監測預警技術

地質災害種類較多，不同類型地質災害的主要誘發因素不同，同一誘發因素在不同類型地質災害中的作用又有主次之分。在建立監測預警模型時，需要確定不同地質災害類型的主要誘發因素也就是評價模型中的評價指標及其權重，如何篩選評價指標及確定其權重，直接關系到地質災害預警系統與實際情況的吻合程度。

為了確保預警系統的準確性，采取主觀判斷和客觀分析相結合的方法，并加強對預警結果后評價分析，最終確定評價指標及其權重，進而確定預警等級。

3.4 模塊化技術

模塊化技術是指解決一個復雜問題時自頂向下逐層把系統劃分成若干模塊的過程,然后分模塊進行設計，最后再合成一個系統。

利用模塊化技術對系統功能進行設計實施，將系統功能分為若干功能模塊，模塊間互相獨立，便于單個模塊調試、升級，模塊間通過標準的幾何連接和一致的輸入、輸出接口來進行組合。

3.5 系統安全技術

系統安全性直接關系到系統能否正常穩定運行。數據進行加密對于保證數據安全十分有效，一般可采用信息加密工作創建、管理鑰匙，完成信息及文件傳輸、歸檔等加密需求[4]。安裝防毒軟件來防控病毒，增加防黑客服務，及時對系統內的數據進行備份來確保系統的安全性，保護系統數據安全。

4 監測預警系統程序模擬運行圖文

該系統程序設計開發完成后，登錄界面如圖2所示。

圖2 地質災害監測預警系統登錄界面

系統實現了不同類型監測數據的自動接受、數據處理分析以及自動預警。對地質災害詳情、監測數據、發展趨勢、預警結果、采取措施等進行查詢、匯總和顯示，實現災害點、災害區域預警分析，并將預警信息以預警標志顯示或以短信形式發送，之后工作人員采取相應措施進行災害決策。

以內蒙古自治區準格爾旗地區地質災害為例進行系統測試。準格爾旗位于內蒙古自治區西南部，鄂爾多斯高原東部，地貌以黃土丘陵、基巖丘陵為主，地形切割強烈，溝谷發育，崩塌、滑坡較發育。煤炭工業的快速發展，加劇了地面塌陷災害的發生。準格爾旗地質災害類型以地面塌陷、崩塌、滑坡3種突發性地質災害為主，其造成的危害有：直接造成人員傷亡；導致地表建筑物與水利、交通等設施變形破壞；使房屋變形，有的村莊被迫搬遷；導致農田、林地、草地等地表植被變形破壞；導致礦井潰水、潰沙的發生；使土地廢棄、減少了土地資源的利用率等。

根據地質災害發育現狀，同時又考慮相似的地質環境條件下發生地質災害隱患的可能性，設置預警閾值。為便于敘述，采用數據為模擬數據，不代表實際真實情況。圖3為預警等級模擬結果，分為4個等級，A為地質災害高易發區，表示發生地質災害的風險性最高；B為地質災害中易發區，表示發生地質災害的風險性較高；C為地質災害低易發區，表示發生地質災害的風險性一般；D為地質災害不易發區，表示發生地質災害的風險性較低。其中高、中易發區分布在黃土丘陵區、基巖丘陵區及北部的黃河沿岸，低易發區分布在風積沙地的溝谷一帶，不易區分布在北部的沖積平原及風積沙地。

圖3 內蒙古自治區準格爾旗地質災害監測預警等級模擬結果

5 結束語

通過利用移動GIS技術完成地質災害監測預警的設計構建，有助于提高地質災害監測預警信息的準確性、實效性，便于防災工作人員及時掌握地質災害信息，采取防災措施，為地質災害的預防提供便利，最大限度地控制和減小地質災害帶來的危害。