山東省地質災害精細化預警預報系統建設與功能簡介

山東省國土空間生態修復中心 沙令寶 張曄 魏嘉 王慶兵 賀敬

在近年來山東省地質災害調查、省氣象提供數據精度提高及省自然資源廳與省氣象局地質災害預警工作的不斷深入基礎上，我們開展了山東省地質災害氣象風險精細化預警預報研究，并進行了山東省地質災害精細化預警預報系統建設。在構建山東省地質災害精細化預警預報系統中采用面向服務的系統架構技術(SOA)，采用SOA 架構將數據作為數據服務進行發布，能更好地實現系統業務功能的集成，及更好的可擴展性與兼容性[1]。

1 山東省地質災害精細化預警預報系統建設

在資料搜集分析的基礎上，我們先后開展了預警預報方法研究和模型構建、數據庫建設、地質災害精細化預警預報系統建設、預警模型驗證、系統集成、系統測試等工作。

（1）資料收集與數據開發：在多年地質災害預警預報工作的基礎上，收集并整理了全省區域性地質、歷年來地質災害調查與評價、全省三維公共信息平臺數據、地質、水文地質、工程地質、環境地質等基礎資料；收集全省自然地理數據、地質災害數據、人類工程活動數據及其他數據；收集并整理了有資料記載以來的地震、降水、山洪災害、土壤有關圖件及各類規劃圖等資料。

省氣象臺研發了與精細化預警數據傳輸格式及系統運算方式相匹配的雨量站點實時降水數據、全省地質災害隱患點未來24h、12h、6h 預報降水量、全省定量降水落區集合預報、精細化格點預報等高精度數據，滿足地質災害精細化預警預報工作的需求。

所收集資料均來自國土資源、水利、各地勘單位以及氣象、地震等部門。

（2）預警預報方法研究和模型構建：本次在多年全省地質災害預警預報工作的基礎上，對精細化預警預報方法進行了深入研究，確定了參與計算的因子數據以及各因子在預警計算時的權重值和致災營力值，構建了預警模型。選取了國內主流的信息量和證據權算法以及山東省前期經過大量研究和實踐的歸一化算法進行研究，通過3 種算法預警結果對比分析，確定并檢驗了本次增加了地質災害易發性評價因子、提供多種預警模型算法、擴大了降雨數據來源的歸一化算法為最適合山東省情的、可在日后應用于全省地質災害精細化預警預報運行的預警預報法[2]。模型算法基于致災因子和地質災害發生的相關性分析，邏輯合理，符合山東實際。

（3）數據庫建設：根據地質災害精細化預警預報工作的相關業務數據構建了精細化預警預報數據庫，主要包括自然地理數據、地質災害數據、氣象數據、致災因子數據和其他數據。數據庫建設參照國家及行業標準，結構合理、滿足精細化預警預報系統建設需求。

（4）地質災害精細化預警預報系統建設：本次基于研究的地質災害精細化預警模型，構建了地質災害精細化預警預報系統，包括基礎地理信息等模塊。

（5）預警模型驗證：基于前期山東省已經發布的多年黃色預警數據，對系統模型運算結果進行模型驗證，保證了氣象預警工作的精度。

（6）系統集成：本次實現了系統的內部集成、與山東省地質環境信息化平臺等的集成，保證了各系統平臺之間的數據共享。

（7）系統測試：對系統各功能點進行了測試。

2 山東省地質災害精細化預警預報系統功能簡介

基于地質災害精細化預警模型，構建了地質災害精細化預警預報系統，包括基礎地理信息模塊、地質災害信息管理模塊、自動化監測模塊、氣象信息模塊、預警分析模塊、預警信息發布模塊、應急管理模塊、系統管理模塊等模塊。

2.1 基礎地理信息模塊

基于數據庫構建的基礎地理信息系統，是地質信息數據表達、可視化、查詢統計、分析計算的主要載體；三維GIS 模塊可以展示數據庫內的本底數據、業務數據、數據產品和信息產品，集成各個業務應用；實現面向地質災害業務的GIS 和三維GIS 空間分析功能。

該模塊的功能包括：二維及三維GIS 基礎功能及信息服務；二維、三維空間數據可視化及瀏覽查詢。

2.2 地質災害信息管理模塊

基于數據庫，實現滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、地面塌陷、地裂縫調查表的信息維護、瀏覽、查詢和可視化。

2.3 自動化監測模塊

自動化監測模塊主要是集中傳感器數據采集、圖形化展示、數據分析、預警管理等功能于一體，能夠實時監測位移、實時雨量、災害體內部外部位移以及視頻監控等重要地質災害監測參數。通過將實時監測數據進行歸一化處理，并進行綜合比較分析。把相關參數統一呈現在相同時間軸的曲線上，根據圖形曲線得出各類災害體運行數據的時間和空間的相關性，并對災害體健康狀況進行綜合判斷。

本系統中地質災害自動化監測模塊主要是集成地質災害專業監測預警平臺上的功能和數據，包括對監測點、監測設備的管理以及監測數據查詢瀏覽和視頻可視化功能。自動化監測模塊的監測數據可以為氣象預警提供輔助支撐，在編輯預警成果時可以綜合考慮地質災害的自動化監測數據對預警結果進行人為調整。通過設置不同類型災害點的臨災閾值，構建預警策略，實現了基于自動化實時監測數據的點對點預警預報，有效地提高了全省地質災害監測預警精度及地質災害防治工作水平[3]。

2.4 氣象信息模塊

包括降雨量查詢、實時雨量監測、天氣預報、降雨等值線等的管理維護等功能。

2.5 預警分析模塊

預警分析模塊是本系統的核心模塊。預警分析模塊通過山東省地質災害分析模型，綜合考慮影響地質災害發生的各種因素，利用GIS 空間分析功能，進行微分網格化計算，經過空間柵格化處理生成單元致災營力值，利用地質災害精細化預警預報軟件進行條件追蹤，根據追蹤結果自動生成地質災害危險性分區。

預警分析提供3 種分析計算的方法，包括歸一化、信息量和證據權，用戶可根據需要選擇不同的計算方法以及對應的易發性分區圖，系統默認的是歸一化的計算方法。選擇好預警時間段后，系統自動查詢對應日期的實際降雨量和預報降雨量，根據程序寫好的對前期和預報降雨量進行處理，然后插值計算生成降雨量柵格圖，根據預警計算的方法將易發性分區圖和降雨量柵格圖進行疊加計算，生成預警結果圖，然后通過預警編輯功能可以對預警結果進行編輯，同時疊加行政區劃、標題、預報詞、圖例等生成最后可以發布的預警成果圖。

該模塊的功能如下：

（1）參數設置：在預警計算之前選好易發性分區圖和預警時間后，可根據不同的預警分析計算方法對自身、降雨等致災營力數據和預警矩陣等進行設置，可以由業務人員自定義設置，默認的為設置好的參數，特殊情況需要手動調整參數的時候可以使用該功能調整。該模塊主要實現簽批流程、預警區域和預警模型的設置。預警矩陣的設置主要是在上傳信息量和證據權圖的時候會用到。

參數設置部分所有參數都為設置好的默認參數，當需要手動設置的時候可以根據需要手動設置。包括預警區域設置、易發性分區圖設置、預警矩陣設置和雨量站設置。

（2）預警分析計算：選擇預警時間后，進行預警分析相關計算，包括自身、降雨等致災營力數據的疊加計算等。

系統在預警分析計算時，在沒有突發強降雨天氣的情況下，系統后臺自動同步氣象局專網FTP 上的國家級氣象站以及區域氣象站的實時監測數據以及未來24h 的預報降水量等數據；當發生強降雨情況或者突發天氣情況時，預警人員可以手動導入精細化預報數據，利用精細化預報數據再進行精細化預警計算。

（3）三維加載展示：將地質災害危險性分區加載到三維視圖上顯示。

（4）預警結果展示：自動生成預警分析原始結果，如圖1 所示。

圖1 預警結果展示界面Fig.1 Display interface of alert results

（5）預警結果編輯：預警業務人員還可實現對預警區域的點、線、面手動編輯功能。

（6）預警信息描述：自動生成預警信息，預警業務人員可根據實際情況編輯修改信息內容。

（7）預警結果報表：預警計算完成后，將預警結果與災害點、群測群防點、行政區劃等進行疊加分析，生成相應的統計報表。

（8）綜合致災營力查詢：已經計算完成后，可以手動查詢某一點的致災營力值，也可以自動查詢出最大致災營力值并在三維球上定位到該點。

（9）預警成果：預警計算完成后，將預警原始結果與行政區劃等進行疊加，添加預報詞，生成可用于發布的成果圖件。

（10）預警信息入庫：預警計算和制圖完成之后，即可將預警相關信息進行入庫，預警信息進入待簽批狀態。

2.6 預警信息發布模塊

預警發布模塊包括簽批流程設置、預警成果簽批和預警成果發布3 個功能。預警成果入庫之后，即進入預警發布環節。

（1）簽批流程設置：管理員功能，可對每一個預警區域設置入庫成果消息接收人（簽批人）、發布人、短信發布接收人和郵件發布接收人。

（2）預警成果簽批。有權限簽批的業務人員，登陸系統后即可看到所有待簽批的預警信息，選擇一個預警結果后，可執行“同意發布”“不同意發布”2 個簽批操作。

（3）預警成果發布。將經過簽批的預警產品通過自然氣象專線FTP 上傳給省氣象臺，省氣象臺在山東衛視晚間新聞等媒介對社會公眾進行發布；并可通過中國移動云MAS 以短信方式對省自然資源廳相關領導、十六地市自然資源局相關人員及預警區內群測群防員發布預警信息。另外還在山東省自然資源廳和山東省國土空間生態修復中心以網頁形式進行發布。

（4）簽批日志管理。對預警結果的簽批文件和日志文件進行管理。

2.7 應急管理模塊

該模塊主要包括應急分析、應急預案、應急處置等功能模塊。

2.7.1 應急分析

應急信息立案后可以在應急分析中看到該條應急信息。并可以對災害發生地點自動或手動劃定影響范圍，進行氣象實況和預報信息分析，主要是實況雨量，天氣預報，雷達圖和云圖查看。可以對災害發生地區的地理信息進行分析，主要有地質災害點、國道、省道、村莊等。系統可以根據相應的圖層增加地理分析的內容。

2.7.2 應急預案

應急預案是對年度防災預案和應急指揮預案進行編輯查詢，以備應急指揮啟動時調用。各級節點相關應急預案方案進行管理和查詢。

2.7.3 應急處置

啟動應急處置后，即調用預先制作的針對不同災害類型和等級的應急預案進行應急處置。在已經建設好的視頻會議等軟硬件平臺的基礎上，應用本系統的功能模塊。針對某一險情發起的會商，基于數據中心和業務應用系統提供會商中需要的各類信息，并將得出的建議（險情處置方案）與報告發送到相應單位，為預警指揮、應急決策提供一站式的輔助決策平臺。

2.8 系統管理模塊

該子系統實現對數據字典、業務人員信息、系統參數、統計參數等信息進行維護，并記錄各業務人員相關操作。具體功能包括組織機構和聯系人管理、用戶、角色及權限管理、日志管理、數據字典管理和其他信息管理。

引用

[1] 李忠權,冷小鵬,梁軍.基于SOA的地質災害實時監測預警平臺設計[J].成都理工大學學報(自然科學版),2018,45(5):606-614.

[2] 魏嘉.山東省地質災害氣象風險精細化預警預報方法對比研究[C]//中國環境科學學會.2017中國環境科學學會科學與技術年會論文集(第三卷),北京:中國環境科學出版社,2017:232-236.

[3] 魏嘉,張曄,魏園,等.地質災害監測預警技術創新及應用[J].地礦測繪,2018,34(4):32-33.