Web GIS技术的地质灾害监测预警

Web GIS技术的地质灾害监测预警

肖华宗1  张令泽2  赵鹏3

1.自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室  云南昆明  650216

2.云南高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室（筹）  云南昆明  650216

3.云南省地质环境监测院  云南昆明  650216

摘要：Web GIS技术的出现，使得地理信息的获取、计算、分析和展示等方面变得更加容易。因此Web GIS技术已经被广泛应用于各种领域，其中包括地质灾害监测预警。随着人类对地质灾害的关注度不断提高，发展基于Web GIS的地质灾害监测与分析系统的需求也越来越紧迫。本文基于地质灾害的特点，分析了Web GIS技术在地质灾害监测预警的运用，以期能为相关人员提供参考。

关键词：Web GIS技术；地质灾害；监测预警

引言

Web GIS是一种Web应用程序，用户可以通过互联网来获取、处理、传输和展示地理信息数据。Web GIS技术包括数据获取、数据处理、数据可视化等方面。基于Web GIS技术的地质灾害监测预警，有利于人们开展空间分析，完善灾害监测等，能够切实有效提升地质灾害监测效果，如此一来，在出现灾害之前，就可以明确灾害的位置，提前预警。除此之外，地质灾害监测预警的有效构建，能够保护群众的生命财产安全，所以，相应的地质灾害监测预警系统建设十分关键，借助这一系统，能够共享资源信息，能够保障灾害信息的互动和互联，使防灾减灾工作的开展更有时效性。

1、地质灾害的特点

地质灾害多发于世界各地，如山体滑坡、泥石流、地震等。这些灾害在给人民带来灾难的同时也给当地的经济发展和社会稳定带来很大的不利影响。随着当前人口的增加，城市扩建速度越来越快，由于施工过程中各种因素影响以及人员施工造成的影响，会造成各种各样的地质灾害问题。另外，人工开挖边坡在坡地上进行加工和操作，会导致斜坡的稳定性被破坏，从而出现滑坡事件。所以，地质灾害不仅是一种自然灾害，而且还会由于人工的影响造成整体地质出现比较大的问题。以往的地质灾害大多都是发生在无人的自然环境中，而当前地质灾害的发生极易产生在城市内部以及城市周边，因此，更加需要引起人们的关注。由于我国城镇化的快速发展，导致人口密度也越来越高，一旦发生灾害将会带来极为严重的危害与负面影响，甚至会危害人员的生命财产安全[1]。

2、WebGIS基础平台总体架构

Web GIS平台将计算机技术与空间地理分布数据相结合，具备数据管理、分析及图形演示等功能。Web GIS平台上可以同时融合卫星影像、矢量图、实景图和管理业务数据，并可以实现Web GIS平台、灾害基础信息数据库、遥感影像数据库、全景影像数据库的相互关联。此平台便于个人对基础数据的信息综合查询，具有友好的综合展示能力。一方面，平台实现了周边大范围的广域排查和具体隐患点位的定点实时监控，另一方面，实现了历史数据与实时数据的综合比对分析。为此，平台以高分辨率卫星遥感影像、无人机影像为底图数据，监控视频、个人移动视频为补充数据，构建动态的防灾减灾图像底图，并可涵盖水系、地形地貌，以此为基础进行图层分类，建立周边POI点位、重点管理点位、公里标等矢量数据，同时叠加气象数据、实时物联网监测数据，最终形成不同类别的动态基础地图数据库。

3、WebGIS技术的地质灾害监测与分析系统的需求

基于Web GIS技术，开发一种地质灾害监测与分析系统，需要实现数据获取、数据处理、数据可视化、分析服务、决策支持等方面的基本功能。

①数据获取。系统需要获取地理信息数据、卫星遥感数据、传感器数据等不同类型的数据，在此基础上再进行分类、整理、存储等操作。这些数据需要被封装为标准的数据格式，并能够实现数据的共享。

②数据处理。系统需要实现对原始数据的处理，如数据的筛选、剪裁、重采样、过滤等。同时，对数据进行质量控制，确保数据的准确性和真实性，并通过数据挖掘和机器学习来开发对数据的自动化处理功能。

③数据可视化。系统需要为各类数据提供可视化、交互式的展示方式，如地图、统计报表、图表等。这些展示工具需要满足用户的不同需求，并提供快速、准确导航以及数据查询功能。

④分析服务。系统需要提供完整的数据分析服务，如数据的统计、综合、预测等。在分析结果的基础上，系统可以为用户提供相应的推荐、决策和意见建议等[2]。

⑤决策支持。基于分析结果，系统需要提供部分决策支持功能，如对结果进行评估，进行打分和选项优缺点分析等。通过这些分析和评估，系统可以为决策者提供更加准确有效的操作指引和决策支持。

4、关键技术

4.1信息采集通信组网技术

滑坡地质灾害的监测，需要监测地表位移情况、区域范围内降水量大小、孔隙水压力值、土壤内部含水量、地下水位等基本信息。滑坡地质环境具有比较陡的坡面，若采取传统手段进行实地勘察，不仅难以取得理想的结果，还会埋下安全隐患问题。使用ZigBee协议无线通信方式作为终端传输，能够实现开放式系统互联通信参考模型的七层标准协议模型作为高级通信协议的体系结构，从而对网状拓扑结构、星状拓扑结构、树状拓扑结构进行支持。在地质灾害监测预警系统中的GPRS，其需承担起服务器和网络协调器之间信息传输的作用。若系统在进行视频监控控制时出现比较大的信息数据量，建议选择使用3G网络、4G网络与专属网络相结合的方式传输数据信息。当GPRS网络不能满足用户对地质灾害信息数据的实时性需求时，可利用北斗网络系统完成补充。

4.2时态GIS技术

通常情况下，在设计与开发地质灾害监测预警系统时都会选择使用空间数据库，如此一来就可以对地物空间特征做出反馈。造成地质灾害动态监测的空属性信息是由于时间的变化，从而导致空间对象等发生了变动，所以，在系统搭建期间利用时态GIS数据模型，能够在一时间段对空间数据库和数据时间信息获取进行有效完成。另外，可以在空间数据库中加入时间属性，从而使数据库的时态GIS数据模型得到完成，同时可及时获取数据信息的时空特征，将灾害出现的整个地理过程进行分析并作出展示，并且实现重复预警的目标。该模型既支持传统GIS系统的静态功能，又具有动态监测数据变化、存储和更新气象、降水、位移、报警等监测信息的功能。①可视化分析：可以根据图形图像化对监控数据的变化过程更直接地显示出来；②实时更新：GIS仿真技术可以实时反映地质灾害的演变过程，连接实时监控设备，保证GIS数据库的及时更新，使其可以作为灾害分析和预警的技术支持。

4.3地质灾害预警技术

预警技术要以地质灾害预警模型为基础，以此监测区域范围内的地质灾害。通过对地质灾害的基本信息的研究，常态因子和动态因子是评价因素进行划分。其中，动态因子是指对降雨量和预报降雨量进行多次累计。而地质构造、斜坡构造、地层岩性、地形地貌及人类活动等属于常态因子。并且由于对自然地质现象的动态变化的思考以及模型设计参数的调整和编辑系数的功能，根据专家评分模型分配正常系数。该模型利用正态因子的叠加层来计算复杂的基本因子，并结合预测值和累计降水量值计算动态因子。最后对复杂的基本因素和动态因素进行空间应用，以获得预警和预测结果[3]。另外，GP模型构建的可视化模型处理工具能够把复杂的预警模型、地质灾害预测处理和GP工具进行融合，实现了GIS的日常工作，另外，GP最终作为一个服务发布，以执行网络空间化功能调用，该调用可以通过WebServic、引用或程序中的其他服务支持平台。

5、结语

综上所述，地质灾害监测预警所需的数据相对较多，不但有数字化类型和非数字化类型之分，还会牵涉到大数据挖掘和数据分布分析等方面。这些数据通过Web GIS技术进行整合和展示，能够更加准确的实现对地质环境的建模，进而更好地对地质灾害进行预警。

参考文献：

[1]张后林,杨印雷,李洪征.通防灾害预警预控技术实践与应用[J].中国高新科技,2023,(13):57-59.

[2]李玥.论地质灾害预警中无线传感网技术的应用[J].内蒙古煤炭经济,2021,(18):181-182.

[3]杨向敏,吴福,陈柏基.地质灾害预警预报技术创新与应用[J].地理空间信息,2021,19(03):112-114+8.

作者简介：肖华宗（1989—），男，汉族，云南富源人，工程师，主要从事地质灾害监测预警工作。

通讯作者：张令泽（1989—），男，汉族，云南宣威人，工程师，主要从事地质灾害监测预警工作。