地质灾害GIS解决方案.docx

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1、地质灾害GIS解决方案1我国地质灾害基本情况地质灾害是指因自然因素或者人为活动引发的、危害人民生命和财产安全的、与地质作用有关的灾害。我国地质灾害种类繁多，分布广泛，活动频繁，危害严重。据统计，上世纪八 十年代末至九十年代初，每年因地质灾害造成 300-400人死亡，经济损失100多亿元。九十年 代以来，我国因地质灾害造成的损失每年都在 200亿元以上，人员死亡约1000人。地震是破坏性最大的灾害，并可以诱发一系列其他地质灾害。据统计，上世纪因地震而死亡的人数达260万，占各种自然灾害死亡人数的58%崩塌、滑坡、泥石流一一全国有350多个县的上万个村庄、100余座大型工厂、55座大型矿山、30

2、00多公里铁路线受崩塌、滑坡、泥石流的严重危害。地面塌陷一一除北京、天津、上海、河南、甘肃、宁夏、新疆以外的 24省、区、市都 发现岩溶塌陷灾害，其中以广西、湖南、贵州、湖北、江西、云南、四川、河北、辽宁等省 市区最为发育。黑龙江、山西、安徽、江苏、山东等省则是矿山采空塌陷的严重发育区。地面沉降一一全国共有上海、天津、江苏、浙江、陕西等 16个省。地裂缝一一出现在陕西、河北、山东、广东、河南等 17省（区、市），共400多处、100 0多条。突发性地质灾害不仅带来重大的人员伤亡和财产损失，而且也引发了严重的公共安全问题。我国政府十分重视地质灾害的防治工作，在全国范围内开展灾害群测群防和减灾防灾

3、工作。但是，由于技术手段和认知水平的瓶颈，很多的地质灾害信息系统还无法满足大范围的信息发布以及决策支持，并且很难进行有效地地质灾害预测和防治工作。因此，进行科学有效的地质灾害评价、监测、预警和及时的灾害信息发布，构建完备的地质灾害防治体系对 降低地灾对人民群众生命财产损失，减少对生态地质环境破坏意义十分重大。图1.全国地质灾害图图2.中国自然灾害分布图图3,全国2007年1-6月地质灾害分布图4,全国2009年7月地质灾害点分布金用他度泥雪点分布图4VW全忖电点义窗点分相凰E D-I llb图5.全国2010年9月地质灾害点分布图6.全国2010年9月地质灾害点死亡人数、经济损失1.1 我国地

4、质灾害的分类我国地质灾害种类齐全，除现代火山灾害外，其它地质灾害都相当严重。按破坏型式、动力作用、物质组成和破坏速率可以划分为10大类31种:地震：天然地震、诱发地震 岩土位移：崩塌、滑坡、泥石流地面变形：地面沉降、地面塌陷、地裂缝 土地退化：水土流失、沙漠化、盐碱（渍）化、冷浸田海洋（岸）动力灾害：海面上升、海水入侵、海岸侵蚀、港口淤积矿山与地下工程灾害：坑道突水、煤层自燃、瓦斯突出和爆炸、岩爆特殊岩土灾害：湿陷性黄土、膨胀土、淤泥质软土、冻土、红土水土环境异常：地方病地下水变异：地下水位升降、水质污染河湖（水库）灾害：淤积、塌岸、渗漏地质灾害的发育分布及其危害程度与地质环境背景条件（包括地

5、形地貌、地质构造格 局和新构造运动的强度与方式，岩土体工程地质类型、水文地质条件等）、气象水文及植被条件，人类经济工程活动及其强度等有着极为密切关系。图7.大面积山体滑坡、崩塌图8.滑坡、崩塌地质灾害图9.舟曲泥石流无人机航拍图10.泥石流冲刷过的村庄图12.流水侵蚀造成土壤盐渍化图13.森林火灾1.2 主要地质灾害直接经济损失统计损失分类灾害类型年均经济损失（亿 元）备注直接破坏现有设施（I）崩塌、滑坡、泥石36第I类的年均经济损失流共约55亿元/a地面塌陷4.39地面沉降1地裂缝0.4地震10瓦斯爆炸0.1坑道突水3造成社会产值减少（n）冷浸田30第n类的年均经济损失约为55亿元/a土地盐

6、渍化25破坏环境，损失资源（出）土地沙化45第出类的年均经济损失约为156亿元/a水土流失96煤层自燃15海水入侵8合计274此数据反映平灾年份的经济损失2地质灾害防治基本手段地灾防治涉及地灾调查、监测、预报预警、理论研究、管理机制体制、技术装备等一 系列技术和管理环节。下面是现有地灾防治的几个基本手段，如地灾调查、监测预警、技术手段以及条例规定实施等的基本状态。2.1 地质调查我国2600多个县市中，已有1600多个完成了地质灾害专项调查。在这1600多个县市中，调查重点集中在城镇村落、重要工程设施、主要交通干线及大江河沿线、旅游景区等附近区域。调查精度为 1: 5万或1: 10万。调查对象

7、包括地质灾害体、孕灾地质环境、危害 对象以及地质灾害隐患。 调查手段以专业技术人员常规地面调查为主。调查成果主要以地质灾害分布图、地质灾害发育程度分区图表示。除了按县市行政区域开展的调查以外，国家还选择地质灾害危害严重的交通干线、大江大河、重点工程实施区域开展了地质灾害调查。如成昆铁路沿线、三峡库区等。除了专门的地质灾害调查外，在以省域或地区性地质调查项目中，也安排有地质灾害调查内容。如在1: 20万区域水文地质普查、1 : 50万环境地质调查、1: 25万区域地质调查中，就都有地质灾害调查内容。这一类调查多属附加性质，调查精度 较低。2.2 监测预警在地质灾害摸底调查的基础上，筛选出对城镇建

8、筑、工程设施、道路等仍有潜在威胁 的地质灾害点及隐患点，作为监测对象，实施动态监测。这种监测通常以两种方式进行，一 是汛前职能部门组织技术力量逐一进行实地排查，确认孕灾环境的动态变化状态以及有无灾前迹象；二是汛期当中的群测群防，群测群防系统组织严密，从省到县、乡镇、村、组，都 设有专门人员负责各层级的地质灾害监测工作。在临灾预报预警方面，也主要有两种方式。一是地质灾害气象预报预警。国土资源部 门根据气象部门天气预报的降雨情况，对易引发地质灾害的区域发出预报预警信息。中央气象台在每天的新闻联播后在天气预报中对全国的地质灾害发布预报预警，省市电视台则发布本省市的地质灾害气象预报预警。二是通过群测群

9、防系统发布预警信息，这种方式的预报预警是通过村或组一级的地质灾害现场观察监测层层上报，然后由高层专业技术人员作出临灾预报预警判断。基于天气预报的地质灾害预警，涉及区域范围大，没有具体的地质灾害发生区。通过群测群防发布的预警，预警范围小，往往针对具体的地质灾害发生区域。3地质灾害防治主要面临的问题3.1 对地质灾害危害认识存在偏差地质灾害不单单是对建筑物、对工程设施等的破坏以及对人民生命的伤害，还应包括 对生态和地质环境的破坏。对前者的危害，是发生在眼前的、可直接感受到的损失。而发生在那些远离城镇村落、远离工程设施、远离交通干线的无人区域的崩塌滑坡泥石流，虽没有直观的人员伤亡，没有直观的人民财产

10、的损失，但都对生态地质环境造成了破坏，恶化了生态地质环境。生态地质环境的恶化，也是对人类生存的危害。 其次，这些发生在沟谷源头的崩滑流，成为了更大规模泥石流的物源，最终仍会危害到人民的生命财产。因此，地质灾害防治，应以小流域为单位开展，不应只顾及城镇村落、工程设施、交通干线等附近区域。3.2 技术手段落后工具简单地质灾害摸底调查是地质灾害防治工作的最基础最重要的一个环节，只有全面客观的 掌握了地质灾害发育规律及分布特点，才能有效地防治。目前我国地质灾害调查的技术手段单一落后，工具简单。摸底调查的专业技术人员现场调查、访问，常用工具为直钢尺卷尺等简陋工具。调查按预先设计的点位及路线进行，然后根据

11、若干个点位判断一定范围内地质灾害发育分布情况。这是沿用了几十年的地质调查技术方法，即所谓的点一线一面方法。这种方法的缺陷是显而易见的，就是很可能遗漏掉一些重要内容，对调查对象不能得出客观全面准确地认识。再者，由于山区地形复杂，通行困难，一些地质灾害的孕育范围很大，靠人力 很难到达山坡上部和沟谷源头，这也极大限制了调查的准确性。像舟曲三眼峪这样复杂的沟系地形，这么大的流域范围，靠人力调查是很难查明孕灾环境实际状态的。比如植被覆盖率，比如坡面和沟床的松散物堆积量，比如坡面坡度坡面形态沟谷坡降沟床形态沟系平面形态等 等，就很难靠地面调查的现有方法搞清楚。3.3 监测体系不完备地质灾害防治工作是一个复

12、杂的系统工程，现有地质灾害防治工作一般只是单方面注 重地质灾害评价，地质灾害监测以及地质灾害应急预案等工作，相反，却没有将这些工作形成一套整体。对于区域地质工作监测来说，监测区位选择需要依靠区域地质风险评价结果， 在灾前、灾中能够做到群策群防以及及时的信息传递和发布，结合气象预报预警系统，大大提高地质灾害监测能力。4地质灾害防治系统建设针对我国地质灾害分布基本情况，必须结合先进的计算机技术、网络技术、3s技术、数据库技术以及实时监测技术才能达到有效预防和监测，构建及时有效的灾前、灾中以及灾后全面的评价、监测、评估和重建体系。，蝠慢勤酬？,厥酊翔酬副设通居镇赧咕蛾脑脑蟠痛弱性般噫即能稗 像宾触蒯

13、蝠快害幽岫 性害胭髓 嚏点区域融监我嗔触雷触唯星琳咬后腿林+蚁雄就恢舞建动摘舞曲恢史里建颇支持怏部速详防技#I人口、房即蚓情鞘罔麻帼蕾五射 - a - - i 7n/有掰筋肝台装中匿靠蹒除就尚种楙（受黄A5_ /房购即 翻量机 螂 产融期电穴需求分析技术-喻捧酗辘图16.地质灾害监测、预警体系4.1 基于遥感技术地质灾害调查遥感技术应用于地灾调查的技术优势是得到广泛认可的事实。节省人力时间、无调查盲区的全景覆盖是其技术手段本身的特点。但一直以来，遥感图像的分辨率是制约其进行大比例尺高精度地灾调查的技术瓶颈。现在，这个瓶颈已经被打破。近十年来，米级亚米级高分辨率卫星遥感相继问世并投入商业化运营。

14、对这种高分辨率卫星遥感图像做信息增强处理后，可目视识别长宽数米的地物目标，可满足1 ： 1万甚至更大比例尺精度的地质灾害调查。近来常提到地质灾害的隐蔽性，所谓隐蔽性，很大程度上也是由于调查手段或监测预报预警手段落后不能被发现所造成。遥感技术无调查盲区的全景覆盖完全可弥补或减少这一缺憾所 带给人们的伤害。这样，在短时间内，无需太大的投入，在全国山区开展1： 1万比例尺精度的地质灾害调查，查明每一条沟谷每一面山坡地灾现状以及孕灾地质环境现状是完全有技 术保障的事情。在查清地质灾害现状及孕灾地质环境现状的基础上，可以利用遥感技术对地灾隐患体或隐患区进行动态监测。对于缓慢位移的地灾隐患体，可采用高程精

15、度达毫米级的INSAR雷达遥感技术监测；对泥石流隐患区可以利用高分辨率卫星遥感技术监测其孕灾地质环境的 动态变化。这样的动态监测，再辅以少量的地面排查以及业已建立的群测群防系统，可有效地掌握地灾隐患体或隐患区的动态变化，提高临灾气象预报预警的准确性。下面是中国地质调查局西安地质调查中心“陕西省延安市宝塔区地质灾害详细调查” 项目组运用TM SPOT QuickBird等多源遥感数据，对区内滑坡分布、规模、期次、形态以及周遍影响人群分布等进行了1:10万、1:1万、1:5千等多种比例尺遥感调查。社安方信中Mkbird IJ ；|!一比怕饱安?；当SPOT Ph!越懂图17.遥感地质灾害区域详查图

16、18.地质灾害现场排查4.2 基于GIS技术地质灾害危险性评估地质灾害危险性评估是对地质灾害的活动程度进行调查、监测、分析、评估的工作，主要评估地质灾害的破坏能力。地质灾害危险性通过各种危险性要素体现，分为历史灾害危险性和潜在灾害危险性。历史灾害危险性是指已经发生的地质灾害的活动程度，要素有：灾害活动强度或规模、灾害活动频次、灾害分布密度、灾害危害强度。其中危害强度指灾害将 活动所具有的破坏能力，是灾害活动的集中反映，是一种综合性的特征指标，只能用灾害等 级进行相对量度。地质灾害潜在危险性评估是指未来时期将在什么地方可能发生什么类型的地质灾害，其灾害活动的强度、 规模以及危害的范围、危害强度的

17、一种分析、预测。地质灾害潜在危险性受多种条件控制，具有不确定性。地质灾害活动条件的充分程度是控制点，地质灾害潜在危险性的最重要因素，包括地质条件、地形地貌条件、气候条件、水文条件、植被条件、人 为活动条件等。历史地质灾害活动对地质灾害潜在危险性具有一定影响。这种影响可能具有双向效应，有可能在地质灾害发生以后，能量得到释放，灾害的潜在危险性削弱或基本消失。也可能具有周期性活动特点，灾害发生后其活动并没有使不平衡状态得到根本解除，新的灾害又在孕育，在一定条件下将继续发生。 地质灾害危险性评估的方法主要有： 发生概率及发 展速率的确定方法，危害范围及危害强度分区，区域危险性区划等。通过GIS可以对地

18、质灾害危险性影响因素分布构建单独的因子图层，如坡度图层、坡 向图层、植被覆盖、降雨分布、地质岩组、人类活动等，综合分析得出各个因子对地质灾害 发生的贡献率，最后加权得到地质灾害风险评价图、易损性评价图、破坏损失评价图以及防治工程评价图。图19.浙江省滑坡（泥石流）地质灾害概览预报图图20. ArcGIS地理建模脆弱性分析图21.脆弱性评估4.3 地质灾害监测预警系统是地质灾害地质灾害预警基本采用地质灾害与降雨等资料。预报模式主要有3种: 易发区与雨量（预报雨量和前期实际雨量）相叠加；二是仅用雨量进行判断；三是用地质灾害的孕灾环境、致灾因子和承灾体之间的非线性复杂关系，结合统计学、模糊数学、灰色

19、系统、人工神经网络等科学理论，建立地质灾害的失稳机制和解算方法，充分利用地质灾害经在灾害发生之验数据和降雨量等信息开发地质灾害预警系统将为预警提供科学的决策支持， 前进行将损失减低到最低。ArcGIS在地质灾害预警方面的支持可从三个层面来讲：数据层、逻辑层和表示层。其 中数据层用来输入、存储和管理数据；逻辑层用来对地质灾害信息系统中的属性数据进行综 合和融合，处理地质灾害信息系统的建模和空间分析：表示层是将地质灾害中的信息展现给用户，提供查询、检索和统计等功能。地质灾害预警系统的系统结构图如下：图22.系统结构图4.4 地质灾害群策群防信息系统根据国家和各地区地质灾害管理工作的有关规定，依照各

20、地方地质灾害管理工作流程，以计算机技术为基础，以数据库为核心，以 ArcGIS为平台，以网络传输为通讯手段，建立 地质灾害群策群防体系信息系统，实现地质灾害预报预警分析及成果签批发布的自动化、科学化；实现地质灾害调查评价、规划、监测、预报预警、应急处置、搬迁治理等地质灾害数 据的存储和共享利用；对突发性地质灾害作出分析、评估，为各级政府快速组织相关资源， 实施抢险救灾，开展地质灾害防灾减灾工作提供决策依据和技术服务。地质灾害群策群防总体架构（包括后期扩展功能）如下图所示:图23.系统整体架构地质灾害群策群防体系主要基于SOA(service-oriented architecture)架构设计

21、，主要包括运行支撑层、数据服务层、信息服务层以及应用层组成。其中，支撑层主要包括地质灾害监控站、监测网、基础软硬件环境；数据服务层主要包括地质灾害易发区基础地理数据、 人口数据、社会经济数据、区域地质调查数据、区域地质风险评价数据、地质灾害点等专题 数据，数据层主要通过服务层对各类应用提供基础和地质专题数据服务；服务层主要是基于IT标准发布的各类服务，包括数据服务、地图服务以及功能服务，这些服务都以统一的ArcGIS REST接口对外提供接口服务，供各类应用系统调用；应用层主要包括易于Web的在线地质灾害数据采集平台以及基于移动GIS的灾情上报系统。此外，应用还可以接入气象专题，与气象相关部门

22、做到联合预警预报。4.5 地质灾害数据库与管理信息系统构建地质灾害数据库，将地质调查得到的一些列成果如区域地质调查图、矿产水文环境地质图、地理物理、航空物探、地理化学、遥感影像、底图，数据库专题内容等数据都可以统一放入 Geodatabase中。Geodatabase除了提供可伸缩性的数据规模管理外，还可以通 过建立属性域值规则解决属性定义不一致问题、建立关联机制解决非空间信息冗余问题、建立拓扑规则解决不同片区之间的接图关系问题。另外，Geodatabase也提供多用户协同工作，从而大大改善工作效率。开发地质灾害信息管理系统，主要基于ArcGIS Engine技术开发而成的C/S架构程序， 可

23、以对各地质灾害隐患点信息进行全面管理；对地质灾害点灾情信息进行综合管理；提供地质灾害点分布图 GIS功能。还可以集成地质灾害风险评价子系统以及监测预警系统。图24. C/S架构地质灾害信息管理系统4.6 地质灾害We睬集信息服务系统地质灾害We炽集发布系统主要基于 ArcGIS Server技术构建，主要用于地 质监测人员在线录入地质灾害信息，实现在线信息采集、发布共享；止匕外，系统 可以将各类地质灾害信息和遥感地质调查数据通过Web!行发布，以实现信息及时传递和共享。系统还可以对移动监测巡查人员进行 GPSt位，查看各个巡查人 员实时位置，及时了解灾害巡查情况。图25.地质灾害监控系统界面图

24、26.地质灾害监控系统界面-叠加遥感影像图27.地质灾害移动巡查人员在线位置监控4.7 移动地质灾害信息采集与上报系统通过GPRS CDMA口 3G移动通讯网络，可利用 PD破备（例如多普达手机） 在任何时间、地点及时地获取雨量雨情、预报预警、灾害情况、卫星、气象雷达 云图、防灾通讯录、天气预报等信息，从而进行地质灾害防治的灾情上报与移动应急指挥。移动地质灾害信息采集系统需要集成 GP矶能，能够通过无线技术将 实时地质灾害信息传递给中心服务器网关， 中心服务器通过适当处理，便能及时 的将地质灾害信息显示的 Web布系统中以实现信息协同。内置的GPSS位功能 可以对地质灾害巡查人员的位置进行实时

25、定位，并可以有效反应在 Web以及C/S地质灾害信息管理系统界面上。4.8 建立地质灾害气象预报预警系统图28.汶川地震灾情地质气象预警我国地质灾害信息大都与降雨分布密切相关，因此，建立地质灾害气象预 报预警系统对于地质灾害监测、预警将能够起到极大的作用。可以通过气象条件 与地质灾害发生的关系，建立地质灾害与气象因素的关系；分析地质灾害与降水 量的关系，总结出诱发地质灾害的临界雨量（雨强）；还可以结合 MM外尺度数 值预报模式，开发区域中尺度数值模式业务系统， 达到精细化降水预报。通过山 洪地质灾害与气象因素的关系研究，确定山洪地质灾害气象预报预警方法； 建立 山洪地质灾害灾情情报背景资料数据

26、库；结合灾情采集上报系统可以快速采集山 洪地质灾害预报预警信息；将地质灾害预报结果与基础地理信息相结合， 实现有 图可依、有图可查，极大完善地质灾害监测预警体系。在Web以及C/S地质灾害信息管理系统界面上4.9 遥感地质灾害监测手段遥感在地质灾害中主要可以应用在如下几个领域： 灾害预测、灾害监测、紧 急救援与恢复重建工作。由于高分辨率卫星遥感影像难以及时获取，因子，遥感 当前的应用集中在灾后评估和应急反应中。对于灾害预测相对较少。图29.遥感用于滑坡前后灾害监测图30.遥感用于灾情评估、紧急救援图32.舟曲灾情遥感影像制图图31. 汶川灾后重建评估胡阴下片翻而ETM眼就T邳颖魏5加EM雅H 壮酸触解般脱雌躯螺翻I ；期吸进行欢国痛南鞭跖猫画觥吉;阴阳即旗烟8年殂Q曲婀醐-2理魄(1 tn)艇.模制好棉设殷轴前图33.舟曲灾区影像初步解译阴弱助甲腓日加历叫工星川迪媒献岂祁恺川i也与#察干岛m；嘱置善应耙版与制u惮费制，熊上反翻礴的髓，髓以般醐足据林神聒卷姐战褊遍就裁扁圜造耳堂富或升即丽蜥图34.舟曲灾区灾情评估相印,榭怪明邮件与卫星卷乱亮越理与福宅鼾相图35.舟曲灾区信息定量评估灾醐牖息提取技术人工艇峨髓颗图36.灾害影像系信息提取技术