地理信息系统(gis)在地质灾害中的应用——高荣

地理信息系统地理信息系统(GIS)(GIS)在地质灾害中的应用在地质灾害中的应用 高 荣 根据我单位具体承担工作的实际，结合吉林大学在职工程硕士班地理信息系统课 程要求，完成此报告。由于个人水平有限，错误之处敬请指正。 摘要摘要：地质灾害是一种与人类活动密切相关的地质活动过程，地质灾害评估是地质灾害防 治的重要环节之一，随着信息技术的发展，传统的地质灾害评估方法已不能满足当前工作 的需要，数字制图技术和 3s 技术的飞速发展，使得地质灾害信息实时和可视化处理成为可 能，GIS 是地质灾害研究中的重要工具，将 GIS 应用于地质灾害评估工作中，通过建立地 质灾害评估数学模型，使 GIS 和传统地质灾害评估方法相结合，将大幅度提高地质灾害评 估的效率，实现地质灾害评估的计算机管理，提高地质灾害管理的信息化水平，为决策管 理部门提供正确及时的信息，对于减轻地质灾害造成的损失，制定正确的抗灾、救灾政策 提供重要的辅助决策支持作用。 GIS 正处于急剧变化与发展之中。目前，国内外利用地理信息系统，主要用于国土和 城市规划，地籍测量，农作物估产，森林动态监测，水土流失，地下水资源管理和矿产资 源勘测，潜力分析及开发等众多领域。而 GIS 在地质灾害的应用也在不断扩大，现在其在 地质灾害的应用主要表现在这几方面： 一、一、GISGIS 在地震上的应用在地震上的应用 GIS 在地震中的应用表现在，地震分析、预报、预报、抗震、减灾、救灾、灾后评估。 最主要表现在预报，灾害评估和减灾。 1、地震的预报 地震是众多自然灾害中对经济发展和社会稳定危害最为严重的一种灾害。至今地震预 报仍然是一个世界性难题。目前,进行地震预报的主要依据还是各种地震前兆, 专家们根据 发生的各种现象及经验进行地震预报。由计算机来进行数据的自动采集、异常的自动判别, 然后再根据地理信息系统提供的丰富信息进行地震预测,可以更客观、更系统地进行推理和 智能决策。如：地震预报智能决策支持系统。 2、地震灾害的损失评估 这是 GIS 在地震灾害中的最主要的应用。一次破坏性地震所造成的灾害评估主要是由 房屋建筑破坏情况、人员伤亡情况和经济损失预估等决定的。而这些评估又要依赖于对各 类建筑物的调查和相应的人口分布情况。对建筑物的调查要特别注重它的结构类型、建筑 质量、设防标准等 ,并在此基础上进行结构的易损性分析。GIS 为大区域的地震破坏和损 失研究的实施提供了理想的平台 ,在 GIS 下以方便地评估大震发生导致的社会经济影响。 3、地震后的减灾 在地震后快速做出的决策是减少地震损失的很重要的途径，利用 GIS 提供的，最短路 径等空间分析，为领导的决策提供客观直接的意见。利用 GIS 做出的应急决策主要表现在 这几方面：救灾方案;人员避震疏散;各危险品贮存点的危险程度警告及防保措施; 地震火灾辅助决策等等。可以说 ,在震后数小时内 ,这几个方面是与人们的生命安全密切 相关的。 二、二、GISGIS 在崩塌、滑坡中的应用在崩塌、滑坡中的应用 GIS 在崩塌、滑坡中的应用主要表现在灾前的风险评估。一般地质灾害可以分为灾前 孕育阶段一一灾害活动阶段一一灾后恢复阶段。对于突发性的地质灾害，如崩塌、滑坡， 其灾害活动阶段往往非常短暂。这类灾害的评估主要是灾前的风险评估与灾后损失评估， 从防灾减灾工作角度，为了争取主动，防范于未然，灾前风险评估尤为重要，是我们工作 - 2 - 和研究的重点。 1、崩塌、滑坡的灾前风险评估 将 GIS 引入崩塌、滑坡灾害危险性评价，主要是考虑到 GIS 的空间数据管理能力和其 强大的空间数据分析能力，将其作为地质灾害危险性评价的分析工具，来加速崩塌、滑坡 危险性评价的过程，提高危险性评价的精度。同时由于 GIS 独特的空间分析功能，和超强 的数据分析能力使得在崩塌、滑坡地质灾害危险性评价过程中又衍生出一些只有 GIS 才能 完成的评价方法，而且，这种充分利用 GIS 功能的危险性评价方法还在不断的产生。GIS 支持下的崩塌、滑坡地质灾害危险性评价的目的是区分出不同危险性等级区域，并通过危 险性制图来反映。 利用 GIS 进行地质灾害危险性评价，需要充分利用 GIS 的空间叠加分析功 能将每个 影响崩塌、滑坡的因素用一张专题地图来表示。基于矢量的空间叠加分析中，多个专题图 层相互叠加产生了新的多边形并且附带了原来多个专题图的属性;基于栅格的空间叠加分析 中，每一个图层对应的栅格之间作相应的四则运算或者是函数运算，得到一张新的栅格专 题图，为各因素层运算之后的结果。基于 GIS 的崩塌、滑坡危险性评价方法，实质上是针 对输入的各评价因素层所做的某种函数云叠加运算，叠加运算的结果即是危险性评价的结 果。本质上可以将这种危险性评价表示为多个图层的函数。 三、三、GISGIS 在泥石流中的应用在泥石流中的应用 GIS 在泥石流的应用主要在泥石流的危险性评价和泥石流预警。全国有灾害性泥石流 沟 1 万多条, 滑坡数万处, 它们严重影响着广大山区社会经济的发展 。为了减轻滑坡和 泥石流灾害的影响, 需要制定灾害管理的整体战略 。这样的战略涉及三个方面: 灾害预防、 灾害预警和灾害减轻。不过，在泥石流方面，一般 RS 和 GIS 结合应用于泥石流，这样才能 有很好的效果。 1、泥石流的危险性评价 对地质图进行数字化处理可以获得岩性分布图和断层分布图, 进而量算每一种岩石的 分布面积和百分比以及断层的长度; 通过航片解译或野外调查, 计算崩塌区的面积。通过 对地形图进行数字化或者通过航片或卫片的处理, 可以获得数字高程模型, 从 可以提取小 流域坡度、面积、沟谷坡降等因子, 并计算泥石流区形状因子的值。植被因子用正规化植 被因子表示 , 可以通过卫星影象的处理得到。选择影响泥石流发生的因子; 通过遥感获取 数据, 利用 对每个因子进行处理, 建立包含各因子的数据库; 用统计方法确定个因子对泥 石流形成的贡献, 建立泥石流危险度评价模型, 计算泥石流危险度的值并进行评价，从而 做出泥石流的危险性评价。 2、泥石流预警 正确和有效的泥石流预警可以极大地减少生命和财产的损失。正确和有效的泥石流预 警可以极大地减少生命和财产的损失。但泥石流监测预报还存在着预报的非确定性、预报 模式难以推广、预报没有涉及灾害损失以及没有成分利用气象资源等问题 。利用 和 技术, 可以帮助我们建立更加精确的泥石流预报模式, 并对泥石流的灾害损失进行有效的预报。 利用 GIS 可以建立泥石流空间数据仓库, 通过空间数据挖掘技术对泥石流的激发因素、爆 发时间和规模与环境背景条件的相关关系进行定量分析, 以帮助我们更加深入地研究泥石 流的形成机理, 建立相对精确的泥石流预报模式。在泥石流形成机理、泥石流预报模式研 究的基础上, 可以建立泥石流预警的知识库, 最终建立泥石流预警专家系统, 达到泥石流 预警的智能化和自动化。 四、四、GISGIS 在地面沉降中的应用在地面沉降中的应用 GIS 在地面沉降的应用主要表现在地面沉降的预测。地面沉降成为制约城市发展的一 个重要的因素。严重的地面沉降可造成地表和地下排水不畅、建筑地基下陷等灾害，对人 吉林大学在职工程硕士班地理信息系统读书报告 高荣 联系电话 3 - 类工程活动和生产环境产生极大的危害。GIS 提供了一种认识和理解地学的新方式，其强 大的空间分析功能和数据库管理能力为城市地面沉降的研究提供了一个卓有成效的途径。 GIS 可以从空间和时间的角度对地面沉降进行预测。利用 GIS 技术作为平台，结合地面沉 降模拟和预测方法，充分利用 GPS 和遥感数据，建立一个沉降动态监测和预测预警系统， 并利用 GIS 实现地面沉降的可视化。 五、五、GISGIS 在水土流失中的应用在水土流失中的应用 GIS 在水土流失的应用主要表现在水土流失的危险性评价。水土流失作为一门多学科 的交叉科学 ,是一个十分复杂的地学问题 ,涉及的影响因子众多 ,与空间数据的联系十分 密切。GIS 的空间分析能力、建模能力和空间数据管理能力为水土流失的分析提供了技术。 GIS 具有对空间数据和属性数据进行分析和统计的功能 空间叠加/属性分析 ,通过宏观分 析水土流失的各个影响因子 ,可以实现对各水土流失因子信息的自动提取;在属性分析的基 础上 ,建立起水土流失评价的定量统计模型。一般是将影响水土流失的各因素的专题图分 别输入 GIS 并建立起完整的数据库 ,然后通过 GIS 的叠加分析 Overlay 、拓扑分析等操 作 ,并配以一些特定的算法程序 ,可以进行水土流失强度、水土流失危险性及各侵蚀因子 的制图操作。利用 GIS,通过将各影响因子专题图进行叠加 ,实现了小流域的水土流失危险 性评价制图。 地质灾害灾情评估信息系统(Geo-Disasters Risk Evaluation Information System， 简称 GDREIS)是以 GIS 技术支持的、以解决地质灾害信息处理相关技术问题的专题应用型 信息系统，该系统从空间数据信息的有效获取、储存、查询和处理入手，提供灾情动态和 实时环境评价、危险性区划等地质灾害预警信息成果，为有关政府部门提供决策服务。 GDREIS 系统的研究目的就是在 GIS 工具系统和专业应用系统的支持下，结合地质灾害工作 中空间信息管理、分析和预测评价的实际需要，进行地质灾害方面的应用研究，探索传统 的地质灾害分析方法与 GIS 信息技术进一步结合的关键技术问题，开发实用性空间分析模 型，为实现工程地质分析研究的多源、实时、动态、形象管理提供快速有效的技术途径。 结合实际地质灾害特征，进行地质灾害数据调查，提出灾情评估指标体系，利用数学模型 进行地质灾害危险性区划，建立试验区的灾情评估模型，应用 GIS 方法对研究区进行灾害 评估研究。为地区工程地质灾害勘察、防治工程优选及项目管理提供科学依据，从而在最 大限度上减轻灾害损失，促进地区社会经济可持续发展。地质灾害受到人为活动条件、气 候植被条件、地形地貌条件、地质条件及历史灾害发生的规模、频次、密度等许多因素的 影响，由于不同范围地质灾害灾情评估的精度要求不同，指示工程地质灾害活动程度的要 素不同，所以评估的内容和方法也多种多样。 利用 GIS 强大的空间分析和空间数据库管理功能结合各种地质灾害专题分析模型，对 GIS 各个模块功能的组合应用和对 GIS 数据库的挖掘必将使 GIS 迎来更为广阔的应用前景； 同时也为地质灾害研究提供了技术上的支持。GIS 在地质灾害研究中的应用潜力正在不