GIS在地质灾害中的应用.ppt

GIS在地质灾害的应用,地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）是一个技术系统，是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。它诞生于20世纪60年代，经过了50年的发展，进入到21世纪，随着GIS产业的建立和数字化信息产业产品在全世界的普及，地理信息系统已被广泛应用于军事、资源、环境、地质、农林、水利电力、铁路公路、城乡规划、宏观决策等众多领域，为人类的生产生活带来了诸多便利。,地理信息系统概述,GIS与地质,GIS在地质上也有很多方面的应用，许多单位用它来绘制地质剖面图、预测与评价矿产资源、分析石油地质、监测环境信息、应对自然灾害等。GIS具有强大的空间分析和数据组织能力。实践证明，将GIS应用于地质学方面，减轻了地质工作量，提高了地质工作效率，解决了地质学的很多难题。为地质学的发展提供了更为广阔的空间。,地质灾害,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。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。,中国地质灾害图,按地质灾害类型分为以下几种：,1、GIS在地震上的应用2、GIS在崩塌、滑坡中的应用3、GIS在泥石流中的应用4、GIS在地面沉降中的应用5、GIS在水土流失中的应用,：,GIS在地质灾害的应用,1、GIS在地震上的应用,1、地震的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对地震造成的经济损失人员伤亡的评价3、地震后的减灾用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,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。,中国地震震中分布,2、GIS在崩塌、滑坡中的应用,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。,滑坡,滑坡崩塌,滑坡崩塌毁坏民居,3、GIS在泥石流中的应用,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,舟曲泥石流,舟曲泥石流航拍,4、GIS在地面沉降中的应用,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,地陷,城市地陷,城市地陷,山村地陷,京津冀地区沉降地图,5、GIS在水土流失中的应用,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、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。,黄土高原水土流失,中国水土流失类型分布,黄土高原的水土流失,流水侵蚀造成的土壤盐渍化,地质灾害GIS实现的功能,1、地质灾害评价和管理利用地理信息系统的各种功能,建立地质灾害空间信息管理系统,管理地质灾害调查资料,显示并查询地质灾害的空间分布特征信息,评价地质灾害的危害程度,分析地质灾害和影响因素之间的关系,提出减轻和防治地质灾害的措施,对将来可能发生的地质灾害进行预测。2、地质灾害的危险性分区评价由于各种地质因素本身的不确定性,以及地质因素之间相互作用的复杂性,在收集大量的基础地质环境资料前提下,利用对这些基础资料进行有效地处理来提高数据的可靠性,通过选取合适的评价预测指标,运用恰当的数学分析模型,对研究区进行地质灾害危险性等级的划分,从而为地质灾害的管理及防治和预警决策提供依据3、GIS与专家系统的集成应用GIS与专家系统的集成应用中,GIS所起的作用主要是管理时空数据,进行空间分析;专家系统所起的主要作用是利用专家知识和空间目标的事实推理判定灾害的危险程度。二者的结合将使专家经验得到推广,减少野外和室内手工作业工作量,使区域地质灾害的动态管理成为可能。,灾害监测与应急业务运行体系,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。,地质灾害防治GIS的形式,1、基于遥感技术地质灾害调查2、基于GIS技术地质灾害危险性评估3、地质灾害监测预警系统4、地质灾害数据库与管理信息系统5、地质灾害Web采集信息服务系统6、移动地质灾害信息采集与上报系统7、建立地质灾害气象预报预警系统8、遥感地质灾害监测手段,1、基于遥感技术地质灾害调查,遥感技术节省人力时间、无调查盲区的全景覆盖的特点使广泛其应用于地灾调查。尤其近十年来，高分辨率卫星遥感相继问世并投入商业化运营，这对查清地质环境现状提供了完全的技术保障。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，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。,遥感地质灾害区域详查,地质灾害现场排查,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。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。通过GIS可以对地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。,浙江省滑坡（泥石流）地质灾害概览预报图,ArcGIS地理建模脆弱性分析,脆弱性评估,3、地质灾害监测预警系统,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：一是地质灾害易发区与雨量（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，在灾害发生之前进行将损失减低到最低。,地质灾害预警系统结构图,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：,4、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ArcGISEngine技术开发而成的C/S架构程序，可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。,C/S架构地质灾害信息管理系统,5、地质灾害Web采集信息服务系统,地质灾害Web采集发布系统主要基于ArcGISServer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；此外，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进行发布，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GPS定位，查看各个巡查人员实时位置，及时了解灾害巡查情况。,地质灾害监控系统,地质灾害监控系统界面-叠加遥感影像,地质灾害移动巡查人员在线位置监控,6、移动地质灾害信息采集与上报系统,通过GPRS、CDMA和3G移动通讯网络，可利用PDA设备或智能手机APP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GPS功能，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发布系统中以实现信息协同。内置的GPS定位功能可以对地质灾害巡查人员的位置进行实时定位，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。,7、建立地质灾害气象预报预警系统,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）。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