攀枝花市地质灾害信息管理系统研究探究跟开发.doc

攀枝花市地质灾害信息管理系统研究及开发项目组织实施方案攀枝花市地质灾害信息管理系统研究及开发项目组织实施方案重庆市地质灾害防治工程勘查设计院2010年9月16日 重庆市地质灾害防治工程勘查设计院 第1章 绪论攀枝花地区在区域构造上属于川滇南北向构造带中段西侧，处于南北向深大断裂与早期东西向褶皱的复合部位，区域构造形迹极为复杂。区域构造以南北向及北北东向的压扭性断裂构造为主，南北向构造以昔格达断裂为代表，该断裂形成于晋宁期，历史上曾多次活动。早更新世时，陔断裂作为边界对昔格达组沉积有明显的控制作用，并导致了昔格达组地层变形。晚第四纪时断裂有明显的活动显示，特别是鱼鮓至新久段，并于1955年发生了鱼鮓6.7级地震。北北东向纳拉箐断裂、弄弄沟断裂、倮果断裂都为压扭性质，均有较长的发育史，属中更新世活动断裂水准测量表明断裂有微弱现代活动，并有小震发生。攀枝花市每年都有相当数量、不同规模的各种地质灾害发生，以地裂缝、地面沉降、滑坡、崩塌、泥石流为主，给人民生命财产造成了危害，同时也影响了攀枝花市城市规划布局、土地有效利用及地下空间的合理开发，已经成为制约攀枝花市经济和社会可持续发展的一个不可忽略的因素，是当前攀枝花市面临的重要地质环境问题。开展地质灾害管理信息系统建设，对攀枝花市的地质灾害信息进行综合管理，是目前地质灾害防御工作中的当务之急，通过监测、管理、查询，实现地质灾害信息管理与维护的自动化，为地质灾害管理部门提供数据基础，为地质灾害减灾防灾提供依据，起到救灾、减灾的作用，其意义重大。第2章 概述2.1系统概述为更好地对攀枝花市各个地质灾害隐患点进行监控，需要对各个灾害点进行有效的管理，而目前关于这些灾害点的信息多数为纸质档案，这给各级部门对灾害点的具体情况的掌握带来了很大的麻烦，在众多的灾害点中找出相关灾害点的工作量非常的庞大，针对这些状况，可通过本次设计的地质灾害信息管理系统，系统搜集各个灾害点的相关信息并整理归档，提供多种方式对灾害点进行查询、管理、统计和分析，系统对灾害点避险搬迁安置农户的调查、地质灾害易发程度进行分区标识，确定防治重点和重点防治区，健全群专结合的监测网络，实现短信预警及专家远程实时会诊，协助各级人民政府制定地质灾害防治方案、防灾预案和避险搬迁安置工程规划，发挥减灾防灾效益，保护人民生命财产安全。2.2系统优势地理信息系统(Geographic Information Systems ,简称GIS) 是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统,是分析和处理海量地理数据的通用技术。基于GIS 的地质灾害信息管理系统的开发,充分利用了可视化软件开发工具的高效方便的编程功能和地理信息系统工具软件完备的空间数据可视化分析处理功能,同时加强了各灾害部门之间以及部门之外的信息交流,采用Internet 技术,大大方便了信息收集、传输。技术投入费用包括建设费用、通信费用较少,采用基于GIS 地质灾害管理信息系统后,可节省大量传统的办公费用,如纸张、复印、传真、开会、出差等支出。采用Internet 的协作与交流,简化了行政手续,减少了相关的行政人员;将地质灾害的有关信息发布在基于GIS 地质灾害管理信息系统上,并用电子文件取代了书面文件,将大大提高部门的工作效率。第3章 系统设计思路及数据结构与说明3.1系统设计思路本系统面向攀枝花市国土资源管理部门，提供基于局域网的灾害点信息化查询、预警预报和统计等功能，包括地理底图、地质灾害等基础地理空间数据显示浏览，以及自市局、环境站管员自上而下的查询功能，其命令执行在服务器端完成，采用这种结构模式可以减轻系统管理员的工作量。而对于前端系统，主要突出解决灾害数据的管理、灾害点的查询、统计及灾害数据维护等问题。同时通过使用本系统，可以更方便、快捷的浏览、查询地质灾害信息，实现地质灾害管理信息化，有效的提高地质灾害监测与管理的工作效率。3.2数据结构与说明攀枝花市地质灾害数据库的主要数据采用攀枝花市各县（区）提交的“县（市）地质灾害调查与区划空间数据库”成果数据，并根据实际工作需要增加地质灾害历史险情等数据。各县（区）提交的原地质灾害数据库成果数据中的图形数据采用MAPGIS6.7地理信息平台，MICROSOFT ACCESS 2000数据库软件。对大量地质灾害信息数据进行统一整理，并将图形数据导入到MICROSORT SQL SERVER 2000数据库中，同时将各县（区）的数据表合并汇总。攀枝花市地质灾害信息数据包括图形数据和表格数据两类。图形数据主要是与地质灾害有关的地理、地质、工程、灾害点等信息。县（区）地质灾害调查与区划以行政区划为基本单位，因此，图幅组织是以县（区）行政区划范围为基本单位，坐标系类型采用投影平向直角，投影类型为高斯-克吕格（横切椭圆柱等角）投影，比例尺为l：100000。为保证数据库中存放的灾害点大地坐标X，Y值与图形库对应，以及方便GPS所采集数据的入图，统一规定图幅的水平线与大地坐标X平行。地质灾害信息数据以县（区）行政区划为单位进行管理，划分的图层在不同县(区）的数字化图中一致。系统数据库中包括斜坡变形体、滑坡和崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝等5种地质灾害的专业信息数据。第4章 系统设计目标和原则4.1系统设计目标本系统是以地质灾害信息管理为研究对象,以地质灾害学为基础,在地球信息科学和计算机技术的指导下,并参照国家统一规范和数据格式建立的地质灾害信息管理系统。其设计目标如下:1) 系统直接服务于地质灾害信息管理,利用本系统实现信息的录入、信息查询、统计、空间分析和输出等功能。2) 利用GIS 及计算机技术实现信息的统一管理和共享。3) 利用系统的优势最终为地质灾害防治与治理、城市建设规划、移民搬迁、资源评价、灾害规律研究以及生态环境保护与治理的决策分析提供支持,实现生态、环境和经济的协调和可持续发展。4.2系统设计原则本系统的设计遵循下列原则: 1) 科学性。该系统利用GIS 软件间各自的优点进行分工。同时,在数据库设计、系统功能设计方面重点考虑科学、清晰的数据结构与组织,力求系统的科学性。2) 实用性。数据库的建立和系统的开发能满足各级地质灾害管理与防治部门以及相关管理决策部门对信息查询、统计和决策分析的要求;同时系统结构应简洁,功能方便、灵活,用户界面友好,以便于系统操作人员的管理和使用。3) 统一性与规范性。系统设计遵循统一、规范的信息编码和坐标系统、数据精度与符号系统等,在此原则下,本系统建立一个包括地质灾害各种属性、图形、图像等数据在内的标准数据库。4) 可延展性与开放性。系统设计时考虑系统的扩展和与其他系统的兼容,在灾害信息编码、底图坐标系统选择、数据库设计以及系统功能等方面,尽可能留有余地,方便系统的扩充或数据库的移植,当新的模块增加时,现有模块和整个系统结构将不会受到大的影响。第5章 系统设计5.1总体结构设计地质灾害是一种活跃的动态变化过程,其预测和防治研究是一项庞大的系统工程,所涉及的数据信息量是巨大的。地质灾害信息管理系统是以GIS技术支持、以解决地质灾害信息处理及决策支持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查询与分析。本系统主要针对性设计,利用先进的GIS 技术、计算机技术和网络技术,采用通行的软件设计标准、数据标准和ClientPServer 模式,其系统结构如图1 所示。图1 系统结构图5.2系统功能设计地质灾害信息管理系统功能主要由信息输入与编辑子系统、信息检索与查询子系统、信息可视功能子系统、信息的输出子系统、灾害应急分析与预案子系统、系统说明与帮助子系统组成(图2) 。图2 子系统结构图1) 信息输入与编辑子系统。该子系统可采集录入各种类型的数据,包括图形、图像、声音、文字、表格等。非矢量数据录入主要利用扫描仪扫描后通过MapGis 软件进行矢量化、建立拓扑关系、要素分层等处理后将数据转入MapInfo ,录像、声音等多媒体数据则通过解译后分别以mpg 和wav 文件形式放入数据库的相应位置;文字、表格等属性数据在建好数据库后可以直接通过键盘录入。各类数据输入后系统提供信息存储功能并实时将录入的信息保存在系统数据库中。该子系统提供了方便灵活的数据更新功能,用户可以根据需要随时修改、编辑及增删各类数据。2) 信息检索与查询子系统。GIS 支持的MIS 可以同时对空间和属性数据进行方便、灵活、准确的查询与定位。在GHIMS中共设计了分类查询、空间查询、空间条件查询等查询方式。该系统实现了属性数据与空间数据间的相互查询,用户可以根据需要进行空间至属性的空间查询和属性至空间的逻辑查询,使用户能很好地深入理解与研究空间与属性数据关系。3) 信息可视化子系统。该子系统可以将数据库中的信息以文字、地图、图片等形式加以显示,并为用户提供开窗、放大、缩小等功能;系统采用多媒体技术实现资源信息的科学管理,对图形、图像、声音和动画等形式的信息进行管理和播放,大大增强了信息的表现能力,直观、生动、全面地反映了地质灾害发生区及影响区的概况。4) 信息输出子系统。该子系统能将用户查询的结果或数据分析、统计结果以合适的形式输出。其输出形式为计算机屏幕显示和通过打印机打印输出两种,输出的成果为专题地图、数据表、统计图表以及各种文本资料和图形(像) 等。5) 灾害应急分析与预案子系统。从地质灾害区划的角度出发,基于GIS 空间分析原理,根据已有的地质灾害的发育强度、危害性、危险程度等信息建立空间分析模型,反映地质灾害分布和发育的区域规律,提供灾害发生时的应急预案。6) 系统说明与帮助子系统。该子系统提供简单的联机帮助,对系统的使用方法进行必要的说明,并随时提供解决系统使用过程中遇到问题的方法,以方便系统使用人员掌握操作要领。5.3文件、数据库存储设计通常，在计算机系统中大量的数据、信息的存储管理为文件或数据库方式。要根据数据的使用要求、处理方式、存储的数量、设备条件等需要与约束，确定数据的存储方式、文件类型、组织方式、存取方法。一个合理的文件，既可以节省时间，又要占有较少的外存空间：既要操作方便，又要维护方便。在外挂数据库中，我们在每一数据列表都定义一个主键作为一枝分枝来分类与区分；地质灾害空间数据库涉及到多种文件类型，且其数据也是非常巨大的，为了便于实现管理，避免在文件名上处理出现混乱，我们可以定义一套空间数据库的命名规则：在数据库的结构设计时，“项目”名称作为数据文件的分类与区分，且采用规范化的长文件名，数据文件的后缀取决于所使用的GIs软件。5.4地质灾害数据库设计地质灾害数据库系统分为空间数据库和属性数据库两部分，空间数据库记录的是数据的空间信息和图元的基本属性，属性数据库记录的是数值、文本和嵌入对象。在空间图形数据建设方面，先把各种图形扫描后，利用GIS软件强大的矢量化功能把各扫描图转为矢量图，并进行矢量图的编辑、修改，然后建立拓扑关系，同时在此基础上给每个图层建立属性表、赋值并检查其正确性：对图形进行坐标、投影变换，建立统一的坐标投影系统，并最终转换为Mapinfo格式。在属性数据库建设方面，将各种数据分门别类、建立科学紧凑的属性库结构，并在此基础上建立起空间、属性数据的空间索引关系。5.5系统安全设计5.5.1系统安全威胁事实上，资源共享与信息安全历来是一对矛盾，近年来随着intemet的飞速发展，计算机网络的资源共享进步加强，随之而来的是信息安全问题也R益突出，由于本系统的大部分数据和文件都是通过网络传送的，同样也面临这样的问题。一般认为，计算机网络系统的安全威胁主要来自黑客攻击、计算机病毒和拒绝服务攻击三个方面。黑客攻击是在主机终端时代就已经出现，那时候的主要手段有：窃取口令、强力闯入、窃取额外特权、植入“特洛伊木马”、植入命令过程或程序“蠕虫”、清理磁盘、使用一个节点作为网关代理到其他节点等等。随着intemet的发展，现代黑客则从以系统为主的攻击转变到以网络为主的攻击，新的手法主要有：通过网络监听获取网上用户的帐号和密码、监听密钥分配过程，攻击密钥管理服务器得到密钥或认证码，从面取得合法资格、利用send E-谢l发送电子邮件炸弹进行攻击、采用匿名用户访问、通过隐蔽通道进行非法活动、突破防火墙等等。概而言之，系统的安全威胁可以分为以下几种：黑客入侵、来自内部的攻击、计算机病毒的侵入、秘密信息的泄露和修改网络的关键数据等，这些都可以引起系统和网络的瘫痪。带来不可估量的损失。5.5.2防火墙技术由于本系统大多数据、图形文件都是通过网络传送，因此系统、网络的安全问题我们不得有加以重视。目前有两种安全服务：一是存取控制，禁止非法的通信与连网；二是通信安全服务，提供授权数据的完整性、可靠性，具有对同级通信者的访问否定权。防火墙技术就是是在受保护网和不被信任的网络(如intemet)之间设立一个屏障，对进出的所有报文进行分析，或对用户进行论证，从而防止有害信息进入受保护网，保护了内部系统的安全。这类防范措施简单的可阻只由路由器实现，复杂的可以用主机甚至个子网来实现。它可以在IP层设置屏障，也可以用应用软件来阻止外来攻击。防火墙简化了网络的安全管理，如果没有防火墙，就必须在每个主机上装安全软件，对每个主机都要定时检查，因为每个主机都处于直接攻击范围内。5.5.3数据加密技术数据加密技术是为提高信息系统及数据的安全性和保密性、防止秘密被外部破译所采用的主要技术手段之一，它主要分为数据传输加密、数据存储加密、数据的完整性的鉴别以及密钥管理技术四种。5.5.3.1数据传输加密技术目的是对传输中的数据流加密，常用的方针有线路加密和端至端加密二种。前者侧重在线路上而不考虑信源与信宿，是对保密信息通过各线路采用不同的加密密匙提供安全保护。后者则指信息由发送者端自动加密，并进入TCPIP数据包回封，然后作为不可阅读和不可识别的数据穿过互联网，当这些信息一旦到达目的地，被自动重组、解密，成为可读数据。5.5.3.2数据存储加密技术目的是防止在存储环节上的数据失密，可分为密文存储和存取控制两种。前者一般是通过加密算法转换、附加密码、加密模块等方法实现；后者则是对用户资格、权限加以审查和限制，防止非法用户存取数据或合法用户越权存取数据。5.5.3.3数据完整性鉴别技术目的是对介入信息的传递、存取、处理的人的身份和相关数据内容进行验证，达到保密的要求，一般包括口令、密匙、身份、数据等项的鉴别，系统通过对比的对象输入的特征值是否符合预先的参数，实现对数据的安全保护。5.5.3.4密匙管理技术为了数据使用的方便，数据加密在许多场合集中表现为密匙的应用，因此密匙往往是保密与窃密的主要对象。密匙的媒体有：磁卡、磁带、磁盘、半导体存储器等。密匙的管理技术包括密匙的产生、分配保存、更换与销毁等各环节上的保密措施。第6章 系统实现的技术路线系统的数据涉及到多种类型,有矢量、栅格图形、CAD 格式图形、JPG图片格式以及各种类型的GIS 数据文件等。这就需要有一个功能强大的数据库来管理这些数据文件。综合多方面的比较,笔者选用了SQLServer 2000 作为后台数据库;同时其也具备了和其他格式数据相互转换的功能。本系统软件开发采用VB +MapInfo 的开发模式,采用CPS 结构。结合GIS 工具软件与可视化开发语言的二次开发方式,是当今GIS 应用开发的主流。其优点是,既具有充分利用GIS 工具软件对空间数据库进行管理、分析的功能,又可利用其他可视化开发语言具有的高效、方便等编程优点,集二者之所长,不仅能大大提高应用系统的开发效率,而且使用可视化软件开发工具开发出来的应用程序具有更好的外观效果,更强大的数据库功能,其可靠性好、易于移植、便于维护。第7章 本系统在各种地质灾害的应用7.1本系统在地震中的应用本系统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。7.1.1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。7.1.2地震灾害的损失评估 这是本系统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。本系统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 ,在本系统下以方便地评估大震发生导致的社会经济影响。7.1.3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，利用本系统提供的，最短路径等空间分析，为领导的决策提供客观直接的意见。利用本系统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。7.2本系统在崩塌、滑坡中的应用本系统在崩塌、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，是我们工作和研究的重点。7.2.1崩塌、滑坡的灾前风险评估将本系统引入崩塌、滑坡灾害危险性评价，主要是考虑到本系统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。同时由于本系统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本系统才能完成的评价方法，而且，这种充分利用本系统功能的危险性评价方法还在不断的产生。本系统支持下的崩塌、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。 利用本系统进行地质灾害危险性评价，需要充分利用本系统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。基于本系统的崩塌、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。 7.3本系统在泥石流中的应用 本系统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。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和本系统结合应用于泥石流，这样才能有很好的效果。7.3.1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。7.3.2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。我国从60 年代就开始重视泥石流的监测预报, 对泥石流形成的基本条件进行了系统研究, 提出了泥石流预报时间尺度和泥石流发生的判别依据, 开展了泥石流监测观测并建立了泥石流发生的判别模