地质灾害信息技术(黄润秋).ppt

第二讲第1张 地质灾害信息技术 黄润秋 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室 第二讲第2张 内容 信息技术的发展地质工程信息管理技术概述基于一般管理信息系统的信息管理技术GHGIS系统的开发与应用岩土可视化与计算机仿真技术监测信息反馈与信息化施工地质灾害风险评估与风险管理地质工程信息管理系统集成结语 第二讲第3张 信息技术的发展 水力纺织铁 蒸汽机铁路钢 电化学内燃机 石油电子航空 数字技术网络软件新媒体 创新浪潮 第一次浪潮 第二次浪潮 第三次浪潮 第四次浪潮 第五次浪潮 1785 1845 1900 1950 1990 2020 60年 50年 50年 40年 30年 信息技术是当今世界发展最快 影响力最大 渗透力最强的一门高新技术 发展势头十分活跃 它以空前的影响力和渗透力改变着社会的产业结构 经济结构 劳动方式 生活方式 甚至社会的组织管理体制 第二讲第4张 信息技术的发展 这种改变导致经济全球化 在全球产值排序前100名中 跨国企业的个数超过了国家的个数 这种改变导致第三次军事革命 联合作战和信息作战成为重要作战样式 数字化部队和数字化战场诞生 这种改变导致生产力的增长和社会的进步正在采用隐形的方式 更多地依赖于信息和文化 而不是物质和能量 即所谓的四两拨千斤的 无重量经济 它以空前的影响力和渗透力改变着科学方法和技术发展的轨迹 它与数学 材料科学 生命科学 天文和地球科学 工程技术科学的交叉融合将衍生出充满活力的前沿科学和技术来 第二讲第5张 信息技术的发展 信息技术促进了人类对客观世界和人类自身研究朝向宏观的更宏观 微观的更微观的发展方向 10310610910121015千百万十亿万亿千万亿千 K 兆 M 吉 G 太 T 拍 P lgX 10 610 910 1210 1510 18微 u 纳 n 皮 p 飞 f 阿 a lgX 第二讲第6张 信息技术的发展 容量 字节 运算速度 次 秒 传输速率 比特 秒 频率 赫兹 1T 1M S 1G 1M 1P 1G S 1MB S 1T S 1P S 1GB S 1MHz 1GHz 1TB S 1PB S 1THz 1PHz 科学和技术的金字塔向着更高更宽的方向发展 电视无线电航空工程光学工程引擎蒸汽机电磁学光学热力学力学 人类太空站太空实验室地质勘探气象卫星潮汐彗星哥白尼星系 超导雷射光霓虹灯真空管半导体X 光固态物理量子力学原子模型 核融合反应堆同位素技术核裂变E m c2放射性原子核模型 导航精确定时脉冲星宇宙辐射太阳 大爆炸黑洞背景辐射类星体 核医学U子化学SU3对称性奇异性质子中子半径 稳定态 奇特物质 对称性量子色动力学 夸克 粒子 原子核 原子 传统物理 行星 恒星 银河系 10 17米 10 16米 10 14米 10 10米 1米 1011米 1017米 1025米 1990年 1930年 1900年 第二讲第8张 信息技术的发展 什么是信息技术 电子信息技术 感知 传输 处理 智能 安全信息技术一体 Integration systemonchip Secondintegration Re engineering 成为信息时代的重要特征 信息感知 信息传输 信息处理 信息支持 信息安全 反馈 第二讲第9张 信息技术的发展 信息感知技术信息系统通过各类物理的 化学的传感器感知目标并转换为电信号 传感器是信息获取过程的第一环节 信息感知技术向太空发展的速度明显加快 信息传输技术通过提高带宽解决传输距离问题 在光通信 卫星通信 移动通信 宽带IP技术 接入网技术和蓝牙技术等方面呈现出繁荣态势 软件技术所谓软件 是相对于计算机系统的硬件而言的 它是一组可以使计算机系统进行有效工作的指令的集合 第二讲第10张 信息技术的发展 信息安全技术是指保证已一种正常获取信息传递 处理和利用信息 阻挠 破坏敌方正常获取的传递 处理和利用信息的一系列技术的总称 它包括 各类密码芯片和智能个人安全卡数字签名和数字水印技术防火墙和防火墙接入技术网络安全监控和网络安全管理网络的灾难恢复及应急反应技术 第二讲第11张 信息技术的发展 通信时代目前全球光纤铺设量以每年4750万芯公里递增 如果以24芯光缆每公里7万元人民币成本计 含中继 传50万话路 可使用25年 1300万分钟 则通话成本费为 7万元 50万 1300万分钟 1公里 0 01分 千公里 分钟 第二讲第12张 内容 信息技术的发展地质工程信息管理技术概述基于一般管理信息系统 MIS 的信息管理技术GHGIS系统的开发与应用岩土可视化与计算机仿真技术监测信息反馈与信息化施工地质灾害风险评估与风险管理地质工程信息管理系统集成结语 第二讲第13张 地质工程信息管理技术概述 地质 岩土工程是把岩体和土体作为建设环境 建筑材料和建筑物组成部分 进而研究其合理利用 整治 改造的综合性应用学科 也是一门理论与实践性都很强的新兴学科 它是由地质 岩土工程勘察 设计 施工 治理 监测 环保评定等组成的一个完整技术体系 人类历史虽然已进入21世纪 但地质 岩土工程作为一门学科才只有二三十年的历史 然而其发展却十分迅速 现代地质 岩土工程的业务范围很广 主要有基础工程 地基处理工程 土石方工程 地下工程 隧道 洞室 土结构物 地质病害处理 环境地质工程 地震地质等等 凡是与岩土 地质有关的建设工程都是其服务对象 也可以说 只要有建筑就离不开地质 岩土工程 第二讲第14张 地质工程信息管理技术概述 随着城市地质 岩土工程 水利水电 道路桥梁 地质灾害防治等工程活动的开展与深入 已积累了大量的工程岩土资料 这些资料一方面能积累工程经验 对后续工程的设计施工提供指导和借鉴 以提高工作效率 特别是在城市规划 城市高层建筑 大型水利水电工程这些工程活动中 往往需要大量的地质 岩土工程资料 为建设者进行风险分析 做出宏观决策提供依据 进而指导施工 人工档案管理对于越来越多的资料将无能为力 且无法完全体现出工程资料的价值 因此 这些工程数据和资料 作为地质 岩土工程的一种资源 迫切需要加以开发 利用 第二讲第15张 地质工程信息管理技术概述 基于上述的两个原因 非常需要摒弃手工 经验 定性 落后的传统研究方法 以系统论 信息论及控制论等现代科学方法为指导 利用高新信息管理技术和现代计算机数字化技术 建立地质 岩土工程信息管理系统 通过建立地质 岩土工程信息管理系统 可以实现对庞杂的地质 岩土工程资料进行综合动态管理 提高数据可视化程度 极大地提高工程效率 进一步利用人工智能专家系统 建立知识推理模型 实现工程智能化决策 从而充分体现出工程信息的价值 第二讲第16张 地质工程信息管理技术概述 同时 在地质 岩土工程实现的全过程中 由于天然岩土体的复杂多变性地质 岩土工程理论的不完备性实施地质 岩土工程各阶段的实际独立性 如勘察单位不一定是设计单位 设计单位不一定有施工资质以及市场竞争力等 这就注定了地质 岩土工程本身就是一门全息性学科 是一门在认识岩土体性质的前提下实现对岩土体利用 治理和环境保护为目标的全息性学科 第二讲第17张 地质工程信息管理技术概述 在地质 岩土工程中 对天然岩土体结构和性质的认识依靠建设场地有限点的勘察结果往往是不够的 还必须弄清地基岩土体的形成和发展过程 通过对地基岩土物理力学性质的分析 对岩土体的利用性和对工程的限制性以及可能在附加作用下的突变性做出论断 即从建设场地区域的全息性认识 最后在实施过程中还应根据实际揭露的岩土变化情况进行反分析判定 实现对岩土体的全息性认识 为优化设计和信息化施工服务 第二讲第18张 地质工程信息管理技术概述 地质 岩土工程设计在地质 岩土工程的全过程中处于核心地位 因为地质 岩土工程不仅是一种在多学科理论计算分析基础上的概念型设计 而且是在多实践经验基础上的全息性动态设计 地质 岩土工程施工是实现对岩土体利用和治理的关键 是在领会设计意图基础上的创造性技术劳动 绝不是简单的照图施工 可以说 在各种建筑施工中 地质 岩土工程的设计与施工关系最为密切 这不仅因为地质 岩土工程多为地下隐蔽工程 施工难度大 质量要求高 更重要的是岩土体的复杂多变性和环境保护要求的严格性 常常要求地质 岩土工程施工在领会设计意图的基础上 能根据场地地层 土质 地下水特点进行施工工艺的改进或创新 以满足设计的要求 保证工程安全顺利实施 第二讲第19张 地质工程信息管理技术概述 随着科学技术的发展 信息化施工技术已应用到地质 岩土工程施工的全过程 成为一种必不可少的手段 它可及时发现问题和险情 提供充足的时间以采取预防措施 特别是在大城市闹市区施工 临街高层建筑紧临马路 道路下埋着地下供水网络 煤气管道 通讯电缆等 其允许变形和下沉数值很小 高层深基坑位移将直接危及这些地下设施 稍有不慎造成的损失不可估量 综上所述 在地质 岩土工程短短几十年的发展中 信息管理 信息利用的理念以及信息技术的应用已经渗入到地质 岩土工程的方方面面 同时 也渴望有新的信息管理技术被引入到地质 岩土工程中来 第二讲第20张 地质工程信息管理技术概述 地质 岩土工程相关信息技术包括 基于一般管理信息系统的信息管理技术GHG1IS系统的开发与应用岩土可视化与计算机仿真技术监测信息反馈与信息化施工地质灾害风险评估与风险管理 第二讲第21张 内容 信息技术的发展地质工程信息管理技术概述基于一般管理信息系统 MIS 的信息管理技术GHGIS系统的开发与应用岩土可视化与计算机仿真技术监测信息反馈与信息化施工地质灾害风险评估与风险管理地质工程信息管理系统集成结语 第二讲第22张 基于MIS的信息管理技术 管理信息系统 ManagementInformationSystems MIS 的概念起源很早 早在20世纪30年代 柏德就写书强调了决策在组织管理中的作用 但直到20世纪80年代 管理信息系统的创始人 明尼苏达大学卡尔森管理学院著名教授高登 戴维斯 GordonB Davis 才给出管理信息系统一个较完整的定义 它是一个利用计算机硬件和软件 手工作业 分析 计划 控制和决策模型 以及数据库的用户 机器系统 它能提供信息 支持企业或组织的运行 管理和决策功能 这个定义说明了管理信息系统的目标 功能和组织 而且反映了管理信息系统当时已达到的水平 管理信息系统在大型企事业单位已经发挥了重要作用 它被广泛地运用于企业的管理 规划和决策中 第二讲第23张 基于MIS的信息管理技术 自从管理信息系统产生的那一天起 人们就在着手将其应用到地质 岩土工程中来 以期能很好地管理地质 岩土工程勘察 设计 施工等 同时也基于数据库管理开发了许多针对具体的地质 岩土工程项目的管理信息系统 美国 日本及欧洲一些发达国家已有许多成功的经验 国内如北京 武汉 哈尔滨 广州 中山等城市研制了城市工程地质信息系统 城市地质 岩土工程信息系统 水利水电工程开发了许多工程地质信息系统 监测信息系统等 从总体来说 这些信息系统的核心是数据管理软件和应用软件 主要由数据库管理 信息检索 信息统计分析与评价和成果输出等几个基本的功能模块组成 而且数据库管理模块是这些模块中的核心 第二讲第24张 基于MIS的信息管理技术 在数据库管理软件平台的选择上 大中型水利水电工程 城市规划 大型隧道桥梁工程等一般采用Oracle Sybase Infomix Access以及SQLServer等几大类 其中以Oracle和Sybase数据库在中国应用较广 在一般城市地质 岩土工程和小型水利水电工程中 目前常用的数据库有Dbase Foxbase和Foxpro等 这些信息管理系统在增强工程信息管理技术 提高工程建设效率等方面发挥了重要作用 但值得注意的是这些信息系统往往注重工程档案 地质 岩土工程原始数据和工程现场监测数据的数据库建设 但对信息的处理和深加工功能不强 一般仅进行简单的信息检索 统计分析 结果输出 有的信息系统建立了专家系统和辅助决策系统 但总体说来还很不完善 第二讲第25张 内容 信息技术的发展地质工程信息管理技术概述基于一般管理信息系统 MIS 的信息管理技术GHGIS系统的开发与应用岩土可视化与计算机仿真技术监测信息反馈与信息化施工地质灾害风险评估与风险管理地质工程信息管理系统集成结语 第二讲第26张 GHGIS系统的开发与应用 地理信息系统 GeographicalInformationSystem 简称GIS 是集计算机科学 地理学 测绘遥感学 环境科学 城市科学 空间科学 信息科学和管理科学为一体的新兴边缘科学 这种集成并非是积木式积累 而是对信息的各种加工 处理过程的应用 融合和交叉渗透 并且实现各种信息的数字化的过程 是一项资金和技术密集的过程 它具有数据采集 输入 编辑 存储 管理 空间分析 查询 输出和显示功能 为系统用户进行预测 监测 规划管理和决策提供科学依据 第二讲第27张 GHGIS系统的开发与应用 地理信息系统 概念的提出 要追溯到50年代 由于计算机科学的兴起和它在航空摄影测量与地图制图学中的应用 使人们开始有可能用计算机来收集 存储和处理各种与空间和地理分布有关的图形和属性数据 并希望通过计算机对数据的分析来直接为管理和决策服务 这样就导致了地理信息系统的问世 1956年 奥地利测绘部门首先利用计算机建立了地籍数据库 随后各国的土地测绘和管理部门都逐步发展土地信息系统 LIS 用于地籍管理 1963年 加拿大测量学家R F Tomlinson首先提出了地理信息系统这一术语 并建立了世界上第一个GIS 加拿大地理信息系统 CGIS 用于自然资源的管理和规划 第二讲第28张 GHGIS系统的开发与应用 进入70年代以后 由于计算机硬件和软件技术的飞速发展 尤其是大容量存取设备的使用 为空间数据的录入 存储 检索和输出提供了强有力的手段 同时用户屏幕和图形 图形卡的发展增强了人机对话和高质量图形显示功能 促使GIS朝实用方向迅速发展 这期间许多大学和研究机构开始重视软件设计及应用的研究 GIS这一技术受到政府部门 商业公司和大学的普遍重视 成为一个引人注目的领域 80年代是GIS普及和推广应用阶段 由于计算机的发展 计算机和空间信息系统在许多部门广泛应用 同时计算机网络的建立 使地理信息的传输时效得到极大提高 GIS软件的研制和开发也取得了很大成绩 涌现出一些有代表的GIS软件 第二讲第29张 GHGIS系统的开发与应用 进入90年代 随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及 理论 技术推陈出新3S一体化 WebGIS OpenGIS SpatialSQL 数据共享和数据交换软硬件产品飞速发展应用愈来愈广泛全社会高度重视GIS将深入到各行各业及各家各户 成为人们生产 生活 学习和工作中不可缺少的工具和助手 第二讲第30张 GHGIS系统的开发与应用 我国地理信息系统发展始于80年代初 经历了从无到有 从研究到实用 走向产业化的过程 80年代末 90年代初 中国的GIS走上了全面发展阶段 近几年来 我国经济信息化的基础设施和重大信息工程已纳入国家计划 一批国家级和地方级的地理信息系统相继建立 并投入运行和应用 一批数字化地理信息技术的标准和规范已经公布执行 初步建成了具有相当规模的数字化测绘基地 一批数字化地图数据已经采集入库 一批综合运用 三S 技术的重点项目已经实施 并在自然灾害监测和国土资源调查中发挥效益 第二讲第31张 GHGIS系统的开发与应用 已经研制开发出一批功能上与国外同类软件不相上下的地理信息系统基础软件 相关高等院校已经设立了一些于地理信息学科和工程相关的新的专业 专门培养相应科技人才 大量专门从事地理信息产业活动的高科技企业相继成立 并活跃在市场中 此外 中国GIS协会 和 中国GPS技术应用协会 等的建立 标志着我国地理信息产业已进入了一个新的发展阶段 第二讲第32张 GHGIS系统的开发与应用 GIS的结构硬件 包括计算机 输入输出等外部辅助设备 软件 包括操作系统 地理信息系统软件 其它辅助软件 二次开发程序语言及编译程序等 数据 包括空间数据 属性数据 以及与之相关的法律法规 准则 专家知识 辅助文档等 过程 主要是指工作流程和方法 专家技术人员 第二讲第33张 GHGIS系统的开发与应用 GIS基础软件平台我们通常所言的GIS软件基本上都属于此类 以前一般都倾向于把GIS基础软件平台归于专用软件 而不是商业软件 近年来GIS软件致力于面向企业级应用市场的争夺 区别开始变得模糊 应用GIS软件系统主要是在基础软件平台的基础上 根据不同应用领域的特点 二次开发集成的专用软件平台 当然属于专用软件 第二讲第34张 GHGIS系统的开发与应用 国内外流行的GIS基础软件平台美国ESRI公司ArcGIS ARC INFO ArcView美国MapInfo公司MapInfo美国INTERGRAPHGeoMedia加拿大Apolo公司TITANGIS美国Bentley公司MicroStation中地公司MAPGIS超图公司SuperMap武汉测绘科技大学GEOSTAR 第二讲第35张 GHGIS系统的开发与应用 几乎所有GIS软件都包括以下功能 图形 属性数据的输入图形编辑 查询 校正等管理属性编辑 查询等管理空间分析功能输出与文件转换功能二次开发接口 第二讲第36张 GHGIS系统的开发与应用 纵观目前各国学者发表的在地学领域应用GIS的研究成果 主要包括以下几个方面的应用实践 GIS在减轻自然灾害和人为灾害方面的应用 主要包括在灾害发生的各个阶段对灾害进行模拟 预测和评价 GIS在地球科学方面的应用 GIS在地震工程 特别是地震风险评估中的应用 GIS在地震区的社会科学和公共事务政策方面的应用 第二讲第37张 GHGIS系统的开发与应用 国外研究GIS在地质灾害评价预测 环境质量评价方面的应用起步较早 其应用水平和深度都远远超出了我们 在地质灾害评价预测方面比较有代表性的实例有 加利福尼亚SanMateo地区开展的基于GIS的地质灾害研究 哥伦比亚麦德林地区基于GIS的地质灾害和风险评估 克罗拉多州GlenwoodSprings地区灾害风险评估决策支持系统 加拿大滑坡灾害分区的多因素综合分析 印度RamgangaCatchment地区滑坡灾害危险性分带等 第二讲第39张 GHGIS系统的开发与应用 典型实例 印度Roorkee大学地球科学系的R P GUPTA和B C JOSHI 1990年 用GIS方法对喜马拉雅山麓的RamgangaCatchment地区进行滑坡灾害危险性分带 该研究基于多源数据集 如航空象片 MSS图像 及各种野外数据 包括地质 构造 地形 土地利用及滑坡分布 对以上数据进行数字处理 图像处理等 然后解译绘制出专题平面图 这些图形数据及其它数据都存储在GIS系统中 找出与滑坡灾害评价相关的因素 如滑坡活动与岩性的关系 滑坡活动与土地利用的关系 不同斜坡类型的滑坡分布情况 滑坡分布与主要断裂带的距离关系 第二讲第40张 GHGIS系统的开发与应用 典型实例 经过统计及经验分析 引入一个滑坡危险系数 LNRF LNRF值越大 表示该地滑坡灾害发生的危险性越高 并且对LNRF的三个危险级别分别赋予0 1 2三个权重 考虑到滑坡的发生是多个因素综合作用的结果 故调用GIS的叠加分类模型 Overlay 将各因素的权重叠加 得到综合图件 图上反映的是每个地区的权重总和 根据给定标准 即可在这张图上勾绘出滑坡灾害危险性分区图 第二讲第41张 GHGIS系统的开发与应用 典型实例 荷兰ITC的VanWestenC J 和哥伦比亚IGAC的AlzateBonillaJ B 1990年 基于GIS对山区地质灾害进行分析 他们在数据采集 整理方面作了大量工作 建立了一套完整的数据库 在此基础上 开发出了分析评价模型 如斜坡稳定性分析模型 其主要功能是计算斜坡稳定的安全系数 另外 两位学者还利用GIS所生成的数字高程模型 DEM 开发出了一部山区落石滚落速率计算模型 并据此绘出了研究区内落石速率分区图 典型实例 典型实例 第二讲第44张 LandslideOverviewMapoftheConterminousUnitedStates reproducedfromU S GeologicalSurveyOpen fileReport97 289 Differentcolorsdenoteareasofvaryinglandslideoccurrenceandsusceptibility 第二讲第45张 GHGIS系统的开发与应用 美国在1972年完成的加州SanMateo地区的 滑坡危险性区划图 后来这幅图成了指导这一地区开发的基础性图件 1982年美国编制了全国小比例尺 1 7 500 000 的 滑坡危险性区划图 Radbruch Hall等 1982 将 滑坡危险性图 与破坏的结果联系在一起就得到了 滑坡风险图 此图可以用于滑坡灾害的管理 Wu等 1996 Einstein 1997 指出 危险性图与风险图在滑坡灾害管理中并不是最终的成果 但是 它们构成滑坡管理与防治决策的重要组成部分 第二讲第46张 GHGIS系统的开发与应用 目前国内也已经有不少城市或地区建立起了地质和生态方面的信息系统 比如城市和区域岩溶塌陷评价方面 桂林岩溶所雷明堂等人 清华大学王洪涛 以及石建省 茹锦文等人都进行过这方面的研究工作 他们把GIS技术运用到京津唐 浙江省 六盘水 唐山 桂林等城市和地区的岩溶塌陷区域评价和预测中 建立一套行之有效的岩溶塌陷分析 评价 监测预报和综合防治方法体系 利用GIS技术对与之相关的空间和属性数据进行录入 编辑 查询 分析和管理 并在不同程度上探讨了基于GIS的岩溶塌陷危险性评价 第二讲第47张 GHGIS系统的开发与应用 GIS在我国地裂缝 地面沉降 活断层研究 矿山环境地质 黄土湿陷性等方面的区域评价和预测中也有一些应用 同时 在生态评价和环境保护区域 GIS也得到了一些初步应用 主要包括区域林业 农牧业 水环境等因子的现状和趋势评价 土壤 气候 环境的生态适应性评价 土地利用现状和趋势 对策研究 生物群落聚集规律 消亡趋势分析 环境污染区域评价等领域 第二讲第48张 GHGIS系统的开发与应用 在崩滑流地质灾害区域评价领域 成都理工大学 中国地质大学 中国地质监测院 中科院山地研究所等科研院所先后开展了基于GIS的地质灾害区域评价和预测 在综合地学信息的建立 评价指标体系的确定 评价模型的选取和开发等诸多方面都做出了有益的尝试 并开发有相应的系统 近来 在中国地质调查局的组织下 多家单位正针对全国400个县市进行地质灾害调查和区划工作 GIS在此过程中也发挥了很大的作用 而且随着研究的深入和工作的全面展开 GIS技术必将显示出其在该领域无可比拟的更大的适宜性和优越性 第二讲第49张 GHGIS系统的开发与应用 从应用GIS的深度上讲 这些生态和地质环境领域的应用基本上都已经能较好地利用GIS技术组织和建立相应的空间和属性数据库 即较好地实现了对数据的一般管理 但是我们期望构建的是信息系统 而不仅仅是数据库 这就要求系统能够对这些数据进行有效的管理和分析 通过数据再加工 提取对评价目标有显著意义的信息 所以可以说这些应用系统的水平高低在很大程度上取决于从数据到有用信息的分析和提取上 而从本质上讲 这一步主要是与各个专业的领域知识有关 成败与GIS技术并无太大的关系 GIS只能是一个工具 我们不能寄希望仅仅通过引入GIS来实现专业领域评价原理和方法的飞跃 第二讲第50张 GHGIS系统的开发与应用 应用系统集成方案 第二讲第51张 GHGIS系统的开发与应用 进行地质灾害评价和预测先要获得与控制地质灾害有关的各种内外因素的空间分布 单纯依靠手工需要花费大量人力物力 而且一旦图件制作完成 很难再行变更 所以受到很大的限制 而若在GIS的支持下 对多源图形和属性数据进行管理 则可以利用数字化仪 扫描矢量化 全球定位系统 GPS 全站仪等先进的输入手段 并能方便地实现投影变换 方位变换等操作 从而节省大量人力物力 在数据库建立以后 可以随时增删 修改数据 方便数据更新 依靠GIS的图层管理和空间分析功能 可以很方便地按评价需要动态生成各种专题图件 然后通过计算机外部输出设备可以生成制作出高质量的图件 多源地学信息管理系统 第二讲第52张 GHGIS系统的开发与应用 地质灾害的发生与否 受到诸多地质及环境条件的影响 如地形 岩性 地质构造 岸坡结构 降雨 地震 河流地质作用 人类工程活动等 同时要想很好的评价预测地质灾害对人类生产生活的影响程度或可能带来的危害 则地质灾害所处区的行政区划 人口分布 经济结构 交通 城镇分布与规划等很多社会因素也必须予以考虑 在GIS技术支撑下 建立空间和属性数据库 对上述各方面的基础自然地质和社会信息进行管理 我们将之称为多源地学信息管理系统 系统的构建主要包括地学信息的输入 数据编辑和管理 地学信息空间分析处理 地学信息输出 第二讲第53张 GHGIS系统的开发与应用 区域地质灾害危险性评价系统开发在地理信息系统技术的支撑下建立了多源地学信息管理系统 实现了对一个地区与地质环境评价和地质灾害预测有关的各个方面的基础资料的输入 编辑和管理 将之与地质灾害的评价预测模型相结合 即可实现地质灾害的区域评价和预测 我们将这种基于GIS的地质灾害空间评价和预测系统称为GHGIS系统 GeoHazardGeographicInformationSystem 第二讲第54张 GHGIS系统的开发与应用 开发基于GIS的地质环境评价与地质灾害危险性区划系统 对于科学 合理地制定地质灾害的防治规划以及重点地段的预警计划具有非常现实的意义 同时 也是进一步实现对地质灾害进行 风险管理 变地质灾害随机管理为有预见性管理的重要决策依据 为此 国土资源部 原地质矿产部 科技司1997年立项开展 地质环境评价与地质灾害危险性区划的GIS系统 由成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室 承担 项目于2000年5月通过验收 11月通过鉴定 第二讲第55张 GHGIS系统的开发与应用 地质灾害区域评价工作流程 初始化环境 指定系统库 驱动开发库 系统初始化 图形显示 图形参数控制 显示比例控制 属性热链接 网格剖分 基础网格生成 专题图形剖分 图形属性输出 区域评价模型 评价结果显示 属性写入图形 图形参数指定 图形显示 结束 系统开发流程 第二讲第57张 GHGIS系统的开发与应用 基于MAPGIS开发的GHGIS系统总控界面 第二讲第58张 GHGIS系统的开发与应用 评价基础网格生成 第二讲第59张 GHGIS系统的开发与应用 专题属性数据字段指定 第二讲第60张 GHGIS系统的开发与应用 属性数据叠加 第二讲第61张 GHGIS系统的开发与应用 评价模型计算 第二讲第62张 GHGIS系统的开发与应用 评价结果处理 第二讲第64张 高程晕渲图 高程透视图 工程岩性图 计算生成 坡体结构类型 计算生成 模糊综合评判 含坡度 珙县模糊综合评判 不含坡度 人工神经网络 含坡度 人工神经网络 不含坡度 第二讲第67张 GHGIS系统的开发与应用 简单叠加法 CGIS宏观分区 信息量模型 三峡 基于ArcView开发的系统得出的评价结果溪落渡 溪洛渡近坝库区 下游段 地质灾害危险性分区图 神经网络模型 杨家坪 溪洛渡近坝库区 下游段 地质灾害危险性分区图 模糊可靠度模型 杨家坪 杨家坪 溪洛渡近坝库区 下游段 地质灾害危险性分区图 模糊综合评判模型 溪洛渡近坝库区 下游段 地质灾害危险性分区图 信息量模型 GIS应用到生态环境地质评价 基于GIS的山区高等级公路开挖边坡地质灾害防治决策支持系统流程 建立综合地学信息系统 初勘边坡稳定性评价系统 详勘边坡地质建模及稳定性分析评价系统 施工安全管理与灾害防治决策 信息的采集与标准化 系统结构设计 系统的管理与维护 预测评价指标体系 评价预测模型 二次开发及系统集成 开挖边坡地质建模系统 开挖边坡地稳定性分析评价系统 安全管理指标体系 安全管理分析决策 边坡安全预警 加固处理措施决策 第二讲第73张 内容 信息技术的发展地质工程信息管理技术概述基于一般管理信息系统 MIS 的信息管理技术GHGIS系统的开发与应用岩土可视化与计算机仿真技术监测信息反馈与信息化施工地质灾害风险评估与风险管理地质工程信息管理系统集成结语 第二讲第74张 岩土可视化与计算机仿真技术 地质 岩土工程可视化技术是现代辅助地质 岩土工程决策的重要手段 通过图形 图像来认识 离散数据 勘察和测绘 工程性状如何 数据如此之多 如何分析 应用 工程人员关心 通过图示解决问题 第二讲第75张 岩土可视化与计算机仿真技术 在国外 近些年地质信息可视化模型和系统研究发展较快 如DGI公司的EarthVision软件包所生成的三维空间立体图形清楚的反映了地层与地质结构的空间分布及其相互交切关系 英国工程地质学家M J White介绍了将EarthVision软件包成功地应用于核废料的处理中 来展示花岗岩体的三维可视化地质模型 揭示了岩体中结构面的发育分布规律 为勘探布置 场地的选择提供了依据 为岩体渗流场模拟 工程地质数值模拟提供了地质模型 美国ReservoirCharacterizationResearchandConsulting公司于1998年推出了3DEarthModeling RC 2软件 该软件提供了油气藏领域世界一流的咨询 训练和软件工具 第二讲第76张 岩土可视化与计算机仿真技术 国内如此大型的三维软件尚未见出世 可喜的是近年来我国地学工作者已开展了空间地质模型的研究 如侯遵泽 徐振帮在随机数据网格化方面提出了分条 分块的快速算法和映射定点算法 在绘制等值线方面实现了快速三角连网方法 使成图更加灵活 快速 毛善军 许友志等提出了构造 包括断层 所有已知岩土信息的网格化模型 张菊明 夏炎 宁书年等提出了单地质属性面和多地质属性体的三维显示方法 但大都侧重于单层地质岩土体的研究 并且对断层 褶皱等构造因素的表示研究少 尤其断层三维显示的算法不成熟 但这些理论和方法的研究和探讨 为三维可视化岩土模型的出现奠定了基础 第二讲第77张 岩土可视化与计算机仿真技术 地质界面及空间信息三维数学模型的建立地质体是由各类空间地质界面组成的 对地质界面的空间描述可采用各类拟合函数 各类地质界面按形态可分为平面 单值曲面和多值曲面 在数学上应用不同的拟合函数来反映 1 结构面空间平面拟合函数地质模型中 空间平面是最简单的函数 地质信息中的断层 节理都可以近似的看作空间平面 点法式 三维实体地质模型的建立 第二讲第78张 岩土可视化与计算机仿真技术 2 结构面单值曲面拟合函数单值曲面函数为平面域上任一点 x y 只对应一个曲面高程Z 如地表地形 地下水位 风化卸荷面等均属于单值曲面 3 多值曲面拟合函数多值曲面函数W F x y z 适合于各种三维变量的地质信息 如岩体RQD值 吕容值Lu 具有一定厚度的结构面等 它们都可以被看作空间连续函数 第二讲第79张 岩土可视化与计算机仿真技术 4 地层面拟合函数对地层面进行函数拟合时 需要对各层面由上至下作层序编号 其拟合函数可由下式表示 式中M1为无倾向 倾角点数 M2为有倾向 倾角采样点数 Ai Bi Ci为待定系数 R为三维计算域影响半径 Ri为第i测点倾向 倾角作用半径 参数Si Ti用以描述有倾向 倾角测点处切平面的位置 第二讲第80张 岩土可视化与计算机仿真技术 数据采集系统 数据库系统 图形构造系统 三维可视化模型系统 GMS 工程信息 地形信息 勘探信息 测绘信息 图形构造系统 数据库 信息查询 信息统计 补充与修改 数据录入 剖面构图 平面构图 三维实体构图 三维切片 钻孔平硐图 结构面曲面模型 图形输出 第二讲第81张 岩土可视化与计算机仿真技术 三维可视化模型系统 GMS 本系统基于Windows 程序设计语言MicrosoftVisualC 系统开发采用面向对象程序设计 OOP 思想和交互式图形处理技术 采用ODBC作为数据库接口 同时 考虑到地质数据的特点和减少编写重复代码 引入了类的概念 建立了一些类的对象系统界面友好 操作简便 并且具有较强的统计 计算和分析能力 第二讲第82张 岩土可视化与计算机仿真技术 系统应用溪洛渡坝区为 U 型河谷 是由一套P2 n峨眉山玄武岩构成 共有14个喷溢旋回 形成13个岩流层 坝区构造主要以多期构造运动形成的层间 层内错动带及较为发育的基体裂隙为主 I级结构面层间错动带 简写 C II级结构面层内错动带 简写 LC 第二讲第83张 岩土可视化与计算机仿真技术 第二讲第84张 岩土可视化与计算机仿真技术 第二讲第85张 岩土可视化与计算机仿真技术 第二讲第86张 岩土可视化与计算机仿真技术 第二讲第87张 岩土可视化与计算机仿真技术 第二讲第88张 岩土可视化与计算机仿真技术 复杂形态块体几何模型的建立 四面体 五面体 六面体 四面体顶点 4 五面体顶点 6 六面体顶点 8 删除虚点 切割法 第二讲第89张 岩土可视化与计算机仿真技术 切割法的基本思想 以四面体作为建模的基本块体 五面体可用一个面去切割四面体而形成 六面体可用一个面去切割五面体形成 依此类推 第二讲第90张 岩土可视化与计算机仿真技术 第二讲第91张 岩土可视化与计算机仿真技术 SASW成功预报了近300个块体 第二讲第92张 内容 信息技术的发展地质工程信息管理技术概述基于一般管理信息系统 MIS 的信息管理技术GHGIS系统的开发与应用岩土可视化与计算机仿真技术监测信息反馈与信息化施工地质灾害风险评估与风险管理地质工程信息管理系统集成结语 第二讲第93张 监测信息反馈与信息化施工 监测信息反馈技术与信息化施工是保证地质 岩土工程顺利进行的重要手段 一方面 由于岩土体的复杂性和变化性 施工单位必须解决各种施工技术问题和设计中可能存在的不合理 另一方面 作为企业它还必须关心施工速度 质量 安全 资金应用情况 环保状况 财务及成本情况 中央和地方政府的各种法律和规章制度 材料设备供应情况及设计变更等 这些需求远不是单个软件所能解决的 必须采用信息网络技术 把上述内容有机地联系起来 供企业的经营决策者利用 地质 岩土工程监测信息反馈技术信息施工技术 ICT 第二讲第94张 监测信息反馈与信息化施工 地质 岩土工程监测技术是普遍采用的技术 几乎所有大中型地质 岩土工程都布置了监测系统 最广泛的要数深基坑开挖与支护和水利水电工程中 监测系统的功能主要依靠监测技术来实现 其信息分析方法有位移 时间曲线分析法 回归分析法 时间序列分析法 综合损害分析法 位移综合分析法和位移反分析法等 最常用的的方法是位移 时间曲线分析法 监测的主要目的是通过获取监测信息 反映在施工期间各个阶段的不同状况 随着测试技术的发展 自动监测已经逐步成熟 建立监测信息管理系统 能够使获取的信息数据得到集中处理 及时校正 利用可视化分析系统 建立以变形破坏机制为基础的判据 再与监测管理系统相联接 就可以使监测数据快速 直观地到达数据库系统 具体指导施工的应急手段和整治措施 第二讲第95张 监测信息反馈与信息化施工 监测系统的可靠性很大程度上取决于监测仪器的可靠性 在城市地质 岩土工程中 为了满足基坑工程的需要 各种类型的监测仪器应运而生 监测仪器按功能可划分为位移监测 应力监测和对地下水 地表水的监测仪器类 从原理上可分为机测 电测 声测和光学测量等类型 从读数方式上可分为接触测量 有线遥测和无线遥测 第二讲第96张 监测信息反馈与信息化施工 近年来 在地质 岩土工程中监测信息反馈技术得到了大力推广 地质 岩土工程施工期间 所获取的各项监测数据要达到快速反馈分析 则还有赖以下几个方面的提高 监测信息获取的速度 监测信息的传输速度 监测信息管理水平 监测信息分析水平和速度 监测反馈的水平和速度 第二讲第97张 监测信息反馈与信息化施工 这种信息施工方法其实就是一种反分析方法 其实质就是施工过程的监测信息反馈技术 它是通过利用监测系统所获取到的数据信息来修改原设计和施工方案 直至得到满意的结果 这种信息施工技术已被大量应用于深基坑支护 滑坡治理与防护 隧道工程以及水利水电工程中 利用信息施工技术取得成功的实例在我国也有不少 而且基坑工程信息施工技术成为了建设部1998年颁布的建筑业10项新技术之一 设计 施工 监测 完成 反馈 第二讲第98张 监测信息反馈与信息化施工 我们可以通过深基坑支护来了解信息施工技术 深基坑支护是一个很复杂的问题 主要表现为 1 深基坑工程是集地质 岩土工程和结构工程等专业于一体的工程 将支挡 防水 降水 挖土紧密相连为一体的系统工程 2 深基坑支护结构设计中 土压力计算 强度计算及稳定验算理论还不完善 不成熟 3 岩土性质千变万化 埋藏条件和水文地质条件的复杂性往往造成勘察采样试验所获得的数据具有很大的离散性 难以代表土层的总体特性 第二讲第99张 监测信息反馈与信息化施工 深基坑支护方案是根据地质 岩土工程勘察报告提供的岩土资料及物理力学性质指标 结合场地周边环境 区域岩土基本特征 设计规范等综合提出的 以上这些难点客观上给深基坑的设计和施工增加了难度 用上述方法进行的理论计算结果要则过于安全 支护费用高 不经济 要则理论计算安全而实际上趋于危险 深基坑信息施工法是在施工准备阶段及施工中通过一系列观测与测试工作 获得新的资料信息 反馈到设计中 将获得的实测参数与原设计选取的参数进行对比 重新选择施工参数 将施工中观测到的应力 应变值与理论计算得出的变形 应力值比较 调整施工参数 信息施工法弥补了传统设计与施工的不足 使参数力求接近实际 设计方案趋于最优 第二讲第101张 内容 信息技术的发展地质工程信息管理技术概述基于一般管理信息系统 MIS 的信息管理技术GHGIS系统的开发与应用岩土可视化与计算机仿真技术监测信息反馈与信息化施工地质灾害风险评估与风险管理地质工程信息管理系统集成结语 第二讲第102张 地质灾害风险评估与风险管理 由于岩土体材料组成的非均匀性 特性表现的难以预见性和环境条件的可改变性 从而使得有关的地质 岩土工程问题均有很强的不确定性 这种非确定性很难用传统的确定性模型来刻画 地质 岩土工程的设计施工存在着一个可靠度问题 对地质 岩土工程项目中的关键性问题进行决策也需要考虑这种不确定性带来的风险 在进行地质 岩土工程建设时 必须计算可供选择的方案所需的经费和预期能取得的效益以及对环境造成的影响 分析其经济效益 社会效益指标 从中选择最优方案 第二讲第103张 地质灾害风险评估与风险管理 目前我国地质 岩土工程的评价主要是计算经济效益费用比 净现值 内部收益率 投资回报年限等指标的期望值 并据此进行方案优选 但由于地质 岩土工程的复杂性以及其它不确定因素的影响 实际上每种方案的效益和费用都是不确定的 决策和效益总是和风险联系在一起 70年代以来 人们就开始探索采用基于风险分析与管理的设计和决策方法解决这类问题 第二讲第104张 地质灾害风险评估与风险管理 地质灾害作为一种自然现象 从地球诞生起就一刻也没有停止间断过 只是随着人类文明的发展 这种自然现象给人类的生存发展带来的灾害越来越不可忽视 人类才将其看成一种不可不防不可不治的灾害 所以从人类认识到其存在的那天起 地质灾害就不仅仅是一种社会现象 而是带有了明显的社会属性 以前工程地质领域考察研究地质灾害多考虑其自然因素 评价预测也多从其内外影响因素入手 着重考察其形成机制和诱发条件 度量的指标也多是稳定性系数 从这些角度的研究固然必不可少 然而防治地质灾害的最终目的不是杜绝引起灾害的这种地质现象或地质事件的发生 而是确保这些地质现象或地质事件对人类不造成不可接受的危害 所以从社会防灾减灾意义上讲 除了考虑其自然因素 更应当考虑其社会因素 由此才有了地质灾害风险评价的概念的产生 第二讲第105张 地质灾害风险评估与风险管理 风险是不确定性结果的一种度量 所谓不确定性就是一个问题的结果存在两个或更多选择的问题 在地质 岩土工程研究中 风险分析就是分析影响工程费用和效益的各个风险因素及其可能发生的变化 对受各种风险因素影响的工程经济效益 社会环境效益指标的概率分布做出定量的估算 一般的风险管理 RiskManagement 包括以下的5个步骤 风险的鉴别鉴别风险的来源 范围 特性及与其行为或现象相关的不确定性 这是风险管理的起点 在很大程度上界定了风险的本质特征 实际操作中往往要依赖于经验和类比 主要是地质工程师的介入 第二讲第106张 地质灾害风险评估与风险管理 风险的量化与度量利用主观或客观的概率 评估产生错误的可能性 模拟风险源与其可能产生的影响之间的关系 评估出各种可供选择的风险概率值 风险评价是以上风险分析过程和风险管理之间的衔接步骤 在此之前分析的着眼点主要在灾害自身 此后便转移到了灾害对人类社会危害的可能性上 第二讲第107张 地质灾害风险评估与风险管理 风险接受和规避这一步代表 风险决策 它针对每一种决策 对所有的成本 效益和风险进行评估 包括各种不同决策之间的成本核算 可能导致的社会经济 环境或政治问题 以及目前的决策对今后的选择可能产生的影响 即得出风险的可接受程度 相应也可得出风险的不可接受程度 风险管理这一步代表在风险接受和规避基础上的 执行 的过程 简而言之 就是一套用来处理风险的方法 当认定风险可接受时 就保持该状态 并力图获得最大效益 当认定风险不可接受时 则采取措施降低风险 例如规避 满足效益优先原则前提下的治理 系统功能转化 在以上的5个步骤中 一般把步骤 1 2 称为 风险评估 过程 4 5 称为 风险管理过程 第二讲第108张 地质灾害风险评估与风险管理 风险控制的期望不是最好 而是满意 效益优先风险控制的手段不仅有治 还有规避风险控制决策者不仅是工程师 更主要是管理者风险控制实施者不仅是职能部门 更重要的是全体公众 第二讲第109张 地质灾害风险评估与风险管理 风险评估和风险管理的概念的提出由来已久 但真正应用到岩土工程和边坡管理上只是近一二十年的事情 目前在香港 美国 加拿大等地已经有不少基于风险的边坡控制管理和环境控制方面较为成熟的应用实例 国内这方面的应用尚不成系统 地理信息系统为多源数据的有机整合提供了可能 而且为建立灵活的分析模型提供了方便 GIS这一切特征使得我们有可能运用GIS方法建立区域地质灾害管理信息系统 通过GIS已有的功能来有效管理和处理与地质灾害有关的多源空间数据 并通过二次开发实现GIS基础之上的专业评价预测 进行地质灾害区域评价 从而可以大幅度提高工作效率 降低劳动强度 并提高资料数据的利用率和地质灾害管理的信息化水平 由此提出基于区域地质灾害管理信息系统的地质灾害风险评价和风险管理的概念 第二讲第110张 地质灾害风险评估与风险管理 第二讲第111张 地质灾害风险评估与风险管理 基于GIS的地质灾害风险评价和风险管理遵循以下基本步骤 建立完善研究区综合地学信息系统在综合地学信息系统中 对空间