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所谓的地质灾害指的是由于自然地质的结构以及相应版块的运动或者是由于人类对自然资源的破坏而造成泥石流、滑坡以及地面塌陷或者是土壤盐碱化以及火山地震的发生,这些都属于地质灾害问题。由于地质灾害是由于一定的作用力的作用下而导致其发生的,有人为因素,也有自然因素,自然因素主要是由于板块的运动产生碰撞或者是挤压而产生了一定的压力造成的。而人为因素主要是由于人类对自然资源的不合理使用造成的。其中主要包括:由于生产的需要对于树木进行严重的砍伐在一定的程度上可以造成山体滑坡的现象发生,由于煤矿以及其他资源的过度开采,很可能造成塌方现象的发生,不仅危害人们的生命安全在一定的程度上还造成环境的破坏。
二、地质灾害监测的方法
所谓的地质监测就是在地质灾害发生之前通过技术与设备的应用对于地质灾害的活动以及各种诱发地质灾害发生的因素进行一系列的分析的工作。不但可以防止灾害的发生也可以通过相应的预防手段来减少灾害发生时造成的损失。
1.地质灾害监测的对象
在对地质进行监测的时候主要还是通过直接的观察以及通过仪器的测量还有对以往的数据进行分析,找出灾害发生的特点,从而对其进行防御。在进行地质灾害监测的时候主要是对于灾害形成的原因以及灾害的发展形势进行全方位的调查与研究。我们通过对变形、物理场、化学场以及诱发地质灾害发生的其它的一些动力因素进行相关的监测从而找出其影响地质灾害的主要原因。
2.地质灾害监测的方法
对于变形监测来说主要是通过伸缩计法以及地表倾斜检测法还有地表位移GPS测量法对地表的相对位移以及绝对位移进行相应的测量。以上的测量方法主要是对预防滑坡以及崩塌地质灾害发生而进行的监测。对于泥石流的监测主要是通过地表检测法和流速监测法以及对于降雨量的调查分析来进行相应的监测的。地质之所以会发生变动,不仅受自然自身的影响,人类的活动在很大的程度上导致了地质灾害的发生,所有在具备完善的监测的情况下要让人们了解到保护自然环境的重要性,对于人类所进行的活动也要进行相应的的观察之后可以推断出地质可能会发生的结构的演变,从而能更好地分析其动态,对于可能要发生的灾害进行很好的预防。
三、地质灾害监测预警的基本程序
对于地质灾害的监测预警,首先相关的部门应该成立专门的地质灾害监测预警小组,对于居民进行的宣传以及教育,对在地质灾害发生之前可能出现的一些状况进行详细的讲解,以便于进行及时的撤离以及预防的工作可以顺利的开展。其次,应该对于人们日常生活的电力设施以及具有重大威胁性的桥梁以及水坝的建设还有对大山的居民的居住地以及周边的环境要进行良好的监测,以便在灾害发生的时候可以将居民进行有效的撤离。最后要制定严谨详细的防御措施,在进行区域调查时要把发生重大灾害的地区作为重点的参考对像对其地质环境进行相关的判别,对于特殊区域的地质要建立完善的气象综合检测网,由于监测预警对于预防以及降低损失有着重要的意义,所以在进行监测预警的时候一定要将科学技术研究作为重要的依据。由于不同地区的地质存在不同的问题,所以对于地质进行科学的划分之后才能进行更加深入的监测以及预防的工作。
四、地质灾害预警预报的基本理论以及模型
无论是远古时期还是现在都发生过很多的地质灾害问题,所以对于地质灾害监测以及预警应该进行全方面的研究,在基于一定科学理论的基础上,通过对地质灾害形成的机理以及诱发的因素和动力学的分析,通过对静力以及动力的研究,来判断地质灾害形成的过程,通过对岩土力学的研究从而判断地质灾害的日常稳定性以动态。通过统计学以及数学的应用,对一些变量以及进行科学的分析,可以使用的公式进行相关的计算,便于发现灾害对于人类的影响程度,从而可以采取有效的手段进行预防。还可以通过信息科学以及地理信息科学对地质灾害的发生建立相应的数据库,再结合相应的地理信息系统,对地质灾害进行相应的对比分析,使预警预报在无形之中可以看见,可以对其进行相应的防范。由于科技的迅速发展,我国已经掌握了更加先进的监测预警技术,对于我国来说BOTDR技术虽然引进的比较晚,但是发展的很迅速,对于滑坡工程的监测也起到了很好的效果。在进行监测预警的时候应该建立地质灾害监测预警模型然后其数据进行相关的分析。地质灾害监测的预警模型主要有时间序列模型以及Kalman滤波模型还有人工神经网络模型。在时间序列模型建模之前要对系统的时间序列动态数据进行相应的观测以及记录,然后通过制图以及一系列的计算选择合适的模型与时间序列观察的数据进行相应的曲线拟合,从而发现其走向。
五、总结
通过对发生的地质灾害、降雨等资料的分析,崩塌滑坡泥石流灾害发生的原因是地质环境条件、降雨、人类工程活动等因素的相互交织,自然与社会因素相互叠加的结果。地质灾害系统是一个复杂的开放系统和耗散体系,具有高度非线性和复杂性,其系统行为具有非确定性和突发性[9]。在诸多因素中,地形、岩土体类型、活动断裂等为控制性因素,对地质灾害的分布、形成、发展起着控制性作用。降雨、人类工程活动、地震为诱发因素。本文将影响地质灾害的因素归纳为控制因素和诱发因素。控制因素有表征地质环境条件的地形、岩土体类型、活动断裂、水网密度、构造及人类工程活动;云南省降雨诱发型地质灾害约占90%,因此将降雨作为诱发因素来考虑。
1.1滑坡泥石流灾害与地质环境的关系本文在总结前人研究成果的基础上进一步深入研究,提出以下几点看法。
1.1.1滑坡泥石流与地形地貌(1)崩塌滑坡泥石流主要发育于海拔500~2500m区域,3000m以上分布数量少;其中1000~2500m区域内滑坡最为集中,占滑坡总数的86%。(2)云南省地貌以元阳河谷和云岭山脉一线为界,可将全省分为滇东高原盆地区、滇西山地峡谷区,根据地貌特征细分地貌亚区。不同地貌区灾害发育分布特征不同。
1.1.2崩塌滑坡泥石流与岩土体类型岩土体作为地质灾害的活动主体,是地质灾害产生的物质基础,岩土体类型、性质、结构及构造特征对地质灾害的形成发育产生重要影响。薄-中层状极软-较硬含煤砂岩、泥岩岩组易发生塑性变形破坏导致滑坡泥石流灾害;块状坚硬片麻岩、混合岩、变粒岩岩组由于风化层厚,容易沿强/弱风化界面产生滑动;中-厚层状强岩溶化较硬-坚硬灰岩、白云岩岩组中滑坡泥石流地质灾害很少发生。
1.1.3崩塌滑坡泥石流与地质构造构造控制着地形地貌及大地构造分区并进一步影响微地貌和岩土体类型,从而影响地质灾害的发育。活动性断裂构造密集的区域,岩土体破碎,斜坡较为陡峻,较易发生地质灾害。
1.1.4崩塌滑坡泥石流与地震云南省地震活动频繁,地震发生的同时,常常诱发滑坡、崩塌和地裂缝等次生地质灾害,同时导致岩土体破碎,斜坡物质失稳,为泥石流提供大量物质来源。
1.1.5崩塌滑坡泥石流与水系密度云南省地质灾害与水系关系比较密切,地质灾害沿河流两侧呈带状分布,山区河流两侧一般为交通要道,人类工程活动对岩土体产生扰动,加剧地质灾害的形成。
1.2降雨与崩塌滑坡泥石流灾害的关系云南具有“一山分四季、十里不同天”的气候特征,小尺度单点性强降水经常发生[8]。依据最新的气候区划,云南大致可分为北热带、南亚热带、中亚热带、北亚热带、温带和高原气候带等6个气候带。因气候类型不同,不同区域降雨时空分布特征差异明显,对地质灾害的诱发作用不同。云南省降雨与地质灾害关系具有以下几个特点:(1)降雨对地质灾害发育发生具有明显的分带特征,不同区域诱发地质灾害的临界雨量差异明显。(2)在降雨发生当天及前几天,大部分地质灾害的发生都会伴随有降雨的发生,并且规律性非常明显。因此,短时强降雨对地质灾害具有明显的诱发效应。(3)将滑坡、崩塌和泥石流灾害发生当天、前3d、前5d、前7d、前10d、前15d的累计有效降雨情况进行统计分析,结果表明累计有效降雨量随时间推移与地质灾害相关性逐渐减弱,前7d累计有效降雨量与地质灾害相关性较明显。
1.3地质灾害预警区划通过对地质环境条件、气候特征、地质灾害发育特征等分析,对云南省进行预警区域划分,将全省划分为11个预警区:哀牢山地区、大理丽江地区、大盈江地区、滇东北地区、滇南地区、滇西北地区、滇中高原湖盆区、滇中红层地区、金沙江中下游地区、临沧地区、文山岩溶地区。不同预警区域,对降雨量诱发地质灾害的敏感程度不同,因此根据预警区特征设置不同的降雨阈值;不同预警区,地质环境条件因子对地质灾害敏感性不同,因此根据预警区特征设置因子权值。
1.4地质灾害气象风险预警模型(1)地质灾害敏感性指数在不同的地质环境背景条件下,由控制因素影响发生地质灾害的可能性差异用地质灾害敏感性指数(Z)表示,根据云南省滑坡泥石流形成机理及特点,选取与崩滑流地质灾害密切相关的地形地貌、地震、水网密度、岩土体类型、构造、人类工程活动共6个因子,用信息量模型[10]来计算地质灾害敏感性指数。(2)降雨诱发指数本文引用了岳建伟[4]等在地质灾害预警预报及信息管理系统应用研究中提出的前期累计降雨量对地质灾害影响的降雨诱发指数计算方法。根据云南省降雨与地质灾害关系特征,将有效累计降雨天数修正为7d,选取当日降雨量,1d、3d、5d、7d累计有效降雨量为特征值,设置降雨阈值。参考李铁峰等在哀牢山地区的研究成果,α取值0.75。(3)地质灾害气象风险预警单元按云南省气象局预报雨量网格划分方法将全省划分为0.5°×0.5°网格单元。(4)气象风险预警指数气象风险预警指数(H)=地质灾害敏感性指数(Z)×降雨诱发指数(R)。(5)地质灾害气象预报预警等级划分地质灾害气象预报预警级别按全国统一要求划分为5级,根据预警指数计算结果,进行预警级别划分。
2地质灾害气象风险预警系统实现
2.1基于WebGIS的地质灾害预警系统的设计云南省地质灾害气象风险预警系统基于GIS空间分析技术和WebGIS技术,实现对地质灾害数据、雨量数据、地图数据进行存储与集成管理、预警分析等,系统包含预警分析子系统、雨量管理子系统、灾害数据管理子系统、地图管理子系统。预警分析流程:首先导入地质环境背景因子,设置各预警区因子权值,通过GIS空间分析计算地质环境敏感指数;然后对各预警区设置降雨量临界值雨量,导入前7d及预报降雨量,计算出当日地质灾害降雨诱发指数,再计算预警指数并按划分的预警等级,对预警结果进行分析,最后预警产品(图1)。
2.2地质灾害气象风险预警系统特点云南省人民政府确定的地质灾害防治“以预防滑坡泥石流为主、以预测预报为主、以灾前避让为主”的“三为主”方针,突出了地质灾害预报预警对地质灾害防治的重要性。2011年8月26日,云南省国土资源厅与云南省气象局签订了《深化地质灾害气象预警预报工作合作协议》。从如何利用好现有资源为地质灾害防灾减灾服务为出发点,研发了云南省地质灾害气象风险预警系统。该系统具有以下特点:(1)系统预警单元为0.5°×0.5°网格,精度可达乡镇级,且预警精度可以随气象局雨量站加密而提高,提升了云南省地质灾害气象风险预警水平。(2)系统模型中因子权值、降雨阈值等参数可根据预警结果反馈情况和地质灾害发生机理研究结果进行调整,预警方法具有可优化性。为后期雨量数据加密后分析地质灾害与降雨量、地质环境条件的关系提供模型优化接口,提高模型的实用性和可靠性。(3)系统应用关系数据库SQLServer管理属性数据,用MAPGISK9的空间数据库管理空间数据,数据管理方式更加安全、高效。(4)通过对州(市)级行政区划内地质环境条件对地质灾害的控制作用特征、降雨对地质灾害的诱发特征研究,构建适合各州、市的预警区划及降雨阈值,本模型方法及预警系统具有可推广性。随着气象部门雨量监测站网及监测手段迅速提高,州(市)国土资源部门承担辖区内地质灾害气象风险预警预报将成为新的发展方向。
3地质灾害气象风险预警成果检验
系统于2013年汛期试运行,通过新老系统预警结果对比、地质灾害灾情信息反馈,不断调整、修正模型因子权值及降雨阈值。2014年系统投入正式运行。对2014年汛期大型以上地质灾害灾情所在预警区域进行统计,在3级预警区的地质灾害约占60%、在2级预警区的约占30%、另外10%大型以上地质灾害未在预警区内。新系统在缩小预警面积、减少空报的同时提高了成功预警率。
4结语
如图1所示,监测预警体系主要由监测人员、移动终端和主管部门三部分组成。监测人员一般由具有一定地质灾害专业知识背景或经过专业培训后的人员组成,首先每位监测人员配备一部移动终端并负责一个或者多个监测点,每部移动终端安装一款应用软件。当监测人员到达现场后,观察相关地质现象然后使用移动终端中的应用软件录入相关信息(如描述地质现象的文字、图片和视频等),录入完毕后让移动终端连上GPRS无线网并接入Internet,再将信息发送出去。主管部门则负责接收移动终端发送来的信息并将信息整理并交给室内的预警专家,预警专家通过分析信息判断出地质情况,最后并做出相应的预警对策,以防止或者减少地质灾害带来的损失。
移动终端应用软件的实现
1概述
移动终端应用软件采用VisualStudio2005(简称VS2005)联合WindowsMobile6.0SDK开发包并采用C语言编程实现。利用VisualStudio2005和相关开发包可以搭建出WindowsMobile开发环境,利用此环境建立Win32智能设备应用程序,可开发基于WindowsMobile系统下的应用软件。其中WindowsMobile(简称WM)系统与电脑上的Windows类似,它的应用软件也是以MicrosoftWin32API为基础实现,其对应系统的移动设备很多都具备触屏、连接GPRS、拍照、录像等基本功能功能,满足地质灾害监测的实际应用要求。
2Win32应用程序框架分析
由于WM系统是一种基于消息的系统,并且每一种消息都对应一种事件,而Win32应用程序是又一种Windows系统下的应用程序,所以Win32应用程序的运行是靠外部事件来驱动的,即程序一直处于一个等待状态,当一个事件发生(如点击触摸屏上某个按钮),程序首先会捕获消息,再进行消息的传递和转换,并根据消息的类型判断出事件的性质,然后调用回调函数对各种事件做出相应处理[7-8]。事件判断过程由消息循环机制负责,事件处理过程由回调函数负责。Win32应用程序代码上主要由一个Win-Main函数和多个回调函数组成,WinMin函数是程序的入口点,它负责注册窗口类并创建窗口的同时也负责主窗口显示,消息循环机制也在此函数内。回调函数负责实现各种消息所对应事件的响应。如图2所示,监测人员对手机的一系列操作将产生多种消息从而形成消息队列,而消息循环机制则不断从消息队列中取出消息,将其放入WinMa-in函数中进行转换,最后根据消息的不同类型将消息传递到主窗口回调函数中或对话框回调函数中,而各种消息所对应的事件的响应则通过在两个回调函数中调用相关Win32API函数实现。其中主窗口消息响应函数负责主窗口中产生事件的响应,对话框回调函数负责对话框中产生事件的响应。
3软件结构实现
在分析了win32应用程序原理和框架的基础上,结合地质灾害监测时的实际情况,提出一种软件结构以实现软件的各种功能。软件主要有两个功能:①实现将地质灾害信息录入并保存到手机中;②实现将录入的信息传输到远程计算机中。其中信息包括文字、图片和视频等多媒体信息。此外软件还设计了一些附加功能(如查询话费、捕获软件路径),图3为应用软件的结构图。软件在结构上主要由界面显示模块、消息响应模块(包括主窗口消息响应和对话框消息响应)、向导模块和通信模块四部分组成,下面依次对软件的各个模块的实现过程做介绍。
界面显示模块包括主界面显示和对话框显示两个部分,主界面由编程实现,对话框由VS2005自带的资源编辑器绘制实现。操作人员通过触笔点击两种界面上的不同资源(如按钮、文本编辑框)就能进行不同的操作(如切换界面、查询话费、进入向导)。(1)主界面负责软件打开时的初始界面展示,主界面上资源由两个按钮、一个静态文本框、一副位图和一个菜单组成。在界面上显示该资源的代码在WinMain函数中实现。其中两个按钮的作用分别是开启信息录入向导和信息发送向导,静态文本框和位图是提示消息,菜单的作用是使用附加功能(如查询话费、获取路径)。以下是主界面中开启信息录入向导的按钮相关代码:CreateWindowEx(NULL,_T("button"),_T("录入信息"),WS_CHILD|WS_VISIBLE|BS_DEF-PUSHBUTTON,15,32,70,60,hWnd,(HMENU)ButtonID,g_hInstance,NULL);(2)对话框负责软件的功能在具体细节方面的界面显示(包括向导的构成),对话框上的资源主要有按钮、静态文本框、文本编辑框等。在对话框中不同按钮的功能是不同的,主要包括:参数选择、向导上/下一步界面切换、设置常用IP和端口等。静态文本框同样作为提示信息,文本编辑框的作用是接收并显示操作人员编辑或者选择的信息。
消息响应是软件结构的核心部分,负责界面上各种资源所对应的各种功能的实现。由于显示分为主界面显示和对话框显示两个部分,因此消息响应也分为主界面消息响应和对话框消息响应两个部分。主界面消息响应实现开启向导的操作和附加功能的使用。对话框消息响应负责向导过程中具体操作的实现(如信息的录入和保存、IP地址和端口号的设置、界面切换等),下面对消息响应所对应的主要操作的实现过程依次做介绍。(1)向导的开启与关闭操作:在按钮的消息响应中调用DialogBox()方法传入构成向导的第一个对话框名称,可弹出此对话框从而开启向导。调用EndDialog()方法传入构成向导的最后一个对话框名称,即当点击相关按钮时,可关闭此对话框从而关闭向导。(2)参数选择操作:首先将按钮所代表的参数值保存在一个数组中,使得按钮名称与参数值形成一一对应关系,然后在按钮的消息响应中调用SetDlgItemText()方法传入指定的数组名和指定的文本编辑框名,当点击按钮时,即可将数组中的参数值显示在指定文本编辑框中从而起到参数选择作用。(3)界面切换操作:在按钮的消息响应中先调用End-Dialog()方法传入当前对话框的名称,再立即调用Dia-logBox()方法传入要打开的对话框名称,即可将当前对话框关闭并马上打开新的对话框从而起到界面切换作用。(4)信息编辑操作:文本编辑的响应消息会由Wind-wosMobile系统自动完成,因此当点击移动终端界面上的文本编辑框时,会自动调用手机的输入法,此时只需向文本框输入信息则可完成信息编辑的操作。(5)信息保存操作:先向操定义一个数组,然后在相应按钮的消息响应中调用GetDlgItemText()方法传入文本编辑框名称和组数名,即可将指定文本编辑框中的信息保存到指定的数组中从而实现信息的保存。(6)图片和视频录入操作:首先定义并设置SHCAM-ERACAPTURE结构体相关参数,然后在按钮的消息响应中调用SHCameraCapture()方法传入结构体名,当点击此按钮时,移动终端会根据消息响应自动调为拍照或者摄像模式从而实现图片或视频的录入。(7)信息发送操作:在按钮的消息响应中创建一个线程并在线程中调用相关Socket方法即可实现信息发送功能,关于通信过程,后面会详细说明。(8)查询话费操作:先定义PHONEMAKECALL-INFO结构体,然后对其成员变量赋值,比如对pszDestAd-dress成员赋值“1008611”字符串,最后调用PhoneMake-Call()方法传入结构体名即可直接拨打1008611从而起到查询话费的作用。(9)捕获软件路径操作:先定义一个数组用于存放路径,再调用GetModuleFileName方法传入数组名称,即可将路径存入数据中,最后只需用GetDC()方法获取设备上下文,然后使用ExtTextOut()方法显示在界面上即可。(10)连接GPRS操作:首先定义GUID类型数据,并赋初值,然后定义CONNMGR_CONNECTIONINFO结构体,并对其成员变量(如cbSize)赋值,最后调用Con-nMgrEstablishConnectionSync()方法即可连上GPRS。
向导是一种友好的操作界面,负责引导操作人员完成对地质灾害信息的录入和发送。对软件的信息录入功能和信息发送功能分别可设计出两个向导,即信息录入向导和信息发送向导。每个向导由一系列的对话框组成,通过在对话框上添加相关按钮的消息响应(即界面切换),可实现多个对话框按某种次序依次弹出或关闭从而形成向导,图4为向导实现的原理图。
通信的实现主要是利用了Socket通信原理,Socket即套接字,它是支持TCP/IP的网络通信的基本操作单元,也是不同主机之间进程进行双向通信的端面点[9-11]。Socket有两种:流式套接字(TCP)和数据报套接字(UDP),由于UDP方式是一种不可靠的通信方式,而监测预警对地质灾害信息要求比较高,不允许数据掉包(尤其是图片文件,少传输一点数据都会导致图片不可用),因此为了保证信息传输的可靠性,软件采用流式套接字(TCP方式)实现信息在网络中的传输。由于WindowsMobile6.0SDK开发包有支持GPRS连接以及Socket(套接字)等功能接口。因此软件在代码上,为了不阻塞界面显示模块,会首先开启一个线程,然后在线程中调用ConnMgrEstablishConnec-tionSync()方法连接上GPRS,再创建Socket套接字,调用Bind()方法然后设定IP地址和端口号,并用Connect()方法向远程计算机端软件发出连接请求,当请求被接收后会接通连接,此时可使用Send()方法实现信息的发送。所发送的信息主要有两种:字符信息和文件信息,字符信息可直接通过Send()方法实现。文件信息(图片、视频)比较大,所以不能一次性传输完成。其传输方法为:将文件分多次以二进制方式写入缓冲区,再多次使用Send()方法将缓冲区的二进制流发送出去。
测试条件、方法及结果
软件是按照WindowsMobile系统下的PocketPC手机且是以240*320分辨率设计的,因此满足此条件的手机均能够正常运行。实际测试中采用的是WindowsMobile系统下的多普达S700手机作为其运行的硬件平台并在主管部门计算机中设计了友好的接收软件。其测试方法为:①打开手机软件,点击信息录入按钮,此时软件会开启一个向导,操作人员按照向导一步一步进行信息的录入,最后点击完成按钮,即可完成信息的录入工作;②点击信息发送按钮,此时软件同样会开启一个向导,操作人员按照向导提示进行IP地址与端口号的设置等,最后点击完成按钮进行信息的发送。测试结果:经过反复测试,本软件能够很好的实现文字、图片和视频等信息的传输,传输的数据实时性好、准确,图6为计算机端接收到的信息(文字、图片和视频)的效果图。图7为手机软件效果图。
【关键词】WebGIS 地质灾害 预警 系统设计与开发
引言
灾害预警是减灾工程的先导性措施,监测系统为减灾工程提供了及时的关健数据和信息。基于WEBGIS的山洪地质灾害监测预警平台是针对人类活动剧烈,地质条件复杂,易发生山洪、泥石流、滑坡等地质灾害的山区来研发创新型满足人们需要的服务性平台,可为各级部门提供最优化的系统解决方案。该系统科学化整合气象、国土、水利、测绘等各类气象、地质基础信息数据,集采集系统、监测系统、预警系统、系统于一体,通过对各类数据的查询与分析,制作精细化山洪地质灾害监测预警系统,大幅度提高了山洪灾害监测预警效率,为及时规避风险、避免或减少灾害导致人员伤亡和财产损失的有效非工程措施,是实施指挥决策和抢险救灾的重要辅助手段。
一、系统技术分析
(一)WebGIS(ArcIms)技术。
随着计算机网络技术的发展,GIS与逐渐与Internet技术相结合就产生了基于Internet平台客户端采用WWW协议的地理信息系统,这就是WebGIS。利用因特网来进行客户端和服务器之间的信息交换,用户通过浏览器获得网络中空间信息的大量数据。从WWW的任意一个节点,Internet的用户都可以浏览到WebGIs站点上的地理数据,主要作用是进行空间数据、空间查询与检索、空间模型服务、Web资源的组织等。从结构上看,它主要有4个部分所组成:浏览器,信息,服务器,编辑器。它们有各自不同的作用,用浏览器显示空间数据信息并支持客户端在线处理;用信息均衡网络负载,实现空间信息网络化;用服务器满足WebGIS客户端的查询请求和空间分析请求,管理空间数据库;用编辑器提供导入空间数据库中数据的功能,形成完整的GIS对象、GIS模型和GIS数据结构的编辑和显示环境。
(二)GPRS技术。
GPRS是基于地面基站和信号发射塔的无线通信,具有传输速率高、实时性强、成本低等特点。北半卫星通信是基于地面基站和通信卫星的空地结合无线通信网络,具有通信距离远、覆盖区域广等特点。系统主站在一般情况下通过GPRS网络实现与服务器的数据传输,而在GPRS网络不能满足实时性的情况下利用北斗系统形成互补。
(三)预警集成技术应用。
通过对现有主流通信方式通信协议的分析、打包、封装,实现快速与主流通信设备的无缝对接,支持与传真群发、无线广播预警系统、短信平台等服务绑定。
二、研究重点
(1)研究监测参数的准确性这里包降雨量、地下水位、位移、倾角对灾害产生的影响力,并根据不同的情况设定不同的权重加以分析;。
(2)对测量数据利用GPRS持续的上传到数据库,并且在信息地图上能显示被测的位置以及显示信息;
(3)对所传数据进行统计分析并计算危险阀值,找到不同情况时对灾害造成的影响力;
(4)实现系统的自动报警功能,并利用通信网络短信的形式发到接受方;
(5)地理信息表在数字化地图上展示以及报警时的自动闪现。
三、系统内容
使用基于GPRS、WebGIS和遥感等技术手段进行创新型开发―山洪地质灾害监测预警系统。该系统可以实现信息化和可视化快速有效地反应灾害的发生、发展的过程,并且具有更好的适应性、可移植性和扩展性。系统采取统一的数据库来存储数据,数据接收系统和数据展示系统同时用一个数据库来存放这样便提高了数据展示的效率。
此研究利用监测仪器,把所需数据精确测出,经过GPRS上传到WEBGIS系统,把所测数据经过计算显示在系统中,主要内容有:
(1)设备的选址,以及安装调试和信息的发送;
(2)监测信息的接受,计算并自动化显示在WEB上;
(3)WEB系统的模块化结构的实现,以及GIS应用于WEB内;
(4)对数据的管理和分析;
(5)达到危险范围系统实现自动报警。
另外一般选用的传感器有:降雨量、液位(地下水)、位移(表面、深部)、加速度、倾角、裂缝、孔隙水压力等传感器及报警设备,主要选取的监测参数有:
(1)降雨量:采用雨量计监测,对滑坡点的降水量数据进行采集;
(2)地下水位:采用水位计监测,对坡体地下水位采用孔内水位计对地下水进行监测;
(3)位移(表面、深部):采用伸缩式位移传感器监测,可在滑坡体表面或滑坡体内部进行监测;
(4)加速度:暂可由位移传感器进行位移变化监测;
(5)倾角:地表倾斜监测,采用固定式倾斜计安装于锚固护坡的混凝土上,对滑坡体倾斜进行监测;
(6)裂缝:暂可由位移传感器进行裂缝位移变化监测;
(7)孔隙水压力:应用孔隙水压传感器来测量地下空隙水压,对地下内部结构进行有效应力和稳定性分析;
(8)数据记录通信装置:利用无线网络(GSM或GPRS网络)传送数据,可收录和传输多路传感器信号,并可设定每通道采样间隔及每通道判断基准值等;
(9)报警设备:报警传感器主要应用于监测滑坡变形等,在检测塌方、落石等危险情况时通过旋转灯和警报装置,可及时进行塌方和岩石崩塌瞬间的警报。
由于监测数据受地理位置的限制,因些围绕数据的传送,接收,存储,展示来设计系统,监测数据是整个系统最重要的部分,如图1所示:
四、系统界面
该平台大体分为三层:数据收集层、数据存储层、展现层。
数据收集层是最基本的一层,运用的是服务器与客户端即C/S模式。在自动监测站中采用雨量计监测滑坡点的降水量数据进行采集,用伸缩式位移传感器监测,可在滑坡体内部进行监测,地表的倾斜监测,采用固定式倾斜计安装于锚固护坡的混凝土上,对滑坡体倾斜进行监测,所监测到的数据可通过GPRS直接上传给数据接收装置,通过数据接收装置直接连接数据库。还可以通过监测人员,把监测到的数据以短信的形式传给指挥中心,由指挥中心管理员去管理数据。
数据存储层主要是服务器提供足够大的数据库,用来存储数据采集到的数据,也用来储存基本的信息比如人员的信息,数据的域值,所要的信息等。其中包括两大块即GIS数据库和综合数据库,在该平台内所用的是数字化地图,所包含的数据很大,必须存在服务器上。使用数据库把两大模式关联起来,为平台提供基础服务数据。
展现层是最直观的一层,使用B/S的模式使用互联网把各个地区统一起来,通过对数据库的操作可实现增、删、改、查、信息图形展示。在这一层使数字化地图与地理信息相结合在一块,更直观展现场景,同时实现自动报警的功能。如图2所示:
五、结论
基于WebGIS的山洪地质灾害预警系统以WEBGIS技术、空间数据库技术和计算机网络技术为依托,建立地质灾害防治自动报警系统、数据库系统和决策技术支持服务系统,这样为防治灾害提供了快速的信息,从而把山洪地质灾害预警各类信息的分析与管理合理实现,进行收集、处理、保存各种空间数据和非空间数据,提高各种数据的直观性、可比性和兼容性,使山洪地质灾害预警信息统一性、精确性和及时性的要求得到满足。该系统可用计算机对大量信息进行管理和分析,人们可以方便查询和统计各种信息,并且可以通过表、图等方式显示和输出信息,从而大大提高工作效率。地图显示功能还能将山洪地质灾害直观、精确地显示出来,上级部门可以根据提供的信息采取相应的措施,更好的为人民服务。
参考文献:
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[关键词]地质灾害 防治 地质环境 利用
中图分类号:F126 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)25-0306-01
引言
地质环境在地球千万年的地质变化中形成的。这种形成也是由于地质灾害不断出现而造成的。现在人类出现在地球上活动,自然要保证生存的安全性。虽然不能避免和阻比地质灾害的出现,但是可以对相关的地质环境进行研究,从而得出一定的结论,帮助人们能够及时的躲避灾害,减少人员伤亡和经济损失。并且可以得到研究的成果。因此在这一研究过程,就能够体现出地质灾害防治是和地质环境有一定的关系的,在减少灾难过程的损失是有价值的。
1.地质灾害与地质环境
1.1 地质灾害
1.1.1地质灾害定义
地质灾害主要是指由于自然地质作用、人为地质作用使地质环境恶化,并造成人类生命财产损失或人类赖以生存的资源、环境遭受破坏的灾害事件。常见的地质灾害有地壳活动灾害、斜坡岩土体运动灾害、地面变形灾害、矿山与地下工程灾害、水库灾害、土地退化灾害、水土污染与地球化学异常灾害等。
1.1.2地质灾害频发的主要原因
最近一段时期,全球变暖,冰川融化,甚至各地的地震灾害也在不断的频发。这些灾害的出现直接的导致了很多人丧命以及巨大的经济损失。但是导致地质灾害如此频发的原因,除了地球本身板块正常的运转之外,还有人们对环境的破坏,导致地球环境受到影响,增加了地球活动的频率,增加了地球的负担。并且由于人们在地球上的过度开采,使得地球地质的变化和破坏变得十分严重。
1.1.4关于我国地质灾害防治工作现状
在我国,对于地质灾害工作的防治仅仅是在从初级阶段慢慢的进行摸索,一直到现在能够及时以及有效的对其进行防止,已经取得了长足的进展。在地质灾害防治工作上,依然可以做到,及时周密地部署,相关工作人员及时进行灾后抗战,领导深入灾区进行指导,尽量减轻灾害影响,健全应急支撑体系,并且其应急的速度也是十分快捷的,出台很多相应的灾害防治条例,稳步快速进行防治工作,预警能力提高,预案启动坚决,减少损失,降低人员伤亡率,开展隐患防治工作,我国已经认识到灾害防治工作重在“防”上,重点应该要对其资金的安排进行突出,在技术方面给予一定的支持,加大地质灾害防治工作的宣传力度,普及地质灾害防治知识等。
1.2 关于地质环境
目前我们人类所居住在的环境主要是经过一次次的地质运动后形成的。地质环境并不是一个封闭的环境,地质环境与其周围的水圈、生物圈、大气圈等之问无时无刻都在进行着物质和能量的交换,与此同时,地质环境也将会遭受到地球表面各个圈当中的影响,因此,地质环境是处在不断变化中的,而且这种变化也影响着地球表面各个圈层的发展。地质环境变化的方式一般表现为缓变或渐变,渐变发展为突变或灾变,然后进入下一个渐变阶段,所以,对于地质环境变化来说,其主要是具有着一定程度的周期性,并且是在一定的区域和时间内形成突变的过程,从而破坏地质环境,产生地质灾害,这就是地质灾害的地带性、突发性与准周期性。
1.3 地质灾害赋存于特定的地质环境
所谓的地质灾害,其主要就是一些对地质环境造成影响的事件,同时也会对人类生存构成危害的地质事件。而这些地质事件的本质就是地质体的相对运动、状态改变。比如地壳应力过程中所释放出来的地震,进而反应的形式变为地壳震动与地表破裂,形成地裂缝、砂土液化及软土震陷,表现形式是地表岩土的运动和移位,其他灾害如崩滑流、地面沉降以及塌陷等也均以岩土体的移位,或者是状态变形完成行程灾害的一个过程。
1.4 地质环境制约地质灾害的发生
关于地质灾害的出现,主要是在特定的地质环境下来形成的,如果环境不具备这样的条件,则灾害难于形成。即地质环境一方面构成地质灾害发生的条件,另一方面又限制其发生,进而使其能够起到制约的作用,=如泥石流灾害有其发展阶段性,对应于地质环境条件则在沟谷发育的成熟期为泥石频发期,在此之外,随着沟谷以及地貌等地质的变化,泥石流处于孕育发展阶段,并不成灾,由此可见地质环境对于地质灾害的制约作用。
2 地质灾害防治体系
2.1 关于调查区划体系
在对其进行实施调查评价的过程中,主要是为了建筑地质灾害调查评价的体系,目的就是要调查清楚地质灾害发生的地质环境条件、评价其危险性,进行地质灾害风险区划,确定重大地质灾害隐患点,以此来合理的开发以及利用地质的环境,进而实施地质灾害监测预警和防治工程提供依据,为省级和国家层面决策管理提供支持。
2.2 关于监测预警体系
地质灾害监测预警体系包括技术和行政两个方面,是防灾减灾成效突出的重要手段。一个运行良好的地质灾害监测预警体系能够在地质环境条件发生变化时及时捕捉前兆信息, 针对不同对象及时发出防灾减灾警示信息,为地质灾害避险决策或应急处置提供依据。
2.3 关于搬迁治理工程体系
通过对其检测的结果进行分析,以此来确认其危险性大以及危害严重的地质灾害特点,经过地质勘查评价,采取搬迁避让或工程治理措施,彻底消除地质灾害隐患。在条件具备时,因此在治理的过程中以及灾后重建时应该要根据其地质环境进行综合的考虑,以实现防灾减灾与土地资源再开发的双重目的。
2.4 关于应急处置的体系
必须要坚持重大突发的地质灾害管理作为导向,立足于现有科学技术资源集成整合,逐步建成适应公共管理需要的重大地质灾害应急处置技术支撑机构、信息网络系统平台、技术装备体系和应用技术系统,这样才能够更加高效以及科学的做好地质灾害的防治工作。
3.区域地质环境评价体系
3.1 应该要区域地质环境利用评价
应该要从工程的区域地质工作基础性以及公益性等方面进行出发,环境地质的研究目标应该要是追求地质环境以及安全等角度进行出发,工作任务是开展不同尺度的调查评价,包括重大工程区、人类聚集区和搬迁避让集中安置区的地质环境要素及其变化,评价其地质环境质量、容量和考虑地震、气象(候)和人为活动等多种因素影响下的地质灾害风险,以此来对其功能区进行划分,甚至是包括提出了很多的地震多发区和高烈度影响区预留避震空地或缓冲带的基本要求。
3.2 工程地质环境安全评价
由于我国在进行一系列的大工程,比如开山建隧道,修建铁矿等,都需要根据地质进行详细的安排。计划如何进行建筑,才是最安全和有效的。这样才能减少出现意外事故的几率。并且对于地质环境的评价也是要从多方面来看的,比如土壤,岩石,断裂层等。综合的考虑分析,得出一个地质环境安全分析表,保证施工进行的顺利和安全。
结束语
在地球上的每一个国家,随时随刻都有不同的地质灾害发生。危害着百姓的生命安全和财产安全。因此为了保护好人们的生活,减少在灾难中的损失,就要研究地质灾害与地质环境的管理,以及相互利用的有效性。这样可以及时的获取信息,并且可以对地质灾害的防治进行一定有效的管理和预测。
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