基于GIS的地质灾害信息管理监控系统及其应用

孙志华，侯恩兵,2，陈 韬,2，赵 超,2

（1.安徽省基础测绘信息中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省智慧城市与地理国情监测重点实验室，安徽 合肥 230031）

基于GIS的地质灾害信息管理监控系统及其应用

孙志华1，侯恩兵1,2，陈 韬1,2，赵 超1,2

（1.安徽省基础测绘信息中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省智慧城市与地理国情监测重点实验室，安徽 合肥 230031）

讨论了将GIS技术应用于地质灾害信息系统建设中的可行性，给出了建立地质灾害信息数据库的方法；同时研究了地质灾害的实时监控预警技术，并在此基础上设计开发了一套基于GIS的地质灾害信息管理监控系统。

地理信息系统；地质灾害；监控预警

近些年来，崩塌、滑坡、泥石流等突发性地质灾害发生频繁，已严重威胁到民众生命财产安全，影响了社会经济的发展，制约了社会的可持续发展[1-2]。为了降低地质灾害带来的影响，国家已开展了大量工作来加强对地质灾害的预警和监控[3]；并充分利用现代科技，结合地质灾害的监测预警、灾情速报、信息发布等研发了高水平管理工作软件。但目前我国仍没有建立地质灾害信息数据库规范，调查结果多以Excel文档和纸质文档形式存储，不利于调查数据的分析使用。另外，很多现有的地质灾害信息系统因缺乏详细地图的参考，无法以空间位置为出发点展示和分析地质灾害的变化趋势；未能对地质灾害隐患点实施有效监控和预警。

空间位置是地质灾害的重要属性特征，而GIS是展现和分析空间信息属性特征的重要技术手段之一[4-5]。随着GIS技术的日益成熟,其强大的空间信息管理和分析功能可为地质灾害研究提供有力工具,使对地质灾害信息的管理和监控进入一个新的空间信息化时代[6-7]。综上所述，有必要将GIS技术引入到地质灾害信息系统的建设当中去[8]。

1 总体设计

1.1 整体架构设计

本文设计的系统采用B/S分布式架构，分为数据层、应用层和客户层，结构体系如图1所示。系统功能的实现着重加强客户端的用户体验，利用ArcGIS API for JavaScript以及ExtJs开发富客户端应用，从而实现复杂的用户操作逻辑并具有较高的性能，无需安装任何客户端软件或浏览器插件，直接打开浏览器即可。

1）数据层，包括3个部分：对地质灾害专题属性信息和系统信息数据的管理；对背景地图数据如矢量、影像等地图服务的访问；对如气象、水文等相关部门发布的气象、水文等影响地质灾害发生的专题数据的访问。

图1 系统总体架构图

2）应用层，细分为控制层、业务逻辑层和基本服务层。业务逻辑层是承载系统核心业务的层次，采用面向服务的架构（SOA）进行设计和开发。在业务逻辑层完成对地质灾害点的浏览、管理、查询、统计及预警的逻辑建模和对象封装。系统使用SOA技术进行服务封装和发布，空间数据和功能使用ArcGIS Server封装和发布。控制层面向客户端提供各种http接口。基本服务层主要完成系统内部的日志记录、消息传递等纵向业务逻辑。

3）客户层。随着计算机硬件技术的飞速发展，客户端的硬件性能越来越好，因此在设计客户层架构时，系统采用JavaScript和Html5表现技术，实现地质灾害预防监控系统的界面设计和逻辑控制。向下通过调用业务逻辑层提供的各类服务接口完成各模块设计的业务功能，将查询、结果表现等操作分布到客户层执行。此方案既可降低服务器的压力，又可减少客户端与服务器端的交互次数，提高了客户端浏览与查询的速度。

1.2 功能模块设计

本文设计的系统功能如图2所示。

图2 系统功能模块设计

1）基础GIS功能，主要包括矢量/影像/三维地图的浏览切换、地图的放缩工具、长度和面积量测、地图标注及打印、隐患点查询结果在地图中的展示以及地质灾害隐患点专题数据的叠加。其通过二三维地图，结合GIS和地质灾害隐患点专题数据展现空间信息特征，使得各地质灾害的分布和属性信息在地图上一览无余。

2）地质灾害信息管理功能。普通用户可对地质灾害信息进行更新、新增、核销等操作，但这些操作必须通过管理员审核确认后才会生效。管理员有直接操作隐患点信息和审核的权限。

3）地质灾害信息统计分析功能。为了能客观反映地质灾害的区域性分布情况、地质灾害点的核销治理情况以及各灾种和灾情大小的分布情况，系统还需对各类型的地质灾害作不同侧重点的统计分析，以协助管理员发现一定的分布规律，为隐患点的治理提供辅助决策支持。

4）地质灾害信息实时监控功能。本系统还尝试在地质灾害易发区搭建实时监控设备，监控人员无需去现场即可观察周边环境和地质灾害区域的环境变化情况，既能保证监控的实时性，又能保证观察人员的人身安全。为了能进行动态扩充，系统需提供监控设备的接口，方便后期监控设备的动态接入；还需要提供监控画面的截图、历史录像的查询和云台的控制功能。

2 关键技术与创新

2.1 监控环境搭建与接入

系统通过野外搭建高清红外摄像头，铺设光纤宽带的方式，将地质灾害隐患点的实时视频接入到互联网中，使得地质灾害监测部门能够对崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的宏观变形迹象和与其有关的各种异常现象进行定期观测和记录，以便随时掌握崩塌、滑坡的变形动态及发展趋势。该方法具有直观性、动态性、适应性和实用性的特点。

由于地质灾害发生区域的周边环境一般都较为复杂，系统监控设备由专业的监控公司负责施工。网络和电源管道采用地下走线的方式，使用立杆的分离式监控摄像头，保障监控设备运行寿命。系统基于3S技术及地质灾害监控设备，以一定范围（区域）的滑坡、泥石流及崩塌等地质灾变体为监测对象，对其在时空域的变形破坏信息和灾变诱发因素信息实施动态监测（侧重于时间域动态信息的获取）。考虑到监控设备产品的多样性以及未来接入监控设备的可扩充性，系统基于Windows的ActiveX进行二次开发，提供主流Web监控摄像头的接入功能。

2.2 非插件式富客户端开发

目前主流B/S架构的信息管理系统客户端的解决方案有：①基于Ajax+JavaScript的非插件式客户端开发，②Adobe的Flex插件式客户端开发，③基于Siverlight的插件式富客户端开发。本项目使用了基于Ajax的非插件式富客户端进行前台业务功能的展现和用户的交互，Ajax框架的ExtJs可以很好地完成页面展现功能并带来良好的用户体验。

2.3 基于事务的系统业务逻辑实现

由于系统涉及到很多较为复杂的业务流程，因此在开发过程中采用基于事务的开发方式完成业务逻辑的组织。采用基于ASP.NET MVC的3层体系构架，将整个业务应用划分为表示层（UI）、数据访问层（DAO）和业务逻辑层（Service）。把一个应用的输入、处理、流程按照Model、View、Controller的方式进行分离，这样有利于系统的开发、维护、部署输出和扩展。系统在数据访问层和业务逻辑层分别定义一簇接口。业务逻辑层不依赖具体的数据访问层而仅依赖数据访问层的接口；表示层依赖业务逻辑层的接口族。当系统更换数据库管理系统时，不必改写整个业务逻辑层，因为业务逻辑层里没有任何数据访问层中的具体类而全部通过接口实现。

3 应用实例

根据上述的技术路线，结合六安市的地质灾害隐患点专题数据，本文设计并开发了六安地质灾害隐患点管理与监控系统，验证了本文提出的关于地质灾害信息管理和预警的思想，同时为数字六安地理空间框架建设提供了的典型行业应用示范案例。

图3为基础地质灾害隐患点信息管理面板，在管理员用户和普通用户系统界面均可打开，主要提供多条件组合查询隐患点，在地图中显示查询结果，新增、修改、核销地质灾害隐患点和导出查询结果等功能。

图3 系统主界面

实时监控：选中监控列表下某行记录后，点击面板顶部工具栏内“实时监控”按钮，出现隐患点监控画面（图4），可通过点击窗口内“步长”、“向上”、“向左”、“向右”、“向下”、“变倍”、“焦距”、“光圈”来调节画面的角度和质量。

历史监控：选中监控列表下某行记录后，点击面板顶部工具栏内“历史监控”按钮，然后选择监控时间段，得到时间段内的视频监控录像文件；选择某条记录，点击“播放”进行历史监控录像查看。

图4 地灾隐患点监控窗口

4 结 语

本文通过对GIS、实时监控等多种技术的应用，成功设计开发了六安地质灾害隐患点管理与监控系统,通过系统强大的空间信息管理和分析功能为地质灾害研究提供了有力的工具。同时，该系统也给地质灾害部门管理、决策带来了多方面的便利，将大大提高地质灾害信息管理和监控的工作效率，加强了地质灾害各相关部门之间的信息共享。

[1] 朱良峰,殷坤龙.基于GIS技术的区域地质灾害信息分析系统研究[J].中国地质灾害与防治学报,2001,12(3):81-85

[2] 钟洛加,肖尚德 周衍龙.基于WebGIS的湖北省地质灾害气象预警预报[C].湖北省地质学会第九次会员代表大会暨学术年会论文专辑,武汉,2007

[3] 朱良峰,吴信才,殷坤龙,等.基于GIS的中国滑坡灾害风险分析[J].岩土力学,2003,24(增刊2):222-225

[4] 单新建,叶洪,李焯芬,等.基于GIS的区域滑坡危险性预测方法与初步应用[J].岩石力学与工程学报,2002,21(10):1 507-1 514

[5] 戴福初,李军.地理信息系统在滑坡灾害研究中的应用[J].地质科技情报,2000,19(1):91-96

[6] 林孝松.基于GIS的重庆市地质灾害信息管理系统[J].中国地质灾害防治学报,2001,12(3):74-79

[7] 范强.插件式GIS在地质灾害信息管理系统中的应用[D].成都:成都理工大学,2010

[8] 苗爱梅,郝寿昌,武捷,等.基于GIS的地质灾害气象预警系统研究[J].山西气象,2007(4):24-26

P208

B

1672-4623（2016）07-0042-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.07.012

孙志华，工程师，主要从事GIS的应用与研究。

2016-04-05。