基于移动GIS的地质灾害监测预警系统设计

2022-07-16郎文霞

内蒙古科技与经济 2022年10期

郎文霞

(鄂尔多斯职业学院，内蒙古鄂尔多斯 017000)

随着社会的发展，地质灾害给人类生存发展带来的影响日益严重，人类也给予了地质灾害越来越多的关注[1]。在以煤炭资源开采为主的地区，其经济的强劲增长得益于煤炭事业的发展，但是随着煤炭资源的大量开采，也带来一系列地质环境问题。其中以地面塌陷、崩塌、滑坡三种突发性地质灾害为主，给当地的人民生命与财产造成了巨大的损失。所以，为了减小地质灾害给人类带来的损失，已经将许多先进技术应用到地质灾害系统中来保障人们的生活，监测技术方法逐渐过渡到无线自动化监测，监测仪器也在向精度高、性能好、适应范围广、自动化程度高的方向发展[2]。随着移动互联网兴起和智能移动终端的普及，“智能终端+无线网络”的应用模式日渐成熟，而移动GIS(Mobile GIS)是这种模式的典型应用之一，它是以移动互联网为支撑、以智能手机或平板电脑为终端、结合北斗、GPS或基站为定位手段的GIS系统，能实时地将空间信息传输给服务器，为地质灾害监测预警工作的数据采集提供了保障。

1 监测预警系统的功能组成

1.1 数据的输入

将有关监测点的所有数据及时地输入到地质灾害监测预警系统中，包括3类资料：已有的纸质图表数据、人工现场采集的数据和通过移动终端实时采集到的数据。通过实时输入，可以确保系统上显示的是监测点采集到的最新的一组数据。

1.2 数据的管理

对采集到的数据进行数据库创建，包括空间数据库和属性数据库，并将其关联，空间数据库包括灾害监测区域的地理位置、地形地貌等数据，属性数据库包括灾害监测区域的行政区划基本情况，地质灾害的详细情况描述、防治联系人等基础数据。

对采集到的数据进行查询、编辑、统计、对比、导出等基本操作，数据类型有降雨量、位移、含水率等情况，通过综合分析寻找监测点的动态变化规律，预测灾害发展趋势。

1.3 预警的设置

不同类型的地质灾害、不同的监测点因监测仪器不同，预警阈值固然不同，需要根据实际情况单独设置不同监测地点的不同检测设备的预警阈值。

实际工作中，一个地质灾害经常会同时使用多种监测仪器进行监测，针对监测参数的不同，采用不同的预警阈值，会得到不同的预警结果，因此根据监测参数对地质灾害的影响程度进行权重设置，以确定更为准确的预警结果。

最终对预警评价模型等级进行量化，并根据权重进行预警计算，得到预警等级值，计算方式为：

式中：R—预警等级值；

Wi—第i个评价指标权重；

Pi—第i个评价指标的单个因素分级值。

1.4 预警的发布

当监测数据超过设置的预警阈值时，就会发出对应等级的预警信息，可在屏幕上闪烁对应颜色的预警标志，也可以向预警工作人员发送短信，提醒相关部门采取相应措施。

在发出预警信息的同时，系统还会提供灾害的预测影响范围、威胁人口及财产等信息。

1.5 灾害的决策

当预警发生时，充分利用系统的各项空间分析功能，提供全方位的灾情信息，为决策提供依据。系统还提供灾害发生时的应急预案，为工作人员提供全方位的决策措施查询。利用GIS的缓冲区分析，根据灾害预警等级、发生特点、发展趋势，对灾害区域影响程度进行划分，最终得到各区域内需要采取的应急处置措施。

工作人员还应根据采取措施情况对预警信息进行管理，包括处理方式：已解决、正在解决中、未解决需再次提醒等，还可以存储灾害点的预警记录及处理方式。

2 监测预警系统的功能框架

构建基于移动GIS的监测预警系统的功能框架如图1所示。

图1 系统监测预警功能模块

3 监测预警系统主要功能的技术要点

3.1 移动GIS技术

基于地质灾害的发生位置是在野外，因而监测仪器在野外采集数据，需要将数据由野外传递给系统，这就需要保证数据的传输质量，而且野外的地形地貌条件存在多样化、复杂化的特点，要求数据传输设备能具备不同自然条件下的数据正常传输。

移动GIS是GIS、GPS、RS、移动通信、互联网、多媒体等技术的集成，借助无线网络，包括基于数字蜂窝移动电话网络的接入技术，如CDMA、GRRS、GSM、TDMA等和基于局域网的接入技术如蓝牙、无线局域网等，以嵌入的方式在手机、电脑等无线终端上显示，最终将监测点采集的数据信息实时地传输给服务器。

GIS还可以根据监测点的数据通过空间分析得到灾害随时间的发展过程，将不同时间段的数据储存在数据库中，得到一种以时间为存储单位的灾害变化机制。

3.2 数据库技术

数据库技术是通过研究数据库的结构、存储、设计、管理以及应用的基本理论和实现方法，利用这些理论来实现对数据库中的数据进行处理、分析和理解的技术。

数据库技术通过对数据进行统一组织和管理，按照指定的结构建立相应的数据库和数据仓库；能利用数据库管理系统和数据挖掘系统设计出能够实现对数据库中的数据进行添加、修改、删除、处理、分析、理解等多种功能的数据管理和数据挖掘应用系统；利用应用管理系统最终实现对数据的处理、分析和理解，为地质灾害监测预警系统提供数据支撑。用户还可以根据需要使用嵌套查询、各种视图等多样化检索条件查询数据库中的信息[3]。

3.3 监测预警技术

地质灾害种类较多，不同类型地质灾害的主要诱发因素不同，同一诱发因素在不同类型地质灾害中的作用又有主次之分。在建立监测预警模型时，需要确定不同地质灾害类型的主要诱发因素也就是评价模型中的评价指标及其权重，如何筛选评价指标及确定其权重，直接关系到地质灾害预警系统与实际情况的吻合程度。

为了确保预警系统的准确性，采取主观判断和客观分析相结合的方法，并加强对预警结果后评价分析，最终确定评价指标及其权重，进而确定预警等级。

3.4 模块化技术

模块化技术是指解决一个复杂问题时自顶向下逐层把系统划分成若干模块的过程,然后分模块进行设计，最后再合成一个系统。

利用模块化技术对系统功能进行设计实施，将系统功能分为若干功能模块，模块间互相独立，便于单个模块调试、升级，模块间通过标准的几何连接和一致的输入、输出接口来进行组合。

3.5 系统安全技术

系统安全性直接关系到系统能否正常稳定运行。数据进行加密对于保证数据安全十分有效，一般可采用信息加密工作创建、管理钥匙，完成信息及文件传输、归档等加密需求[4]。安装防毒软件来防控病毒，增加防黑客服务，及时对系统内的数据进行备份来确保系统的安全性，保护系统数据安全。

4 监测预警系统程序模拟运行图文

该系统程序设计开发完成后，登录界面如图2所示。

图2 地质灾害监测预警系统登录界面

系统实现了不同类型监测数据的自动接受、数据处理分析以及自动预警。对地质灾害详情、监测数据、发展趋势、预警结果、采取措施等进行查询、汇总和显示，实现灾害点、灾害区域预警分析，并将预警信息以预警标志显示或以短信形式发送，之后工作人员采取相应措施进行灾害决策。

以内蒙古自治区准格尔旗地区地质灾害为例进行系统测试。准格尔旗位于内蒙古自治区西南部，鄂尔多斯高原东部，地貌以黄土丘陵、基岩丘陵为主，地形切割强烈，沟谷发育，崩塌、滑坡较发育。煤炭工业的快速发展，加剧了地面塌陷灾害的发生。准格尔旗地质灾害类型以地面塌陷、崩塌、滑坡3种突发性地质灾害为主，其造成的危害有：直接造成人员伤亡；导致地表建筑物与水利、交通等设施变形破坏；使房屋变形，有的村庄被迫搬迁；导致农田、林地、草地等地表植被变形破坏；导致矿井溃水、溃沙的发生；使土地废弃、减少了土地资源的利用率等。

根据地质灾害发育现状，同时又考虑相似的地质环境条件下发生地质灾害隐患的可能性，设置预警阈值。为便于叙述，采用数据为模拟数据，不代表实际真实情况。图3为预警等级模拟结果，分为4个等级，A为地质灾害高易发区，表示发生地质灾害的风险性最高；B为地质灾害中易发区，表示发生地质灾害的风险性较高；C为地质灾害低易发区，表示发生地质灾害的风险性一般；D为地质灾害不易发区，表示发生地质灾害的风险性较低。其中高、中易发区分布在黄土丘陵区、基岩丘陵区及北部的黄河沿岸，低易发区分布在风积沙地的沟谷一带，不易区分布在北部的冲积平原及风积沙地。