地理信息系统在地质灾害应急管理中的应用

周毕锋

（重庆市江津区规划和自然资源局，重庆 402260）

0 引言

随着当前科学技术的快速发展和计算机技术的提升，地理信息的数据处理和分析逐渐成熟，已经可以将地理信息系统运用到城市建设、城市规划、环境规划、交通管理、公安系统管理、军事地理信息等各个领域。随着当前信息技术的快速发展，特别是计算机技术的迅猛发展，地理信息系统的应用范围越来越广泛且不断深入。地理信息系统一直处于不断变化和发展过程中，因此地理信息系统在应用时的要求也在不断更新。本文重点研究了在地质灾害中如何应用地理信息系统进行应急管理。

1 地理信息系统的概念

地理信息系统作为一种信息技术，它可以将数据管理系统与图形管理系统结合起来，达到对管理对象位置和属性的管理，并且做到对象属性和位置之间的直接联系。地理信息系统的主要功能是将各个空间的数据信息收集起来传送到计算机中，并构建相应的数据信息库，若外界发生变化就可通过改变数据的方式让数据库实现实时更新，以达到数据库的及时有效性，地理信息系统作为一类空间数据库的管理系统处于动态变化中，因此不可将它和地图数据库简单地混淆在一起。当前地理信息系统所造成的产业膨胀，已经蔓延到城市建设、城市管理、交通运输、市场营销、环境保护、医疗教育等各个方面[1]。

2 地理信息系统的发展现状和应用领域

2.1 地理信息系统的发展现状

GPS 技术从出现到目前的全方位发展都与地理空间信息之间的处理，分析和应用有密切的联系，地图是地理信息系统的发源，他们都作为地理信息的载体存在，能够完成地理数据的读取、储存、更改、处理、分析和显示。地理信息系统是由地理学为基础不断发展而来，其发展的阶段可分为以下4 个阶段。

第一阶段是开发阶段，自20 世纪60 年代开始，由于计算机软件技术发展并不良好，因此计算机硬件功能表现较弱，这个时期的软件重点是开发主机，因此在算法上并不精准，相应的功能也有明显的局限性。

第二阶段是巩固阶段，到了20 世纪70 年代，计算机技术的发展速度惊人，能够让数据的分析、存储、查找和描述都更加精确，同时图像卡、图形、用户屏幕等的良好发展，让人机对话之间的图像显示功能更加强大，这也让地理信息系统的发展方向更加明确。此时地理信息系统的需求量已经有了明显的增加，同时地图数字化的技术也得到了相应的发展，通过人机交互的模式完成数据编辑和修改，让工作效率大幅提升，在这个阶段软件所获得的最大进展是完成了人机图形交互技术的发展。

第三阶段是突破创新阶段，随着计算机技术的不断拓展和普及，地理信息系统也渐渐有了成熟姿态。这个时期地理信息系统的发展到了关键时期，地理信息系统软件技术已经可以运用到数据分析处理、数据储存和运算等方面且突破明显，而且伴随硬件技术的迅速发展，地理信息系统技术所处理的数据复杂程度和数据量也有了明显的提升，多数软件技术都已经配备了相应的处理器，并且遥感影像的主体识别主动校正系统分析也有了明确的上升，数据输出时达到和硬件之间的相互配合，地理信息系统技术可以完成不同形式的地图输出，除了已经能够支持大型地图数据库的DBMS 技术以外，地理信息管理工作中适用于地理信息系统空间分析表达的空间数据库管理系统也在发展上有了很大的进步。

第四阶段是社会化阶段，到20 世纪90 年代，数字化新产品与地理信息产业已经有了全世界范围内的普及，许多机构也把地理信息系统作为必备系统，特别是在政府决策部门来讲，地理信息系统的影响非常明显，它会对目前决策部门的机构运行模式工作计划做出改变，而且社会也普遍认识到了地理信息系统，这让地理信息系统的需求量明显增加，所以地理信息系统应用得到了深化发展。也是自20 世纪90 年代开始，我国在地理信息系统技术方面的发展速度迅猛，它让我国许多重大经济问题获得了分析决策依据，同时地理信息系统技术也逐渐进入各行各业，获得了产业化的发展条件[2]。

2.2 地理信息系统的应用领域

地理信息系统主要是被用来整合分析数据，这种信息系统可以让所有需要空间数据信息的部门都应用GPS。当前地理信息系统在城市土地规划城市环境建设、社会经济发展、地理测绘、交通信息管理等领域都和空间信息产生了密不可分的联系，地理信息系统被应用到的领域主要有以下5 个方面。

（1）城市基础设施建设。城市基础设施包括城市管道、城市网络通信建设、邮政、交通设施等。以上所述设施与城市空间分布有密切关系，在地理信息系统上构建相应基础设施能够让设施的管理水平得到提升，并且施工设计、设备维修和故障排查工作的开展效率也会有所提升，因此社会效益和经济效益都能够提高。

（2）生态环境保护通过地理信息系统达到对环境信息系统的构建，做好环境监测和趋势变化，并通过数据的统计分析研究出对环境保护更有利的依据，另外，地理信息系统还能用来构建植物相关的环境因素、栖息地因素等信息系统。

（3）社会数据调查和统计分析，地理信息系统已经被广泛应用于人文地理、民主选举、人口普查等各方面工作中，我国在这些方面的研究工作也要不断深入应用。

（4）土地信息系统的构建，土地信息系统是地理信息系统的前身，当前随着地理信息系统软件的不断发展和优化，让土地信息系统也得到了相应的发展。根据地理信息系统构建的土地信息系统不管是统计数据信息能力、图形处理能力、分析能力还是储存能力、报表生存能力等都和传统的土地信息系统比较起来有明显的改善。

（5）军事领域的使用，地理信息系统在军事领域中的应用包括数字化军事地图、军事定位、军事化指挥模拟训练等各方面，特别是在美国工程兵地形研究室中应用到的三维地形模拟地理信息系统。

3 地质灾害应急管理中地理信息系统的应用研究

当前，地理信息系统的应用已经遍布许多领域，比如城市建设规划、水资源管理、水土流失、资源勘查、生态资源监测、农作物估产等多个领域，地质灾害研究中地理信息系统的应用可以分为以下3 个方面。

3.1 对致灾因素的研究

首先是模拟地质灾害灾情预报。在模拟预报时要对地质灾害的灾情进行评价预报以及预防，通过建立地理空间数据库和空间分析研究地质灾害发展的历史，在大量的工作中研究不同的灾种已经有了相应的成效且研究的成果比较丰富。但是总体来讲，以前的研究内容欠缺了对地质灾害等因素的全面分析，不能把致灾因素给地质灾害造成的控制机理和各种致灾因素之间的关系联系起来，尤其是在定量分析这些因素时没有完整的评价研究，地质灾害的灾情模拟预报工作中对数据的储存分析计算和显示是地理信息系统独有的特点及优势，在完成致灾因素之间的相互关系和因素定量模拟分析上，地理信息系统还可以结合叠加处理功能而达到极强的效率。由于地质灾害的因素受多方面控制，因此要对地质灾害的定量模拟和预报模拟进行理论研究，并获得使用价值[3]。

其次是地质灾害易发生程度的研究，通过应用地理信息系统技术到地质灾害防治工作中能够利用该技术的数据库完成空间模型的分析调查，获取地质灾害中的信息并完成处理，达到对地质灾害易发生程度的自动化计算。首先对致灾因素进行确定，并完成对致灾因素等级的区分，再利用这些因素的敏感系数完成各图层的叠加，最后再把叠加后的图层完成加权综合，从而得到易发生程度，这种计算方式能自动化完成。当前，利用袭扰系数法和专家打分法的方式来完成地质灾害发生程度的对比，在对比后发现袭扰空间分析法的结果比袭扰系数法更加简明，同时减少了复杂的人工计算流程，还确保了计算结果的精确度。GPS 空间分析法在获得地质灾害易发程度图的时候，不但能对地质灾害发生程度作出规律变化，而且还对地区地质灾害的空间进行了预测。

3.2 地质灾害风险系数研究

首先是地质灾害危险系数评价，地质灾害风险性分析是将地理信息系统运用到地质灾害研究中不断发展而来，在地质灾害模型构建时对地理信息系统技术的应用让风险评估的效果有了技术支撑。从整个世界范围来看，地质灾害风险分析目前都处于初步发展阶段。在地质灾害危险性分析中，许多国内外研究理论较为成熟，且在专业分析模型时也被广泛应用，比如多元统计分析模型、模糊评价模型、遗传算法等。在这之中，信息量模型与地理信息系统系数的整合使用是当前区域地质灾害危险性分析最行之有效的办法。在地理信息系统软件基础上发展起来的区域地质灾害风险分析系统能够对目前中国滑坡灾害的危险性完成探究，并完成各致灾因素和滑坡分布密度图之间的叠加，最终算出信息量，从而得到信息量大小，完成危险等级的区分，以及滑坡灾害危险性发生的等级分布。

其次是地质灾害社会经济损失评价，社会经济损失评价分析中，由于受威胁对象较多因素较多，且获得资料的难度较大，所以目前这该方面的分析研究工作仍然停留在理论阶段，没有使用的模型。区域社会经济损害分析工作中，以历史上滑坡灾害带来的经济损失和人员伤亡情况来看，结合地区设施设备、人口密度、经济活动范围、社会结构等分布和发展情况来综合考虑，完成地区人口损害评价和土地损害分析，并基于此，对全国易损害等级进行区分。

3.3 专家系统和地理信息系统的集成使用

专家系统和地理信息系统的集成应用，其地理信息系统发挥的主要作用是完成数据的管理并完成空间分析，专家系统的作用主要是通过空间目标的推理和专家知识，来完成灾害危险系数的判定。将专家系统和地理信息系统结合起来使用能够有效推广专家经验，同时减少实现作业的工作量，让区域地质灾害的动态管理成为可能。

4 城市地质灾害

在城市的地质灾害研究中应用地理信息系统来测量城市地面的稳定性管理控制，尤其是山区城市，以重庆为例，该城市基于地面掩体的变化完成机体系统的设置，地面掩体出现了破坏并完成了空间时间的预测，另外利用对城市地质环境的分析以及城市建设工程之间的相互关系，达到对各种类型的土地能力的分析和评价，再通过地理信息系统技术完成信息的储存分析和输出，最终得到了该地区土地能力的等级斜坡稳定性的模型图。在重庆市地质灾害信息管理系统中应用地理信息系统技术，并将该系统作为整个后台的支撑，从而完成数据的收集更新、查询、时间分布的可视化分析、数据输出以及说明。

5 铁路或其他地质灾害

“八五”期间，由原地质矿产部水文地质研究所开展了国家专项研究，其中包括“京津唐地质灾害预测防治计算辅助决策系统”，且该项目专题获得了国家“八五”重大科技成果奖，此系统由几个子系统组装而成，分别包括图形辅助分析、信息数据库、预测模拟系统、分析评价、决策防治。设计思想是“四库一体”，也就是通过以预测和防治地质灾害为主要目标完成图形库数据库、知识库、模型库的统一构建，进而达到对数据和模型的定向计算以及推理，完成定向分析，这也实现了智能决策系统和地理信息系统之间的相互渗透和结合，使此系统不但能够完成定量分析和定量计算，同时还让其空间分析能力更加丰富多彩和形象化。地理信息系统技术运用到铁路地质灾害及有关信息的处理中，能够达到对不同时间、地点的灾害地点范围的分析，同时还能分析发生概率，比如铁路作为线形实体，通过地理信息系统完成线形的模型的构建、多路段之间的路线连接、区域段路程、路径分支、重叠路段等，同时还能完成复杂的空间分析，为铁路地质灾害的信息完成信息储存、查询、模型构建、分析、导出等功能的统一打下良好的基础。

6 结语

综上所述，地理信息系统的数据管理能力和空间分析能力非常强大，将其应用到地质灾害的模型分析中能够将地理信息系统各个功能和数据库的应用充分挖掘，进而让地理信息系统获得更加广阔的发展前景，同时也让地质灾害工作的开展获得技术支持。地质灾害中应用地理信息系统已经处于不断深化发展过程中，期间也出现了许多新的方法和技术，这也让地质研究工作更加彻底，相信在未来地理信息系统技术快速发展的过程中，地质灾害的应急研究工作也会获得相应的发展。