地质灾害隐患点时空数据管理系统服务于地质灾害风险评价

2022-08-30罗量刘凤姣

科技创新导报 2022年10期

罗量刘凤姣

（湖南省城市地质调查监测所湖南长沙 410000）

当前，地质灾害资料以档案和数据库的形式归类保存，为地质灾害的管理及科学研究提供了基础数据。但现有数据库都为静态数据库，即只描述数据的一个瞬态，当数据发生变化时，用新数据代替旧数据，从而又成为另一个瞬态，旧数据不复存在，因此，灾害信息只停留在历史某一阶段，不能反映区域地质灾害的动态连续变化过程，无法对数据变化的历史进行分析，更不能对未来趋势进行有效预测。而地质灾害的变化是一个动态的过程，受到诸多外部条件的影响，因此，建立一个动态的、能反映地质灾害隐患点历史变化的时空档案管理系统，将有助于分析地质灾害隐患点的变形发展趋势，为自然资源部门作出科学决策提供判断依据。本文基于地质灾害隐患点的相关数据，搭建数据录入、管理、分析平台，探索地质灾害隐患点信息的动态管理和趋势分析，进而将趋势分析结果作为修正因子纳入单体地质灾害风险评价体系，其评价结果可作为指导单体地质灾害防治的依据。

1 地质灾害数据档案特点

地质灾害领域相关的数据包含多种类型、多种来源、多种精度、多种尺度、多种格式，具有标准化程度差、数字化程度各异、数据量庞大等典型特点。随着时间的推移，在不断变化的数据中，难以快速、有效地查询与提取相关数据进行各种地质分析或者评价［1］。地质灾害领域既包含地灾调查数据、测绘勘察数据、监测数据及实验数据等多种结构化数据，也存在地质模型、地质图、地质报告等大量非结构化的数据，各类数据分散，没有形成系统供管理及数据分析使用。使用现有的方式进行数据采集、维护、管理效率偏低，并且数据难以实现共享，导致地质灾害隐患整个生命周期难以实现有效跟踪及管理［2］。

2 时空数据管理系统构建

2.1 时空数据组织的基本思路

通过地质调查、工程测绘、地质勘察、监测等手段获取的图形数据、监测时序数据、地形数据、矢量数据、遥感数据、三维模型数据等结构化、非结构化数据，按照一定的数据结构、标准的格式、数据归一、定量化等处理，抽取转换为适合系统存储和处理的形式，建立地质关系型数据库及空间数据库等。以国土资源、测绘地理等基础数据，聚合其他部门、行业等地质灾害相关资源与数据，构建集档案管理、可视化分析、综合评价、辅助决策于一体的地质灾害时空数据溯源体系［3］。

2.2 数据采集及处理

支持PC、手机、平板等跨平台的野外现场调查资料采集，同时，也支持自动化的监测手段24h不间断采集监测时序数据。对于大量的原始数据预处理需求，采用ETL 技术，将分布式的、异构数据源中的关系数据、文件数据等抽取到临时中间层后进行清洗、转换、集成，最终按照预先定义好的数据仓库模型，加载到数据仓库或数据集市中，成为联机分析处理、数据挖掘的可用基础数据［4］。

2.3 时空数据查询回溯

地质灾害隐患点相关数据按照历史年份归档，地图可方便切换对应年份地质灾害调查点在行政区域内的分布，可按照调查点类型、灾害类型、规模等级、灾情等级、险情等级等条件，快速筛选符合条件的数据列表，同时，显示各类型点的统计信息。

结合聚合热力图展示灾害区域密度、分布、变化等情况。在同一区域内，有水文、气象降雨、等高线、土地覆盖等专题图层，可叠加显示，也可聚焦单个图层。另外，时间轴形式可动态展示地质灾害高程变化、分布变化［5］。

单个调查点提供卡片形式的信息展示，要另外提供各年份的性质类型、地层岩性、地质构造、地貌特征、地下水、控滑面结构、外形特征等历史快照数据进行回溯。同样，也提供了时间轴及可视化曲线等形式，直观呈现该调查点在规模等级、灾情等级、险情等级、发展趋势等指标的变化。

2.4 以时空数据为基础的隐患点发展趋势分析

2.4.1 时空数据的隐患点发展趋势分析方法

依据《地质灾害调查技术要求（1∶50000）》（DD 2019-08），将地质灾害隐患点发展趋势分为不稳定、基本稳定、稳定。本文在隐患点发展趋势的定性评价基础上，选取地质灾害隐患点在规模等级、灾情等级、险情等级3 个维度上的时空数据变量作为分析因子（见图1），对单个地质灾害隐患点的发展趋势评价进行修正。若随着时间的推移，隐患点任何一个分析因子的等级下降，则隐患点发展趋势评价等级下调1个等级；若任何一个分析因子的等级上升，则发展趋势评价等级升高1个等级；若隐患点完成了工程治理，则发展趋势评价等级下调1个等级；其他情况保持评级不变［6］。

图1 隐患点时空数据折线图

2.4.2 具体案例变化分析

选取益阳市5个典型地质灾害隐患点进行发展趋势分析应用，分析结果见表1。

表1 益阳市典型隐患点发展趋势分析表

单个隐患点案例：本文选取益阳市赫山区岳家桥镇大塘村黑瓦屋组滑坡（HS0017）作为本次研究案例，对其时空档案分析得知，2014年1∶50000 地质灾害详查相较2008年1∶100000地质灾害调查资料而言，滑坡体体积由12 万m³扩大到29.3 万m³，规模等级仍为中型，参考隐患点平面图（见图2和图3），灾情不变，险情由小型上升为中型，威胁财产由60 万元上升至600 万元；三大分析因子中险情等级随着时间推移变大，故发展趋势评价等级由基本稳定修正为不稳定。

图2 2008年H S0017 隐患点平面图（威胁居民3 户）

图3 2014年H S0017 隐患点平面图（威胁居民5 户）

3 单体地质灾害风险评价修正

3.1 已有的单体地质灾害风险评价方法

单体地质灾害风险评价应在典型地质灾害成因机理研究的基础上，确定地质灾害体的影响因素、失稳概率、破坏模式及运动路径，并初步预测危险区范围及威胁对象。

危险范围预测可采取现场调查、历史统计、数值模拟、公式计算等建立滑坡地质模型，模拟不同工况滑坡危险区范围；崩塌危岩危险范围预测可采取二维或三维计算软件选取典型坡面，模拟不同工况的崩塌危险区范围；泥石流、地面塌陷等地质灾害可选取合适方式进行危险区范围预测［7］。

依据地质灾害活动性特征划分地质灾害活动等级，依据地质灾害危害对象划分单体地质灾害危险性等级，再以活动等级、危险性等级评价结论为依据，代入单体地质灾害风险定性评价表，选取益阳市5 个典型地质灾害隐患点进行风险等级评价应用。

3.2 基于趋势分析结果的单体地质灾害风险评价方法修正

依据已有的单体地质灾害风险评价方法，本次研究在单体风险等级评价结果的基础上，依据隐患点的发展趋势评价对单体地质灾害风险评价进行修正。若隐患点发展趋势评价为不稳定，则单体地质灾害风险等级升高1个等级；若发展趋势评价为基本稳定，则保持风险等级不变；若隐患点发展趋势评价为稳定，则单体地质灾害风险等级下降1 个等级，在风险等级结果评价的基础上进行修正，修正后风险等级如表2。修正后的风险等级评定将隐患点的历史变化趋势和工程治理情况纳入到风险评级的考虑范畴，使单个地质灾害隐患点的评价由静态变为动态风险管控［8］，风险等级结果如表2所示。