创新研建 | 基于数字天水地理空间框架的地质灾害信息管理系统建设研究

本文内容刊登在《城市勘测》2021年第4期

 

 摘 要

本文通过分析基于数字天水地理信息框架的地质灾害信息管理系统建设，从系统功能设计到构建与实施结合“管防治救”四大功能细分的灾害信息管理、监控信息管理、灾害评价、灾害防治、及应急处置、用户管理6个模块的建设成果。该系统在娘娘坝突发性泥石流灾害救灾实践中实现应急信息可查询、可追溯、可统计，降低了调查人员的劳动强度和作业风险，为应急救灾工作的顺利实施及科学研判提供了重要数据支撑，具有较强推广意义。

关键词：数字天水；管防治救；地质灾害；地灾隐患点；灾害评价

01  引 言 

我国是一个地质灾害十分频繁且灾害损失极为严重的国家，尤其是西部地区，每年因地质灾害死亡人数数百上千人，直接经济损失数十上百亿元。2018年10月，习近平总书记主持召开中央财经委员会第三次会议，专门研究提高我国自然灾害防治能力问题，提出加强自然灾害防治关系国计民生，建立高效科学的自然灾害防治体系，提高全社会自然灾害防治能力。自然资源部陆昊部长也提出地质灾害防治“四步”走方针：研究原理，发现隐患，监测隐患，发布预警。

数字天水地理空间框架是“数字天水”建设的核心内容，其目的是为“数字天水”提供统一的、权威的地理空间信息公共服务平台，以此为基础建立和扩展典型应用示范系统，发挥应用效益，探索应用机制，起到以点带面，逐步将各部门的应用统一到地理信息公共平台上，在全市各部门推广地理信息服务应用。其中完成的地质灾害信息管理系统示范应用结合地理信息系统（Geographic Information System，GIS），以强降水、冰雹、雷电等为重点监测预警预报，同时实时自动监测分析甘肃省中小河流洪水和山洪地质灾害发生的气象风险。自建成后在各类突发性灾害救灾、灾害评估、抢险救援和灾后重建中发挥了重要作用，开展科学预警，在灾害真正发生前发出预警信息对危险区居民进行疏散避让，保障其生命财产安全，管防治救成效明显。对于非突发性灾害，从理论和技术上均可实现提前预警，但需要进一步推广应用，使地质灾害监测预警工作逐步进入业务化运行阶段。

02  系统功能设计 

地质灾害信息管理系统结合“管防治救”四大功能分6个模块实现，为天水市地质灾害应急中心提供了集灾害点管理、实时监控数据管理、应急指挥车辆管理、应急预案管理等三维一体化的解决方案。用户还可通过监控摄像头查看现场情况，同时与天水市气象示范应用系统接入，与气象局实现资源共享。

2.1技术路线

根据数据标准规范，规范化处理不同类型基础地理信息数据，形成技术标准统一的多尺度基础地理空间数据集，存储于基础地理信息空间数据库；标准化处理地质灾害专题数据，根据数据结构类型划分空间数据与属性数据，分别存储于地质灾害空间数据库与属性数据库中。

采用C/S结构体系实现信息的管理、维护和信息发布，基于系统建设的实际需要，有针对性地选择不同网络技术、二维和三维GIS软件、数据库管理软件，取长补短、优势互补，综合应用，提高地质灾害信息和地理信息的整合信息服务能力，满足地质灾害相关业务应用需求。

对用户屏蔽数据存储位置，关闭数据库级数据直接调用接口，将图层级数据组织进行封装，从服务级整合基础空间数据和灾害专题空间数据，支持用户并发访问和远程调用。提高空间数据的利用效率，增强空间数据的使用安全性，保障空间数据拥有单位的版权效益，降低空间数据的应用成本和技术门槛，拓展空间数据的应用领域，挖掘空间数据的增值服务，快速建设天水市地质灾害信息管理系统。

图1  总体框架

2.2 支撑环境

（1）数据库：SQL Server

（2）二维平台：ArcGIS Server

（3）三维平台：SkylineGlobe系列软件

（4）开发框架：.NET Framework与Web Services

（5）开发语言：C#.NET

2.3  系统功能设计

根据项目定位与建设目标，系统功能应用紧紧围绕灾害信息管理、监控信息管理、灾害评价、灾害防治以及应急处置等地质灾害业务进行了开发实现，公共模块提供基础功能服务。为保证数据安全，设计用户管理模块，根据用户身份，给其分配功能权限。系统设计的功能模块以及主要功能如下图所示：

图2 系统功能设计图

2.4  关键技术

该示范应用在技术创新性和实用性层次围绕灾害隐患检查、动态传感器接入、应急指挥预案定制、展现效果四个方面引入、开发多项关键技术，确保应用成果的典型性、示范性。

图3 关键技术

03  信息系统构建与实施

下面分6个模块详细介绍系统建设成果：

图4  系统登录界面

3.1  灾害信息管理

在完成全市地质灾害专题数据整理整合、地质灾害空间数据库与属性数据库建设的基础上，利用地理信息技术，建设地质灾害专题信息“一张图”，实现地质灾害专题数据的信息化，着重解决纸质资料查阅不方便、展示不直观的问题。该模块包括隐患点分布、重要隐患点分布、灾害影响范围、灾害信息查询、灾害信息编辑、灾害信息统计、导入速报表、输出月报表等功能。

图5 灾害信息管理系统

3.2  监控信息管理

该功能模块主要对当前天水市各类处地质灾害点的主要监控设备的监控数据进行管理。当监控数值超过预设域值时，根据超出程度对监控设备分以不同颜色，系统会自动发送短信预警提示相关人员。系统管理员也可通过预警信息发布模块对相关人员短信通知。该模块包括监控点分布、监控信息查询、监控信息编辑、历史数据统计、预警信息提示以及预警信息发布6个功能。其中“监控信息查询”支持关键字自动对监控设备信息进行模糊匹配，将所有满足条件的信息都按照类型分级分节点显示在查询结果列表中，点击结果列表中的条目可以实现三维定位和详细信息查看。“预警信息发布”实现拥有权限的用户可通过该功能模块编辑短信，并通过短信平台和相关硬件发布预警信息。系统自动记录短信内容、发送时间及接收人，并在预警信息提示中显示。

图6 监控信息管理

3.3  灾害评价

该功能模块包含易发性分区、防治规划分区、灾害评估管理以及坡度分析和影像对比等子模块。通过这些子模块将相关数据以空间图形化的形式在三维地图上展现，为灾害评价提供数据与分析服务，同时配合影像对比能更好的展示灾害前后发生的变化。

图7 灾害评价

3.4  灾害防治

地质灾害防治是各方关注的一个焦点。此模块分为两个部分，一部分是防治工程的管理，一部分是应急预案的管理。

图8 应急预案

3.5  应急处置

应急处置是一项综合而复杂的工程，涉及范围广，单位众多。系统通过整合应急有关的空间和属性信息，并提供空间分析功能，为应急处置提供保障服务。主要包括：

（1）路径分析

用户通过输入起始地址，系统能够自动计算出最优路径，路径结果数据在三维场景中描绘出来，可直观看出地形地貌对路径的影响，帮助用户快速的查找到进攻路线，便于决策指挥者选择用于管制的路段，确保救援通道的畅通。

（2）最近设施查找

输入要搜索的设施，在三维地图上手工绘制一个搜索范围，系统可以搜索到范围距离中心点最近的兴趣点，并标绘在三维地图上。查询的结果同时在左侧面板中列表展示，点击可快速定位。

（3）土方量分析

用户可以通过绘制地形工具在三维地图中根据需要模拟修改地形，然后通过土方量计算功能可自动计算出本次地形修改所需的土方填挖方量并标注显示。

（4）应急工程布设

应急工程布设是应急处置工作不可缺少的一个重要环节，此功能模块可直观的展示出应急工程的布设情况，为领导决策提供帮助。用户可在三维地图中任意添加三维模型、绘制箭头、添加图片、添加文本注记等信息，并可以对这些要素进行样式编辑，从而在三维地图中表现出应急工程布设预计的效果。

（5）应急车辆监控

应急车辆上安装的GNSS定位模块，通过网络传输位置信息至系统，在工作底图上描绘出行驶轨迹。应急车辆显示符号由其车辆类型决定。

（6）视频监控

该功能模块可在系统中查看通过监控摄像头传输的现场情况，并可以与二维数据监控联合，辅助分析和快速决策。

图9 视频监控

3.6  用户管理

考虑部分数据的安全性及更新维护，系统提供用户管理模块，根据用户身份，给其分配功能权限。系统管理员具有系统最高权限，可以审核用户注册、赋予用户功能权限、查看用户操作日志并对预警信息进行配置管理。

图10 用户管理

 

04 结  语 

“天水市地质灾害信息管理系统”不仅将全市地灾隐患点信息在三维地图上进行展示、查询、统计和分析，并对防治工程等信息进行了文档式管理，使得过程信息可查询、可追溯、可统计。一期平台引入了34 处灾害点6 类共118 个监控设备，当监控值达到域值时可自动预警，提醒相关人员，极大提高了数据的时效性，同时也可通过现场的摄像头实时查看现场画面，为应急指挥和领导决策提供了不可估量的作用，并实现与甘肃省气象风险预警服务平台接入，实现以强降水、冰雹、雷电等为重点监测预警预报功能，实时自动监测分析甘肃省中小河流洪水和山洪地质灾害发生的气象风险。

图11 甘肃省气象风险预警服务平台接入

在天水娘娘坝突发性泥石流灾害救灾中，该系统的预警评价防治功能，对泥石流和山体滑坡区域预测、分析堰塞湖水位涨落情况和路基损毁情况，基于监测预警服务数据动态监控，现场领导第一时间决策部署组织清淤排障，紧急转移群众，设置了十余个集中安置点对受灾群众进行安置，强化后勤保障，随时开展应急处置，确保灾情在最短时间内得以控制。该系统利用信息化手段实现监测预警、应急救治服务得到当地主管部门的高度认可。随着时代进步、技术发展，应结合各类调查监测，积极开展物联网、云计算、智能化等新技术、新方法和新手段的实践与应用，逐步实现动态监测和智能化管理，加强应急防灾能力建设，全面提升防治水平，做到科学预警，快速、高效应急保障。