夏學(xué)生，曹啟亮，林茂山，李瑞龍

(1.山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000；2.濟(jì)南中地公司,山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害是指包括自然因素或者人為活動(dòng)引發(fā)的危害人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質(zhì)作用有關(guān)的災(zāi)害[1]。隨著人類對(duì)大自然環(huán)境的破壞，氣候條件變的較為嚴(yán)峻，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率也明顯提高，給人類生命和財(cái)產(chǎn)造成的損失也越來(lái)越大。

泰安市地處魯中山區(qū)，地形地貌條件復(fù)雜，形成地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)多面廣的分布特點(diǎn)。近年來(lái)，隨著人類對(duì)環(huán)境破壞程度的增加，地質(zhì)災(zāi)害防治任務(wù)加劇。特別是進(jìn)入汛期后，隨著降雨的增加，很容易誘發(fā)多種地質(zhì)災(zāi)害，主要表現(xiàn)在崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫地質(zhì)災(zāi)害。其中崩塌、滑坡、泥石流主要分布在泰山、徂徠山、新甫山、太平頂、玉皇堂山及西部中低山丘陵地區(qū)。地面塌陷主要分布在泰山區(qū)省莊、羊婁和舊縣,岱岳區(qū)大汶口東武地區(qū),新泰市果都鎮(zhèn)、宮里鎮(zhèn)、禹村鎮(zhèn)以及翟鎮(zhèn)王家寨村,寧陽(yáng)縣伏山鎮(zhèn)；肥城市湖屯鎮(zhèn),東平縣大羊鄉(xiāng)西部。地裂縫大多伴隨地面塌陷產(chǎn)生，主要分布在地面塌陷區(qū)[2]。如果缺少科學(xué)的、準(zhǔn)確的預(yù)警預(yù)報(bào)體系，會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[3]。如何對(duì)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào),減輕地質(zhì)災(zāi)害給人民所帶來(lái)的損失,已成為地質(zhì)災(zāi)害防治領(lǐng)域急需解決的一個(gè)重大問(wèn)題[4]。

1 總體設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)是在泰安市1∶5萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的基礎(chǔ)上，將調(diào)查成果進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)字化處理，充分利用GIS強(qiáng)大的空間分析功能以及采用泰安市地理信息公共平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享服務(wù)技術(shù)，將各種致災(zāi)因素疊加到泰安市地理信息平臺(tái)上，建立地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)信息平臺(tái)，利用平臺(tái)制作并發(fā)布預(yù)警預(yù)報(bào)產(chǎn)品，適時(shí)應(yīng)急指揮[5]。

1.1 技術(shù)路線

根據(jù)大量研究資料表明，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生一般由內(nèi)部因素和外部因素共同作用引起的，其中內(nèi)部因素是災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境條件，外因和觸發(fā)機(jī)制則是災(zāi)害發(fā)生的氣象條件。所以，在開(kāi)發(fā)泰安市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)時(shí)，必須詳細(xì)掌握泰安市的地質(zhì)環(huán)境信息以及氣象信息，然后通過(guò)對(duì)泰安地區(qū)歷史上發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，借助GIS的空間分析功能，將相關(guān)的外部因素和內(nèi)部因素進(jìn)行某種函數(shù)疊加運(yùn)算，通過(guò)計(jì)算的結(jié)果評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)性大小，自動(dòng)生成并發(fā)布地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警預(yù)報(bào)圖及預(yù)報(bào)詞。通過(guò)以防為主、防治結(jié)合、多措施并舉的綜合治理方針，以達(dá)到防治地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展和防災(zāi)、減災(zāi)的目的[6]。

1.2 總體設(shè)計(jì)框架

泰安市地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)對(duì)市國(guó)土資源局提供的泰安市1∶5萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)整理和分析，提取需要的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合泰安市氣象局提供的過(guò)去24h實(shí)況雨量與未來(lái)24h的預(yù)報(bào)雨量數(shù)據(jù)，以MapGIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)為基礎(chǔ)運(yùn)行支撐平臺(tái)，根據(jù)符合泰安市的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)分析模型，建設(shè)包括可實(shí)現(xiàn)氣象監(jiān)測(cè)信息的導(dǎo)入導(dǎo)出管理查詢分析、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的綜合管理分析查詢、氣象地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、預(yù)報(bào)產(chǎn)品發(fā)布、群測(cè)群防人員管理、地理信息數(shù)據(jù)管理等功能的系統(tǒng)。能很好地滿足地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)需求，提高地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)精度。

1.3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式

C/S架構(gòu)即Client/Server(客戶機(jī)/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)，C/S結(jié)構(gòu)模式中，可以充分利用客戶端PC的處理能力，能夠給服務(wù)器減輕壓力，同時(shí)，C/S系統(tǒng)一般面向相對(duì)固定的用戶，在安全性方面具有很高的控制力。C/S結(jié)構(gòu)的運(yùn)行速度很快，適合處理大量的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的要求，進(jìn)行個(gè)性化定制。

2 主要功能模塊

系統(tǒng)功能涵蓋氣象監(jiān)測(cè)信息管理與分析、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)管理、氣象地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警分析、預(yù)警信息會(huì)商、預(yù)警信息發(fā)布與地理信息數(shù)據(jù)綜合業(yè)務(wù)管理等地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警業(yè)務(wù)分析的各個(gè)方面，可實(shí)現(xiàn)信息的共享和服務(wù)。系統(tǒng)主要包含預(yù)警分析、預(yù)警發(fā)布、應(yīng)急分析、應(yīng)急管理、氣象信息管理、地理信息管理、應(yīng)急資源管理、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)管理、態(tài)勢(shì)標(biāo)繪等功能(圖1，圖2)。

圖1 系統(tǒng)主界面

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.1 預(yù)警分析模塊

主要功能為制作地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)產(chǎn)品并發(fā)布。系統(tǒng)把每個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)致災(zāi)因素：主要地形地貌、地層巖性、巖層傾角、地形坡角、地應(yīng)力、第四系厚度、地下水動(dòng)力、人為等因素分別賦予一個(gè)數(shù)值，然后疊加分析，根據(jù)理論分析與實(shí)踐結(jié)合綜合確定每個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的臨界降雨量，然后把從氣象局獲得的實(shí)況雨量與預(yù)報(bào)雨量導(dǎo)入系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)預(yù)警模型，利用空間平面分析功能,運(yùn)算追蹤生成預(yù)警等級(jí)分區(qū)圖[7]，然后根據(jù)系統(tǒng)分析結(jié)果與專家會(huì)商結(jié)果最終確定發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域，制作預(yù)警預(yù)報(bào)產(chǎn)品[8](圖3)。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品

2.2 應(yīng)急管理模塊

應(yīng)急管理模塊包括應(yīng)急分析、應(yīng)急管理、應(yīng)急歷史3個(gè)子模塊。應(yīng)急分析和應(yīng)急管理子模塊主要是針對(duì)已發(fā)生或?qū)l(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害做出科學(xué)的分析并提供出應(yīng)急方案。可實(shí)現(xiàn)災(zāi)害點(diǎn)的位置定位，并且分析出災(zāi)區(qū)影響范圍，系統(tǒng)可智能分析受災(zāi)范圍內(nèi)的地理信息要素，能大大提高對(duì)于突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害事件的應(yīng)急處理能力。應(yīng)急歷史可以查詢已發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)文件，包括地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生位置、類型、時(shí)間、應(yīng)急文檔等信息。

2.3 態(tài)勢(shì)標(biāo)繪模塊

主要功能是對(duì)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示，當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生或即將發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)可模擬應(yīng)急路線與應(yīng)急救援小組。

2.4 災(zāi)點(diǎn)管理模塊

災(zāi)點(diǎn)管理就是把泰安市289個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的詳細(xì)信息全部輸入系統(tǒng)中，系統(tǒng)可以隨便查詢每個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)坐標(biāo)、地理位置、災(zāi)種、威脅對(duì)象、以往發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的情況、群測(cè)群防的監(jiān)測(cè)人、責(zé)任人、分管領(lǐng)導(dǎo)等詳細(xì)信息。

2.5 氣象信息模塊

主要利用模塊下的實(shí)況雨量與預(yù)報(bào)雨量2個(gè)子模塊。系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)是泰安市氣象局提供的雨量站數(shù)據(jù)。每天下午16:00以前，通過(guò)泰安市國(guó)土資源局與泰安市氣象局之間的專線每天自動(dòng)傳到預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的電腦上，人工再手動(dòng)導(dǎo)入系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)提前設(shè)置的參數(shù)，就可制作預(yù)報(bào)產(chǎn)品。

系統(tǒng)利用的實(shí)況雨量指截止到發(fā)布產(chǎn)品前15d的累積降雨量；預(yù)報(bào)雨量指的是未來(lái)24h的降雨量。能生成降雨量及預(yù)報(bào)雨量等值線專題圖和地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警專題圖，便于直觀查看降雨量大小和地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警等級(jí)的區(qū)域分布，利于整體把握行政區(qū)的降雨?duì)顩r和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)情況?？梢詫⒉樵兘Y(jié)果導(dǎo)出為Exel表格進(jìn)行下載，能以直方圖的形式展示某個(gè)雨量站點(diǎn)連續(xù)幾天來(lái)的雨量大小。

2.6 地理信息模塊

該模塊主要是指地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)周圍的一些村莊、醫(yī)院、避難路線、避難場(chǎng)所等，可以進(jìn)行查詢與分析。將來(lái)某個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)一旦發(fā)生災(zāi)害，就可以很快的獲知災(zāi)害點(diǎn)附近的相關(guān)地理信息，為物資調(diào)撥，人員安排以及救災(zāi)工作提供及時(shí)的應(yīng)急管理指導(dǎo)。

3 預(yù)警預(yù)報(bào)功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)預(yù)警模型進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警分析計(jì)算，生成地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)性預(yù)警圖層。根據(jù)實(shí)際需要可進(jìn)行預(yù)警分析結(jié)果的調(diào)整和修改。主要通過(guò)以下3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)該功能。

(1)預(yù)警分析：系統(tǒng)獲取實(shí)況雨量數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)雨量數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)警模型進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警分析計(jì)算，計(jì)算出每個(gè)區(qū)域的致災(zāi)營(yíng)力值，根據(jù)營(yíng)力值對(duì)應(yīng)的顏色，系統(tǒng)自動(dòng)在圖上顯示出可能會(huì)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域。

(2)生成預(yù)報(bào)產(chǎn)品：系統(tǒng)經(jīng)過(guò)預(yù)警分析步驟之后，生成地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)性預(yù)警圖層，添加相應(yīng)的預(yù)報(bào)等級(jí)，根據(jù)實(shí)際需要可進(jìn)行預(yù)警分析結(jié)果的調(diào)整和修改，人工在地圖上繪制出預(yù)警區(qū)域，系統(tǒng)自動(dòng)分析所繪區(qū)域的行政區(qū)劃并自動(dòng)生成預(yù)報(bào)產(chǎn)品。

(3)預(yù)報(bào)產(chǎn)品發(fā)布：預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作好之后，通過(guò)領(lǐng)導(dǎo)審核及專家會(huì)商后，可進(jìn)行預(yù)警信息發(fā)布。目前，泰安市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)生成的預(yù)報(bào)產(chǎn)品主要通過(guò)泰安市國(guó)土資源局網(wǎng)站發(fā)布與短信發(fā)布2種方式。網(wǎng)站發(fā)布的信息包含地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警分布圖、預(yù)警預(yù)報(bào)詞。通過(guò)短信平臺(tái)向地質(zhì)災(zāi)害防治相關(guān)責(zé)任人發(fā)布所負(fù)責(zé)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警信息，短信發(fā)送方式能及時(shí)傳遞地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警消息，便于提前做好災(zāi)害防治、避讓和應(yīng)急準(zhǔn)備。

4 應(yīng)急管理功能實(shí)現(xiàn)

應(yīng)急管理功能可以及時(shí)地分析出災(zāi)點(diǎn)位置、影響范圍等相關(guān)信息，一旦某地發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)急管理功能可以統(tǒng)計(jì)出災(zāi)點(diǎn)影響范圍內(nèi)的詳細(xì)情況，制作出動(dòng)態(tài)預(yù)案并生成應(yīng)急文檔，以輔助相關(guān)部門的災(zāi)害救助和應(yīng)急指揮決策。

(1)災(zāi)害點(diǎn)定位：根據(jù)掌握的已有信息，可以對(duì)災(zāi)害點(diǎn)通過(guò)區(qū)域名稱或者經(jīng)緯度的方式在地圖上進(jìn)行災(zāi)區(qū)定位，查詢時(shí)支持模糊查找，查詢結(jié)果可以在地圖上進(jìn)行高亮度閃爍顯示。

(2)災(zāi)區(qū)地理信息分析：災(zāi)害點(diǎn)定位之后，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)災(zāi)區(qū)影響范圍，系統(tǒng)可自動(dòng)分析出災(zāi)區(qū)影響范圍內(nèi)的醫(yī)院、學(xué)校、村莊、應(yīng)急避難所、救援單位、政府機(jī)關(guān)單位等地理信息。可以將查詢結(jié)果導(dǎo)出為Exel表格進(jìn)行下載，為各級(jí)政府開(kāi)展救災(zāi)工作提供信息支持。

(3)應(yīng)急管理：在地圖上進(jìn)行點(diǎn)、線、面、注記文本等信息的標(biāo)繪，可以查詢管理動(dòng)態(tài)應(yīng)急預(yù)案，同時(shí)可以對(duì)歷史應(yīng)急文檔進(jìn)行查詢，方便快捷的獲取應(yīng)急方案，直觀展示應(yīng)急工作態(tài)勢(shì)，提高政府面對(duì)突發(fā)狀況的應(yīng)急指揮能力。

(4)路徑分析：開(kāi)展救援工作時(shí)，系統(tǒng)可以分析出從救援隊(duì)伍到地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)之間的最短路徑，方便救援隊(duì)伍選取最佳路線，節(jié)省救援時(shí)間，使救災(zāi)人員及時(shí)迅速抵達(dá)災(zāi)害發(fā)生所在地。

5 結(jié)語(yǔ)

泰安市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)與指揮系統(tǒng)集地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警、應(yīng)急指揮管理等功能于一體。通過(guò)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警模型與先進(jìn)GIS技術(shù)的結(jié)合，生成地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)警圖，直觀展示行政區(qū)的各預(yù)警等級(jí)區(qū)域分布，并提供各預(yù)警等級(jí)的行政區(qū)統(tǒng)計(jì)、災(zāi)害點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，災(zāi)害發(fā)生時(shí)可在第一時(shí)間對(duì)受災(zāi)區(qū)進(jìn)行應(yīng)急救援與指揮，為各地方政府進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供科學(xué)指導(dǎo)，能夠較好地滿足地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)需求。泰安市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)與指揮系統(tǒng)可以為各級(jí)政府提供防災(zāi)救災(zāi)的科學(xué)依據(jù)，具有較重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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