司大剛 李風(fēng)賢 馮小東 王艷娟 蔣光偉 高 磊

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州730021）

0 引言

我國地質(zhì)災(zāi)害種類多、分布廣、危害大，是地質(zhì)災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一，嚴(yán)重制約著地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 據(jù)國土部門調(diào)查統(tǒng)計(jì)，目前，蘭州地區(qū)共存在地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)4800 多個(gè)，已經(jīng)威脅到60 余萬人口的安全，是我國地質(zhì)災(zāi)害在人口密集區(qū)最集中的城市[1]，主要地質(zhì)災(zāi)害類型有滑坡、泥石流、崩塌等，其中滑坡占到近三分之一。

近年來，蘭州地區(qū)不同規(guī)模的滑坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，急需構(gòu)建可靠、有效的滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。

1 3S 技術(shù)在滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警中的應(yīng)用

目前，滑坡監(jiān)測(cè)方法常用的主要有宏觀地質(zhì)監(jiān)測(cè)法、簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)法、設(shè)站觀測(cè)法、大地精密測(cè)量法、儀表監(jiān)測(cè)法和自動(dòng)遙測(cè)法等[2]，但這些方法存在內(nèi)容單一、精度低、工作量大、時(shí)效性差等各種不同程度的缺點(diǎn)，滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)的新發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。

要克服以上缺點(diǎn)，建立準(zhǔn)確及時(shí)的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測(cè)手段提供技術(shù)支持，而GPS 能夠?qū)崟r(shí)、快速的提供目標(biāo)的空間位置，尤其是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和CORS 系統(tǒng)的快速發(fā)展，大大提高了測(cè)繪工作的精度、速度和效率；RS 可以實(shí)時(shí)、快速的提供大面積地表物體及其環(huán)境的幾何與地理信息及各種變化，高分辨率和多源遙感圖像融合技術(shù)的發(fā)展，大大提高了圖像的解譯能力、圖像判讀的可靠性和數(shù)據(jù)分類和目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確性；GIS 可作為多源時(shí)空數(shù)據(jù)的綜合處理和應(yīng)用分析的平臺(tái)，云GIS 的發(fā)展改變了用戶傳統(tǒng)的GIS 應(yīng)用方法和建設(shè)模式，以更友好的方式，低成本、高效率地使用地理信息資源。

3S 集成已初成模型在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警上發(fā)揮其作用， 部分地區(qū)也已建立基于該技術(shù)的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，根據(jù)該技術(shù)已有的發(fā)展及蘭州地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)狀特征，本文對(duì)蘭州地區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行研究與構(gòu)想。

1.1 基于GNSS 的應(yīng)用

該方法是通過建立高精度的大地控制網(wǎng)， 監(jiān)測(cè)滑坡位移與變形，應(yīng)用空間定位系統(tǒng)技術(shù)分析兩次監(jiān)測(cè)所得的監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的差異，求取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量[3]。 該方法既適用與滑坡變形速率很慢甚至接近于穩(wěn)定不動(dòng)的滑坡體監(jiān)測(cè)，也適用于滑坡體的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可用于災(zāi)害體不同變形階段水平和垂直位移監(jiān)測(cè)，精度可達(dá)mm 級(jí)。

CORS 系統(tǒng)(連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng))是建立在現(xiàn)代GNSS(Global Navigation Satelite System—全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))技術(shù)上利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)[4]。由于CORS 系統(tǒng)具有高質(zhì)量連續(xù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，較完善的框架維護(hù)和完好性檢驗(yàn)方法，極大降低了傳統(tǒng)基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性檢核數(shù)據(jù)處理方面的技術(shù)難度，很大程度上提高了監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)的可靠性。 美國、英國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家都建立或正在建立連續(xù)運(yùn)行參考站（CORS），作為國家地理信息系統(tǒng)基準(zhǔn)，為GNSS 差分定位、地球動(dòng)力學(xué)和大氣科學(xué)提供依據(jù)，并結(jié)合各地本土情況，服務(wù)于不同層次的領(lǐng)域，在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方面起到了不容忽視的作用。

在我國目前建設(shè)的CORS 系統(tǒng)主要包括：地市級(jí)、區(qū)域級(jí)、行業(yè)級(jí)的系統(tǒng)，以及服務(wù)于特定目標(biāo)的工程級(jí)或微型的CORS 系統(tǒng)，基準(zhǔn)站達(dá)千余個(gè)，在軟件、硬件方面也取得了一定程度的進(jìn)展。 但是國產(chǎn)的CORS 系統(tǒng)數(shù)量較少，相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施滯后，各CORS 獨(dú)立運(yùn)行，系統(tǒng)間存在網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)縫隙，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，另外部分系統(tǒng)的參考站間存在重疊現(xiàn)象，造成了人力、物力和財(cái)力的浪費(fèi)[5]。 因此構(gòu)建符合國家標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的國家級(jí)CORS，通過授權(quán)登陸，對(duì)外開放網(wǎng)絡(luò)使用權(quán)等，實(shí)現(xiàn)用戶GPS 實(shí)時(shí)高精度差分定位，在滑坡地質(zhì)災(zāi)害中進(jìn)行實(shí)時(shí)位移監(jiān)測(cè)、預(yù)警和形變分析。

1.2 RS 的應(yīng)用

遙感技術(shù)因其時(shí)效性好、宏觀性強(qiáng)、信息量豐富，能快速提供可靠的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造和地物的信息判別等優(yōu)點(diǎn)，成為研究滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的重要信息技術(shù)手段之一。 近年來，隨著遙感技術(shù)理論體系的不斷完善和遙感影像空間、時(shí)間、波譜分辨率的不斷提高，遙感技術(shù)在滑坡等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、分析、預(yù)警、評(píng)估等方面正發(fā)揮著越來越重要的作用。

遙感影像能夠以形態(tài)、色調(diào)、紋理結(jié)構(gòu)等影像特征，能宏觀、真實(shí)地顯示出滑坡的地貌特征，滑坡的邊界、規(guī)模、形態(tài)特征及孕育環(huán)境特征等均可以從遙感影像上直接判讀圈定；因此應(yīng)用“數(shù)字滑坡技術(shù)”[6]對(duì)區(qū)域滑坡和典型個(gè)體大型高速滑坡進(jìn)行定位、定性、定量調(diào)查和監(jiān)測(cè),并根據(jù)滑坡類型、規(guī)模、發(fā)育環(huán)境條件和成因機(jī)制分析和評(píng)估滑坡的穩(wěn)定狀況、趨勢(shì)、可能危及范圍及可能產(chǎn)生的災(zāi)害后果，為應(yīng)用遙感技術(shù)開展滑坡災(zāi)害早期識(shí)別、監(jiān)測(cè)預(yù)警和滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理研究等提供可靠的數(shù)據(jù)保障。

1.3 GIS 的應(yīng)用

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)在地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用，GIS 強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析管理能力在地質(zhì)災(zāi)害研究中的作用日益增強(qiáng)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)管理信息系統(tǒng)方法缺乏空間特性與空間分析能力等缺陷， 不僅能夠?qū)Φ刭|(zhì)災(zāi)害空間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行有效管理,而且可以有效地管理導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的內(nèi)外因素。因此利用GIS 進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的信息管理，探索基于GIS 的滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的研究具有十分重要的意義。

目前，通過GIS 與統(tǒng)計(jì)模型、模糊邏輯模型等對(duì)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行危險(xiǎn)性與敏感性的評(píng)價(jià)日趨成熟，通過建立空間數(shù)據(jù)庫，完成對(duì)區(qū)域內(nèi)的滑坡等地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行空間分布的統(tǒng)計(jì)、 為決策分析提供各層級(jí)的信息和科學(xué)比較和驗(yàn)證,進(jìn)一步完善滑坡等地質(zhì)災(zāi)害信息的更新、同步與共享，最終形成融合遙感和全球定位的綜合網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)[7-8]。

2 基于3S 技術(shù)的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)3S 技術(shù)的特點(diǎn)和滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)、 構(gòu)建滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)主要包括如下幾個(gè)系統(tǒng):數(shù)據(jù)獲取與提取、空間數(shù)據(jù)庫管理、空間分析、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、防災(zāi)救災(zāi)輔助決策模塊等。

另外，蘭州地區(qū)滑坡災(zāi)害引發(fā)因素仍以降雨為主。 其中以黃河兩岸山前及高階地前緣地帶、蘭臨高速公路沿線、南部山區(qū)、窯街礦區(qū)、阿干礦區(qū)、紅古區(qū)湟水河沿岸、永登縣莊浪河兩岸、皋蘭縣忠和鎮(zhèn)、榆中縣宛川河下游兩岸一帶，是蘭州地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的重點(diǎn)防治區(qū)域[1]。所以，還需建立基于GIS 的氣象信息監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。

基于GSCORS 系統(tǒng)，綜合運(yùn)用3S 技術(shù)、充分利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信和多媒體技術(shù)、嵌入式技術(shù)，集滑坡地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)、專業(yè)監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)評(píng)估、專家決策、預(yù)報(bào)預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)和指揮于一體，建立對(duì)滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、自動(dòng)獲取并發(fā)布監(jiān)測(cè)預(yù)警信息，具有全天候、無人值守、高精度、定量位移監(jiān)測(cè)相結(jié)合、預(yù)報(bào)信息多元化、能準(zhǔn)確描述形變趨勢(shì)、及時(shí)獲取滑坡災(zāi)害發(fā)生先兆信息的特點(diǎn)，有效提高滑坡災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)能力，實(shí)現(xiàn)滑坡災(zāi)害防治管理的科學(xué)化、可視化、標(biāo)準(zhǔn)化及信息化，為防災(zāi)減災(zāi)決策提供科學(xué)依據(jù)，為滑坡災(zāi)害防治工作質(zhì)量、效率和管理水平的提高奠定基礎(chǔ)。

圖1 監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

3 結(jié)語

由于蘭州地處黃土高原西部，呈帶狀盆地，位于我國氣候環(huán)境變化敏感地帶，自然地理、地質(zhì)環(huán)境和人類活動(dòng)與其他地區(qū)不同，其滑坡地質(zhì)災(zāi)害的類型、組合特征和發(fā)育、危害程度具有較明顯的地域特征和區(qū)域變化規(guī)律。 隨著西北經(jīng)濟(jì)建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，大部分地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度和破壞程度可能將不斷增強(qiáng)。 因此，建立實(shí)時(shí)有效的滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)具有重要的意義。本文所構(gòu)想的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)也可應(yīng)用于其他區(qū)域或其他地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)，是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警發(fā)展的必然趨勢(shì)。同時(shí)，若能建立更加全面的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)與平臺(tái)，并與其他常規(guī)監(jiān)測(cè)手段相結(jié)合，能夠更好地起到防治作用。

［1］蘭州近期將建地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)[OL].中國政府網(wǎng):http://www.mlr.gov.cn/xwdt/mtsy/zgxww/,2014-04-16.

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