薛蘭格，郭振華，張可心，石恩恩

(北京新興華安智慧科技有限公司，北京 100071)

1 引 言

我國(guó)是一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害十分頻繁且災(zāi)害損失極為嚴(yán)重的國(guó)家，尤其是西部地區(qū)，每年因地質(zhì)災(zāi)害死亡人數(shù)達(dá)近上千人，直接經(jīng)濟(jì)損失近百億元。2018年10月，習(xí)近平總書記主持召開中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第三次會(huì)議，專門研究提高我國(guó)自然災(zāi)害防治能力問題，提出加強(qiáng)自然災(zāi)害防治關(guān)系國(guó)計(jì)民生，建立高效科學(xué)的自然災(zāi)害防治體系，提高全社會(huì)自然災(zāi)害防治能力。自然資源部部長(zhǎng)陸昊也提出地質(zhì)災(zāi)害防治“四步走”方針：研究原理，發(fā)現(xiàn)隱患，監(jiān)測(cè)隱患，發(fā)布預(yù)警。

數(shù)字天水地理空間框架是“數(shù)字天水”建設(shè)的核心內(nèi)容，其目的是為“數(shù)字天水”提供統(tǒng)一的、權(quán)威的地理空間信息公共服務(wù)平臺(tái)，以此為基礎(chǔ)建立和擴(kuò)展典型應(yīng)用示范系統(tǒng)，發(fā)揮應(yīng)用效益，探索應(yīng)用機(jī)制，起到以點(diǎn)帶面，逐步將各部門的應(yīng)用統(tǒng)一到地理信息公共平臺(tái)上，在全市各部門推廣地理信息服務(wù)應(yīng)用。其中完成的地質(zhì)災(zāi)害信息管理系統(tǒng)示范應(yīng)用結(jié)合地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)，以強(qiáng)降水、冰雹、雷電等為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)，同時(shí)實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)分析甘肅省中小河流洪水和山洪地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的氣象風(fēng)險(xiǎn)。自建成后在各類突發(fā)性災(zāi)害救災(zāi)、災(zāi)害評(píng)估、搶險(xiǎn)救援和災(zāi)后重建中發(fā)揮了重要作用，開展科學(xué)預(yù)警，在災(zāi)害真正發(fā)生前發(fā)出預(yù)警信息對(duì)危險(xiǎn)區(qū)居民進(jìn)行疏散避讓，保障其生命財(cái)產(chǎn)安全，管防治救成效明顯。對(duì)于非突發(fā)性災(zāi)害，從理論和技術(shù)上均可實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警，但需要進(jìn)一步推廣應(yīng)用，使地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警工作逐步進(jìn)入業(yè)務(wù)化運(yùn)行階段。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

地質(zhì)災(zāi)害信息管理系統(tǒng)結(jié)合“管防治救”四大功能分6個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)，為天水市地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急中心提供了集災(zāi)害點(diǎn)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理、應(yīng)急指揮車輛管理、應(yīng)急預(yù)案管理等三維一體化的解決方案。用戶還可通過監(jiān)控?cái)z像頭察看現(xiàn)場(chǎng)情況，同時(shí)與天水市氣象示范應(yīng)用系統(tǒng)接入，與氣象局實(shí)現(xiàn)資源共享。

2.1 技術(shù)路線

根據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，規(guī)范化處理不同類型基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的多尺度基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)集，存儲(chǔ)于基礎(chǔ)地理信息空間數(shù)據(jù)庫；標(biāo)準(zhǔn)化處理地質(zhì)災(zāi)害專題數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型劃分空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，分別存儲(chǔ)于地質(zhì)災(zāi)害空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫中。

采用C/S結(jié)構(gòu)體系實(shí)現(xiàn)信息的管理、維護(hù)和信息發(fā)布，基于系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)際需要，有針對(duì)性地選擇不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、二維和三維GIS軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件，取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，綜合應(yīng)用，提高地質(zhì)災(zāi)害信息和地理信息的整合信息服務(wù)能力，滿足地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。

對(duì)用戶屏蔽數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置，關(guān)閉數(shù)據(jù)庫級(jí)數(shù)據(jù)直接調(diào)用接口，將圖層級(jí)數(shù)據(jù)組織進(jìn)行封裝，從服務(wù)級(jí)整合基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)和災(zāi)害專題空間數(shù)據(jù)，支持用戶并發(fā)訪問和遠(yuǎn)程調(diào)用。提高空間數(shù)據(jù)的利用效率，增強(qiáng)空間數(shù)據(jù)的使用安全性，保障空間數(shù)據(jù)擁有單位的版權(quán)效益，降低空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用成本和技術(shù)門檻，拓展空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域，挖掘空間數(shù)據(jù)的增值服務(wù)，快速建設(shè)天水市地質(zhì)災(zāi)害信息管理系統(tǒng)，總體框架如圖1所示。

圖1 總體框架

2.2 支撐環(huán)境

(1)數(shù)據(jù)庫：SQL Server

(2)二維平臺(tái)：ArcGIS Server

(3)三維平臺(tái)：SkylineGlobe系列軟件

(4)開發(fā)框架：.NET Framework與Web Services

(5)開發(fā)語言：C#.NET

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目定位與建設(shè)目標(biāo)，系統(tǒng)功能應(yīng)用緊緊圍繞災(zāi)害信息管理、監(jiān)控信息管理、災(zāi)害評(píng)價(jià)、災(zāi)害防治以及應(yīng)急處置等地質(zhì)災(zāi)害業(yè)務(wù)進(jìn)行了開發(fā)實(shí)現(xiàn)，公共模塊提供基礎(chǔ)功能服務(wù)。為保證數(shù)據(jù)安全，設(shè)計(jì)用戶管理模塊，根據(jù)用戶身份，給其分配功能權(quán)限。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能模塊以及主要功能如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)圖

2.4 關(guān)鍵技術(shù)

該示范應(yīng)用在技術(shù)創(chuàng)新性和實(shí)用性層次圍繞災(zāi)害隱患檢查、動(dòng)態(tài)傳感器接入、應(yīng)急指揮預(yù)案定制、展現(xiàn)效果四個(gè)方面引入、開發(fā)多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，確保應(yīng)用成果的典型性、示范性，如圖3所示。

圖3 關(guān)鍵技術(shù)

3 信息系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)施

系統(tǒng)登錄界面如圖4所示，下面分6個(gè)模塊詳細(xì)介紹系統(tǒng)建設(shè)成果：

圖4 系統(tǒng)登錄界面

3.1 災(zāi)害信息管理

在完成全市地質(zhì)災(zāi)害專題數(shù)據(jù)整理整合、地質(zhì)災(zāi)害空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫建設(shè)的基礎(chǔ)上，利用地理信息技術(shù)，建設(shè)地質(zhì)災(zāi)害專題信息“一張圖”，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害專題數(shù)據(jù)的信息化，著重解決紙質(zhì)資料查閱不方便、展示不直觀的問題。該模塊包括隱患點(diǎn)分布、重要隱患點(diǎn)分布、災(zāi)害影響范圍、災(zāi)害信息查詢、災(zāi)害信息編輯、災(zāi)害信息統(tǒng)計(jì)、導(dǎo)入速報(bào)表、輸出月報(bào)表等功能(圖5)。

圖5 災(zāi)害信息管理系統(tǒng)

3.2 監(jiān)控信息管理

該功能模塊主要對(duì)當(dāng)前天水市各類處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的主要監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行管理。當(dāng)監(jiān)控?cái)?shù)值超過預(yù)設(shè)域值時(shí)，根據(jù)超出程度對(duì)監(jiān)控設(shè)備分以不同顏色，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)送短信預(yù)警提示相關(guān)人員。系統(tǒng)管理員也可通過預(yù)警信息發(fā)布模塊對(duì)相關(guān)人員短信通知。該模塊包括監(jiān)控點(diǎn)分布、監(jiān)控信息查詢、監(jiān)控信息編輯、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、預(yù)警信息提示以及預(yù)警信息發(fā)布6個(gè)功能(圖6)。其中“監(jiān)控信息查詢”支持關(guān)鍵字自動(dòng)對(duì)監(jiān)控設(shè)備信息進(jìn)行模糊匹配，將所有滿足條件的信息都按照類型分級(jí)分節(jié)點(diǎn)顯示在查詢結(jié)果列表中，點(diǎn)擊結(jié)果列表中的條目可以實(shí)現(xiàn)三維定位和詳細(xì)信息查看?！邦A(yù)警信息發(fā)布”實(shí)現(xiàn)擁有權(quán)限的用戶可通過該功能模塊編輯短信，并通過短信平臺(tái)和相關(guān)硬件發(fā)布預(yù)警信息。系統(tǒng)自動(dòng)記錄短信內(nèi)容、發(fā)送時(shí)間及接收人，并在預(yù)警信息提示中顯示。

圖6 監(jiān)控信息管理

3.3 災(zāi)害評(píng)價(jià)

該功能模塊包含易發(fā)性分區(qū)、防治規(guī)劃分區(qū)、災(zāi)害評(píng)估管理以及坡度分析和影像對(duì)比等子模塊(圖7)。通過這些子模塊將相關(guān)數(shù)據(jù)以空間圖形化的形式在三維地圖上展現(xiàn)，為災(zāi)害評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)與分析服務(wù)，同時(shí)配合影像對(duì)比能更好地展示災(zāi)害前后發(fā)生的變化。

圖7 災(zāi)害評(píng)價(jià)

3.4 災(zāi)害防治

地質(zhì)災(zāi)害防治是各方關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。此模塊分為兩個(gè)部分，一部分是防治工程的管理，一部分是應(yīng)急預(yù)案的管理(圖8)。

圖8 應(yīng)急預(yù)案

3.5 應(yīng)急處置

應(yīng)急處置是一項(xiàng)綜合而復(fù)雜的工程，涉及范圍廣，單位眾多。系統(tǒng)通過整合應(yīng)急有關(guān)的空間和屬性信息，并提供空間分析功能，為應(yīng)急處置提供保障服務(wù)。主要包括：

(1)路徑分析

用戶通過輸入起始地址，系統(tǒng)能夠自動(dòng)計(jì)算出最優(yōu)路徑，路徑結(jié)果數(shù)據(jù)在三維場(chǎng)景中描繪出來，可直觀看出地形地貌對(duì)路徑的影響，幫助用戶快速查找到進(jìn)行路線，便于決策指揮者選擇用于管制的路段，確保救援通道的暢通。

(2)最近設(shè)施查找

輸入要搜索的設(shè)施，在三維地圖上手工繪制一個(gè)搜索范圍，系統(tǒng)可以搜索到范圍距離中心點(diǎn)最近的興趣點(diǎn)，并標(biāo)繪在三維地圖上。查詢的結(jié)果同時(shí)在左側(cè)面板中列表展示，點(diǎn)擊可快速定位。

(3)土方量分析

用戶可以通過繪制地形工具在三維地圖中根據(jù)需要模擬修改地形，然后通過土方量計(jì)算功能可自動(dòng)計(jì)算出本次地形修改所需的土方填挖方量并標(biāo)注顯示。

(4)應(yīng)急工程布設(shè)

應(yīng)急工程布設(shè)是應(yīng)急處置工作不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，此功能模塊可直觀地展示出應(yīng)急工程的布設(shè)情況，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供幫助。用戶可在三維地圖中任意添加三維模型、繪制箭頭、添加圖片、添加文本注記等信息，并可以對(duì)這些要素進(jìn)行樣式編輯，從而在三維地圖中表現(xiàn)出應(yīng)急工程布設(shè)預(yù)計(jì)的效果。

(5)應(yīng)急車輛監(jiān)控

應(yīng)急車輛上安裝的GNSS定位模塊，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸位置信息至系統(tǒng)，在工作底圖上描繪出行駛軌跡。應(yīng)急車輛顯示符號(hào)由其車輛類型決定。

(6)視頻監(jiān)控

該功能模塊可在系統(tǒng)中查看通過監(jiān)控?cái)z像頭傳輸?shù)默F(xiàn)場(chǎng)情況，并可以與二維數(shù)據(jù)監(jiān)控聯(lián)合，輔助分析和快速?zèng)Q策(圖9)。

圖9 視頻監(jiān)控

3.6 用戶管理

考慮部分?jǐn)?shù)據(jù)的安全性及更新維護(hù)，系統(tǒng)提供用戶管理模塊(圖10)，根據(jù)用戶身份，給其分配功能權(quán)限。系統(tǒng)管理員具有系統(tǒng)最高權(quán)限，可以審核用戶注冊(cè)、賦予用戶功能權(quán)限、查看用戶操作日志并對(duì)預(yù)警信息進(jìn)行配置管理。

圖10 用戶管理

4 結(jié) 語

“天水市地質(zhì)災(zāi)害信息管理系統(tǒng)”不僅將全市地災(zāi)隱患點(diǎn)信息在三維地圖上進(jìn)行展示、查詢、統(tǒng)計(jì)和分析，并對(duì)防治工程等信息進(jìn)行了文檔式管理，使得過程信息可查詢、可追溯、可統(tǒng)計(jì)。一期平臺(tái)引入了34處災(zāi)害點(diǎn)6類共118個(gè)監(jiān)控設(shè)備，當(dāng)監(jiān)控值達(dá)到域值時(shí)可自動(dòng)預(yù)警，提醒相關(guān)人員，極大提高了數(shù)據(jù)的時(shí)效性，同時(shí)也可通過現(xiàn)場(chǎng)的攝像頭實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)畫面，為應(yīng)急指揮和領(lǐng)導(dǎo)決策提供了不可估量的作用，并實(shí)現(xiàn)與甘肅省氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警服務(wù)平臺(tái)接入(圖11)，實(shí)現(xiàn)以強(qiáng)降水、冰雹、雷電等為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)功能，實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)分析甘肅省中小河流洪水和山洪地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的氣象風(fēng)險(xiǎn)。

圖11 甘肅省氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警服務(wù)平臺(tái)接入

在天水娘娘壩突發(fā)性泥石流災(zāi)害救災(zāi)中，該系統(tǒng)充分發(fā)揮了預(yù)警評(píng)價(jià)防治功能，對(duì)泥石流和山體滑坡區(qū)域預(yù)測(cè)、分析堰塞湖水位漲落情況和路基損毀情況，基于監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)控等?，F(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)第一時(shí)間決策部署組織清淤排障，緊急轉(zhuǎn)移群眾，設(shè)置了十余個(gè)集中安置點(diǎn)對(duì)受災(zāi)群眾進(jìn)行安置，強(qiáng)化后勤保障，隨時(shí)開展應(yīng)急處置，確保災(zāi)情在最短時(shí)間內(nèi)得以控制。該系統(tǒng)利用信息化手段實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急救治服務(wù)得到當(dāng)?shù)刂鞴懿块T的高度認(rèn)可。隨著時(shí)代進(jìn)步、技術(shù)發(fā)展，應(yīng)結(jié)合各類調(diào)查監(jiān)測(cè)，積極開展物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、智能化等新技術(shù)、新方法和新手段的實(shí)踐與應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和智能化管理，加強(qiáng)應(yīng)急防災(zāi)能力建設(shè)，全面提升防治水平，做到科學(xué)預(yù)警，快速、高效應(yīng)急保障。