渠士豪，郭永剛

（西藏農牧學院水利土木工程學院，西藏 林芝 860000）

我國是世界上地質災害最嚴重的國家之一，其中滑坡災害占總災害的68.9%[1]?；戮哂蟹植紡V、破壞大、隱蔽性高等特點[2]，一旦發(fā)生會對人民生命財產(chǎn)安全和國家基礎設施產(chǎn)生巨大破壞，嚴重影響區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展。

隨著計算機技術、監(jiān)測技術和GIS 技術的發(fā)展，滑坡的預警和易發(fā)性分析也從人工方式轉向了自動化和信息化。近些年來，一些學者以計算機技術為載體，結合地理信息管理系統(tǒng)，提出了自動化、信息化的滑坡信息管理與分析系統(tǒng)的開發(fā)思路。對于單體滑坡監(jiān)測預警，陶宜權等[3]采用云計算、大數(shù)據(jù)和GIS 二次開發(fā)等技術設計了針對秦巴山區(qū)的淺表層滑坡災害監(jiān)測預警平臺，實現(xiàn)了秦巴山區(qū)滑坡風險快速且準確率高的預警預報；羅志會等[4]以STM32 單片機為核心設計了一種基于LoRa 傳輸技術的滑坡監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了便捷、低耗能、可視化的滑坡狀態(tài)遠程監(jiān)測；黃玲等[5]以MQTT傳輸協(xié)議為基礎，結合層次分析模糊綜合評價模型，設計了一種基于Web 的山體滑坡監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現(xiàn)了監(jiān)測信息的傳輸、分析、預警和可視化。對于區(qū)域性滑坡易發(fā)性分析，羅金[6]基于GIS二次開發(fā)工具與機器學習模型相結合設計了基于各類機器學習方法的滑坡易發(fā)性評價系統(tǒng)，采用Python 語言調用相關接口實現(xiàn)了數(shù)據(jù)提取與預處理、評價模型計算和滑坡易發(fā)性分類圖的生成等功能；汪宙峰等[7]利用ArcGIS Engine開發(fā)工具和空間分析技術，結合數(shù)學模型設計了基于ArcGIS Engine 的滑坡危險性評價系統(tǒng)。上述系統(tǒng)和平臺的開發(fā)極大程度上簡化了分析過程、提高了分析結果的精度，但這些系統(tǒng)的開發(fā)都是單純地針對單體滑坡或區(qū)域性滑坡，不能夠滿足藏東南地區(qū)對滑坡災害多尺度分析的需求，且藏東南地區(qū)夏季氣候溫和濕潤，冬季氣候干冷，年溫差小，日溫差大，具有典型的高原特征，因此藏東南的滑坡研究與其他區(qū)域相比有明顯的差異[8]。

考慮到以上問題，本文將單體滑坡監(jiān)測預警、區(qū)域性滑坡易發(fā)性分析和滑坡信息管理整合到一起，并根據(jù)藏東南地區(qū)的環(huán)境特殊性選用適當?shù)臄?shù)學分析模型，設計開發(fā)一種基于ArcGIS Engine 的藏東南滑坡信息管理與分析系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)架構

藏東南滑坡信息管理與分析系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集層、基礎支撐層、數(shù)據(jù)層、應用層和用戶層。其中，數(shù)據(jù)采集層包括在滑坡監(jiān)測站布設的土壤濕度傳感器、降雨檢測儀、位移傳感器和切向角監(jiān)測器等設備，通過GPRS DTU 通信技術將實時采集的數(shù)據(jù)信息上傳至接收服務器；基礎支撐層主要包括計算機服務系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡設施等，為應用系統(tǒng)的開發(fā)與使用提供軟硬件基礎支撐；數(shù)據(jù)層主要包括實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、歷史滑坡數(shù)據(jù)和監(jiān)測站數(shù)據(jù)；應用層主要包括數(shù)據(jù)管理模塊、滑坡預警模塊，數(shù)據(jù)展示模塊和滑坡易發(fā)性分析模塊等；用戶層主要包括普通用戶和管理員。基于ArcGIS Engine 的藏東南滑坡信息管理與分析系統(tǒng)總體架構，如圖1所示。

圖1 基于ArcGIS Engine的藏東南滑坡信息管理與分析系統(tǒng)總體架構

2 數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫采用Geodatabase+Mysql 的搭建模式。Geodatabase 是一種采用標準關系數(shù)據(jù)庫技術來表現(xiàn)地理信息的數(shù)據(jù)模型。Mysql 是Oracle 旗下一款體積小、開源、移植性強的關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。根據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同將數(shù)據(jù)分為屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)兩部分，分別儲存在Mysql 和Geodatabase 中。其中，屬性數(shù)據(jù)包括用戶數(shù)據(jù)、通用數(shù)據(jù)、監(jiān)測點數(shù)據(jù)、歷史滑坡數(shù)據(jù)、降雨監(jiān)測數(shù)據(jù)、位移監(jiān)測數(shù)據(jù)和土壤濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)等；空間數(shù)據(jù)包括高程數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)、坡向數(shù)據(jù)、年均降水數(shù)據(jù)、距道路距離數(shù)據(jù)、距河流距離數(shù)據(jù)和植被覆蓋率數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)庫邏輯結構，如圖2所示。

圖2 滑坡信息管理與分析數(shù)據(jù)庫邏輯結構

3 系統(tǒng)功能設計

3.1 總體功能設計

根據(jù)用戶權限類別，將系統(tǒng)功能分為2 個模塊，分別是管理員模塊和普通用戶模塊。管理員模塊不僅擁有普通用戶模塊的所有權限，同時擁有屬于管理員模塊的專屬權限，如監(jiān)測站數(shù)據(jù)管理、歷史滑坡數(shù)據(jù)管理、空間數(shù)據(jù)管理、用戶請求管理和用戶信息管理等；普通用戶模塊權限包含監(jiān)測站數(shù)據(jù)查詢、歷史滑坡數(shù)據(jù)查詢、空間數(shù)據(jù)查詢和滑坡易發(fā)性分析等。

基于ArcGIS Engine 的藏東南滑坡信息管理與分析系統(tǒng)功能，如圖3所示。

圖3 基于ArcGIS Engine的藏東南滑坡信息管理與分析系統(tǒng)功能

3.2 詳細功能設計

（1）監(jiān)測站數(shù)據(jù)查詢。管理員和普通用戶能以圖表的形式查看監(jiān)測站的地理位置信息、管理人員信息、設備基本信息和設備監(jiān)測信息（降水量、位移量、土壤濕度等）等。

（2）歷史滑坡數(shù)據(jù)查詢。管理員和普通用戶能以圖表的形式查看研究區(qū)域歷史滑坡的名稱、地理位置、地下水類型、滑坡類型、地震烈度、受災情況等信息。

（3）空間數(shù)據(jù)查詢。管理員和普通用戶能以圖形的形式查看已擁有的滑坡數(shù)據(jù)集，如歷史滑坡點、高程、坡度、坡向、距道路距離、距河流距離、年均降水量等。

（4）實時預警通報。管理員和普通用戶能夠以表格的形式查看實時發(fā)布的滑坡預警信息，包括監(jiān)測點、經(jīng)度、緯度、預警級別、警報原因、警報時間、處理情況等信息，并可以對未處理的通知進行處理。

（5）數(shù)據(jù)管理請求。為確保數(shù)據(jù)的真實性和可用性，系統(tǒng)限制普通用戶直接對數(shù)據(jù)進行管理，但給予普通用戶提交數(shù)據(jù)管理請求的權限，例如，普通用戶想要修改歷史滑坡信息，可以對相關信息進行增、刪、改、查的操作，但系統(tǒng)不會立即進行修改，而是將請求和數(shù)據(jù)暫時存入數(shù)據(jù)庫，等待管理員審核。對于空間數(shù)據(jù)的管理，例如想要添加新的影響因子數(shù)據(jù)或更新最新的滑坡點數(shù)據(jù)，需要將空間數(shù)據(jù)和請求一同提交給管理員。

（6）滑坡易發(fā)性分析。普通用戶和管理員可以選擇不同的數(shù)學分析模型，導入不同的空間數(shù)據(jù)，得到對應的滑坡易發(fā)性分析圖。

（7）系統(tǒng)管理。管理員和普通用戶可以對屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進行導出和打印等常規(guī)數(shù)據(jù)管理操作。

（8）監(jiān)測站數(shù)據(jù)管理。管理員可以對監(jiān)測站的地理位置信息、管理人員信息、設備基本信息和設備監(jiān)測信息等數(shù)據(jù)進行修改、刪除、查詢和添加新監(jiān)測站等操作。

（9）歷史滑坡數(shù)據(jù)管理。管理員可以對研究區(qū)域歷史滑坡的名稱、地理位置、地下水類型、滑坡類型、地震烈度、受災情況等信息進行刪除、修改、查詢和添加歷史滑坡信息等操作。

（10）空間數(shù)據(jù)管理。管理員可以對已有的空間數(shù)據(jù)如DEM、歷史滑坡點、高程、坡度、坡向、距道路距離、距河流距離、年均降水量等進行添加、更新、刪除和編輯等操作。

（11）用戶請求管理。對于普通用戶提交的對屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的操作請求，管理員可以進行詳情查看，了解請求的類型以及與請求共同提交的數(shù)據(jù)信息，并做出通過或駁回的操作。

（12）用戶信息管理。管理員可以對普通用戶進行編輯、刪除、增加和權限設置等操作。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術

4.1 采用ArcGIS Engine 軟件，為系統(tǒng)的地理信息處理提供支持

ArcGIS Engine 是ESRI 基于ArcGIS Object 搭建的一款GIS 平臺，該平臺在ArcGIS Object 的基礎上進行了很大改進，使其可以脫離ArcGIS軟件環(huán)境直接嵌入應用程序中，大大提高了開發(fā)軟件的適用性、操作性和獨立性。另外，利用ArcGIS Engine 軟件可以使滑坡數(shù)據(jù)處理和滑坡易發(fā)性評價處于同一GIS平臺下，數(shù)學模型以模塊的形式融入GIS 環(huán)境，滑坡數(shù)據(jù)不必流出GIS 平臺即可完成對其分析過程，相對傳統(tǒng)的滑坡易發(fā)性分析過程精度更高、結果更直觀。

4.2 采用具有.NET Framework 技術的Windows 窗體應用程序，搭建系統(tǒng)界面

.NET Framework 將強大的功能與新技術相結合，搭建出視覺上引人注目的用戶應用程序，實現(xiàn)跨技術邊界的無縫通信，并且能支持各種業(yè)務流程。.NET Framework 的目的是讓建立Web Services 以及因特網(wǎng)應用程序的工作變得簡單。Web端對瀏覽器的兼容度要求較高，且任何請求都需要通過網(wǎng)絡進行。相對Web端應用Windows窗體應用不僅更加方便，而且對計算機性能應用比較充分。因滑坡易發(fā)性分析等功能模塊對計算機性能和網(wǎng)絡功能要求較高，使用Windows 窗體應用程序更能保證系統(tǒng)界面運行穩(wěn)定。

4.3 采用GPRS DTU通信技術傳輸數(shù)據(jù)

滑坡監(jiān)測點一般地理位置復雜、通信條件惡劣，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性，同時考慮到續(xù)航、操作和成本，在滑坡監(jiān)測點布設GPRS DTU 物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)終端，通過GPRS 上傳數(shù)據(jù)到接收服務器。利用GSM 網(wǎng)絡覆蓋廣的特點，通過撥號的方式觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，也可以設置成長連接進行數(shù)據(jù)傳輸，從而達到操作簡單、低能高效、實用性強、遠程無人監(jiān)測的效果。

5 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

藏東南滑坡信息管理與分析系統(tǒng)功能實現(xiàn)界面，如圖4所示。

圖4 滑坡信息管理與分析系統(tǒng)功能實現(xiàn)界面

5.1 監(jiān)測站數(shù)據(jù)查詢

監(jiān)測站數(shù)據(jù)查詢功能采用DataGridView 控件進行數(shù)據(jù)展示。先將數(shù)據(jù)綁定到DataGridView 控件，再將DataMember 屬性設置為要綁定的列表或表的字符串即可。DataGridView 控件對表格數(shù)據(jù)的展示非常清晰明了，通常在Windows 窗體應用程序中顯示表格數(shù)據(jù)時優(yōu)先考慮DataGridView 控件。此功能在查詢全部監(jiān)測站數(shù)據(jù)的基礎上添加了條件查詢，允許用戶通過站點名稱和負責人查詢監(jiān)測站信息，站點名稱和負責人下拉菜單內容為與數(shù)據(jù)庫中對應的數(shù)據(jù)，初始值為空。對所有監(jiān)測站信息的查詢，若需要進行條件查詢可以通過下拉菜單選擇內容進行查詢。監(jiān)測站信息查詢功能界面，如圖4（a）所示。

5.2 歷史滑坡數(shù)據(jù)查詢

歷史滑坡數(shù)據(jù)查詢功能仍是以表格的形式展示，所以同樣使用DataGridView 控件構建。在條件查詢中選擇地區(qū)限制，用戶可以對市和縣進行限定，查找到對應地區(qū)的歷史滑坡數(shù)據(jù)信息。歷史滑坡數(shù)據(jù)查詢功能界面，如圖4（b）所示。

5.3 空間數(shù)據(jù)查詢

空間數(shù)據(jù)查詢功能采用Arc Engine 組件庫中的AxMapControl、AxTOCControl 和AxToolbarControl 控件進行搭建。初始界面根據(jù)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)排序顯示排序最靠前的區(qū)域空間數(shù)據(jù)，可以通過AxTOCControl 控件對顯示數(shù)據(jù)進行切換，通過AxToolbarControl 控件或者鼠標的點擊、拖拽、移動事件實現(xiàn)對顯示數(shù)據(jù)的漫游、地圖縮放、全圖顯示和要素信息查看等功能。通過下拉菜單可以對區(qū)域進行切換，Ax-TOCControl控件中的數(shù)據(jù)也會同時切換?？臻g數(shù)據(jù)查詢功能界面，如圖4（c）所示。

5.4 實時預警通報

實時預警通報功能界面主要由DataGridView 控件搭建，除了展示預警發(fā)布位置、發(fā)布時間和預警原因等信息外，還會將實時監(jiān)測的降雨量、位移量等信息與數(shù)學分析模型相結合，計算并對滑坡易發(fā)性分級，將數(shù)據(jù)結果保存到數(shù)據(jù)庫，并在頁面顯示。存在未處理的預警信息時界面右上角會出現(xiàn)警示紅燈。實時預警通報功能界面，如圖4（d）所示。

5.5 數(shù)據(jù)管理請求

數(shù)據(jù)管理請求功能由Button組件和文本的點擊事件實現(xiàn)。在監(jiān)測站數(shù)據(jù)查詢界面、歷史滑坡數(shù)據(jù)查詢界面和空間數(shù)據(jù)查詢界面中都有放置的Button組件或文本，點擊相應的組件可實現(xiàn)向管理員提交對數(shù)據(jù)增加、刪除或修改的請求功能。數(shù)據(jù)管理請求功能界面，如圖4（e）所示。

5.6 滑坡易發(fā)性分析

滑坡易發(fā)性分析功能的實現(xiàn)依托于Arc Engine強大的空間分析功能，利用IFeatureClass、ISpatial-Filter、IQueryFilter 和IFeatureCursor 等接口與數(shù)學分析模型相結合，通過將Shape 格式轉化成Grid 類型的柵格數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)定量化、圖層數(shù)據(jù)疊加等步驟得到每個柵格的易發(fā)性分析值，最后將結果賦值給一張空的柵格圖層并進行分級，從而得到滑坡易發(fā)性分析圖?；乱装l(fā)性分析功能界面，如圖4（f）所示。

5.7 數(shù)據(jù)管理

監(jiān)測站數(shù)據(jù)管理、歷史滑坡數(shù)據(jù)管理和空間數(shù)據(jù)管理3 項功能的實現(xiàn)界面與監(jiān)測站數(shù)據(jù)查詢、歷史滑坡數(shù)據(jù)查詢和空間數(shù)據(jù)查詢3項功能的界面一致（此處不再展示），功能也基本一致，只是在對數(shù)據(jù)的增加、刪除和修改操作上不再發(fā)送請求，而是直接對數(shù)據(jù)進行修改。

5.8 用戶請求管理

用戶請求管理功能實現(xiàn)界面主要由DataGrid-View 控件搭建，用戶的請求信息以表格的形式呈現(xiàn)在管理界面，包括數(shù)據(jù)類型、操作方式、提交時間、提交用戶等信息，管理員通過文本“未處理”點擊事件打開新界面查看詳細的請求內容，可以做出駁回、通過或返回操作，駁回和通過操作會決定數(shù)據(jù)是否被操作，并使“處理”無法再被點擊。用戶請求管理功能界面，如圖4（g）所示。

5.9 用戶信息管理

用戶信息管理功能主要由DataGridView 控件搭建，所有用戶的信息以表格的形式在組件中展示，管理員可以對除初始管理員以外的所有用戶信息進行增加、刪除、修改、查找操作，初始管理員可以對所有用戶信息進行修改，即超級管理員。用戶信息管理功能界面，如圖4（h）所示。

5.10 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理功能可以對歷史滑坡數(shù)據(jù)、監(jiān)測站數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)導入、導出等操作。系統(tǒng)管理功能界面（以歷史滑坡數(shù)據(jù)界面為例），如圖4（i）所示。

6 結語

本文將GIS 軟件二次開發(fā)技術與數(shù)學分析模型相結合，設計開發(fā)了基于ArcGIS Engine 的藏東南滑坡信息管理與分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用C/S 架構模式搭建，在地理信息技術的基礎上結合GIS 數(shù)據(jù)分析、GPRS DTU 通信等相關技術，為用戶提供監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢、空間數(shù)據(jù)查詢、實時預警通報、滑坡易發(fā)性分析等功能。用戶登錄應用即可獲得實時的滑坡預警，通過簡單的操作即可得到區(qū)域性滑坡易發(fā)性分析圖。該系統(tǒng)將滑坡易發(fā)性分析過程整體化，簡化了分析過程，提高了結果的精度，使滑坡易發(fā)性分析更加方便、準確。