李招連,林兩位,廖燕珍,鄭小琴

(1. 數(shù)字福建氣象大數(shù)據(jù)研究所(閩南師范大學(xué)),漳州 363000;2.福建省漳州市氣象局,漳州 363000;3.福建省災(zāi)害天氣重點實驗室,福州 350001)

0 引言

漳州市位于福建東南部,轄區(qū)地形由西北向東南傾斜,大芹山為漳州市第一高峰,海拔1,544.5 m,地勢起伏大,花崗巖、火山巖分布廣泛,巖體發(fā)育強烈,臺風(fēng)暴雨等氣象災(zāi)害多,是地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)。根據(jù)漳州市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查結(jié)果,2022年漳州市共有地質(zhì)災(zāi)害隱患點306處、高陡邊坡點1733處,類型以滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等為主,2萬多人受到影響。為了進一步加強地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警服務(wù)能力建設(shè),文章介紹了地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、關(guān)鍵性技術(shù)、功能模塊設(shè)計等,構(gòu)建了漳州市地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)。該系統(tǒng)投入業(yè)務(wù)試運行以來,已成為漳州市氣象部門提高地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報能力的重要支撐。

1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計思路

系統(tǒng)采用B/S體系架構(gòu),應(yīng)用漳州市氣象和國土部門的同步共享系統(tǒng),實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害服務(wù)的統(tǒng)一部署和發(fā)布。系統(tǒng)利用“一張圖”展示氣象監(jiān)測預(yù)報預(yù)警信息、地質(zhì)災(zāi)害點和高陡邊坡點數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警等級等信息[1-2]。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

系統(tǒng)的部署設(shè)計根據(jù)漳州氣象網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中數(shù)據(jù)安全級別不同和系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)設(shè)計的實際需求,部署設(shè)計分為氣象內(nèi)網(wǎng)、DMZ區(qū)、Internet外網(wǎng)3個不同安全等級,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示[3]。考慮到系統(tǒng)的安全性,直接用網(wǎng)閘加強DMZ區(qū)安全保障。在DMZ區(qū)服務(wù)器上完成氣象監(jiān)測、預(yù)報數(shù)據(jù)與地災(zāi)點數(shù)據(jù)的綜合分析,并制作地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險等級區(qū)劃圖,再將制作好的地災(zāi)服務(wù)產(chǎn)品推送到外網(wǎng)服務(wù)器。各地災(zāi)點責(zé)任人通過訪問漳州市地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)實時查看地災(zāi)監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警等服務(wù)產(chǎn)品。

圖1 漳州氣象網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

2.1 地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)因子系數(shù)指標

2.1.1 訓(xùn)練樣本構(gòu)建

從地質(zhì)災(zāi)害點中隨機抽取80%作為訓(xùn)練樣本,剩余的地質(zhì)災(zāi)害點作為驗證樣本,同時在未發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域隨機抽取同等數(shù)量的樣本點,則訓(xùn)練樣本量為306×80%×2=490個。

2.1.2 孕災(zāi)因子分類

影響地質(zhì)災(zāi)害的因子分為2組:第1組是由DEM派生的,包括高程、坡度、坡向、曲率、起伏度;第2組主要包括土壤類型、土地利用、植被覆蓋度和降雨量。在利用證據(jù)權(quán)法開展地質(zhì)災(zāi)害敏感度評價時,首先把高程、坡度、起伏度因子按照百分位法分成10類,植被覆蓋度和年均降雨量數(shù)據(jù)分成5類,曲率則按照其值與0的比較分為凹坡、平坡和凸坡3類,坡向按照方位分為9類,其他離散因子按照各子類別進行劃分。

2.1.3 孕災(zāi)因子系數(shù)

高程、坡度、降雨量等指標作為Logistic回歸模型的自變量,災(zāi)害是否發(fā)生作為因變量。利用ArcGIS將圖像多值提取到點,通過SPSS23統(tǒng)計分析軟件回歸分析數(shù)據(jù),得到地質(zhì)災(zāi)害邏輯回歸模型因子系數(shù)[4-5]。除起伏度、植被指數(shù)和土地利用與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生呈負相關(guān)外,其他如年降水量、海拔(高程)、土壤等都呈正相關(guān),如表1所示。

表1 漳州市地質(zhì)災(zāi)害邏輯回歸模型因子系數(shù)表

2.2 地質(zhì)災(zāi)害敏感度風(fēng)險區(qū)劃及預(yù)警

基于Logistic回歸模型相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害邏輯回歸模型因子系數(shù),計算漳州市所有單元格的地質(zhì)災(zāi)害危險性概率,在ArcGIS中生成漳州市地質(zhì)災(zāi)害敏感度風(fēng)險區(qū)劃[6-7]。漳州市地質(zhì)災(zāi)害敏感度風(fēng)險區(qū)劃空間分布呈現(xiàn)從西北至東南敏感度風(fēng)險逐漸減小,漳州地質(zhì)災(zāi)害敏感度高風(fēng)險區(qū)主要集中在華安、平和、南靖3個縣和部分縣(市)的山坡地帶。結(jié)合實時降水并將降水預(yù)報產(chǎn)品作為模型輸入因子,可以得出地質(zhì)災(zāi)害大概率發(fā)生的區(qū)域范圍,結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害點的年分布,可以針對地質(zhì)災(zāi)害點生成點對點的地災(zāi)小時級的實時預(yù)警產(chǎn)品,12 h和24 h的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警產(chǎn)品。

2.3 基于Web Service的地災(zāi)系統(tǒng)內(nèi)、外網(wǎng)標準接口

地災(zāi)系統(tǒng)需要解決內(nèi)、外網(wǎng)異構(gòu)系統(tǒng)的互連問題,并實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)服務(wù),甚至業(yè)務(wù)服務(wù),實現(xiàn)異構(gòu)信息系統(tǒng)間的互訪,通過Web Service標準接口實現(xiàn)地災(zāi)內(nèi)、外網(wǎng)的查詢和訪問。地災(zāi)系統(tǒng)采用基于瀏覽器的B/S架構(gòu),數(shù)據(jù)交換采用XML數(shù)據(jù)格式。調(diào)用XML編程接口訪問XML節(jié)點,來保證地災(zāi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的訪問效率以及數(shù)據(jù)交換的安全性。

3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

3.1 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊主要是系統(tǒng)管理員對系統(tǒng)相關(guān)配置信息進行設(shè)置,其中數(shù)據(jù)源監(jiān)控用于實時監(jiān)控并告警降水等氣象產(chǎn)品的異常情況、降水預(yù)警配置用于不同時段降水等級閾值設(shè)置、地災(zāi)預(yù)警配置用于不同的地災(zāi)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警等級閾值設(shè)置、產(chǎn)品發(fā)布渠道配置用于設(shè)置短信傳真等發(fā)布渠道、角色管理用于權(quán)限配置等。

3.2 數(shù)據(jù)分析處理模塊

數(shù)據(jù)分析處理模塊的功能是基于漳州市地質(zhì)災(zāi)害危險性評價和敏感度區(qū)劃結(jié)果,根據(jù)降水影響系數(shù)、臨界有效降雨量,結(jié)合未來降水的落區(qū)預(yù)報,充分考慮降雨量和雨強對不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)落區(qū)的影響,分別建立未來24 h地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報預(yù)警模型。未來24 h降水的落區(qū)預(yù)報是基于福建氣象智能網(wǎng)格預(yù)報技術(shù),建立0～24 h逐小時間隔、水平分辨力2.5 km、1～10 d逐3 h間隔降水落區(qū)監(jiān)測預(yù)警和網(wǎng)格預(yù)報,提升地災(zāi)災(zāi)害降水落區(qū)預(yù)報準確率、時間提前量和智能化水平。利用地理信息系統(tǒng)相關(guān)算法技術(shù),自動生成未來24 h地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警等級分布圖。

3.3 綜合信息展示模塊

綜合信息展示模塊基于WebGIS技術(shù)進行開發(fā),功能包括在一張圖上展示氣象數(shù)據(jù)(站點、格網(wǎng)、模式)等多源資料和地災(zāi)點數(shù)據(jù),實現(xiàn)將實況雨量、預(yù)報雨量、雷達、臺風(fēng)和地災(zāi)氣象風(fēng)險等級預(yù)警等基礎(chǔ)層數(shù)據(jù)作為背景場數(shù)據(jù)進行疊加展示。

4 結(jié)束語

文章開展以滑坡、崩塌、泥石流等為主體的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃與風(fēng)險研究,并基于B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),構(gòu)建了漳州市地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)。通過對地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)因子系數(shù)指標進行歸類梳理,動態(tài)配置地質(zhì)災(zāi)害敏感度風(fēng)險區(qū)劃,實現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害自動化監(jiān)測預(yù)警功能,系統(tǒng)的順利運行提升了漳州市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報能力,促進了國土與氣象業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)發(fā)展。