GIS地質(zhì)災害信息管理監(jiān)控探討

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摘要：討論了將gis技術應用于地質(zhì)災害信息系統(tǒng)建設中的可行性，給出了建立地質(zhì)災害信息數(shù)據(jù)庫的方法；同時研究了地質(zhì)災害的實時監(jiān)控預警技術，并在此基礎上設計開發(fā)了一套基于GIS的地質(zhì)災害信息管理監(jiān)控系統(tǒng)。

關鍵詞：地理信息系統(tǒng)；地質(zhì)災害；監(jiān)控預警

近些年來，崩塌、滑坡、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災害發(fā)生頻繁，已嚴重威脅到民眾生命財產(chǎn)安全，影響了社會經(jīng)濟的發(fā)展，制約了社會的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。為了降低地質(zhì)災害帶來的影響，國家已開展了大量工作來加強對地質(zhì)災害的預警和監(jiān)控[3]；并充分利用現(xiàn)代科技，結(jié)合地質(zhì)災害的監(jiān)測預警、災情速報、信息等研發(fā)了高水平管理工作軟件。但目前我國仍沒有建立地質(zhì)災害信息數(shù)據(jù)庫規(guī)范，調(diào)查結(jié)果多以Excel文檔和紙質(zhì)文檔形式存儲，不利于調(diào)查數(shù)據(jù)的分析使用。另外，很多現(xiàn)有的地質(zhì)災害信息系統(tǒng)因缺乏詳細地圖的參考，無法以空間位置為出發(fā)點展示和分析地質(zhì)災害的變化趨勢；未能對地質(zhì)災害隱患點實施有效監(jiān)控和預警。

空間位置是地質(zhì)災害的重要屬性特征，而GIS是展現(xiàn)和分析空間信息屬性特征的重要技術手段之一[4-5]。隨著GIS技術的日益成熟,其強大的空間信息管理和分析功能可為地質(zhì)災害研究提供有力工具,使對地質(zhì)災害信息的管理和監(jiān)控進入一個新的空間信息化時代[6-7]。綜上所述，有必要將GIS技術引入到地質(zhì)災害信息系統(tǒng)的建設當中去[8]。

1總體設計

1.1整體架構(gòu)設計本文設計的系統(tǒng)采用B/S分布式架構(gòu)，分為數(shù)據(jù)層、應用層和客戶層，結(jié)構(gòu)體系如圖1所示。系統(tǒng)功能的實現(xiàn)著重加強客戶端的用戶體驗，利用ArcGISAPIforJavaScript以及ExtJs開發(fā)富客戶端應用，從而實現(xiàn)復雜的用戶操作邏輯并具有較高的性能，無需安裝任何客戶端軟件或瀏覽器插件，直接打開瀏覽器即可。

1）數(shù)據(jù)層，包括3個部分：對地質(zhì)災害專題屬性信息和系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的管理；對背景地圖數(shù)據(jù)如矢量、影像等地圖服務的訪問；對如氣象、水文等相關部門的氣象、水文等影響地質(zhì)災害發(fā)生的專題數(shù)據(jù)的訪問。

2）應用層，細分為控制層、業(yè)務邏輯層和基本服務層。業(yè)務邏輯層是承載系統(tǒng)核心業(yè)務的層次，采用面向服務的架構(gòu)（SOA）進行設計和開發(fā)。在業(yè)務邏輯層完成對地質(zhì)災害點的瀏覽、管理、查詢、統(tǒng)計及預警的邏輯建模和對象封裝。系統(tǒng)使用SOA技術進行服務封裝和，空間數(shù)據(jù)和功能使用ArcGISServer封裝和。控制層面向客戶端提供各種http接口?；痉諏又饕瓿上到y(tǒng)內(nèi)部的日志記錄、消息傳遞等縱向業(yè)務邏輯。

3）客戶層。隨著計算機硬件技術的飛速發(fā)展，客戶端的硬件性能越來越好，因此在設計客戶層架構(gòu)時，系統(tǒng)采用JavaScript和Html5表現(xiàn)技術，實現(xiàn)地質(zhì)災害預防監(jiān)控系統(tǒng)的界面設計和邏輯控制。向下通過調(diào)用業(yè)務邏輯層提供的各類服務接口完成各模塊設計的業(yè)務功能，將查詢、結(jié)果表現(xiàn)等操作分布到客戶層執(zhí)行。此方案既可降低服務器的壓力，又可減少客戶端與服務器端的交互次數(shù)，提高了客戶端瀏覽與查詢的速度。

1.2功能模塊設計本文設計的系統(tǒng)功能如圖2所示。

1）基礎GIS功能，主要包括矢量/影像/三維地圖的瀏覽切換、地圖的放縮工具、長度和面積量測、地圖標注及打印、隱患點查詢結(jié)果在地圖中的展示以及地質(zhì)災害隱患點專題數(shù)據(jù)的疊加。其通過二三維地圖，結(jié)合GIS和地質(zhì)災害隱患點專題數(shù)據(jù)展現(xiàn)空間信息特征，使得各地質(zhì)災害的分布和屬性信息在地圖上一覽無余。

2）地質(zhì)災害信息管理功能。普通用戶可對地質(zhì)災害信息進行更新、新增、核銷等操作，但這些操作必須通過管理員審核確認后才會生效。管理員有直接操作隱患點信息和審核的權限。

3）地質(zhì)災害信息統(tǒng)計分析功能。為了能客觀反映地質(zhì)災害的區(qū)域性分布情況、地質(zhì)災害點的核銷治理情況以及各災種和災情大小的分布情況，系統(tǒng)還需對各類型的地質(zhì)災害作不同側(cè)重點的統(tǒng)計分析，以協(xié)助管理員發(fā)現(xiàn)一定的分布規(guī)律，為隱患點的治理提供輔助決策支持。

4）地質(zhì)災害信息實時監(jiān)控功能。本系統(tǒng)還嘗試在地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)搭建實時監(jiān)控設備，監(jiān)控人員無需去現(xiàn)場即可觀察周邊環(huán)境和地質(zhì)災害區(qū)域的環(huán)境變化情況，既能保證監(jiān)控的實時性，又能保證觀察人員的人身安全。為了能進行動態(tài)擴充，系統(tǒng)需提供監(jiān)控設備的接口，方便后期監(jiān)控設備的動態(tài)接入；還需要提供監(jiān)控畫面的截圖、歷史錄像的查詢和云臺的控制功能。

2關鍵技術與創(chuàng)新

2.1監(jiān)控環(huán)境搭建與接入系統(tǒng)通過野外搭建高清紅外攝像頭，鋪設光纖寬帶的方式，將地質(zhì)災害隱患點的實時視頻接入到互聯(lián)網(wǎng)中，使得地質(zhì)災害監(jiān)測部門能夠?qū)Ρ浪?、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害的宏觀變形跡象和與其有關的各種異?，F(xiàn)象進行定期觀測和記錄，以便隨時掌握崩塌、滑坡的變形動態(tài)及發(fā)展趨勢。該方法具有直觀性、動態(tài)性、適應性和實用性的特點。由于地質(zhì)災害發(fā)生區(qū)域的周邊環(huán)境一般都較為復雜，系統(tǒng)監(jiān)控設備由專業(yè)的監(jiān)控公司負責施工。網(wǎng)絡和電源管道采用地下走線的方式，使用立桿的分離式監(jiān)控攝像頭，保障監(jiān)控設備運行壽命。系統(tǒng)基于3S技術及地質(zhì)災害監(jiān)控設備，以一定范圍（區(qū)域）的滑坡、泥石流及崩塌等地質(zhì)災變體為監(jiān)測對象，對其在時空域的變形破壞信息和災變誘發(fā)因素信息實施動態(tài)監(jiān)測（側(cè)重于時間域動態(tài)信息的獲?。??？紤]到監(jiān)控設備產(chǎn)品的多樣性以及未來接入監(jiān)控設備的可擴充性，系統(tǒng)基于Windows的ActiveX進行二次開發(fā)，提供主流Web監(jiān)控攝像頭的接入功能。

2.2非插件式富客戶端開發(fā)目前主流B/S架構(gòu)的信息管理系統(tǒng)客戶端的解決方案有：①基于Ajax+JavaScript的非插件式客戶端開發(fā)，②Adobe的Flex插件式客戶端開發(fā)，③基于Siverlight的插件式富客戶端開發(fā)。本項目使用了基于Ajax的非插件式富客戶端進行前臺業(yè)務功能的展現(xiàn)和用戶的交互，Ajax框架的ExtJs可以很好地完成頁面展現(xiàn)功能并帶來良好的用戶體驗。

2.3基于事務的系統(tǒng)業(yè)務邏輯實現(xiàn)由于系統(tǒng)涉及到很多較為復雜的業(yè)務流程，因此在開發(fā)過程中采用基于事務的開發(fā)方式完成業(yè)務邏輯的組織。采用基于ASP.NETMVC的3層體系構(gòu)架，將整個業(yè)務應用劃分為表示層（UI）、數(shù)據(jù)訪問層（DAO）和業(yè)務邏輯層（Service）。把一個應用的輸入、處理、流程按照Model、View、Controller的方式進行分離，這樣有利于系統(tǒng)的開發(fā)、維護、部署輸出和擴展。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)訪問層和業(yè)務邏輯層分別定義一簇接口。業(yè)務邏輯層不依賴具體的數(shù)據(jù)訪問層而僅依賴數(shù)據(jù)訪問層的接口；表示層依賴業(yè)務邏輯層的接口族。當系統(tǒng)更換數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)時，不必改寫整個業(yè)務邏輯層，因為業(yè)務邏輯層里沒有任何數(shù)據(jù)訪問層中的具體類而全部通過接口實現(xiàn)。

3應用實例

根據(jù)上述的技術路線，結(jié)合六安市的地質(zhì)災害隱患點專題數(shù)據(jù)，本文設計并開發(fā)了六安地質(zhì)災害隱患點管理與監(jiān)控系統(tǒng)，驗證了本文提出的關于地質(zhì)災害信息管理和預警的思想，同時為數(shù)字六安地理空間框架建設提供了的典型行業(yè)應用示范案例。圖3為基礎地質(zhì)災害隱患點信息管理面板，在管理員用戶和普通用戶系統(tǒng)界面均可打開，主要提供多條件組合查詢隱患點，在地圖中顯示查詢結(jié)果，新增、修改、核銷地質(zhì)災害隱患點和導出查詢結(jié)果等功能。實時監(jiān)控：選中監(jiān)控列表下某行記錄后，點擊面板頂部工具欄內(nèi)“實時監(jiān)控”按鈕，出現(xiàn)隱患點監(jiān)控畫面（圖4），可通過點擊窗口內(nèi)“步長”、“向上”、“向左”、“向右”、“向下”、“變倍”、“焦距”、“光圈”來調(diào)節(jié)畫面的角度和質(zhì)量。歷史監(jiān)控：選中監(jiān)控列表下某行記錄后，點擊面板頂部工具欄內(nèi)“歷史監(jiān)控”按鈕，然后選擇監(jiān)控時間段，得到時間段內(nèi)的視頻監(jiān)控錄像文件；選擇某條記錄，點擊“播放”進行歷史監(jiān)控錄像查看

4結(jié)語

本文通過對GIS、實時監(jiān)控等多種技術的應用，成功設計開發(fā)了六安地質(zhì)災害隱患點管理與監(jiān)控系統(tǒng),通過系統(tǒng)強大的空間信息管理和分析功能為地質(zhì)災害研究提供了有力的工具。同時，該系統(tǒng)也給地質(zhì)災害部門管理、決策帶來了多方面的便利，將大大提高地質(zhì)災害信息管理和監(jiān)控的工作效率，加強了地質(zhì)災害各相關部門之間的信息共享。

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作者：孫志華1 侯恩兵1,2 陳韜1,2 趙 超1, 2 單位：1. 安徽省基礎測繪信息中心 2. 安徽省智慧城市與地理國情監(jiān)測重點實驗室