GIS在滑坡灾害中的应用

GIS在滑坡灾害中的应用

摘要：地球信息科学是一种基于地图的管理信息系统，是多种学科交叉的产物，是研究地球系统信息的理论、方法、技术及其应用的科学。地球地球信息科学将通过对地球系统内部多源信息的获取、传输、处理、感受、响应与反馈的信息机理与信息交流过程的深入研究，揭秘复杂地球巨系统各圈层相互作用与影响。本文主要分析了GIS在滑坡灾害中的应用，包括滑坡灾害的监测、预警、评估、信息管理

关键词：地理信息科学、滑坡灾害（气象次生灾害）

引言：我国是一个多山区的国家，滑坡灾害分布广泛、发生频繁，且灾情严重，是世界上自然灾害发生十分频繁、灾害种类甚多，造成损失十分严重的少数国家之一。提高滑坡灾害的研究水平，对工程安全、环境保护和减灾防灾具有重要的理论和工程实际意义。新兴的遥感技术（remote sensing）和地理信息科学（geography information science）在时空上为实现中尺度以上范围滑坡研究,提供了全新的技术平台和研究思路。

地球信息科学（Geo-informatics或Geo-information Science)是用于获取、储存、查询、分析和显示地理空间数据的计算机系统（1）。陈述彭院士认为：“地球信息科学以地球为舞台（电离层——莫霍面），以人地关系为主题，以服务全球变化与区域可持续发展为目标，将卫星应用、遥感技术、地理信息系统、电脑辅助设计与制图、多媒体与虚拟技术、互联信息网络为主体的高速全息数字化集成的科学体系，形成对人口流、物质流、能量流进行时空分析与宏观调控的战略技术系统（2）”。一个完整的地理信息系统主要由计算机硬件系统、软件系统、地理数据、系统操作人员四部分组成，具有以下几个基本功能：数据的输入与预处理，数据的管理，空间查询与分析，以及可视化表达输出等。

地理信息科学不仅可以用于气象次生灾害的灾情评估，而且可以辅助减灾救灾决策。由于GIS技术的空间分析与制图功能和可视化的特点，GIS在滑坡灾害预测预报研究方面的应用正得到快速发展。从20世纪80年代至今，GIS的应用已从数据管理、多源数据数字化输入和绘图输出，到数字高程（digital elevation model ,DEM）或数字地形模型（digital terrain model,DTM）的使用、GIS的集成技术的应用，GIS已逐步发展成熟并深入应用。我国GIS 技术开展滑坡灾害预测起步较晚，研究程度偏低。虽然目前尚未见到较成熟应用的滑坡灾害预测预报与评价GIS系统，但在这方面的研究投入和进展确实惊人的快，有大量的科研院校和从事滑坡及其他地质灾害防治部门已加大了GIS技术的应用研究（3）。

滑坡灾害的监测体系：目前，国内外滑坡监测技术方法已发展到了较高水平。由过去的人工用皮尺地表量测等简易监测，发展到仪器仪表监测，现正逐步实现高精度的遥测系统。随着电子技术与计算机的发展，监测方法及所采用的仪器设备也不断得到发展与完善。

按监测对象的不同,滑坡监测可分为四大类,即位移监测、物理场监测、地下水监测和外部诱发因素监测;按监测手段的不同,则可分为人工监测、简易监测、专业监测三大类;目前国内外在滑坡监测技术、方法、手段上并无太大差距,专业仪器已成为常规设备,只是由于价格因素得不到普及;一些新技术如InSAR、三维激光扫描等能很快应用到滑坡监测领域;监测数据的采集和传输也都实现了自动化和远程化;监测和预警系统有向Web—GIS发展的趋势(4)。

滑坡灾害的预警体系：目前，国内外崩塌利用一个地区的滑坡易发区划或危险区划,结合降雨临界值,可以设定不同的预警级别,在区内布设一定数量的雨量站,监测雨量加上预报雨量,就可进行滑坡预警预报,国内外的区域性降雨型滑坡监测预警大体都是这个思路和做法,该方法在对公众进行警示方面起到了良好效果,但由于预警的范围太大,在具体的单点防治上,难以做到有效。我国在近10年开展了大量的监测预警工作,并取得了丰硕的成果,但根据统计数据,其成功预警率却并不理想,这一方面表现在成功预警实例中专业预警所占比例过低,另

一方面同时表现在发生的大量的地质灾害在已有的预警点之外。制约目前工作有效性的主要问题是滑坡隐患点的排查和识别问题,因为只有识别出了隐患点才能进行下一步的监测和预警,它是一切工作的基础。而解决这一问题的重要途径是分析区域上的滑坡发育规律,找到有效的隐患点识别技术方法,以及引进风险管理的概念,进行监测资源的合理分配和有效预警（5）。

GIS的引入对滑坡研究方法已经产生了一定影响，这种影响往往是潜移默化的。GIS在滑坡研究中的应用，特别是三维技术、虚拟现实技术和时空动态分析技术在GIS领域中的应用，使滑坡研究者可以在一种接近现实的虚拟滑坡环境中分析滑坡形态、变化、稳定性等。通过这种数字滑坡技术，可以把客观世界中的滑坡在计算机中重现，利用三维技术，研究者可以从不同的时空方位分析滑坡过程。

滑坡灾害的评估：近20余年来，对滑坡研究已由过去的单一滑坡的现象描述、分类治理发展到现在的已定性、定量描述为基础的预测预报，由于目前预报技术和水平有限，准确预测滑坡灾害可能发生的地点和时间是很困难的，因而从滑坡灾害分布规律入手，从宏观上研究易滑地质环境，进行滑坡灾害风险评估是滑坡灾害研究的主要内容。从技术方法上，GIS在滑坡灾害风险评估中的操作过程可以分为以下几个阶段。

（1）获取数据。获取风险评估中各因子的基础图件、文字资料、以及已有数据获取各影响因子的算法、方案、模型等。

（2）属性数据空间表达。将所有影响因子空间展布以数字图形数据表达，以便参与空间运算及分析。

（3）空间数据的归一化处理，将所有数据转化到可比的坐标与数值空间，内容包括：所有空间数据换算到相同的坐标空间中，对各因子值重新分类，统一转化为无量纲的可比数值。（4）灾害危险性评判。对每一个对滑坡灾害发生的贡献率进行评定，多采用经验参

（5）危险区划分。用滑坡灾害分析专业模型对各种数据进行分析处理，圈定出不同等级的灾害危险区。

（6）制图表达。以图形形式表达分析结果，并用统计分析图表及适当的描述对结果进行分析（6）。

GIS支持下的区域滑坡风险评价的目的是圈化不同危险等级区域，并通过危险性制图来反映。其预测的理论依据是工程地质类比法，即未来滑坡的地质环境应类似于已有滑坡所具备的地质环境，因而现有滑坡的条件有可能外推到前者以预测未来滑坡的空间位置。也就是两类斜坡仅当其具有相同或相似的地质环境因素组合和动态作用因素时，才可以认为两类斜坡的不稳定性或危险性是可以类比的。其评价模型一般采用统计模型，主要是对现有滑坡的地质环境条件和作用因素之间的统计规律进行研究，在此基础上采用各种数学方法将各影响因素叠加来区划危险区。

虽然GIS技术已发展了近30年，但在滑坡的评价研究中的应用明显落后于GIS技术的发展。GIS应用于气象次生灾害研究（滑坡、泥石流等）经历了一个较长的发展过程。从GIS产生的60年代中期到80年代晚期，GIS应用于滑坡的稳定性的研究尚处于文献讨论阶段，其中主要的原因是资金及基础数据的缺乏。然而，自90年代以来，GIS广泛应用于自然灾害的研究，其中人们较为关注的一个研究热点是GIS在滑坡灾害及一般斜坡稳定性中的研究。其中一个主要的趋势时充分利用GIS在数据组织和管理的优势，采用合适的数据格式，开发各种分析模型来研究滑坡灾害，如：确定性模型、神经网络模型等。（7）。

滑坡灾害的信息管理：GIS在滑坡信息表达中的应用主要利用GIS空间数据与属性综合管理能力、数据处理能力，来抽象表达滑坡或滑坡群体的状态。随着GIS技术的发展，其在滑坡信息表达中的应用也在逐渐拓宽。

GIS的最大优势是以图形方式表达滑坡的位置和属性，即滑坡的可视化，在滑坡信息表