GIS地質(zhì)災(zāi)害信息管理監(jiān)控探討
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摘要：討論了將gis技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)建設(shè)中的可行性，給出了建立地質(zhì)災(zāi)害信息數(shù)據(jù)庫的方法；同時研究了地質(zhì)災(zāi)害的實時監(jiān)控預(yù)警技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)了一套基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害信息管理監(jiān)控系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；地質(zhì)災(zāi)害；監(jiān)控預(yù)警
近些年來，崩塌、滑坡、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)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(zāi)害帶來的影響，國家已開展了大量工作來加強對地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警和監(jiān)控[3]；并充分利用現(xiàn)代科技，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警、災(zāi)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(zāi)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(zāi)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(zāi)害的變化趨勢；未能對地質(zhì)災(zāi)害隱患點實施有效監(jiān)控和預(yù)警。
空間位置是地質(zhì)災(zāi)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(shù)手段之一[4-5]。隨著GIS技術(shù)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(zāi)害研究提供有力工具,使對地質(zhì)災(zāi)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(shù)引入到地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)的建設(shè)當中去[8]。
1總體設(shè)計
1.1整體架構(gòu)設(shè)計本文設(shè)計的系統(tǒng)采用B/S分布式架構(gòu)，分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)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(yīng)用，從而實現(xiàn)復(fù)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(zāi)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(wù)的訪問；對如氣象、水文等相關(guān)部門的氣象、水文等影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的專題數(shù)據(jù)的訪問。
2）應(yīng)用層，細分為控制層、業(yè)務(wù)邏輯層和基本服務(wù)層。業(yè)務(wù)邏輯層是承載系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)的層次，采用面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）進行設(shè)計和開發(fā)。在業(yè)務(wù)邏輯層完成對地質(zhì)災(zāi)害點的瀏覽、管理、查詢、統(tǒng)計及預(yù)警的邏輯建模和對象封裝。系統(tǒng)使用SOA技術(shù)進行服務(wù)封裝和，空間數(shù)據(jù)和功能使用ArcGISServer封裝和?？刂茖用嫦蚩蛻舳颂峁└鞣Nhttp接口?；痉?wù)層主要完成系統(tǒng)內(nèi)部的日志記錄、消息傳遞等縱向業(yè)務(wù)邏輯。
3）客戶層。隨著計算機硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，客戶端的硬件性能越來越好，因此在設(shè)計客戶層架構(gòu)時，系統(tǒng)采用JavaScript和Html5表現(xiàn)技術(shù)，實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)的界面設(shè)計和邏輯控制。向下通過調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層提供的各類服務(wù)接口完成各模塊設(shè)計的業(yè)務(wù)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(wù)器的壓力，又可減少客戶端與服務(wù)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(shè)計本文設(shè)計的系統(tǒng)功能如圖2所示。
1）基礎(chǔ)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(zāi)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(zāi)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(zāi)害的分布和屬性信息在地圖上一覽無余。
2）地質(zhì)災(zāi)害信息管理功能。普通用戶可對地質(zhì)災(zāi)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(quán)限。
3）地質(zhì)災(zāi)害信息統(tǒng)計分析功能。為了能客觀反映地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域性分布情況、地質(zhì)災(zāi)害點的核銷治理情況以及各災(zāi)種和災(zāi)情大小的分布情況，系統(tǒng)還需對各類型的地質(zhì)災(zāi)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(zāi)害信息實時監(jiān)控功能。本系統(tǒng)還嘗試在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)搭建實時監(jiān)控設(shè)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(zāi)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(shè)備的接口，方便后期監(jiān)控設(shè)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(guān)鍵技術(shù)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(shè)光纖寬帶的方式，將地質(zhì)災(zāi)害隱患點的實時視頻接入到互聯(lián)網(wǎng)中，使得地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測部門能夠?qū)Ρ浪?、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的宏觀變形跡象和與其有關(guān)的各種異常現(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(yīng)性和實用性的特點。由于地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)域的周邊環(huán)境一般都較為復(fù)雜，系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備由專業(yè)的監(jiān)控公司負責施工。網(wǎng)絡(luò)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(shè)備運行壽命。系統(tǒng)基于3S技術(shù)及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)控設(shè)備，以一定范圍（區(qū)域）的滑坡、泥石流及崩塌等地質(zhì)災(zāi)變體為監(jiān)測對象，對其在時空域的變形破壞信息和災(zāi)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)信息的獲取）?？紤]到監(jiān)控設(shè)備產(chǎn)品的多樣性以及未來接入監(jiān)控設(shè)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(wù)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(wù)的系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯實現(xiàn)由于系統(tǒng)涉及到很多較為復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程，因此在開發(fā)過程中采用基于事務(wù)的開發(fā)方式完成業(yè)務(wù)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(wù)應(yīng)用劃分為表示層（UI）、數(shù)據(jù)訪問層（DAO）和業(yè)務(wù)邏輯層（Service）。把一個應(yīng)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(wù)邏輯層分別定義一簇接口。業(yè)務(wù)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(wù)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(wù)邏輯層，因為業(yè)務(wù)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(yīng)用實例
根據(jù)上述的技術(shù)路線，結(jié)合六安市的地質(zhì)災(zāi)害隱患點專題數(shù)據(jù)，本文設(shè)計并開發(fā)了六安地質(zhì)災(zāi)害隱患點管理與監(jiān)控系統(tǒng)，驗證了本文提出的關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害信息管理和預(yù)警的思想，同時為數(shù)字六安地理空間框架建設(shè)提供了的典型行業(yè)應(yīng)用示范案例。圖3為基礎(chǔ)地質(zhì)災(zāi)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(zāi)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(shù)的應(yīng)用，成功設(shè)計開發(fā)了六安地質(zhì)災(zāi)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(zāi)害研究提供了有力的工具。同時，該系統(tǒng)也給地質(zhì)災(zāi)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(zāi)害信息管理和監(jiān)控的工作效率，加強了地質(zhì)災(zāi)害各相關(guān)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(chǔ)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