基于ＧＩＳ的山區(qū)高速公路搶險(xiǎn)救援管理系統(tǒng)

彭仁濤　申鎮(zhèn)豪

摘要：泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害是影響山區(qū)高速公路運(yùn)營(yíng)安全的主要因素之一。本文利用GIS技術(shù)建立了山區(qū)高速公路搶險(xiǎn)救援管理系統(tǒng)的技術(shù)框架，以便在災(zāi)害發(fā)生后進(jìn)行及時(shí)、有效的搶險(xiǎn)救援。并將其應(yīng)用到對(duì)西昌-田房高速公路的管理上，為該高速公路的安全運(yùn)營(yíng)提供決策支持。

關(guān)鍵詞：高速公路；地理信息系統(tǒng)；搶險(xiǎn)救援

我國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害頻繁的國(guó)家，廣袤的國(guó)土、復(fù)雜的自然條件孕育了類型眾多的自然災(zāi)害。尤其是線路交通，其分布點(diǎn)多面廣，縱橫交織，且山區(qū)線路較多，因而難以避免各種災(zāi)害的侵襲，受自然災(zāi)害的威脅尤其嚴(yán)重[1]。頻繁發(fā)生的滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害是我國(guó)西部地區(qū)道路安全運(yùn)行的重大安全隱患。對(duì)作為串聯(lián)系統(tǒng)的交通干線而言，危害極大，一處斷道，全線癱瘓。如何在災(zāi)害發(fā)生后，進(jìn)行及時(shí)有效的搶險(xiǎn)救援是我國(guó)西部山區(qū)高等級(jí)公路運(yùn)營(yíng)面臨的重大課題之一。

目前GIS技術(shù)在道路安全[2]、地質(zhì)災(zāi)害管理[3]、滑坡泥石流防災(zāi)減災(zāi)[4]的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合 GIS平臺(tái)強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、分析等功能，建立了山區(qū)高速公路搶險(xiǎn)救援管理系統(tǒng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)框架，并將其應(yīng)用到對(duì)西昌-田房高速公路的管理上。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，如何將人員機(jī)具和物資迅速調(diào)集到現(xiàn)場(chǎng)，用最短時(shí)間恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)，以減少斷道造成的運(yùn)營(yíng)損失，這是應(yīng)急指揮部門所面臨的一個(gè)問題，也是本系統(tǒng)所研究的內(nèi)容。但高速公路的搶險(xiǎn)救援不同于低等級(jí)公路、管線以及其他系統(tǒng)的搶險(xiǎn)救援。比如，當(dāng)城市或某個(gè)區(qū)域發(fā)生災(zāi)害時(shí)，人員機(jī)具和物資可以直接到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。而當(dāng)高速公路發(fā)生災(zāi)害時(shí)，人員機(jī)具和物資只能通過高速公路的出入口到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。這與低等級(jí)公路又大不一樣，當(dāng)?shù)偷燃?jí)公路相交時(shí)，一般是以交叉路口的形式通過；而當(dāng)高速公路與其他公路相交時(shí)，一般是以立交橋的形式通過。所以在災(zāi)害發(fā)生后，低等級(jí)公路可以直接利用其他低等級(jí)的公路進(jìn)行救援物資的運(yùn)輸，而高速公路只能通過高速公路的出入口進(jìn)行救援物資的調(diào)度。因而，當(dāng)高速公路某處發(fā)生災(zāi)害斷道時(shí)，首先要查明斷道處前后的高速公路出入口，搶險(xiǎn)預(yù)案和所需要的搶險(xiǎn)救援物資備料點(diǎn)，再找出最短路徑，將物資、人員即時(shí)的調(diào)往斷道地點(diǎn)。而此時(shí)的最短路徑并非一定是路程最短，而是到達(dá)目的地的時(shí)間最短。因此作為山區(qū)高速公路搶險(xiǎn)救援管理地理信息管理系統(tǒng)，涉及到對(duì)高速公路的搶險(xiǎn)物資儲(chǔ)備管理，搶險(xiǎn)預(yù)案的查找，和災(zāi)害發(fā)生后的搶險(xiǎn)救援決策。系統(tǒng)構(gòu)架及功能設(shè)計(jì)如下（圖1）。

2系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)資料

在進(jìn)行搶險(xiǎn)救援的管理中，需要大量的信息數(shù)據(jù)作決策支持，下面將信息源共分為8大類：

2.1高速公路線路資料包括線路位置、出入口設(shè)置、工程形式等；

2.2行政區(qū)劃資料包括高速公路所經(jīng)過省市資料；

2.3地質(zhì)背景資料包括災(zāi)害體的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、地層等方面的基礎(chǔ)地質(zhì)資料；

2.4水文地質(zhì)資料包括河流的水文觀測(cè)資料、地下水類型及水位隨季節(jié)的變化特征，為災(zāi)害防治研究過程中水的優(yōu)化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

2.5與道路相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害安全信息指發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的位置、該位置的災(zāi)害形式和原因、發(fā)生災(zāi)害較多的位置、不同的災(zāi)害類型在空間上分布、災(zāi)害發(fā)生量在空間上隨時(shí)間的分布、交通量在道路上的分布等；

2.6其他公路線路資料包括線路位置、線路等級(jí)等；

2.7搶險(xiǎn)救援物資資料包括物資的儲(chǔ)備點(diǎn)位置、物資種類和數(shù)量等；

2.8搶險(xiǎn)救援預(yù)案包括具體工點(diǎn)的搶險(xiǎn)預(yù)案等。

3 實(shí)例簡(jiǎn)介

西昌(黃聯(lián)關(guān))—田房高速公路起于已建成的西昌瀘沽—黃聯(lián)關(guān)高速公路止點(diǎn)，基本與成都至昆明鐵路并行，經(jīng)德昌、甸沙關(guān)、米易、鹽邊、攀枝花金江鎮(zhèn)、仁和、止于田房，全長(zhǎng)221.9km。線路在安寧河河谷和金沙江兩岸布線，沿線山高坡陡，溝谷迂回，為典型山區(qū)地形。安寧河谷為南北向深大斷裂形成的地塹河谷、活動(dòng)斷裂，地震活動(dòng)頻繁，容易誘發(fā)泥石流和滑坡。

該高速公路的主要地質(zhì)病害就是泥石流和滑坡，全線共分布72條泥石流溝，平均每3.1公里一條。按照泥石流流體性質(zhì)來分，稀性泥石流35處，占全部泥石流溝的48%；過渡性泥石流17處，占全部泥石流溝的24%；粘性泥石流20處，占全部泥石流溝的28%。此外，全線共分布典型滑坡23處。再者該高速公路位于涼山彝族自治州和攀枝花市境內(nèi)，沿線降水充沛且集中，汛期降水量在800~1200mm之間，極易發(fā)生泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

根據(jù)高速公路雨量信息管理系統(tǒng)的需要，在搶險(xiǎn)救援?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)主要包括以下功能：

（1）查詢斷道位置根據(jù)高速公路發(fā)生斷道的里程，查詢其具體所處的位置，以及所對(duì)應(yīng)的高速公路出入口；

（2）查詢搶險(xiǎn)預(yù)案根據(jù)發(fā)生災(zāi)害的地點(diǎn)，查詢搶險(xiǎn)預(yù)案；

（3）查詢搶險(xiǎn)救援物資根據(jù)所需要的物資進(jìn)行查詢物資儲(chǔ)備點(diǎn)；

（4）最短路徑分析在搶險(xiǎn)救援物資備料點(diǎn)和高速公路斷道處找出一條最短路線，以進(jìn)行物資和人員的調(diào)度。

根據(jù)上述功能，假設(shè)在米易滑坡處(K108+400)發(fā)生災(zāi)害，造成高速公路斷道，要進(jìn)行搶險(xiǎn)救援。

首先，查明斷道點(diǎn)的位置，使用根據(jù)里程查詢線路位置工具（見圖2左），查出該段前后的高速公路有兩個(gè)出入口：米易互通式立交和埡口互通式立交。再查找該段高速公路附近的搶險(xiǎn)物資儲(chǔ)備點(diǎn)（見圖2右）。

最后查找最小路徑（見圖3左），如果在最小路徑的線路上也出現(xiàn)了斷道情況，則需要在斷道處設(shè)置障礙物，再進(jìn)行分析（見圖3右）。

4結(jié)束語

應(yīng)用GIS技術(shù)建立山區(qū)高速公路搶險(xiǎn)救援管理系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價(jià)值，為災(zāi)害發(fā)生后的搶險(xiǎn)救援決策的優(yōu)化提供了決策支持，并可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更深入的分析應(yīng)用，為山區(qū)高速公路的運(yùn)營(yíng)救災(zāi)提供科學(xué)的手段。

參考文獻(xiàn)：

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