地理信息系統在地質災害評估中的應用分析

摘 要：本文在對地理信息系統（GIS）和地質災害評估簡要說明的基礎上，歸納總結了GIS應用于地質災害評估的研究方法，最后結合具體案例對GIS在地質災害評估過程中的應用進行分析。結果表明基于GIS的地理模型分析方法，實現了地形起伏度、坡度、坡向等地理因素對評估地理區域地形地貌特征的定量描述，可以為地質災害的評估提供所需的動態地理空間信息和地形分析數據，從而為地質災害的評估和決策部門提供科學依據。

關鍵詞：地理信息系統 GIS 地質災害 評估 應用

中圖分類號：P208；P694 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0009-02

當前我國對地質災害的研究越來越重視，與此同時，對地質災害評估的研究也越來越向高準備、高要求、高預測以及高防治的方向發展。其中，新興的GIS作為當前在地質災害評估研究中應用最廣泛的信息系統。做好地理信息系統在地質災害評估中的應用研究就顯得尤為迫切和重要。

1 GIS及地質災害評估概述

1.1 認識GIS及地質災害評估

GIS即地理信息系統，它是一門集信息科學、空間科學和地球科學為一體的綜合技術學科，它實現了遙感技術、計算機信息工程以及現代地學理論和方法的有機結合。作為一種基于數據庫系統、地理信息的空間分析以及地圖可視化的計算機系統。它是有效表達、處理以及分析與地理分布有關的專業數據，并為人們提供了一種快速展示有關地理信息和分析信息的新的手段和平臺。GIS的主要功能有：數據采集和提取、轉換與編輯、數據集成、數據的重構與轉換、查詢與檢索、空間操作與分析、空間顯示和成果輸出及數據更新等。

地質災害災情評估是指對地質災害活動程度及破壞損失情況進行評定估算的工作，對于有發生可能但尚未發生的地質災害，地質災害評估是預測評價地質災害的可能程度。地質災害的評估內容包括如下兩點：一是分析評價地質災害活動的危險程度和地質災害危險區受災體的可能破壞程度，即地質災害的危險性評價和災害區的易損性評價。二是在做出地質災害的危險性評價和災害區的易損性評價基礎上進一步分析預測地質災害的預期損失，即進行地質災害的破壞損失評價。其中，地質災害評估的基本目的是通過綜合指標或單項指標定量化反映地質災害的破壞損失程度和主要特點，從而為相關部門規劃、部署和實施地質災害防治工作提供科學依據。

1.2 GIS在地質災害研究中的應用現狀分析

當前GIS在地質災害研究中的應用主要有以下三個方面：一是利用GIS開展的地質災害的評價和管理。通過建立基于GIS的地質災害空間信息管理系統可以對某一特定空間分布的地質災害調查資料以及空間分布特征信息等進行評價和管理。二是利用地GIS可以實現地質災害的危險性分區，通過評價地質因素之間相互作用的復雜性，以及由于各種地質因素本身的不確定性，對研究區運用恰當的數學分析模型進行地質災害危險性等級的劃分，從而為地質災害的管理和防治提供科學依據。三是GIS在與地質災害相關的專家系統中的集成應用。其中，在集成的專家系統中，GIS主要負責時空數據的管理，利用專家知識和空間目標的事實推理，在進行空間分析的基礎上實習災害危險程度的自動判定，從而可以實現區域地質災害的動態管理。

2 GIS應用于地質災害評估的研究方法

應用GIS技術的基于多源數據和面向突發性自然災害應急響應的地質災害風險快速評估研究方法是當前我國政府部門在地質災害風險管理中應用的最為廣泛的地址災害評估研究方法，該方法的應用為政府及地方社會應對各類突發性自然災害的救災、減災等提供了有效的信息保障和科學的決策支持。該研究方法主要包括GIS數據準備、格網數字高程模型的構建以及地形因子的提取三個方面的內容。

2.1 GIS數據準備

在進行災害研究及評估前需要準備多項數據，主要是野外實測CAD數據的整理，然后提取CAD數據中的高程點數據為.dat文件。將該.dat文件作為研究的基礎數據，后面所有的應用分析都是基于野外實測CAD數據進行。CAD數據的處理軟件有多種，其中GIS數據準備常用的軟件主要有ArcGIS、MapInfo、MapGIS、TopMap、GeoBean等。

2.2 格網數字高程模型的構建

數字高程模型（DEM）區域地形的基礎信息之一，是賴以構建區域地形型和進行各種地形研究的基礎信息。數字高程模型是描述包括高程在內的各種地貌因子，如坡度、坡向、坡度變化率等因子在內的線性和非線性組合的空間分布。它是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。而格網數字高程模型是把DEM覆蓋區劃分成規則格網，每個網格大小和形狀都相同，用相應矩陣元素的行列號來實現網格點的二維地理空間定位，第三維為特性值，可以是高程和屬性。以MapGIS軟件生成的格網DEM為例。在MapGIS工作平臺下，利用該軟件的強大地形分析功能模塊DTM分析模塊，采用基于距離冪函數反比加權網格的離散數據網格化方法，生成GRD地形數據。

2.3 地形因子的提取

地形因子的提取是指研究區坡度與坡向的提取。而坡度就是指GRID中像素高程值的變化率，分別用0～90度來表示，每一定的度數間隔采用不同的顏色表示。坡向是指GRID中每個像素面的朝向，范圍為0～360度，其中0度代表北，90度代表東等。

3 GIS在地質災害評估過程中的實際應用案例分析

3.1 研究區域概況

陜西省府谷縣新區地處陜、晉、蒙三省（區）交界處，渭北黃土高原溝壑區，以丘陵、山地地貌為主，總的地勢是西北高、東南低，海拔高度在780～1426.5 m之間。區內屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候，溫差大、降水變化明顯。旱、澇、霜、雹自然災害加之溝壑地形結構，為地質災害創造了有利條件。而不合理的人為開挖和填埋等活動更加重了該區地質災害惡化的程度，境內地質災害頻發。因此該區迫切需要進行地質災害預報防患于未然。根據府谷縣新區地質災害評估的需要，通過建立以GIS技術為基礎的、用于地質災害評價的空間分析模型，調查、分析評估區內潛在的地質災害、工程建設可能引發或加劇地質災害及其危險性，以及工程建設和建成后可能遭受的地質災害及其危險性，進行地質災害危險性預測評估，對地質災害的風險評估意義重大。

3.2 基于GIS的三維地形圖的描述

三維地形圖是遙感、地理信息系統、三維仿真等高新技術的結合。它主要以一種三維電子沙盤的形式反映研究區的地形起伏情況，根據高程的不同賦予不同顏色值，制作出三維地形圖，用以表達不同的地形起伏情況。其中，研究區的三維地形圖如圖1所示。

3.3 標高分析圖的生成

標高分析圖是由若干離散高程數據通過空間數據差值生成的地理曲面數據（.GRD格式數據），然后進行等值線分析產生的。經過分層設色后，不同高程的范圍值被賦予一定的高程數據，顯示不同的顏色值，來反映不同的地形起伏情況。其中，研究區的標高分析圖如圖2所示。

3.4 基于數字高程模型的坡度分析和坡向分析

坡度是描述地形特征信息的重要指標，它能夠間接表示地形的形態起伏和結構特征，并且反映地貌坡面的傾斜程度。坡向作為描述地貌特征的重要參數，它反映坡面所面對的方向，也是通過數字高程模型（DEM）計算得到的。其中，研究區的坡度分析和坡向分析分別如圖3和圖4所示。

3.5 地質災害的危險性評價

經過上述的地質災害評估，可以發現陜西省府谷縣新區地形復雜，以及存在滑坡、泥石流等地質災害的潛在危害性較大，對于該地區農業、交通、經濟等埋下隱患；在新區存在潛在的地質災害、相關工程建設和建成后可能引發或加劇地質災害及其危險性，地質災害及其危險性，當地的相關部門需要結合評估結果提供科學有效的防治措施。

4 前景與討論

當前GIS在地質災害研究中應用的非常廣泛，將GIS技術應用于地質災害評估的中，可以成功進行地形分析，通過制作各種地形分析圖，給地質工作者提供了地形分析的數據，從而能夠使地質決策部門更好的掌握研究區可能出現的地質災害狀況。

由于預測地質災害系統是一個復雜的過程，基于GIS的計算機技術也在不斷革新。本文的思想技術方法可以為相關課題提供框架路線，相應的評估方法和應用手段還需進一步探討和研究。

參考文獻

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