文摘

地质灾害监测和预警的准确、及时将极大地减轻人员伤亡和经济损失。本文以兰州市为例,设计一个基于web的系统,即地质灾害监测和预警信息系统(ISGDMW)。是它的框架,关键开发技术,数据库,和工作流程。信息系统采用浏览器/服务器(B / S)结构和三层体系结构,结合现场监测仪器、无线传感器网络、WebGIS技术和灰色系统理论。ISGDMW的框架可以分为三类:(1)原位监测系统,它旨在监测地质灾害网站和地质灾害网站的状态信息;(2)数据库,管理现场监测数据,前期现场调查数据和基本数据;(3)分析和预警系统,分析现场监测数据,了解潜在的地质灾害的变形趋势,并向公众发布灾害预警信息。ISGDMW允许地质灾害监测的过程,现场监测数据分析、地质灾害预警实现高效、快速的方法,并且可以提供科学建议指挥官快速应对地质灾害的可能性。

1。介绍

减轻地质灾害,我们应该依靠实时原位数据和快速反应地质灾害的可能性。WebGIS是地理信息系统(GIS)的集成产品和互联网技术;在WebGIS,互联网技术与GIS为了利用他们的特点,如简单的可用性,使用GIS数据输入等调整,操作、分析和输出相关的地理信息和服务在互联网上。而之前的独立GIS限制网络上的应用程序功能,WebGIS可以检索和分析空间数据通过网络。互联网也提供了一个媒介处理georelated信息没有位置限制(1]。此外,WebGIS促进多源数据的共享和综合,使广泛的共享空间数据和地质模型(2]。因此,WebGIS提供了一个强大的和先进的方法预防和减轻地质灾害,它扮演了一个重要的角色在传输数据灾难,灾难条件分析,并释放灾难信息(3- - - - - -7]。原位监测数据可以用来掌握地质灾害的变形趋势;因此,原位监测仪器(如倾斜计,雨量数据,压强计,和伸长计)必须扮演一个重要的角色在地质减灾的过程(7- - - - - -10]。

在本文中,我们综合利用原位监测仪器的优点,无线传感器网络,和WebGIS技术的原位监测、传输数据,灾难分析,设计一个基于web的系统和数据管理,即地质灾害监测和预警信息系统(ISGDMW)。滑坡和泥石流的变形趋势进行了分析与灰色系统方法和自动阈值降雨,分别基于ISGDMW。ISGDMW是一种新型平台,旨在改善在兰州城市地质减灾的实际效率。

2。研究区域

兰州城市之间的过渡区位于青藏高原和黄土高原(图1)。在这个地区,地质条件非常复杂,一些深大的沟壑中存在的大部分领土。这些地质和地理背景导致兰州被容易发生山体滑坡和泥石流灾害。最新的统计数据(11)表明,现有滑坡网站(包括不稳定斜坡上)417号兰州。此外,在兰州,从4月到9月降雨量约占年降水量的86.8% (11),总是发生在大雨和暴雨的形式。这种模式的降雨与滑坡灾害的事实是一致的和泥石流总是发生在几个月的4月至9月在兰州。在过去的5年(从2008年到2012年),16个严重滑坡灾害爆发在这个城市;每个滑坡灾害造成的经济损失超过010万元;14在16强降雨引发的严重的滑坡灾害,另2滑坡灾害是由冰雪融化;详细介绍如表所示1。在18:00北京标准时间2009年5月16日,最严重的滑坡灾害发生在兰州九州地区。滑坡灾害造成7人死亡,1人受伤,直接经济损失2060万元被记录。九洲滑坡属于黄土滑坡的范畴。九洲滑坡的长度和宽度是160和40米,分别,占地大约7500米²平均约4.0米的深度。总体积约为6.2×10⁴米³。图2演示了九洲滑坡的前视图。

3所示。滑坡和泥石流预报的方法

3.1。灰色系统预测滑坡的变形

灰色系统理论是由邓(12]。灰色系统的概念,在其理论和成功应用,在中国是众所周知的。它能够的不确定和不完整的数据分析建立系统的关系13),准确预测时间序列,这已经相当受欢迎的主题研究人员在过去和现在14]。它假设内部结构、参数和观测系统的特点是未知的。微分方程预测的系统状态可以从最近的历史测量数据(13]。虽然历史测量数据过于复杂或混乱,他们总是包含一些管理法律[14]。灰色预测已广泛应用于地理学的应用(15),农业(16],径流预测[17),滑坡位移预测[18),预测边坡稳定的19),电力需求(20.),股票市场(21),等等。这个理论也加上了WebGIS及时预测变形工程地质领域的,如山体滑坡的变形和主岩腔(7]。

模型GM(1,1)灰色模型之一,是应用最广泛的文献中,发音为“灰色模型一阶单变量”。这个模型是一个时间序列预测模型。微分方程的GM(1, 1)模型时变系数。换句话说,模型更新为新数据可用来预测模型。GM(1,1)模型只能用于积极数据序列(22]。在这篇文章中,因为所有的原始数据点是积极的,灰色模型可以用来预测滑坡的变形趋势。

灰色预测的基本步骤列出如下(23]。

步骤1。构造一个数据系列包含最近滑坡的位移测量: 在哪里是测量从感官信息的时间吗和数据系列的长度。

步骤2。形成一个新数据系列通过累积生成操作(前): 在哪里

步骤3。灰色微分方程形式 与初始条件。的系数,和,可以通过使用最小二乘法,见 在哪里 ,,权重因子,根据相关文献[13];在本文中,我们指定是一个常数为0.5。

步骤4(获得预测的值)。一次和在(4),灰色微分方程可以用来预测状态的价值在时间即时。
前的灰色预测模型可以得到:
然后可以计算的预测价值状态由一个逆累积生成操作(伊阿古):
例如,下面的图(图3),其中包括13个乐团,前11集合体,它代表的滑坡的位移测量,后者2集合体,代表滑坡的位移预测基于灰色预测理论的基本过程和滑坡的位移测量。

3.2。泥石流临界雨量预测

实时评估泥石流灾害是基本构建预警系统,可以减少其风险。一个方便的方法来评估可能发生的泥石流的比较测量和预测降雨雨量阈值曲线(RTC) [24]。因此,如何定义RTC是为了准备高效的一个关键问题预测在一个山区(例如,兰州)容易大雨引发的泥石流。

降雨,特别是强降雨,自然兰州的触发因素是最关键的。降雨强度和持续时间的风暴已经被证明影响引发的泥石流。强烈的降雨和泥石流启动之间的关系已被广泛的分析和记录在文献中在许多世界各地不同的设置和环境(25]。

定义触发阈值,Bacchini和Zannoni25]相比,降雨数据的发生泥石流研究泥石流启动与降雨的关系领域的Cancia(意大利东北部白云石山脉)。棕褐色,段(26]研究了泥石流启动和最低降雨量的关系在中国,初步定义了RTC,但结果并不是尽可能准确的因为它是一个大规模的结果。吴et al。27)认为当地条件,特别是自然条件(如降水、地形、地质),评估这个问题是一个关键因素;同时,其他相关研究(26)不应被忽视的研究。在这种方法下,吴et al。27)已确定的临界降雨泥石流启动在兰州。吴等人发布的新进展。27)是一个局部范围的结果尽可能准确;因此,它适用于预测泥石流在兰州和加上ISGDMW;详细信息表中给出的新进展2和图4。

根据表2临界雨量,在兰州,在10分钟,30分钟,1小时、3小时、6小时、24小时是5毫米,7毫米,8毫米,18毫米,24毫米和25毫米。RTC代表了降雨持续时间和临界降雨量之间的关系。从表2,我们策划特别适合兰州的RTC(图4)。下雨的时候,最新的算法比较累积雨量值测量雨量计、雨量阈值曲线自动ISGDMW分析模块的实现。如果最近的累积雨量值是上方的曲线,这泥石流的网站被认为是危险的。重要的是要强调,吴et al。27)只研究了降雨持续时间和临界降雨量之间的关系在24小时内由于数据的缺乏。所以,以防降雨持续时间超过24小时,只要累积降雨量大于25毫米,相应的泥石流网站仍然被认为是危险的;同样的结论也适用于情况的降雨持续时间不到10分钟,但累计降雨量超过5毫米。

4所示。系统设计

4.1。ISGDMW框架

ISGDMW如图的框架5,可分为三个部分。(1)第1部分。原位监测系统:主要包括滑坡监测仪器,泥石流监测仪器,和无线传感器网络。这些监测仪器安装到地质灾害地质灾害网站的网站,获取最新的信息。原位监测数据应该传输到数据中心,上传到系统通过无线传感器网络数据库。(2)第2部分。数据库:它是用于管理和集成的空间和非空间数据相关的地质灾害。这些数据包括原位监测信息,前期现场调查数据,基本数据。在数据库中,SQL Server2008数据库软件通常是采用数据库平台,ArcSDE中间件,由ESRI公司开发,选择的空间数据库引擎。(3)第3部分。分析和预警系统:它由4个模块组成:基本模块、分析模块、发布模块和监控模块;每个模块有不同的功能(请参见图的详细信息5)。分析和预警系统的核心是分析模块,基于灰色系统理论;和雨量阈值被耦合到分析模块,这是理论基础和ISGDMW之间的联系。分析和预警系统的主要目的在于分析原位监测数据和潜在地质灾害的变形。基于灰色系统理论和测量位移的滑坡,滑坡的变形趋势是由ISGDMW自动分析,同时分析了泥石流的当前状态通过比较累积降雨量与降雨阈值。最后,分析的结果(即输出数据从ISGDMW)和警告信息将通过互联网向公众公布,电子邮件和消息发布模块的基础上ISGDMW。

4.2。ISGDMW数据库

数据库ISGDMW的基本组件。一方面,它有助于管理相关数据的有效的地质灾害,另一方面它为分析地质灾害提供了数据支持条件。系统数据库分为两类,即空间数据和非空间数据,可以显示在图6尤其是。(我)空间数据(1)矢量层主要包括行政地图,土地利用/覆盖变化(LUCC),地图道路地图,土壤地图,植被类型地图,地质地图、断层和地震带的地图,地图。(2)光栅层主要包括数字高程模型(DEM),坡梯度地图,和植被的地图。(3)主题层主要包括潜在地质灾害的实地测绘地图网站生成的前期实地测量任务由兰州实现土地和资源。在一些潜在的地质灾害网站监测仪器将被安装在原地。(2)非空间数据(1)监控数据:它主要包括降雨数据收集雨量计和滑坡的位移数据由特别instrument-displacement计测量监测滑坡表面。这些数据被导入到数据库通过无线传感器网络。(2)辅助数据:它涉及到国内生产总值(GDP)和每一个村或社区的人口。这个数据是官方参考地质灾害预防和控制。

4.3。工作流程的ISGDMW

根据序列的数据获取、数据分析、预警信息的发布,缓解和预防地质灾害的过程基于平台ISGDMW可以设计三个阶段,如下(如图解释道7)。

(我)一个阶段:原位监测和上传数据。滑坡监测仪器自动测量滑坡的位移和位移值发送到无线非空间数据库每10天;泥石流监测仪器自动收集累积降雨量下雨时然后无线发送累积雨量值的非空间数据库每5分钟。

(2)第二阶段:分析现场数据。SGDMW职业经理人立即开始分析模块的最新数据原位监测仪器时的帐号到非空间数据库中。计算了滑坡的变形趋势的灰色系统方法加上SGDMW,和计算结果是滑坡的位移在接下来的10天。泥石流的当前状态进行了分析通过比较阈值的累积雨量降雨泥石流发生在兰州;如果累计降雨量超过阈值的降雨泥石流发生,那么这个泥石流网站被认为是危险的。也就是说,在这个阶段,滑坡的原位监测仪器输入测量位移到数据库中,然后SGDMW自动读取测量位移的分析模块和预测滑坡的位移在接下来的10天。同样的过程也发生在分析泥石流的当前状态。这一阶段的数据流图所示8。

(3)第三阶段:发布预警信息。山体滑坡和泥石流的急剧变形或危险状态,职业经理人必须向州长发送警告信息管理受地质灾害影响的地区网站(s)和发布警告信息在互联网上通过SGDMW的分析模块。

当州长收到一条警告消息时,他或她必须立即报警公众对灾害预警消息通过口头声明,广播,手机,扬声器,声音鼓(或贝尔),派出使者,等等。与此同时,州长必须开始为地质灾害的预防计划和撤离危险场所的人安全避难所。

4.4。发达的技术

ISGDMW采用浏览器/服务器结构基于web服务,可以分为三个层次,即数据层、服务层和应用程序层。用户在应用程序层作为通过互联网终端。普通用户,如公众可以简单地使用互联网浏览器(IE和Firefox)来访问服务器提供的信息发布。职业经理人等专业用户可以使用更强大的桌面工具来访问服务器和执行复杂的任务10]。在服务层,ArcGIS Server9.3 GIS软件的服务器产品ESRI(环境系统研究所,Inc .)被选为基本平台服务器应用程序,可以用来引进先进的GIS功能对网络环境和基于GIS的发布信息。在数据层、SQL Server2008软件和ArcSDE9.3软件用于管理和集成的空间和非空间数据。戴尔服务器和Windows Server2008操作系统作为系统的应用程序环境,和ASP.net技术,MicrosoftVS2008.net开发环境,c#编程语言,和Dreamweaver软件被选为ISGDMW的实现手段。

5。结论

一般来说,在山区地质灾害频繁和复杂在中国和原位监测和快速响应的关键方法减轻地质灾害的地区。摘要WebGIS-based平台,也就是说,ISGDMW,设计使有效的原位监测数据的集成管理、地质灾害分析、发送警告信息,并使一个提示的回应。ISGDMW已经实现和初步运行在过去的几个月里,但它仍然有一个小错误的代码和保存在检查。我们需要强调的是,我们的系统的设计方案是有价值的因为系统有三个重要的特性,包括简单、自动化、和用户友好。然而,由于地质灾害是阵发性和复杂,ISGDMW必须进一步增强两个方面,即原位监测仪器和精确的分析方法,以便更及时、准确地掌握每一个潜在的内心活动和国家地质灾害。此外,这个高度发达,操作系统可以被视为一个原型开发地质监测和预警系统在其他地区容易发生地质灾害。

确认

作者感谢所有编辑器提供这个机会,感谢所有观众为他们的宝贵的建议和意见。这项研究受到了“西方光”人才项目的中国科学院(没有。Y028A11001)。