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三维GIS 让地质灾害不再可怕

发布日期:2017-02-22 发表者:gly 浏览次数:327次

在滇中地区有这样一处彝族和傣族的聚集区域,红河上游元江自西北向东南斜贯全境100多公里,西有巍峨的哀牢山屹立,东有磨盘山、迤岨山雄踞,“两山对峙,一水中分”形成了其壮美景致。这处区域正是云南新平彝族傣族自治县,这里山美、水美,具有悠久的历史文化,但是,由于当地处于稳定性差的哀牢山变质岩带和大红山群区域,哀牢山—红河断裂带发育,98%的土地面积是山地,山高坡陡,地表稳定性差,地质环境条件脆弱,同时降水充沛、局部地区降雨特征明显,加之修路、采矿、建房等人为因素,山体崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害易发、频发。

典型的区域地质特征,使得新平成为国土资源大调查——全国地质灾害详细调查三个试点区之一,随后中国地质环境监测院也在这里建成国家级地质灾害监测预警示范基地、国土资源部科普教育基地,旨在通过新技术、新方法、新理念的试点应用与示范,促进和提高基层科技减灾能力。从2005年到2008年,陈红旗主任一直没有离开这里。汶川地震后地质环境监测院成立了地质灾害应急室,他开始从事地质灾害应急技术研究与支撑。无论是之前的地质灾害调查监测,还是后来的应急防治,陈红旗与地质灾害研究结下了不解之缘。我们的对话也是从中国地质灾害的研究发展历程开始的。

 

不在一个滑坡钻牛角尖

“我对新平的情况是较熟悉的,但不建议从一个地方聊地质灾害。从专业的角度来说,地质灾害不像物理、化学这些学科,有明确的客观定律,它还有很多社会因素在里面。我认为,地质灾害研究一定不能钻一个滑坡的牛角尖,因为这样容易脱离实际。建议多钻多些牛角尖。因为土质滑坡和岩质滑坡机理不同、房前的滑坡危害与屋后的滑坡危害机制不同、四川滑坡防治和福建滑坡防治的办法也有不同。只有横向比纵向看,才能找到投入产出比的工程方案。换句话说,就是注重多元化,既要研究滑坡、也要研究承灾体。搞地质灾害,一定要在山里钻、泥里爬。”陈主任对地质灾害属性的阐述,清晰明了。

现在的地质灾害研究有相对完善的体系、方法,这些都是多年发展的成果。譬如,新中国成立以前,那时也有简单的测量和调查,但对灾害的认识更多的是带有一点迷信色彩的;70年代改革开放后,中国经济大发展,建桥、修路、盖楼……工程建设中遇到了塌方、滑坡等问题,工程不能顺利进行下去,在大量的实践中,大家意识到工程地质灾害问题不容忽视。慢慢的拿出来专门研究;到了1990年前后,人们开始从学科建设的角度来讨论地质灾害,调查评价、监测预警、防治与管理都已具备雏形;1998年开始,国土资源部开展山区丘陵县地质灾害调查与区划。基于这个调查,一大批地质灾害法律法规开始制订,如《地质灾害防治条例》、《国家突发地质灾害应急预案》,形成了适合国情的“以防为主、防治结合”的路子;2011年,国务院颁布了关于加强地质灾害防治工作的决定,渐成体系。

近年,应急成为重要研究领域,归其原因,也是和社会经济发展的多元化需求分不开的。可利用资源不能时时满足人口增长、经济发展的需求,矛盾的出现使得治标成为首选,毕竟治本是长期的,而治标归结起来就是应急。如果找个类同的例子,应急好比医院的急诊,慢性病可以长期问诊、需要排队挂号,但急诊就要第一时间解决患者的病患。在技术层面,应急防治和日常防治又好比前店后厂,日常积累数据、技术与方法,应急高度集成应用,用最快办法将灾害损失降低到最低。

 

突破测量,GIS展现更多分析应用

陈红旗主任虽然一直从事地质灾害研究,但交流中我们感受到了他对GIS行业的极大兴趣。“搞地质灾害重点做什么?可以肯定的回答调查是第一位的,发现隐患才有机会想办法。调查说白了就是测量。如果把GIS在地质灾害里面的应用,简单的理解为测量数据的图示化,就有点偏颇。比如说,一个灾害地质体,GIS描述其属性,从二维,到三维,甚至是四维。这恰恰是GIS能广泛应用的基础。GIS更多的是一种信息挖掘、属性表述和内涵的外延,你想说又说不出来的东西,它可以“说”出来,你想看又看不到的东西,它可以“看”到,例如展现一处滑坡,可以绘制滑坡的平面图、剖面图;也可以三维建模,模拟滑坡地质体结构,实现高精度三维地形、地貌仿真效果,“钻”到滑坡里面去研究,进行三维空间量测、分析和计算,为地质灾害业务提供一个高效、稳定的三维地理、地质虚拟环境;还可以把张三、李四分别测量的数据放在一起,抽取出王五需要的信息。”

地质灾害调查注重“3S”技术应用。常常利用遥感、GPS等技术采集回来的数据、成果,通过GIS技术反映到一张图上,再把这张“图”展示给地方防灾减灾使用,特别是现在的三维GIS技术,可以使这张“图”更直观、真实。把调查的不同数据分层表述,分别赋予属性,按照相应规则进行评价,可以得出某个地方是否有发生某些地质灾害的可能性,做出区域规划。当各地的危害表征、风险比例都被系统的统计出来,就构成了一个易发危险性风险评估区划体系,这是在调查评价上的应用。现在这个应用虽然仍有不成熟的地方,但已经使用的很广泛。

地质灾害应急,最重要的就是“快”,基于三维GIS系统的数字化预案可以将灾害点特征、灾害点空间分布、区域环境、灾害点预案、现场视频、灾情评估、远程会商等各种重要信息予以直观展现,既可为备灾规划提供依据,又可以利用三维GIS的空间分析功能,分类分区分级提供应急决策建议,使既有的预案和动态的处置方式,变成灵活、可变、适应突发场景的技术工具。

对于目前应用越来越广泛的移动和三维GIS,陈主任举了个例子,今年在贵州凯里发生了崩塌灾害,有很多人员伤亡,专家赶到现场,给抢险救灾官兵、当地百姓讲述崩塌的形成原因,这时三维GIS就显现出了它的优势,直观展示溶蚀裂隙在哪里、再次崩塌影响范围可能有多大、哪里属于安全搜救区域等等。再比如说地震等灾害中形成的堰塞湖,通过三维分析,可以马上找到合适的疏通口,解决堵塞问题。还有就是提高了应急指挥效率,今年的芦山地震和当年的玉树地震、汶川地震相比,救援分工就精细了很多,信息的沟通、共享也快速实现,现场的指挥高度集中,效率明显提升。这些都有GIS的功劳,特别是三维GIS的信息整理、集成、处理和分析能力。

 

从监测到应急,三维GIS大有可为

在谈到三维GIS技术如何与地质灾害结合的更紧密时,陈主任认为理念可能比技术更重要。“有的时候信息服务不在于信息本身的表述上,而在于信息的挖掘,信息的内涵,或者是信息背后的一些东西,可能搞技术的人很少考虑这些。而一旦你去考虑,我觉得这个其实是一个很好的方向,你可以看一下目前全球地理信息技术比较厉害的一些科研院所、企业,他们做信息化,绝不是把关注点放在一个个数据表述本身,而是注重数据集、数据与信息关系、信息与信息之间的响应等,发现一种理念,会更好的解决问题。”

地质灾害如何与三维GIS技术融合,实际上已经有了很多实践。“第一,搞地质的人要多掌握一些GIS的工作方法,把这些方法用到地质灾害中去。第二,GIS研发与应用的企业是创新的主体,要多了解用户究竟需要什么,要到实地中去找需求。需要双方在一起不断的实践和应用,发现问题,解决问题。如果从长远的角度来讲,我觉得要注重学科的一些融合。就像以前并没有3S技术应用这个研究方向,而随着GIS技术及其应用领域的发展拓宽,这个研究方向有其实在意义,一个新的学科的产生往往就是各种学科相互融合的结果,谁能料想GIS搭上“物联网”“大数据”,未来会是什么样子?”

“中国是世界上突发地质灾害易发高发国家之一,人们对地质灾害的认识也在逐步改变,这个变化蕴含着对灾害文化的认识,这也是生态文明建设的一种体现。未来,我们在逐步向规范化、标准化的进程迈进,更加需要信息平台的建设。譬如,以前的灾害应急都是在专家脑子里面,是分散的,如果有一个集成的地质环境信息平台,无论哪里发生灾害,轻轻一点就知道地层是什么,什么样的岩土体。用三维GIS技术,就可以告诉你一旦发生滑坡,会有什么样的危害等等此类的虚拟信息。国土资源部近日也出台了全国地质环境信息化工作方案,里面涉及众多GIS的应用,显而易见、GIS不可或缺。”

纵观目前地质灾害应急防治研究的重点,未来几年细化的需求,一是数据共享集成平台;二是快速识别的技术方法与装备;三是数字化的应急预案。这三个应是重点研究方向。也是应用三维GIS技术等最重要的领域。可以说,GIS将大有可为。

“地质灾害隐蔽性强、成因复杂,目前还无法准确预报,经历过灾害的人谈虎色变,没经历过的一到山里就提心吊胆。但科技在发展,或许有一天三维GIS能提醒您‘这里是地质灾害滑坡隐患区,请留意’,地质灾害将不再那么可怕。”陈红旗满怀信心的说到。