利用GPS、GIS、INTERNET建立地質災害監(jiān)測及預報網絡

　　隨著GPS測量的精度提高以及互聯(lián)網廣泛應用，利用現(xiàn)有技術建立地質災害監(jiān)測及預報網絡，目的是為有關部門提供準確的地質災害監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時采取有效措施，做好防范工作，保障人民群眾生命財產安全和社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。

　　《海洋地質與第四紀地質》主要報道海洋地質學及海陸第四紀地質學及各分支學科、邊緣學科的具有前沿性、原創(chuàng)性和探索性的科研成果;側重報道國家自然科學基金、國家重點和專項項目，以及國際合作的最新研究成果;突出中國海區(qū)、大洋海洋地質以及“三極”地區(qū)研究報道特色;注重海區(qū)與大陸、區(qū)域性和全球變化對比研究。

　　0 引言

　　由于我國人口密度大，幅員遼闊，加之氣候變化的因素，使我國防治地質災害的任務十分艱巨，許多地質災害隱患點、危險點都集中在經濟欠發(fā)達、交通不便的地區(qū)，更增加了依靠專業(yè)隊伍防治各類地質災害的難度。日趨嚴重的地質災害，直接危害著人民群眾的生命財產安全和社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。為科學有效地做好地質災害防治工作，保障經濟社會全面協(xié)調可持續(xù)發(fā)展，今年年初，經國務院批準，國土資源部發(fā)布并實施《全國地質災害防治\"十一五\"規(guī)劃》。這是我國第一部關于地質災害防治工作的規(guī)劃。要求在\"十一五\"期間全面完成山區(qū)丘陵區(qū)地災調查，在地質災害重點防治區(qū)建立相對完善的群測群防體系，將地質災害氣象預報預警工作推進到市、縣。初步建立起與全面建設小康社會相適應的基礎調查、群專監(jiān)測、預報預警、應急處置、適時治理的地質災害防治體系，使目前查明的受地災威脅的人數(shù)減少30%。

　　《規(guī)劃》科學劃分了若干地質災害易發(fā)區(qū)和重點防治區(qū)?；隆⒈浪?、泥石流和地面塌陷地質災害易發(fā)區(qū)，主要分布在川東渝南秦巴鄂西湘西山地、青藏高原東緣、云貴高原、黃土高原、汾渭盆地周緣、東南丘陵山地、天山、燕山等地區(qū)。

　　地面沉降和地裂縫地質災害易發(fā)區(qū)，主要分布在長江三角洲、華北平原、汾渭盆地、松遼平原。

　　《規(guī)劃》提出實施地質災害防治科技4個專項。即：地災調查與監(jiān)測關鍵技術研究、重大地災應急救災關鍵技術研究、地災防治的標準體系研究以及滑坡泥石流治理試驗研究。通過科技專項，建立以3S技術、自動監(jiān)測技術和數(shù)據(jù)遠程傳輸為一體的地災調查評價和監(jiān)測預報技術平臺，建立完善的地災防治標準體系，開發(fā)針對我國地災發(fā)育特點的地災防治方法和技術裝備，全面提升我國地災調查、監(jiān)測、預警預報、治理工作水平。

　　《全國地質災害防治\"十一五\"規(guī)劃》出臺和實施是地質災害防治工作法制化的重要里程碑，也向我們地質測繪工作者提出了新的挑戰(zhàn)。

　　1、GPS、GIS、INTERNET相互關系

　　全球定位系統(tǒng)(GPS)是以人造衛(wèi)星組網為基礎的無線電導航系統(tǒng)，是指利用衛(wèi)星技術，實時提供全球地理坐標的系統(tǒng)，用于靜態(tài)對地定位時，定位精度可達mm級，可應用于大地測量、板塊運動監(jiān)測等;GPS定位系統(tǒng)由于定位的高度靈活性和實時性，成為測量學科中的革命性變化。GPS的本質是利用空間三角測量的原理通過空中衛(wèi)星和地面接收機獲取經緯度坐標，高程和時間之間的關系，從而為測量、導航等服務。

　　地理信息系統(tǒng)(GIS)是指在計算機硬件支持下，對具有空間元素的地理信息輸入、存貯、查詢、運算、分析、表達的軟件平臺技術系統(tǒng)，其本質就是對不同類型的信息進行分析、處理和加工。它可以用于地理信息系統(tǒng)的動態(tài)描述，通過時空構模，分析地理系統(tǒng)的發(fā)展變化和深化過程，從而為咨詢、規(guī)劃和決策提供服務。應用已遍及與地理空間有關的各個領域，從全球變化、持續(xù)發(fā)展到城市交通、環(huán)境監(jiān)測、公共設施規(guī)劃及建筑選址，地理信息系統(tǒng)技術正深刻地影響著甚至改變著這些領域。

　　國際互聯(lián)網(Internet)是隨著計算機技術和通信技術的發(fā)展而建立的新一代通信技術(包括有線和無線)，它將以往相互獨立在各個地方單獨的計算機或是相對獨立的計算機局域網，借助已經發(fā)展得有相當規(guī)模的電信網絡，通過一定的網絡通訊協(xié)議(TCP/IP)而實現(xiàn)更高層次的互聯(lián)，使得Web技術成為高效的全球信息發(fā)布技術。如今,Internet飛速發(fā)展，它越來越成為人們生活中的一部分，是我們生活社會的信息高速公路，基于Internet技術的GIS，即Web-GIS已經成為GIS技術發(fā)展的重要方向，使以往專業(yè)性很強GIS能通過Internet技術為大眾所用，利用Internet發(fā)布地理信息，通過計算機，普通用戶無須專業(yè)的軟件就能在WWW的任意一個節(jié)點瀏覽Web-GIS站點中的地理信息，并進行各種信息的檢索和處理，這就為地理信息的開放和共享提供了一個平臺，從而可以實現(xiàn)測繪成果的共享。

　　綜合利用GPS和GIS技術的優(yōu)勢，還可以在工程測量上獲得廣泛的應用，例如在抗震(地震)防災(地質災害)、變形監(jiān)測(地鐵、高速公路及護坡、高層建筑、橋梁、水庫大壩、河堤、隧道等)、土地資源管理等方面。利用 Internet的可視性、交互性和廣泛性等特點可以實時將監(jiān)測結果(災害預報)發(fā)布出去，給監(jiān)測地區(qū)的政府有關部門提供科學的依據(jù)，及時做好預防工作。

　　2、建立地質災害監(jiān)測GPS網的工作程序

　　目前我國的地質災害主要有山體滑坡、地面(地下溶洞)崩塌、地震等。當對某一個具體的崩塌或滑坡實施監(jiān)測建立綜合單體監(jiān)測網時，必將面臨著如何針對其具體情況來選擇合適的監(jiān)測項目、監(jiān)測方法、監(jiān)測儀器，正確地布設監(jiān)測點和監(jiān)測剖面，制定理想的監(jiān)測方案等一系列的優(yōu)化選擇問題。

　　目前，國內外崩塌滑坡監(jiān)測技術方法已發(fā)展到一個較高水平。由過去的人工用皮尺地表量測等簡易監(jiān)測，發(fā)展到儀器儀表監(jiān)測，現(xiàn)正逐步實現(xiàn)自動化、高精度的GPS監(jiān)測系統(tǒng)。

　　絕對位移監(jiān)測是基本的常規(guī)監(jiān)測方法，用以監(jiān)測崩坎、滑坡和地陷測點的三維坐標，從而得出測點的三維變形位移量、位移方位與變形位移速率，地表是崩坎、滑坡和地陷監(jiān)測的主要內容和重要內容。相對位移監(jiān)測是設點量測崩坎、滑坡和地陷重點變形部位點與點之間相對位移變化(張開、閉合、下沉、抬升、錯動等)的一種常用的變形監(jiān)測方法。

　　傳統(tǒng)監(jiān)測測量方法主要有：兩方向(或三方向)前方交會法，雙邊距離交會法，[監(jiān)測二維水平位移(X，Y)];視準線法、小角法、測距法(以上方法用以監(jiān)測單方向水平位移);幾何水準測量、精密三角高程測量法(觀測垂直方向(Z向)位移)。

　　隨著新一代測量型GPS接收機的廣泛使用，其重量輕、體積小、耗電少、智能化的快速靜態(tài)定位的特點給地質災害監(jiān)測測量方法有了質的變化。最主要的特點是可以快速反應，觀測點之間無需通視，測程大、選點方便、不受天氣影響，可全天候觀測，觀測點的三維坐標可以同時測定，即時計算出結果。各方面都優(yōu)于精密光電測距儀，在控制網

　　和監(jiān)測網的建設中具有相當大的優(yōu)勢，適用于各種崩坎、滑坡和地陷三維位移快速應急監(jiān)測。

　　3、GPS布網原則

　　GPS網的布設應視其目的、要求的精度、衛(wèi)星狀況、接收機類型和數(shù)量、測區(qū)已有的資料、測區(qū)地形和交通狀況以及作業(yè)效率綜合考慮，按照優(yōu)化設計的原則進行。AA、A、B級GPS網應布設成連續(xù)網，除邊緣點外，每點的連接數(shù)應不少于3點;A級及A級以下各級GPS網中，各級GPS網相鄰點間平間距離應符合要求。相鄰點最小距離可為平均距離的1/3～1/2;最大距離可為平均距離的2～3倍。

　　監(jiān)測網是在充分的地質分析的基礎上，以掌握監(jiān)測對象的整體變形和主要影響因素的動態(tài)變化為目的設計的。監(jiān)測網由監(jiān)測點和監(jiān)測剖面組成，在空間上形成立體化，在監(jiān)測方法上形成多元化，以全面反映監(jiān)測對象的變形方位、變形量、變形速率及影響因素的時空動態(tài)。

　　GPS監(jiān)測標考國家B級GPS網建設標準執(zhí)行。標體地面以上橫截面呈正方形，縱截面呈梯形，頂面300mm×300mm，底面600mm×600mm，高1.2m;地面縱橫截面均基本呈正方形，高1m，深1m8。 標體由鋼筋砼制作。以φ12螺紋鋼制作梯形骨架，地面上下作為一個整體澆筑砼制成，標體外表抹面涂漆，雕刻編號。標體頂面為一水平面，中心垂直嵌入強制對中螺栓，其直徑與GPS底座螺孔相符合，控制點密度根據(jù)監(jiān)測范圍區(qū)域的大小來確定，點位必須布設在監(jiān)測區(qū)域的外圍穩(wěn)固的地方。

　　4、建立GIS數(shù)據(jù)庫管理預報系統(tǒng)

　　GPS與GIS的結合可以用來實時監(jiān)測和處理空間數(shù)據(jù)，如實時準確監(jiān)測危險巖坡的形變過程，它可在瞬間產生目標定位坐標，如滑坡原位監(jiān)測，其垂直變位精度可達5mm，水平變位精度可達2 mm。

　　GPS用于獲取點、面空間信息或監(jiān)測其變化，GIS用于空間數(shù)據(jù)的存貯、分析、處理和應用，為監(jiān)測建立的網站用于監(jiān)測信息的查詢和發(fā)布，為監(jiān)測區(qū)域地方政府的有關部門和民眾提供及時準確的預報信息，根據(jù)預報網站Internet提供的信息作出緊急避險措施。

　　對于地質災害監(jiān)測來說，監(jiān)測本身不是目的，通過監(jiān)測對地質災害進行成功的預報才是目的，監(jiān)測的一切都是為了預報，因此，對于一個地質災害監(jiān)測網來說，是如何對所監(jiān)測的地質災害進行準確的預測和預報。

　　GPS定位儀的定位精度相當高，特別是采用了差分定位技術，建立了適當?shù)木瓤刂凭W絡后，GPS定位儀的定位精度完全滿足土地管理中多種定位測量的需要。GPS精度高、采集數(shù)據(jù)量大、速度快與GIS結合使用能最大限度的發(fā)揮其優(yōu)點。隨著計算機網絡技術以及衛(wèi)星通訊技術的發(fā)展，利用GPS實時快速定位能力，通過INTERNET支持的計算機通訊系統(tǒng)，實現(xiàn)GPS和GIS的聯(lián)合工作，獲得各種精確的實時數(shù)據(jù)信息，快速地進入GIS數(shù)據(jù)庫迅速地進行分析處理并得出結果，動態(tài)地分析地表某類現(xiàn)象的變化。地質災害監(jiān)測網絡建成結合Internet傳播快覆蓋面廣的優(yōu)勢，還可以應用于以下幾個方面：

　　抗震防災：工程地震的研究需要從地震學、地質學、地球物理學等眾多相關學科獲取足夠多的資料，涉及的數(shù)據(jù)類型復雜、數(shù)據(jù)量龐大，而且數(shù)據(jù)具有空間分布特征。如何利用計算機的數(shù)據(jù)處理技術有效地組織、管理并應用這些數(shù)據(jù)，成為工程地震研究中急需解決的一個重要問題。GIS為空間數(shù)據(jù)的處理提供了一種新的途徑，解決了常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和簡單計算機制圖系統(tǒng)中難以處理和無法解決的問題。

　　變形監(jiān)測：最先得到工程技術人員采用的是GPS在工程結構監(jiān)測系統(tǒng)上的應用。GPS結構監(jiān)測系統(tǒng)就是在反映結構形變的特征點和相對穩(wěn)定的參考點上安置高精度GPS接收機，觀測后內業(yè)或實時處理接收機的觀測數(shù)據(jù)，計算出監(jiān)測點相對于參考點的位置變化量，進而分析其變形曲線。

　　5 、信息發(fā)布系統(tǒng)

　　信息發(fā)布系統(tǒng)通過國際互聯(lián)網，以 WEB 主頁的方式向目標層人員(即用戶)提供各類監(jiān)測信息。監(jiān)測信息包括災害體地質條件、發(fā)育特征、監(jiān)測網布置方式、多元監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時間曲線、監(jiān)測信息公告及圖片、視頻等。

　　信息發(fā)布系統(tǒng)由底層數(shù)據(jù)庫和發(fā)布主頁兩部分構成。前者用于管理各類基礎信息及監(jiān)測數(shù)據(jù)，為后者提供數(shù)據(jù)源，后者為用戶提供信息訪問平臺。二者之間通常采用 B/S等架構交換數(shù)據(jù)。

　　信息發(fā)布系統(tǒng)一旦建立完成后，一些信息內容，如災害體地質條件、發(fā)育特征、監(jiān)測網布置方式等說明性的文字便相對固定下來，在短時間內不會做大的改動，這些信息通常稱為靜態(tài)信息。而監(jiān)測數(shù)據(jù)、曲線等信息隨著時間的推移不斷產生，并需在主頁上自動更新、顯示，這些信息稱為動態(tài)信息。要實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時發(fā)布，需建立動態(tài)主頁來顯示動態(tài)數(shù)據(jù)。

　　由于監(jiān)測數(shù)據(jù)是由底層數(shù)據(jù)庫管理的，故只要即時將監(jiān)測數(shù)據(jù)自動寫入數(shù)據(jù)庫中，為動態(tài)主頁提供隨時更新的數(shù)據(jù)源， 便可實現(xiàn)自動顯示， 即實時發(fā)布。 而這一點利用WebGIS是易于做到的。

　　6、發(fā)展及展望

　　網絡化和信息化是當今社會發(fā)展的必由之路。今天的測繪工作可以通過Internet的聯(lián)接，在網上實現(xiàn)各類測繪數(shù)據(jù)與各機構和公眾對各種資料不同程度的共享，加強部門內部、部門之間及社會的聯(lián)系交流，降低管理工作的成本，提高效率。

　　智能化是信息化管理的未來發(fā)展趨勢，其主要內容是要在數(shù)據(jù)采集、信息提取、制圖等方面提高智能程度，減少人工處理量以及出錯的幾率。

　　GPS、GIS、INTERNET在自然地質災害的模擬與預測以及城市抗震防災規(guī)劃中的應用日益廣泛。鑒于地質災害監(jiān)測的復雜性和系統(tǒng)性以及GIS在信息管理、空間分析、模型模擬方面的強大優(yōu)勢，建立基于GPS、GIS、INTERNET為平臺的地質災害監(jiān)測網絡為我國經濟建設服務是我們的當務之急。

　　參 考 文 獻：

　　[1]劉大杰.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與數(shù)據(jù)處理 上海：同濟大學出版社，1996.

　　[2] GPS測量 人民交通出版社(2000-3-1)

　　[3] 徐紹銓等.長江三峽庫區(qū)崩滑地質災害GPS監(jiān)測研究報告，1999.