基于WebGIS的山洪地质灾害监测预警系统设计与实现

【摘要】我国是个多山的国家，山区地理条件复杂，山洪地质灾害也频繁的发生。随着社会与经济的迅速发展，山洪地质灾害所造成的损失越来越大。在防灾减灾中灾害监测成为一个重要组成部分，webGlS成为最主要的技术支撑之一。按照成灾主导因素占优的原则，针对影响严重的主要灾种，设计了山洪地质灾害预警系统。重点探讨了山洪地质灾害预警系统的总体目标与设计方法、系统框架以及山洪地质灾害综合数据库、系统的主要功能以及系统的实现界面。

【关键词】WebGIS 地质灾害 预警 系统设计与开发

引言

灾害预警是减灾工程的先导性措施，监测系统为减灾工程提供了及时的关健数据和信息。基于WEBGIS的山洪地质灾害监测预警平台是针对人类活动剧烈，地质条件复杂，易发生山洪、泥石流、滑坡等地质灾害的山区来研发创新型满足人们需要的服务性平台，可为各级部门提供最优化的系统解决方案。该系统科学化整合气象、国土、水利、测绘等各类气象、地质基础信息数据，集采集系统、监测系统、预警系统、发布系统于一体，通过对各类数据的查询与分析，制作精细化山洪地质灾害监测预警系统，大幅度提高了山洪灾害监测预警效率，为及时规避风险、避免或减少灾害导致人员伤亡和财产损失的有效非工程措施，是实施指挥决策和抢险救灾的重要辅助手段。

一、系统技术分析

（一）WebGIS（ArcIms）技术。

随着计算机网络技术的发展，GIS与逐渐与Internet技术相结合就产生了基于Internet平台客户端采用WWW协议的地理信息系统，这就是WebGIS。利用因特网来进行客户端和服务器之间的信息交换，用户通过浏览器获得网络中空间信息的大量数据。从WWW的任意一个节点，Internet的用户都可以浏览到WebGIs站点上的地理数据，主要作用是进行空间数据发布、空间查询与检索、空间模型服务、Web资源的组织等。从结构上看，它主要有4个部分所组成：浏览器，信息代理，服务器，编辑器。它们有各自不同的作用，用浏览器显示空间数据信息并支持客户端在线处理；用信息代理均衡网络负载，实现空间信息网络化；用服务器满足WebGIS客户端的查询请求和空间分析请求，管理空间数据库；用编辑器提供导入空间数据库中数据的功能，形成完整的GIS对象、GIS模型和GIS数据结构的编辑和显示环境。

（二）GPRS技术。

GPRS是基于地面基站和信号发射塔的无线通信，具有传输速率高、实时性强、成本低等特点。北半卫星通信是基于地面基站和通信卫星的空地结合无线通信网络，具有通信距离远、覆盖区域广等特点。系统主站在一般情况下通过GPRS网络实现与服务器的数据传输，而在GPRS网络不能满足实时性的情况下利用北斗系统形成互补。

（三）预警集成发布技术应用。

通过对现有主流通信方式通信协议的分析、打包、封装，实现快速与主流通信设备的无缝对接，支持与传真群发、无线广播预警系统、短信平台等服务绑定。

二、研究重点

（1）研究监测参数的准确性这里包降雨量、地下水位、位移、倾角对灾害产生的影响力，并根据不同的情况设定不同的权重加以分析；。

（2）对测量数据利用GPRS持续的上传到数据库，并且在信息地图上能显示被测的位置以及显示信息；

（3）对所传数据进行统计分析并计算危险阀值，找到不同情况时对灾害造成的影响力；

（4）实现系统的自动报警功能，并利用通信网络短信的形式发到接受方；

（5）地理信息表在数字化地图上展示以及报警时的自动闪现。

三、系统内容

使用基于GPRS、WebGIS和遥感等技术手段进行创新型开发—山洪地质灾害监测预警系统。该系统可以实现信息化和可视化快速有效地反应灾害的发生、发展的过程，并且具有更好的适应性、可移植性和扩展性。系统采取统一的数据库来存储数据，数据接收系统和数据展示系统同时用一个数据库来存放这样便提高了数据展示的效率。

此研究利用监测仪器，把所需数据精确测出，经过GPRS上传到WEBGIS系统，把所测数据经过计算显示在系统中，主要内容有：

（1）设备的选址，以及安装调试和信息的发送；

（2）监测信息的接受，计算并自动化显示在WEB上；

（3）WEB系统的模块化结构的实现，以及GIS应用于WEB内；

（4）对数据的管理和分析；

（5）达到危险范围系统实现自动报警。

另外一般选用的传感器有：降雨量、液位（地下水）、位移（表面、深部）、加速度、倾角、裂缝、孔隙水压力等传感器及报警设备，主要选取的监测参数有：

（1）降雨量：采用雨量计监测，对滑坡点的降水量数据进行采集；

（2）地下水位：采用水位计监测，对坡体地下水位采用孔内水位计对地下水进行监测；

（3）位移（表面、深部）：采用伸缩式位移传感器监测，可在滑坡体表面或滑坡体内部进行监测；

（4）加速度：暂可由位移传感器进行位移变化监测；

（5）倾角：地表倾斜监测，采用固定式倾斜计安装于锚固护坡的混凝土上，对滑坡体倾斜进行监测；

（6）裂缝：暂可由位移传感器进行裂缝位移变化监测；

（7）孔隙水压力：应用孔隙水压传感器来测量地下空隙水压，对地下内部结构进行有效应力和稳定性分析；

（8）数据记录通信装置：利用无线网络（GSM或GPRS网络）传送数据，可收录和传输多路传感器信号，并可设定每通道采样间隔及每通道判断基准值等；

（9）报警设备：报警传感器主要应用于监测滑坡变形等，在检测塌方、落石等危险情况时通过旋转灯和警报装置，可及时进行塌方和岩石崩塌瞬间的警报。

由于监测数据受地理位置的限制，因些围绕数据的传送，接收，存储，展示来设计系统，监测数据是整个系统最重要的部分，如图1所示：

四、系统界面

该平台大体分为三层：数据收集层、数据存储层、展现层。

数据收集层是最基本的一层，运用的是服务器与客户端即C/S模式。在自动监测站中采用雨量计监测滑坡点的降水量数据进行采集，用伸缩式位移传感器监测，可在滑坡体内部进行监测，地表的倾斜监测，采用固定式倾斜计安装于锚固护坡的混凝土上，对滑坡体倾斜进行监测，所监测到的数据可通过GPRS直接上传给数据接收装置，通过数据接收装置直接连接数据库。还可以通过监测人员，把监测到的数据以短信的形式传给指挥中心，由指挥中心管理员去管理数据。

数据存储层主要是服务器提供足够大的数据库，用来存储数据采集到的数据，也用来储存基本的信息比如人员的信息，数据的域值，所要发布的信息等。其中包括两大块即GIS数据库和综合数据库，在该平台内所用的是数字化地图，所包含的数据很大，必须存在服务器上。使用数据库把两大模式关联起来，为平台提供基础服务数据。

展现层是最直观的一层，使用B/S的模式使用互联网把各个地区统一起来，通过对数据库的操作可实现增、删、改、查、信息图形展示。在这一层使数字化地图与地理信息相结合在一块，更直观展现场景，同时实现自动报警的功能。如图2所示：

五、结论

基于WebGIS的山洪地质灾害预警系统以WEBGIS技术、空间数据库技术和计算机网络技术为依托，建立地质灾害防治自动报警系统、数据库系统和决策技术支持服务系统，这样为防治灾害提供了快速的信息，从而把山洪地质灾害预警各类信息的分析与管理合理实现，进行收集、处理、保存各种空间数据和非空间数据，提高各种数据的直观性、可比性和兼容性，使山洪地质灾害预警信息统一性、精确性和及时性的要求得到满足。该系统可用计算机对大量信息进行管理和分析，人们可以方便查询和统计各种信息，并且可以通过表、图等方式显示和输出信息，从而大大提高工作效率。地图显示功能还能将山洪地质灾害直观、精确地显示出来，上级部门可以根据提供的信息采取相应的措施，更好的为人民服务。

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