茂名地质灾害预报预警系统的设计与开发

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　　摘   要   地质灾害严重威胁着农村经济社会发展和农民的生命财产安全，研究地质灾害预报预警具有重要意义。茂名市设计开发了地质灾害预报预警系统，为地质灾害预报预警业务提供一个能推广、可扩展的软件业务平台，为防灾减灾提供科学依据。该系统整合了茂名基础地理信息、地质水文、气象预报等数据，采用基于面向资源服务框架（Resource Oriented Achitecture，ROA）建立地质灾害数据服务系统;基于气象强降水预报，采用灰色模型对地质灾害进行建模、预测及预警，实现智能分析，自动生成预报产品;采用GIS技术、WEB技术建立地理信息系统，为地质灾害预报预警提供可视化的支撑平台。
　　关键词   地质灾害;预报预警;地理信息系统;广东省茂名市
　　中图分类号：P694   文献标志码：B   DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.13.017
　　地质灾害系统是一个复杂的开放系统和耗散体系，具有高度非线性和复杂性，其系统行为具有非确定性和突发性[1]。目前，国内普遍根据降水等气象要素来进行地质灾害的预报预警，但由于致灾因子在不同地区或同一地区的不同时段常常表现出极大的差异，单纯依靠降雨等致灾因子对地质灾害进行预测，已经无法满足防灾减灾的需要。部分地区虽然建立了基于GIS等先进技术的预报预警系统，但存在预警范围覆盖率低、预警信息无法及时传达给公众的尴尬局面。基于以上现状，茂名市气象局与国土资源局深化合作，充分利用国土资源局在地质环境监测管理方面的工作经验，气象局在大气降水量采集、预报预警方面的工作优势，依靠先进的信息化技术，整合地质灾害发生有关的基础地理数据、地质水文数据、气象信息数据，基于茂名突发事件预警中心，设计开发了茂名市地质灾害预报预警系统，为地质灾害预报预警业务提供了一个集约化管理、智能化分析的软件业务平台，实现了气象信息资源共享、在线协同、预报预警及信息发布。
　　1 茂名地质灾害基本情况
　　茂名地处广东省西南部、中国南海之滨，境內沟谷发育、新构造运动等内外动力地质作用强烈，自然地质环境脆弱，加之茂名气象灾害频发（如台风、暴雨、干旱等），每年平均受3～4个热带气旋的影响，发生台风暴雨，引发崩塌、塌陷、滑坡、泥石流等地质灾害，严重影响了茂名的经济、社会发展和人民生命财产安全。2010年9月21日，受台风“凡亚比”残余天气系统影响，茂名市普降暴雨到大暴雨、局部特大暴雨，强降雨造成高州、信宜两地26个镇发生洪涝灾害，马贵镇等地还出现巨大泥石流和山体滑坡，全市因灾死亡113人、失踪4人、受伤297人，直接经济损失达41.85亿元。截至目前，全市有地质灾害隐患点618个，其中威胁人口在100人以上的重大地质灾害隐患点35个，受潜在灾害威胁的人口为17 144人。茂名辖区内地质灾害防治形势相当严峻，只有实现地质灾害精准预报预警，才能有效保护人民的生命和财产安全，促进社会主义新农村建设。
　　2 系统构成及功能
　　茂名市地质灾害预报预警系统是以强降水和连续性降水引发的崩塌、滑坡、泥石流等突发性、群发型地质灾害作为预报预警对象，基于气象预报预警信息资源、茂名地质灾害隐患点等下垫面状况建立的数据服务系统。其以地质灾害学为基础，依托GIS技术、数据库技术、数据挖掘技术、3S技术、网络技术和计算机软件技术，建立的覆盖全市、能推广、可扩展的软件业务平台，实现集约化管理、智能化分析和预测、信息资源共享。茂名市地质灾害预报预警系统主要由数据服务系统、预报预警系统、地理信息分析系统、预警发布系统及平台辅助系统等构成（见图1），可实现对汛期地质灾害风险的预报、预警工作，为行业生产及广大群众避难抗灾提供科学指引[2]。
　　2.1 数据服务系统
　　系统全面整合了包括茂名地质部门已完成的地质灾害调查与区划图、实时气象资料、常规地面和高空天气图资料、数值预报产品、卫星云图等气象信息及各地水文相关数据等，为地质灾害的预报预警准备了庞大的数据资源，为地质灾害预警研究提供了坚实基础和重要支持[3]。数据服务系统通过运用先进的计算机技术将多元数据归类、抽象，实现了将数据资料按所属类别进行归类、整合、存储、抽象，为平台提供稳定、可持续、高效、多部门共享的数据支撑环境。数据服务平台通过对各类数据的结构和特征分析来选择合理的存储方式，如对雷达数据和各种气象观测数据（包括常规、非常规）及其他一些原始采集文件等应用频繁的数据采取数据库存储方式;对反映气象要素在时空上分布的格点场，种类复杂、数据量极大的，采用NETCDF存储方式;而对数据量大、使用频率低、不需要复杂查询的批量产品数据或中间结果数据，采用文件方式进行管理。通过对数据源的自动提取与管理、数据的智能分类，最终提供出数据服务接口。另外，数据服务系统基于REST（Representational State Transfer）构架，将数据共享平台分为最上资源层、中间资源访库、最下实体数据三层，通过路由转发功能实现了气象、国土、应急等部门信息集约化管理和共享（见图2）。
　　2.2 地质灾害预报预警
　　山体滑坡、泥石流等地质灾害的发生与前期降水量、强度、持续时间及间隔等有密切关系。基于以上考虑，茂名地质灾害预报预警系统主要是运用计算机和通信技术，采用覆盖全市的高程数据，结合茂名地质灾害隐患点信息，以强降水和连续性降水引发的崩塌、滑坡、泥石流等突发性、群发型地质灾害作为预报预警的对象，采用灰色模型对滑坡、崩塌、地面塌陷、泥石流等地质灾害进行建模、预测及预警（建模过程见图3），实现地质灾害分析、判别及提醒，
　　进行地质灾害风险评估，评估方案将根据强降水监测数据，结合灾害隐患点基于地理信息系统进行智能分析，实现网络数据自动生成地质灾害预报产品（见图4），为地质灾害防治提供科学决策依据[4]。 　　预报起始时间为每天晚上20：00，有24 h、48 h两个时段的预报，配合短期预报和长期防治规划预报。地质灾害预警等级由弱到强依次分为四级、三级、二级、一级，分别表示气象因素致地质灾害发生有一定风险、风险较高、风险高、风险很高。如果某一行政区域内发出任何一个等级的预报预警，当地各级人民政府和国土资源主管部门将组织启动地质灾害隐患点群测群防和防治方案，一旦发生险情，启动本行政区域内突发性地质灾害应急预案。
　　2.3 地理信息分析平台
　　采用地理信息系统（GIS）技术、WEB技术建立地理信息系统，建立地图引擎，实现地图的功能，将地图进行分层来实现预报系统的地图功能，为地质灾害气象风险预报预警提供可视化的支撑平台[5]。基本图层：采用金字塔算法及瓦片技术预先生成，不可编辑;分析图层：采用图像缓存技术，在内存动态成图，可以编辑。地质灾害地理信息分析平台在地图上任意选择对应的街道、乡镇等区域，区域与区域之间支持几何图形的相交、合并、排他等区域算法，为任意区域内气象要素统计提供区域边界判断依据，建立地质灾害分析可视化地图，实现地质灾害预报预警可视化分析及管理，同时采用地理定位技术，整合应急部门及责任人员的地理位置、联络方式等信息，实现准确、及时的预警靶向发布。
　　2.4 预警信息发布平台
　　第一时间通过报纸、电话、传真、网站、手机短信、LED显示屏、大喇叭等向政府、公众或是行业用户发布海洋气象灾害预警信息。全市建成了132块气象电子显示屏、1 121个气象大喇叭、41个预警塔、110个乡镇气象信息服务站，采用PPP模式开展沿海农村海洋防灾减灾预警服务，组建了2 710人的全市基层气象信息员队伍，在农村气象灾害防御中作用突出。为充分实现地质灾害预警信息的第一时间传播，茂名市地质灾害预报预警系统与茂名突发事件预警信息发布系统进行对接、互联，充分利用茂名市突发事件预警发布中心的发布手段，对地质灾害预报预警信息進行靶向发布，为公众争取严防和救援时间，力争将灾害造成的社会经济损失及人员伤亡降到最低。
　　3 平台辅助系统及功能
　　3.1 值班管理系统
　　建立值班制度，无论是否有地质灾害，系统都会每天记录在案，并给相应部门备案，做好历史记录，对连续安全日进行统计，完善值班责任制度。
　　3.2 预案管理系统
　　维护已有预案，对曾经执行过的预案做好历史记录，进行预案版本管理。对新类型地质灾害或条件做好新预案，并将总预案和各专业预案进行关联配置。
　　3.3 通讯录系统
　　对相关应急单位及事件责任人的通讯方式进行管理，确保在地质灾害发生前后，都可以联系和通知到相关人员，提高地质灾害处理效率。
　　3.4 制度与政策管理系统
　　维护国家、区域、各专业部门关于地质灾害的相应政策，做到有理有据地管理各类地质灾害，科学防治地质灾害。
　　3.5 远程视频监控系统
　　基于交通、公安等部门提供的城市视频信息，采用流媒体技术，建立面向IP的视频服务器，可支持本区域平安城市的视频、事件发生现场的单兵设备视频信息的接入，实现灾害现场及救援状况实时监视[6]。
　　4 结语
　　茂名是农业大市，又是地质灾害多发区，建立“集约化、智能化、现代化、人性化”的地质灾害预报预警平台，有利于增强茂名对突发地质灾害的应急能力，扩大地质灾害预警发布覆盖面，提升茂名防灾减灾信息化、现代化，对全面提升茂名地质灾害防治水平具有重要意义[7]。但地质灾害预报预警是一项开创性、探索性较强的工作，在国内外都是一个难点和热点，没有成熟的模式和经验供借鉴。
　　笔者认为要进一步提高预警水平，可以采取以下措施：增加降雨量监测密度，特别是地质灾害多发地区的降水监测，提高降雨预报准确率;根据地质灾害预报预警平台预报的实际情况，对茂名各地的地质灾害进一步细化分区，使预报预警更有目标性;气象、国土部门要深化合作机制，建立信息共享平台和工作机制，保证信息传递的可靠性、及时性;规范地质灾害预报预警业务流程，利用计算机技术实现流程各环节功能，实现预报预警的可视化、流程化、无纸化。
　　参考文献：
　　[1] 苗爱梅，郝寿昌，武捷，等.基于GIS的地质灾害气象预警系统研究[J].山西气象，2001（4）：24-26.
　　[2] 丁伟翠，杨强，王爱军，等.应用GIS技术对甘肃省灵台县地址灾害气象预警的研究[J].中国地质，2010（4）：1200-1207.
　　[3] 陈平，丛威青. GIS支持下的湖南省地质灾害气象预警系统建设探讨[J].成都理工大学学报（自然科学版），2006（5）：532-535.
　　[4] 张贤坤，黄晓东，吴国强.江门市地址灾害气象预报预警业务系统[J].广东气象，2007（5）：21-23.
　　[5] 薛根元，诸晓明，王镇铭.山地地质灾害气象等级预报（预警）模型应用[J].山地学报，2006，24（4）：416-423.
　　[6] 张霞萍.加强农村气象工作不断提升为农服务水平[J].科技资讯，2013，23（1）：144.
　　[7] 李一平，康玲，姜学恭，等.内蒙古地质灾害气象预警系统[J].内蒙古气象，2005（1）：12-14.
　　（助理编辑：易  婧;责任编辑：丁志祥）
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