8．3 基于GIS的防灾减灾辅助决策

信息系统应用实例

    在国内外各种灾害领域都有GIS应用于防灾减灾指挥决策的成功实例。这里列举在煤层自燃监测与治理、防汛减灾、防震减灾领域的3个实例。

8．3．1 基于GIS的煤层自燃监测与治理信息系统

（一）背景

    当煤层很厚，暴露地表，处于干旱和半干旱的酷热环境之下，煤层易氧化自燃，形成大面积煤田火区。煤层自燃破坏资源、破坏环境、恶化人类的生存空间，是人类面临的一种缓慢、但严峻的自然灾害。煤田自燃在美国、俄罗斯、澳大利亚、印度尼西亚以及中亚地区普遍发生，在我国北方从帕米尔高原到大兴安岭之间也常有发生。小说《西游记》中描述的火焰山可能就是煤层自燃的写照。近代，随着我国北方裸露煤田大规模开发，煤层的大面积揭露，煤田火区迅速发展，已经查明正在燃烧的煤田火区有56处，累计已燃烧的面积720km2，每年直接烧失煤炭储量20Mt（200万吨，词头M表示106），破坏煤炭资源2000Mt（2亿吨），直接危害煤矿的安全生产，严重破坏我国北方的生态环境，是我国重大的自然灾害。

    中国政府1994年将煤田自燃的调查与治理列入“中国21世纪议程”。1994～1997年，中国与欧共体合作，对中国北方煤田自燃进行了全区概查；1996～1999年中国与荷兰合作，选择具有代表性的宁夏汝箕沟煤田火区进行示范试验，开展煤田火区精查、煤火系统研究和灭火以及环境治理试验，并建立煤田火区动态卫星监测系统，以求取得系统经验，在国内外煤田火区灾害的监测和治理中推广。该项目由北京市国土资源遥感公司、宁夏煤炭厅灭火工程处、荷兰地球科学应用研究所、荷兰国际航空航天地球测绘与地球科学学院（ITC）合作承担。

（二）“煤人系统”——基于GIS的煤层自燃灾害监测与治理信息系统

    在宁夏汝箕沟煤层自燃灾害监测与治理中，项目承担单位在以前“中国北方煤田火区信息系统”的基础上，开发研制了“煤人系统”。“煤人系统”以ITC提供的通用基础地理信息系统软件ILWIS为基础，结合卫星影像监测煤层自燃的数据处理、信息提取和治理规划决策的特点，开发了相应的专用软件模块，形成了一套适合于煤田自燃卫星遥感实时监测和灭火指挥决策的信息系统。“煤人系统”从国家卫星地面站取得监测区准实时的卫星影像数据，并对数据进行各种校正处理和目标增强处理，然后进行判读与分析，提取煤层自燃的位置、深度、燃烧状态等动态信息，辅助设计灭火工程方案，并合理、有效地管理灭火工程，控制施工进程。

    “煤人系统”是GIS、RS、GPS等高新技术与煤田火区监测治理相结合的产物，可应用于煤田火区调查、设计、灭火、环境治理和动态监测的全过程，可以大幅度提高灭火工程的针对性、准确性，大幅度提高灭火工程的效益；结合遥感动态数据处理，可以及时发现新火区，及早灭火，大幅度提高减少灾害。该系统在宁夏汝箕沟煤田火区进行示范试验项目中发挥了重要作用，并将为中国北方煤田火区的监测、治理提供成功的借鉴。

8．3．2 基于GIS的防洪救灾系统

（一）背景

    洪涝灾害是中国南方经常发生的自然灾害。在近年来的防洪救灾指挥中，GIS发挥着越来越重要的作用。GIS作为一个地理空间数据的集成平台，将河流山川、道路桥梁、厂矿民居等静态的背景数据与气象、水文、遥感、卫星全球定位系统等多源的动态信息有机的集成起来，充分发挥各种来源的信息的作用。

（二）实例1

    1996年湖南省洞庭湖地区发生严重的洪涝灾害，数百万亩农田被淹，部分城镇进水，灾区人民遭受了很大的损失。防汛部门要求尽快提供用于抢险救灾的图像和数据，政府救灾部门和保险公司也提出了进行灾害损失统计和灾情评估的要求，用常规方法进行监测已经无法满足要求。为了及时监测灾情，评估灾害损失，国家测绘局组织力量对灾区进行了遥感监测，并应用航天遥感（卫星影像）、航空遥感（直升飞机摄像）、地面遥感（车载摄像）、全球卫星定位系统（GPS）等技术，采用多种手段，获取了多品种、多角度的实时调查数据，对洪水淹没地区进行了监测。然后在GIS平台上对多种来源的数据进行各种纠正和预处理，在中国测绘科学研究院研制的Geo Windows 平台上以多媒体形式输出结果（见图8-8），为抗洪救灾提供了迅速、准确、可靠的辅助决策服务。

    该系统以机载GPS确定飞行线路的经纬度坐标，投影到1∶25万背景地图上，以各段录像的时间标记与GPS记录的时间和经纬度坐标相匹配，确定各段录像所对应的地理位置。由于当时还未建立洞庭湖区大比例尺的基础地理信息系统，只能用1∶25万纸质地形图扫描纠正后、以栅格图像方式作为背景地图，没有相应的背景数据库的支持，无法在图上进行更多的查询与分析。

（三）实例2

    由湖北省测绘局、气象局、水利厅、中国测绘科学研究院等单位共同研制的“湖北省防汛信息服务系统”吸取了实例1中没有事先建立背景数据库的经验教训，对防洪救灾的有关数据事先进行了采集与入库。该系统是GIS用于防洪救灾辅助决策信息系统的一个较成功的范例。该系统由湖北省测绘局提供基础地理数据，由水利部门提供各种水工设施的专业信息和实时的水情信息，由气象局提供实时的气象信息，采用中国测绘科学研究院研制的Geo Windows作为GIS软件平台。系统从1998年开始建立，在1998～1999年湖北省防汛指挥中发挥了作用。

    该系统建设的目标确定为分步实施，系统先提供静态综合信息，逐步扩展到提供实时动态信息，最后提供辅助分析决策。

    系统的数据部分以基础地理数据为基础，采用了1∶400万、1∶100万、1∶25万、及试验区1∶1万的矢量地图、数字地面高程（DEM）、正射影像（DOM）等多源数据。针对防汛，补充了大量水利设施及水利工程信息，通过网络连接与防汛有关的水情、气象等实时信息。

（四）系统的主要功能

（1）分层显示基础地理信息与专业信息的，如图8-9所示。显示时系统根据图面放大比倍率自动调用更大比例尺的图幅，多图幅间无缝拼接。

（2）将矢量地图叠合在DEM或DOM栅格图上（即矢栅一体化显示），见图8-10。

（3）图形数据与属性数据的双向查询，如根据各水库实时的实际水位与该水库讯限水位的差值，查询全区当前的危险水库（如图8-11所示），并在图上闪烁报警。查询某个高危水库的属性（如图8-12所示）、及平面图（如图8-13所示）、断面图（如图8-14所示）。

8．3．3 基于GIS的防震减灾系统

（一）背景

    地震常给人类生存环境造成巨大的破坏，使建筑物开裂、倒塌，造成人员和财产损失，破坏铁路、大桥，引发交通事故，导致燃气管道破裂引发火灾，使水库大坝或江河堤坝破裂引发水灾，诱发滑坡、泥石流等。人口稠密区的强震常常造成巨大的人员和财产损失，如1976年唐山地震、1999年土尔其地震和台湾地震，都造成数百亿美元的财产损失。防震减灾是人类防灾减灾的重要议题之一。防震减灾决策需要对易震地区的各种对人类生存至关重要、又易受震害损坏的“生命线”——如高压输电线、燃气管线、通信线、自来水管线、铁路、高速公路、桥梁以及水库大坝等高危设施的分布、建筑质量等级、受损情况等信息有非常详细、准确的了解。

    由于上述信息大都与地理空间位置有关，以GIS为基础来构建防震减灾决策指挥系统已成为大家的共识。美国、日本等经济发达、震害严重的国家已建立了很多基于GIS的防震减灾系统，这些系统可用于地震危险性分析和区域规划、地震危害性分析和震害快速评估、地震救灾辅助决策等不同用途。我国属于地震灾害比较严重的国家之一。作为我国防震减灾行政管理部门，国家地震局越来越重视GIS在防震减灾邻域的应用。中国地震局工程力学研究所和大庆石油管理局抗震办公室以及下属的二级单位共同研制了一套基于GIS的“多媒体”形式的防震减灾信息系统——“大庆油田防震减灾信息及辅助决策系统”，并已应用于大庆油田管理局抗震办公室及下属的二级单位的业务管理实践中。

（二）系统的建设思路

    系统的主要用户为大庆石油管理局抗震办公室和下属的二级单位。系统建设的目的是实现日常的油田防震减灾信息管理，在震时能及时响应，为抗震办公室提供准确、实时的灾害信息和应急措施，辅助领导决策。系统研制的原则是根据大庆油田面广、点多、分散的特点，针对地震的随机性和突发性，采取综合防御对策，使防震减灾系统具有可行性、适应性，贯彻“预防为主、平震结合”的方针，突出“4个结合”的要求（即与企业的日常生产管理、安全生产结合；与生产处理事故经验教训相结合；与企业大修改造、总体规划相结合；与提高职工对地震的应变能力和震时抢险救灾相结合）。

（三）系统总体框架

    大庆油田防震减灾信息及辅助决策系统的总体框架如图8-15所示。

    系统由虚线所框的数据部分和虚框外的软件两部分组成。数据部分由基础环境数据库、油田建筑物数据库、油田生命线数据库、辅助决策数据库4大数据库组成。软件部分由大庆油田建筑物防震减灾子系统、大庆油田生命线防震减灾子系统、油田辅助决策子系统构成。

    1．基础环境数据库

    包含了两部分内容：一部分是描述大庆油田的地理位置、油田管理机构的分布、油田的生产规模等一些基础信息，供了解大庆油田的自然概况；另一部分是大庆油田地震地质环境数据库，这些信息主要以图层的形式储存，有大庆油田地震构造图层、远场活动断裂图层、近场断裂图层、地震记录图层等。还储存了大庆油田的土地分类图层；地震记录包含了始于1119～1992年间、超过4.7级的35次地震。

    2．油田建筑物数据库

    储存大庆油田管理局下辖62个二级单位的所有建筑。先期工程选择了两个炼油厂为实例，建立详细的建筑物空间数据库，包括建筑物编号、结构类型、建筑年代、层数、建筑面积、用途、不同烈度下震害预测结果等。

    3．油田生命线数据库

    储存交通、输油、输气、供水、电力、通信等与城市运转密切相关的工程系统，见图8-16。

    4．辅助决策数据库四

    储存震害快速评估、救人、救火等有关的数据。

（四）子系统划分及主要功能

    系统从用户使用的角度划分为3个子系统。

    1．建筑物防震减灾子系统

    根据油田建筑物空间信息数据库，可完成多种功能的显示、分析等操作，如地震发生后地震烈度、快速评估建筑物的损失情况等，如图8-17所示。

    2．生命线防震减灾子系统

    根据生命线数据库和各种网络分析方法，模拟网络运行的情况，进行连通性评价，方便地模拟地震作用下的网络破坏情况。如图8-18所示为变电站、输电线路的模拟损失情况，图8-19为电力、输油系统的网络连通性分析。

8．4 小结

    GIS在防灾减灾辅助决策中的应用仅仅是一个开始，但已见到了明显的效果。可以预计，随着GIS、RS、GPS和互联网技术的飞速发展，人们对GIS的认识水平将日渐加深，各种专业模型相应趋于完善，GIS在防灾减灾中的应用必将会越来越精彩。