2021SuperMap杯第十九届全国高校GIS大赛121*75

泥石流综合应急管理系统

泥石流综合应急管理系统

作品名称:泥石流综合应急管理系统

学    校:华北科技学院

指导教师:牛芩涛、赵雅红

团队成员:冷虎、朱江鹏、窦明敏、朱星卓

 

 

系统设计背景

泥石流是一种常见的突发性地质灾害,据资料显示,2019年四川省8.20强降水特大山洪泥石流灾害共造成阿坝州、雅安市、乐山等九市35县44.6万人受灾。

泥石流的发生受地质、地形条件固有因素影响。降水因素是泥石流启动的直接原因,当降水量达到一定阈值时,就非常有可能发生山体滑坡泥石流等地质灾害。

由于传统的气象地质灾害预警模式缺乏对地质、地形因素的考虑,存在一定的局限性。我们小组通过构建四川省九龙县地质、地形因子数据集以及降水数据库,基于SuperMap GIS 10i(2020)开发了一套四川省九龙县的泥石流应急预警、监测、救援一体化的泥石流综合应急管理系统。希望借该系统有效实现当地泥石流等地质灾害的预警,以及减少灾害给人们带来的财产损失。

系统功能模块介绍

系统从泥石流等地质灾害发生前的预警,到发生时的监测,再到发生后的救援,多时间维度对四川省九龙县泥石流地质灾害展开深度剖析以采取相对应急措施。

预警模块

针对预警模块,我们采用了逻辑回归模型以及临界水深模型预警。

1、逻辑回归模型预警:我们引用逻辑回归模型,选取泥石流危险性评价中常用的评价指标,包括坡度、坡向、流域相对高差、沟壑密度、岩性、植被归一化指数、距断裂带距离、距主干道路距离、月平均降雨量共九项作为评价指标进行逻辑回归运算,计算泥石流发生风险指数。

2、临界水深模型预警:该模型采取方法主要是基于泥石流启动机制,根据流域地形、松散堆积物特征等要素,计算泥石流启动的临界水深,进而推导出泥石流启动的临界降雨量。当九龙县实时降水量超过临界降水量阈值时,启动预警机制。

监测模块

道路旁山体滑坡很有可能会造成交通阻塞,很大程度上耽误救援。时间就是生命,第一时间对交通阻塞路段展开救援显得尤为重要。我们采用无线传感器对九龙县道路旁不稳定斜坡展开实时监测,并将监测到的滑坡点位信息发送至移动端,便于展开进一步救援措施。

救援模块

预警指挥部门可以根据监测到滑动的斜坡点位编号,按照行政区划查询救援设施点,选择就近的救援机构,并为救援规划路线。

系统设计逻辑框架图

系统设计亮点

1、泥石流地质灾害隐患查询:输入地址后,系统会以点位置为圆心生成一个圆形区域,区域大小由所输入的半径决定,并在该区域生成一定数量随机点用于计算统计附近区域泥石流风险指数。

泥石流地质灾害隐患查询

2、泥石流隐患点数据库:导入本地泥石流隐患点数据与泥石流隐患点参数数据,其中泥石流隐患点数据记录该点位的位置信息以及负责该点位预警的观察人员,泥石流隐患点参数数据记录了与泥石流发生相关的参数信息,数据格式为json。点击遍历数据系统会进行隐患点泥石流启动降水量的遍历计算。当前九龙县时降水量达到阈值的点位在地图中高亮显示。

3、泥石流模拟路径规划:该功能基于临界水深模型,模拟已经达到降水量阈值的松散堆积点发生泥石流的动态轨迹。由于该功能使用递归算法,用户需要先在地图中点击泥石流将要启动的堆积点,并设置采样间隔与递归次数和泥石流缓冲区范围,输入的最小拐角用于排除生成的异常点位。该功能可以统计泥石流流域覆盖的居民地信息,并将预警地信息发送至微信小程序。

泥石流模拟路径规划

4、移动端实时通讯:当系统计算出泥石流覆盖区域内还有居民时,就可以将预警信息迅速发送至微信小程序,有助于当地居民快速做出应急措施。

5、道路旁不稳定斜坡实时监测:如果说模型预警只是用于计算当前区域的泥石流发生指数,具有参考价值。那么当传感器数据变化较大时,则充分说明该区域已经发生了山体滑坡。我们可以实现采用无线传感器实时监测道路旁不稳定监测点。

道路旁不稳定斜坡实时监测

 

6、道路应急救援:预警指挥部门利用监测模块可以轻松捕获滑坡点信息而后快速采取应急救援措施。

 

小结

泥石流综合应急管理系统,实现了将泥石流灾害预警与当地地质信息相结合,使得预警可信度大大提高,在传统泥石流山体滑坡灾害气象预警模式的基础上实现了革新。同时,系统也存在着不可避免的局限性——不同区域对应着不同的地质情况,这意味着目前系统的设计的服务对象只能是某一特定区域,未来还需要继续完善。

指导老师点评

该小组设计开发的“泥石流综合应急管理系统”结合我校应急管理特色,从滑坡泥石流的灾前预警到灾害监测与预警,再到灾后救援路线的规划,整个应用流程清晰,根据历史已有数据建立监测与预警模型,最终既有可视化地图显示,也有图表分析,还设计了灾情上报、手机端微信灾情推送与预警,为泥石流应急管理的指挥决策提供了数据与决策支持,对GIS在自然灾害应急管理领域中的落地做了新的尝试。

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