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地質信息系統技術

壹.內容概述

地理信息系統(GIS)產生於20世紀60年代。它是隨著人們對自然資源和環境進行規劃和管理的需要以及計算機圖形技術的應用而產生的。它是對大量空間數據進行收集、存儲、管理、檢索、處理和綜合分析,並以各種形式輸出結果的計算機系統。1965年,W.L.Garrison首先提出了“地質信息系統”這壹術語,開創了這壹新技術的發展史。此後,美、加、英、澳等國家投入了大量的人力、物力和財力,逐步確立了自己在該領域的國際領先地位(黃潤秋,2001)。

二、適用範圍及應用實例

1的應用。地質災害信息系統中的GIS技術

隨著人口的快速增長、經濟的快速發展和自然資源的大量消耗,不僅生態環境惡化,自然災害(包括地質災害)也頻繁發生。美國、印度等國是世界上地質災害嚴重的國家,具有類型多、分布廣、災害強度大的特點。這些地質災害大多發生在承災能力較低的地區,對當地經濟社會穩定構成嚴重威脅。地質災害是地質環境質量差,其頻繁發生不僅反映了自然地質環境的脆弱性,也反映了人類工程經濟活動與地質環境矛盾的加劇。為了保持人類工程經濟活動與地質環境的和諧關系,有必要對地質環境進行評價,以了解不同經濟發展過程中區域地質環境的基本情況和變化趨勢,為環境管理和城市規劃提供依據,但傳統的技術手段已不能完全應對地質災害的快速反應。地質信息系統作為當前高科技發展的產物,集圖形、圖像和屬性數據管理、處理、分析、輸入和輸出功能於壹體,應該成為當前地質環境評價和地質災害預測的有力工具(趙金平,2004)。

GIS技術的出現是計算機技術和信息化發展的產物。它是壹個管理和研究空間數據的技術系統。能夠快速獲取符合應用需求的信息,並將處理結果以地圖、圖形或數據的形式表達出來(曹秀定等,2007)。國外特別是發達國家在GIS應用和地質災害研究方面做了大量工作。從20世紀60年代至今,GIS技術的應用逐漸從多源數據集的數據管理、數字化輸入和圖形輸出,發展到DEM或DTM模型的使用,發展到GIS結合災害評估模型的擴展分析,發展到GIS與決策支持系統(DSS)的集成,發展到網絡GIS(黃潤秋,2001)。

R.印度Roorkee大學地球科學系的P.Gupta和B.C.Joshi(1990)利用地理信息系統方法對喜馬拉雅山山麓Ramganga集水區的滑坡災害進行了分區。本研究基於多源數據集,如航空照片、MSS磁帶數據、MSS影像、假彩色合成影像和各種野外數據,包括地質、構造、地形、土地利用和滑坡分布等。以上數據需要經過數字和圖像的處理,然後進行專題圖的判讀和繪制,包括地質圖(巖性和構造)、滑坡分布圖、土地利用圖等。將這些圖件數字化,並將相關數據存入GIS系統,找出與滑坡危險性評價相關的因素,如滑坡活動性與巖性的關系、滑坡活動性與土地利用的關系、不同坡型滑坡的分布、滑坡分布與主要斷裂帶的距離關系等。經過統計和實證分析,引入了滑坡風險因子(LNRF)。LNRF值越大,滑坡災害的風險越高。並對LNRF的三個風險等級賦予三個權重,分別為0,1和2。考慮到滑坡的發生是多種因素綜合作用的結果,調用GIS的疊加分類模型,將各種因素的權重疊加得到綜合圖,綜合圖反映了各個區域的權重之和。根據給定的標準,可以在此圖上繪制滑坡災害風險區劃圖。

C.荷蘭ITC的J.Van Westen和哥倫比亞IGAC的J.B .阿爾紮特·博尼拉(1990)基於GIS分析了山區的地質災害。他們在資料收集和整理方面做了大量工作,建立了完整的數據庫。在此基礎上,開發了邊坡穩定性分析模型等分析評價模型,其主要功能是計算邊坡穩定安全系數。此外,兩位學者還利用GIS生成的數字高程模型(DEM)開發了計算山區落石率的模型,並繪制了研究區落石率分區圖(黃潤秋,2001)。

美國科羅拉多州立大學的馬裏奧·梅希亞-納瓦羅和埃倫·E·沃爾(1994)利用地理信息系統對哥倫比亞麥德林的地質災害和風險進行了評估(蔣作勤,2008年)。利用GIS對麥德林地區的地質災害進行了分析研究,重點考慮了基巖和地表地質條件、構造地質條件、氣候、地形、地貌單元及其形成、土地利用、水文條件等因素。根據各因素的構成和災害之間的對應關系,將各因素細分為不同的類別和級別。借助GIS軟件(GRASS)的空間信息存儲、緩沖區分析、DEM模型、疊加分析等功能,對滑坡、洪水、河岸侵蝕等災害易發區進行災害分析,評估某壹具體事件各組成部分的易損性。

同樣,美國科羅拉多州立大學博士後馬裏奧·梅希亞-納瓦羅(1996)將GIS技術與決策支持系統(DSS)相結合,利用GIS(主要是地質資源分析系統GRASS軟件)和工程數學模型,建立了自然災害與風險評估的決策支持系統,並在科羅拉多州格倫伍德斯普林斯市進行了應用(蔣作勤等,2001)。利用GIS建立指標數據庫,建立基於GIS的幾個控制變量的權重關系。開展泥石流、洪水、地面沈降、風災等災害敏感性分析、易損性分析和風險評估,輔助政府部門決策。

美國地質調查局(USGS)在21世紀初已將加強城市地質災害研究列為重要任務,並借助GIS編制了美國主要城市地區各種災害的數字地圖,這與西歐國家城市地質工作的大趨勢是壹致的。其中,美國科羅拉多州格倫伍德斯普林的城市地質災害評估項目最具代表性。由於城市位於山區河谷地帶,滑坡地質災害制約著城市的發展。因此,城市規劃部委托科羅拉多州立大學開展GIS地質災害脆弱性和風險評估制圖研究。最後,根據14土地利用適宜性等級,對評價區進行土地利用分區,圈出未來城市發展的適宜地段和高風險區域。在此基礎上,建立了城市綜合決策支持系統。

綜上所述,可以看出,國外尤其是發達國家將GIS應用於地質災害的研究起步較早(表1),研究程度已經遠遠超過了我們,在這方面的應用也隨著GIS技術的發展而不斷深入(黃潤秋,2001)。

2.2的應用。地質礦產勘查中的地理信息系統

地理信息系統(GIS)適應了現代地球及其相關科學日益增長的需求。其特點是處理地球上任何具有空間方位的海量信息,具有量化、定時、定位的優勢。近10年來在地質和礦產勘查中得到廣泛應用。GIS對壹個地區的各種地質數據(圖形、圖像、文字、邏輯、數值)的分析,實際上代表了現階段對該地區相對客觀的總體認識。目前在野外數據采集、數據建庫、GIS分析等方面還存在壹些問題,GIS本身解決許多專業地質問題的能力不足。然而,GIS的進壹步發展和完善必將使地質礦產勘查進入壹個新的數字時代(周軍等,2002)。

GIS是因為解決地質問題而產生的,其雛形可以追溯到20世紀60年代。加拿大勘測員R.F.Tomlinson於1963年首先提出了地質信息系統這壹術語,並建成了世界上第壹個地理信息系統,即加拿大地理信息系統(CGIS),應用於資源管理和規劃。在1970 ~ 1976期間,美國聯邦地質調查局建設了50多個信息系統,進行了全面的地質研究。德國在1986建成了DASCH系統,瑞典、日本等國也建成了自己的GIS。GIS的發展和計算機科學的快速發展是齊頭並進的,主要是在近20年,在過去的10年發展更快(周軍等,2002)。

表1國外GIS在地質環境和地質災害研究中的應用

GIS是因為解決地質問題而產生的,其雛形可以追溯到20世紀60年代。加拿大勘測員R.F.Tomlinson於1963年首先提出了地質信息系統這壹術語,並建成了世界上第壹個地理信息系統,即加拿大地理信息系統(CGIS),應用於資源管理和規劃。在1970 ~ 1976期間,美國聯邦地質調查局建設了50多個信息系統,進行了全面的地質研究。德國在1986建成了DASCH系統,瑞典、日本等國也建成了自己的GIS。GIS的發展和計算機科學的快速發展是齊頭並進的,主要是在近20年,在過去的10年發展更快(周軍等,2002)。

ArcInfo和ArcView GIS是目前最流行的兩個軟件包,是美國Esri(環境系統研究所,Inc .)的重要產品,被許多國家正式確定為國土資源、地質與環境管理和研究的主要地質信息系統。ESRI成立於1969。傑克和勞拉·丹格蒙德用他們通常的1100美元的積蓄開始了。經過20世紀70年代的艱苦奮鬥,1981推出了新的ArcInfo,1986推出了PC ArcInfo版本。10008.000000000006 1981,ESRI在其位於雷德蘭茲的總部召開了第壹次用戶會議,只有18人出席,而6548年的用戶會議

ESRI的發展歷史反映了GIS從無到有、從弱到強、迅速壯大的發展過程,也從壹個側面展示了GIS巨大的市場潛力和不可估量的應用價值。

據悉,目前市場上有1995報價的GIS軟件有上千種,但10以上的主要占據市場。除了上面提到的ArcInfo和ArcView GIS,國外比較有代表性的GIS還有MapInfo、ErMapper、Idrisi Endas、Erdas、Genamap、Spans、Tigris等。

GIS在地質礦產勘查中得到了廣泛的應用,並取得了許多顯著的成果。美國、加拿大和澳大利亞早在1985 ~ 1989就將其用於地質礦產調查和測繪。目前,澳大利亞已經開始用筆記本電腦采集數字化形式的野外地質數據,建立相關數據庫,並借助ArcInfo和ArcViewGIS編制第二代地質圖。

三。信息來源

曹秀丁,阮軍,等2007。GIS技術在地質災害信息系統中的應用。中國地質災害與防治學報,18(3):112 ~ 115。

黃潤秋。2001.21世紀地質環境管理和地質災害評估的信息技術。國土資源科學技術管理,18: 30 ~ 34。

蔣作勤。2008.國內外區域地質調查全過程信息化現狀及特點。地質通報,27 (7): 956 ~ 964。

蔣作勤,張明華。2001.野外地質數據采集信息化涉及的主要技術及其進展。中國地質,28 (2): 36 ~ 42。

趙金平,焦書強。2004.基於GIS的國外地質環境評價研究現狀。南通工學院學報(自然科學版),3 (2): 46 ~ 50。

周軍,梁雲。2002.地理信息系統及其在地質礦產勘查中的應用。Xi理工學院學報,24 (2): 47 ~ 50。

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