發(fā)布時間：2014-12-24 09:56

 

【摘要】 隨著北京城市建設迅猛發(fā)展北京市城市地質安全問題日益凸顯，城市地質安全問題給社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展及人民生命財產(chǎn)造成了不可忽視的威脅和損失，為了查明各種地質災害的發(fā)生，降低其危害程度，確保城市地質安全，北京市正在建設各種地質環(huán)境與地質資源監(jiān)測系統(tǒng)，已經(jīng)建成的有地面沉降監(jiān)測系統(tǒng)和地下水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，正在建設的有突發(fā)性地質災害監(jiān)測系統(tǒng)，其它監(jiān)測系統(tǒng)也在規(guī)劃立項階段，如礦山環(huán)境、活動斷裂、淺層地溫能、地熱、垃圾、地下空間等，要整合這些監(jiān)測系統(tǒng)，深入分析和提取各種監(jiān)測數(shù)據(jù)間的有益信息，為政府決策和社會大眾服務，必須有一個功能強大、技術先進、穩(wěn)定的信息系統(tǒng)來支撐。近年來北京市在城市地質數(shù)據(jù)庫建設及信息系統(tǒng)建設中做了大量基礎性工作，這些都為城市地質安全保障服務系統(tǒng)建設打下了堅實的基礎和充分的技術準備。本文從頂層設計的角度設計了北京城市地質安全保障服務系統(tǒng)整體框架，并對一期建設的各個子系統(tǒng)的功能、算法及數(shù)字模型進行了詳細的設計，指導了北京城市地質安全保障服務系統(tǒng)建設。 

1 引言

 

隨著北京城市建設迅猛發(fā)展北京市城市地質安全問題十分突出險患巨大，地下水資源超量開采可引發(fā)的地面沉降、北京山區(qū)突發(fā)性地質災害、未經(jīng)處理的廢棄物引起的地下水污染等給城市建設、社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展及人民生命財產(chǎn)造成了不可忽視的威脅和損失，因此解決城市地質問題責任重大且迫在眉睫。

城市地質問題具有動態(tài)性、隱蔽性、突發(fā)性及非正�；顒有缘忍攸c，各種城市地質問題既有其獨特的演化特性，又有深刻而緊密的內在聯(lián)系。通常在一定時間內，各種因素進行著緩慢的量變，表現(xiàn)其動態(tài)性及隱蔽性的一面，當這種量變積累到超過監(jiān)界值時，便立刻具有了可怕的突發(fā)性。隨著城市建設規(guī)模不斷擴大，人類活動嚴重影響了地殼的穩(wěn)定性，這時人為因素與地質因素相互疊加、影響，便構成了一種更難被人認知的非正�；顒有�，如東三環(huán)塌陷，很有可能是地面沉降和其它不確定因素共同作用的結果。

 

1.1  城市地質安全保障服務系統(tǒng)建設現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

城市地質安全保障服務系統(tǒng)建設是建立在各種地質資源和地質環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡之上并將各種地質監(jiān)測信息匯集到一個平臺之上，以各種數(shù)學模型為基礎利用信息化技術、網(wǎng)絡技術及GIS技術，綜合分析各種地質信息，為城市的地質安全保障服務。

1.1.1  城市地質安全服務系統(tǒng)發(fā)展史

印度曾用 GIS 方法對喜馬拉雅山麓的 Ranganga Catehment 地區(qū)進行了滑坡災害危險性分析，該研究基于多源數(shù)據(jù)集，如航空像片、磁帶數(shù)據(jù)、圖像、假彩色全成圖像及各種野外數(shù)據(jù)，包括地震、構造、地形、土地利用及滑坡分布，以上數(shù)據(jù)需要進行數(shù)字處理或者圖像處理，然后解譯繪制出地質圖（巖性與構造）、滑坡分布圖、土地利用圖等專題平面圖。這些數(shù)字化圖件及屬性數(shù)據(jù)都存儲在GIS系統(tǒng)中，從中可找出與滑坡災害評價相關的因素，利用GIS的存儲、更新、空間疊加功能，得到一張反映每個地區(qū)的權重總和的綜合圖件，根據(jù)給定標準，即可在圖上勾繪出滑坡災害危險性分區(qū)。

 

1.2 論文研究內容及意義

北京城市地質資源主要有土地、地下水、地熱、淺層地溫能、地下空間資源等。由于地下水超采，造成水位下降，水資源面臨枯竭以及地面沉降等地質災害。其它地質資源同樣面臨可持續(xù)開發(fā)、保護、有效利用等問題。

北京城市地質環(huán)境主要指污染、地質災害等。比如地下水污染、垃圾污染、地面沉降、地裂縫、巖溶塌陷、地面塌陷、泥石流、滑坡、崩塌等；此外平原地區(qū)隱伏活動斷裂對建筑物安全構成威脅；工程建設的加載和開挖，破壞了地殼表層的平衡，使工程設施產(chǎn)生沉降、位移、失穩(wěn)等危害。

北京城市地質安全保障服務系統(tǒng)將利用先進的信息獲取技術和快速傳輸技術，實現(xiàn)天上、地面、地下的立體監(jiān)控，形成多級網(wǎng)絡化的信息更新維護體系。全面完成城市地質安全數(shù)據(jù)庫建設，建立城市地質信息開發(fā)、利用、服務和管理的良好環(huán)境；形成以運行城市地質安全信息為主并具有多種分析預測、風險評估、風險預警和決策支持功能的信息綜合服務體系；全面提升地質災害防治的快速反應能力和技術水平，實現(xiàn)城市地質信息的高度共享與高效利用，深化網(wǎng)格化管理，實現(xiàn)城市地表、地下信息統(tǒng)一管理，一體化顯示，為政府決策、管理、提供堅實的技術支撐，為北京世界城市建設作出重要貢獻。

 

2 系統(tǒng)整體框架設計

 

系統(tǒng)采用自頂向下的結構化設計方法。在設計時，首先考慮系統(tǒng)的任務、環(huán)境、需求和局限，然后在總體上設計出能夠滿足系統(tǒng)要求的模塊化的體系結構，并根據(jù)業(yè)務需求劃分為若干子系統(tǒng)，設計出每個子系統(tǒng)包含的功能模塊。

 

2.1 系統(tǒng)架構

從總體上看，北京城市地質安全保障服務系統(tǒng)建設是以計算機硬件與網(wǎng)絡通信平臺為依托，以政策、法規(guī)、規(guī)范、標準、信息化機構以及安全體系為保障，以數(shù)據(jù)管理、配置管理、服務引擎為支撐構建的分析評價、輔助決策、安全預警預報系統(tǒng)。北京城市地質安全保障服務系統(tǒng)建設的總體框架如圖2-1所示：

 

 

2.1.1 基礎設施

本項目基礎設施主要是 IT 基礎設施，包括機房建設、采購必要的服務器和存儲設備、機柜等。

2.1.2 數(shù)據(jù)層

信息資源是系統(tǒng)建設的重要基礎成果，是信息共享和交換的物理基礎。主要包括基礎數(shù)據(jù)庫、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、成果數(shù)據(jù)庫及共享數(shù)據(jù)庫。各種數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫標準，利用 ORACLE 大型數(shù)據(jù)庫平臺進行一體化管理，為業(yè)務應用層的各系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)保障。

主要是通過調查、監(jiān)測、專題研究及其它單位共享等手段取得數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)庫的建設提供數(shù)據(jù)來源。

 

2.2 體系結構

系統(tǒng)采用COM 組件開發(fā)及基于 Web Service技術體系結構（如圖2-2）設計，COM 組件開發(fā)可以滿足內部的專業(yè)應用需求，基于 Web Service 體系結構可以滿足外部服務需要，主要包括數(shù)據(jù)庫層、數(shù)據(jù)訪問引擎層、業(yè)務邏輯組件、應用組件及 Web服務層、網(wǎng)絡傳輸層和應用層等。

 

 

2.2.1 數(shù)據(jù)庫層

數(shù)據(jù)庫層是地質安全保障服務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲層，集中存儲在地勘局信息中心的服務器上，筆耕文化推薦期刊，采用 Oracle 企業(yè)級數(shù)據(jù)庫進行存儲，充分利用它的面向對象、空間數(shù)據(jù)、分區(qū)、海量數(shù)據(jù)快速存取等特性。這一層不但包括基礎數(shù)據(jù)庫（矢量基礎地理、DEM 等）、動態(tài)數(shù)據(jù)庫（地下水環(huán)境監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測等數(shù)據(jù)）、成果庫、共享庫等，還可以包括形成這些數(shù)據(jù)庫的 Word、PDF、Excel、AutoCAD、ArcGIS、MapGIS、圖片等多種類型的原始數(shù)據(jù)。

 

3  數(shù)據(jù)管理與服務子系統(tǒng)設計........ 14

3.1基礎數(shù)據(jù)管理模塊........... 14

3.1.1數(shù)據(jù)分類原則............. 14

3.1.2分類編碼原則........... 15

4 地質安全監(jiān)測子系統(tǒng)建設......... 25

4.1地下水監(jiān)測與分析子系統(tǒng)............. 25

4.1.1地下水動態(tài)分析模塊................. 25

5 地質安全綜合分析子系統(tǒng)............ 60

5.1 地質信息展示............. 62

5.2 地質安全質量評價與輔助決策............... 63

 

5 地質安全綜合分析子系統(tǒng)

 

根據(jù)北京城市地質安全保障服務系統(tǒng)項目逐步實施的原則，地質安全綜合分析子系統(tǒng)將是一個能夠提供對地下水、地面沉降、突發(fā)性地質災害、活動斷裂、淺層地溫能 、土壤環(huán)境、礦山環(huán)境、地下空間等專業(yè)分析成果進行綜合分析的平臺。

地質安全綜合分析子系統(tǒng)是個長期建設的系統(tǒng)，目的是根據(jù)整個北京城市地質安全保障服務系統(tǒng)中各專題系統(tǒng)的不斷豐富，地質安全綜合分析子系統(tǒng)也不斷的完善。這個是個動態(tài)的過程，包括對多種地質專題信息建立合適的查詢、展示方式，這種方式要更能突出多種地質信息經(jīng)過綜合展示后的信息特點；也包括在多種地質專題信息基礎上建立整個北京城市地質安全保障服務模型。

本期項目中，地質安全綜合分析子系統(tǒng)建設首先是在北京城市地質安全保障服務系統(tǒng)大的框架下建立綜合分析的功能結點，實現(xiàn)了整個大框架下數(shù)據(jù)由入庫、分析處理到綜合應用的整體過程。本期工作具體方向包括三維地質建模與仿真、綜合展示與分析兩大部分，如圖5-1所示。

 

 

6  總結與展望

 

北京城市地質安全保障服務系統(tǒng)一期工程已經(jīng)建設完成，經(jīng)過一段測試運行，整體達到預期目標，并為后期突發(fā)性地質災害、活動斷裂、淺層地溫能  、土壤環(huán)境、礦山環(huán)境等項目的靈活接入奠定了基礎。

 

6.1 本文總結

北京城市地質安全保障服務系統(tǒng)建設涉及多個專業(yè)方向，數(shù)據(jù)量大，專業(yè)計算和模型多，系統(tǒng)的建設需要多專業(yè)、多源數(shù)據(jù)的支撐。本次工作初步建立了北京城市地質安全保障服務系統(tǒng)，這項工作是將多專題地質信息納入城市地質安全保障服務內容的一次重要嘗試。

地下水監(jiān)測評價、動態(tài)分析、水質監(jiān)測分析、地面沉降分析是城市地質安全保障的重要內容。本次工作中，以上各專業(yè)領域知識和計算機技術、GIS技術、三維建模技術在面向城市地質安全保障服務系統(tǒng)的新框架、新理念下進行了實踐。

整體建設方面，系統(tǒng)綜合采用物聯(lián)網(wǎng)、大型數(shù)據(jù)庫技術、計算機網(wǎng)絡技術、主流 GIS 技術、三維地質建模及可視化技術，接入動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡，搭建了北京城市地質安全保障服務系統(tǒng)框架，為以后突發(fā)性地質災害、活動斷裂、淺層地溫能  、土壤環(huán)境、礦山環(huán)境、地下空間等專業(yè)分析系統(tǒng)建設提供了技術框架，為實現(xiàn)全面的北京市地質安全保障服務提供技術基礎。

在專業(yè)方面，基于 GIS 技術、三維可視化技術，實現(xiàn)了北京城市地質安全基礎地質數(shù)據(jù)、動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、地下水專業(yè)數(shù)據(jù)、地面沉降專業(yè)數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)綜合查詢及展示；集成了回歸分析、神經(jīng)網(wǎng)絡、層次分析法等多種數(shù)學方法建立了水位、水質、地面沉降相關評價、預測、預警模型，建立了地質安全質量評價模型，自動生成地質安全質量綜合評價輔助報告，為城市地質安全保障提供基本的專業(yè)信息。

三維建模與仿真方面，基于國內自主知識產(chǎn)權的三維地質建模技術，基于地質鉆孔資料，構建了平原區(qū)第四系三維地質模型；綜合采用水文地質鉆孔、剖面資料構建了平原區(qū)地下水含水層組三維地質結構模型、監(jiān)測層三維地質結構模型、第四系時代三維地質結構模型；能夠進行三維動態(tài)顯示和分析，達到國內領先水平。

信息服務和共享交換方面，本次工作在北京市電子政務網(wǎng)內實現(xiàn)了北京城市地質安全信息服務系統(tǒng)，實現(xiàn)了地下水動態(tài)、地下水環(huán)境、地下水資源、地面沉降等專題的動態(tài)監(jiān)測信息和可發(fā)布的專業(yè)分析成果信息；實現(xiàn)了與市委辦局之間數(shù)據(jù)共享交換功能。

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本文編號：10844