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1、地理信息系统课程考核报告GIS在地质灾害研究中的应用学生姓名：所在班级：学 号：授课老师：2013年1月4日摘要 GIS是多种学科交叉的产物，它以地理空间为基础，采用地理模型分析方法，实施提供多种空间和动态的地理信息，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。在地质灾害评估中，地形起伏度和坡度、坡向不仅可以定量描述地形地貌特征，同时和滑坡灾害的发育存在很大相关性。需要对评估区域的地形进行空间分析，从而得到所需要的地形分析数据。将GIS技术应用在地质灾害空间分析中，可以较好地解决地形空间分析的问题。主要内容如下：1.地理信息系统(GIS)与地质灾害分析的关系；2. GIS在地质灾害评估的研
2、究方法，包括其数据的准备、构建格网数字高程模型及地形因子的提取；3. GIS技术在地质灾害评估空间分析过程中的应用。关键字：GIS；地质灾害；空间分析；坡度；坡向目录一 地理信息系统(GIS)与地质灾害分析4二 GIS在地质灾害评估的研究方法42.1 GIS数据准备及分析软件52.2 构建格网数字高程模型52.3 地形因子的提取6三 GIS技术在地质灾害评估空间分析过程中的应用63.1 三维地形图73.2 高程分析73.3 坡度分析83.4 坡角分析9四 感悟 9参考文献10一 地理信息系统(GIS)与地质灾害分析地理信息系统是在计算机软#硬件的支持下采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示空
3、间物体的地理分布数据及与之相关的属性的计算机系统它是由一些计算机程序和各种地学信息数据组织而成的空间信息模型。地理信息系统技术集计算机科学、地理学、地图学、计算机图形学、测绘学、遥感学、空间科学、环境科学、信息科学、管理科学及数据库技术于一体以其对空间地理数据强大的存储查询和分析处理功能而鲜明的区别于普通的管理信息系统它将空间数据处理#属性数据处理#空间分析与模型分析等技术与计算机技术紧密结合具有很强的空间表现力能够对复杂的地理空间数据进行采集、存储、检索、管理和分析建模为我们开展相关研究提供了一个多学科集成的基础平台。地理信息系统(GIS)是有效表达、处理以及分析与地理分布有关的专业数据的一
4、种技术，它为人们提供了一种快速展示有关地理信息和分析信息的新的手段和平台。从20世80年代以来，GIS在灾害管理中得到逐步深入的应用：从简单的灾害数据管理、多源数据集数字化输入和绘图输出，到DTM和DEM模型的建立和使用；从GIS结合灾害评价模型的扩展分析；到GIS与决策支持系统的集成；再到WebGIS。GIS的核心是空间数据管理子系统，由空间数据处理和空间数据分析构成。运用GIS所具有的数据采集和提取、转换与编辑、数据集成、数据的重构与转换、查询与检索、空间操作与分析、空间显示和成果输出及数据更新等功能，我们可以根据地质灾害评估的需要，建立以GIS技术为基础的、用于地质灾害评价的空间分析模型
5、，评价结果可以图层的形式显示或者报表、表格形式输出，为专业部门或决策部门提供灾害管理和决策依据。二 GIS在地质灾害评估的研究方法地质灾害是包括自然因素或人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山体滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝等与地质作用有关的灾害。我国是世界上自然灾害最多、损失最严重的国家之一,灾害种类多,分布地域广,造成损失大。应对自然灾害是人类生存与可持续发展不可回避的问题之一,与风险共存,始终做到居安思危、防患于未然,是减灾和灾害管理的基本点和出发点。基于GIS技术的面向突发性自然灾害应急响应、利用多源数据的地质灾害风险快速评估方法研究,是面向我国政府部门对地质灾害风险管理提出的重大需求,
6、服务于政府及地方社会解决突发性地质灾害损失应急评价中存在的主要技术问题,为各类突发性自然灾害的救灾、减灾等提供信息保障和决策支持。2.1 GIS数据准备及分析软件在进行灾害研究及评估前需要准备多项数据，主要是野外实测CAD数据的整理，然后提取CAD数据中的高程点数据为dat文件。将该dat文件作为研究的基础数据，后面所有的应用分析都是基于野外实测CAD数据进行。CAD数据的处理软件有多种，其中主要有国外的ArcGIS、MapInfo、GeoMedia、Giswin还有国内的MapGIS、GeoStar、TopMap、GeoBean等。2.2 构建格网数字高程模型 数字高程模型（DEM）区域地形
7、的基础信息之一，是赖以构建区域地形型和进行各种地形研究的基础信息。它是用一组有序数值阵列形式表示地 面高程的一种实体地面模型。DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子 在内的线性和非线性组合的空间分布。数字高程模型作为地理数据库中最为重要的空间信息资料和赖以进行地形分析的核心数据系统，不仅可以提取地形起伏度、坡度和坡向等地形参数，同时能够成为定量分析地形地貌和地质灾害评价的基础。图1 数字高程模型格网数字高程模型（格网DEM）是把DEM覆盖区划分成规则格网，每个网格大小和形状都相同，用相应矩阵元素的行列号来实现网格点的二维地理空间定位，第三维为特性值，可以是高程和
8、属性。在本项目中，主要采用MapGIS软件生成格网DEM。在MapGIS工作平台下，利用该软件的强大地形分析功能模块DTM分析模块，采用采用离散数据网格化方法，离散化方法主要采用距离幂函数反比加权网格化方法，网格间距应选择10m左右，生成GRD地形数据。值得注意的是应选择合适的格网间距，间距过大不能反映地形的准确程度，间距过小则数据量过大，影响处理速度。实验证明，10m左右能够较好的反映地形起伏情况。2.3地形因子的提取 DEM是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。DEM是DTM的一种特例，是对地球表面地形地貌的一种离
9、散的数字表达。DEM是地理信息系统进行地形分析的基础数据。采用收集到的数字等高线数据建构10m空间分辨率格网DEM，并基于DEM进行空间分析，提取坡度、坡向等空间信息，进行地形分析，比较准确地表达了研究区的总体地形特征，为该区的地质灾害评估等提供了地形方面的基础数据。 建立DEM的方法有多种：（1）直接从地面测量,例如用GPS、全站仪 、野外测量等；（2）根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取,如立体坐标仪观测及空三加密 法、解析测图、数字摄影测量等等;（3）从现有地形图上采集，如格网读点法、数字化仪手扶 跟踪及扫描仪半自动采集然后通过内插生成DEM等方法（整体内插 、分块内插和逐点内插）。
10、 地形因子的提取只要是指研究区坡度与坡向的提取。坡度是指GRID中像素高程值的变化率，计算结果以度、小数或百分数的形式存放在像素属性中，分别用090度来表示，每一定的度数间隔采用不同的颜色表示，坡向亦是如此；坡向是指GRID中每个像素面的朝向，范围为0360度，其中0度代表北，90度代表东等。迄今为止，坡度和坡向的计算方法可归纳为五种：四块法、空间矢量分析法、拟合平面法、拟合曲面法、直接解法。前三种方法是解求平均坡度而设计的, 后两种方法是解求地面最大坡度而采用的。经证明，拟合曲面法是求解坡度的最佳方法，拟合曲面法一般采用二次曲面)。对地面模型的坡度、坡向进行分析时，先对原始稀疏数据加密，然后
11、计算各单元的坡度、坡向，并将结果数据以“.BMP”或“.GRD”（其高程信息为高程点的坡度、坡向或粗糙度）格式保存到用户指定的文件中，供制图或分析时使用。如果想绘制坡度图，可以先用此功能产生坡度GRD文件，然后运用“平面等值线图绘制”功能就可以出坡度图了。以格网DEM为基础，利用ARCGIS的GRID模块的地形分析功能生成坡度图、坡向图，利用该图生成平面等值线方式的坡度图、坡向图。三 GIS技术在地质灾害评估空间分析过程中的应用 地质灾害灾情评估是指对地质灾害活动程度及破坏损失情况进行评定估算的工作。对于已经发生的地质灾害,地质灾害评估的基本方法和主要内容是调查地质灾害活动规模,统计地质灾害对
12、人口、财产以及资源、环境的破坏程度,核算地质灾害直接经济损失与问接经济损失,评定地质灾害等级。对于有发生可能但尚未发生的地质灾害,地质灾害评估是预测评价地质灾害的可能程度,对此有人称之为地质灾害风险评估或地质灾害风险评价。其基本内容和步骤是：首先分析评价地质灾害活动的危险程度和地质灾害危险区受灾体的可能破坏程度,即地质灾害的危险性评价和灾害区的易损性评价,在此基础上进一步分析预测地质灾害的预期损失,即进行地质灾害的破坏损失评价。地质灾害评估的基本目的是通过单项指标或综合指标定量化反映地质灾害的主要特点和破坏损失程度,为规划、部署和实施地质灾害防治工作提供依据。 地质灾害评估的主要任务有：（1）
13、查明工程建设场地地质环境条件、自然地理及工程概况；（2）查明建设场地地质灾害发育类型、现状、分布及影响因素，进行地质灾害危险性现状评估；（3）调查、分析评估区内潜在的地质灾害、工程建设可能引发或加剧地质灾害及其危险性，以及工程建设和建成后可能遭受的地质灾害及其危险性，进行地质灾害危险性预测评估；（4）对评估区内地质灾害危险性进行综合评估，划分地质灾害危险性评估分区，评估场地适宜性，并提出相应的防治措施和建议。3.1 三维地形图 三维地形图，又称三维电子沙盘，三维地理信息系统，它是遥感、地理信息系统、三维仿真等高新技术的结合。它是以三维电子地图数据库为基础，按照一定比例对现实世界或其中一部分的一
14、个或多个方面的三维、抽象的描述。三维地形图主要以一种三维电子沙盘的形式反映研究区的地形起伏情况，根据高程的不同赋予不同颜色值，制作出三维地形图，用以表达不同的地形起伏情况（如图2所示）。图2 区域三维地形图3.2 高程分析 高程（标高）指的是某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离，称绝对高程。简称高程。“高程”是确定地面点位置的一个要素。高程测量的方法有水准测量和三角高程测量，水准测量是精密测定高程的主要方法。高程分析是指根据现状高程点，按高程范围对地形进行填充，生成高程分析图。高程分析图主要是对由离散数据生成的“.GRD”格式数据进行等值线分析产生的。经过分层设色后，不同高程的范围值被赋予一定的高程数据，显示不同的颜色值，来反映不同的地形起伏情况（如图3所示）。图3 高程分析图3.3 坡度分析 坡度是描述地形特征信息的重要指标，它能够间接表示地形的形态起伏和结构特征，并且反映地貌坡面的倾斜程度。目前，坡度多是通过数字高程模型 (DEM)计算得到的，坡度表示地表面在某点倾斜程度的一个量。因此，它是一个既有大小又有方向的量，其模等于地表曲面函数在该点的切平面与水平面夹角的正切，其方向等于在该切平面上沿最大倾斜方向的某一矢量在水平面上的投影方向即坡向，它们在水文模型建立、土壤侵蚀分析、水土流失监测、地貌形态模拟，生态环境研究等地学分析领域有着广泛的应用（如图4所示）。图4 坡度分析图3.4
