当前世界范围内的防灾减灾形势严峻，灾害对人类和经济、社会发展的影响不断加剧。在全球气候变化背景下，随着经济和城市化的加速发展，莆田市各种灾害威胁的形势也日益严峻^[1]。

莆田市地处中国福建中部沿海，东临台湾海峡，与台湾隔海相望。莆田市属亚热带海洋性季风气候，全年降水充沛，市辖区内常引发地质灾害，分为突发性地质灾害(滑坡、崩塌、泥石流、不稳定斜坡等)和渐变性地质灾害(主要为地面沉降等)^[2]。

数字莆田地理空间框架建设项目是国家测绘地理信息局数字城市地理空间框架建设试点城市之一，由国家测绘地理信息局、福建省测绘地理信息局和莆田市政府三方合作建设。武大吉奥提供软件平台和技术支撑，共同构建莆田市统一的地理信息公共服务平台^[3]。实现了莆田市统一的空间定位基础，莆田市政府和相关管理部门对于灾害灾情信息业务化管理和辅助防灾减灾提供决策依据，提高政府决策的科学性、前瞻性和民主化程度，提高行政管理的效率，促进社会可持续发展，加快城市发展，提升城市的整体实力^[4]。

1 系统设计 1.1 系统目标

根据莆田市相关部门地质灾害业务化监测与管理的要求，利用GIS系统强大的空间数据存储管理和处理分析能力，对莆田市辖区地质灾害综合信息进行统一管理，以发生地质灾害隐患点的地质构造、历史灾情情况为基础，采用正确可靠的数学模型，科学预测、预报各类地质灾害的发生条件、影响范围，提供正确的应急预案，为相关单位有效地管理地质灾害专题数据、控制地质灾害发生、对灾害进行监测预警提供科学的决策依据^[5]。

1) 建立地质灾害隐患点信息、地质灾情信息、防灾减灾明白卡、应急预案等信息的综合管理系统，利用该系统能实现这些信息的录入与存储、添加和删除、检索与查询、修改与更新、数据浏览和报表输出等功能。

2) 利用国产的GIS软件GeoGlobe的相关技术，基于标准的OGC (open GIS consortium)服务，实现地形数据和专题数据的三维图形可视化浏览和管理。利用ArcGIS技术实现地质灾害专题图的制作与输出。

3) 根据灾害监测预警的模型，充分利用传感器技术获取实时雨量数据，利用GIS技术进行空间插值分析，对灾害隐患数据进行分析、判断、预测预警级别，并计算灾害影响范围，最终为地质灾害管理部门在地质灾害防治与治理、灾害决策分析提供支持。

1.2 总体设计

针对多层次、多样化的灾害信息管理任务需求，综合利用各类多源异构应急测绘信息资源(包括传感器、数据资源、空间信息资源、存储资源、计算机处理资源、网络传输资源等^[1])。莆田市地质灾害综合信息系统是以地质灾害专题数据为对象, 数据流为主线, 功能为任务, 预警监测为目的的辅助决策系统。根据用户需求和业务特点初步设计莆田市地质灾害综合信息系统的总体框架结构图如图 1所示。系统分为4层，分别为数据层、访问接口层、功能层、用户界面层。数据层除了基础地理信息数据外，主要包括了各种专题数据、灾情数据、雨量数据等；接口层是访问各类数据的相关组件和技术；功能层是对系统主体功能的描述，用户界面层是用户对系统访问的一个接口。

1.3 数据流设计

在系统中，存储在本地的业务化数据主要是地质灾害专题信息数据，基础地理数据是调取莆田市地理信息公共服务平台提供标准服务的OGC WMS (web map service)服务。降雨量数据是通过气象局的通信基站以短信数据的形式发送至与系统相连的GSM (global system for mobile communication)收发终端，然后从收发终端中读取存储到本地系统，用户对这些数据进行处理分析，并将灾情数据通过GSM收发终端发送给相关人员。图 2是地灾系统数据流网络结构图。

2 系统功能实现

根据系统的建设目标，将系统设计分为3个主要的功能部分，即专题和地形数据可视化、地灾数据管理、地灾监测预警与应急响应3个部分，各部分主要的子功能模块如图 3所示。

2.1 专题与地形数据可视化

对于一个GIS系统来说，空间数据的可视化操作是必不可少的部分，地质灾害综合信息系统中包含有丰富的地形和地图可视化操作。

系统基于国产的地理信息开发平台GeoGlobe的三维技术，采用动态插件加载方式来完成，主要实现了系统中如下几个方面的功能。

1) 图层管理：系统中所有数据都以图层的方式进行组织，用户可随意控制树状图层的次序和可见性。系统用3个层组对图层进行逻辑分组，分别是地质灾害专题数据、本地数据、远程服务。

2) 三维显示：系统以三维球面视图作为空间信息展示的窗口，无论是来自公共服务平台的基础地理数据(如矢量瓦片、影像瓦片、地形瓦片、模型瓦片等)，还是存储于本地的专题地理空间数据(如隐患点、避难所、灾害等级数据等)，来自查询分析所得的空间数据，如灾害影响范围、选择要素等，都可以进行三维显示。

3) 专题制图：地质灾害的管理特征决定了专题制图功能必不可少，但目前的现状是，这种功能一般来自传统的二维GIS平台，难以很好地集成在一个统一的三维环境中。为减少用户调用不同的软件系统，避免重新组织图层数据和样式，本系统利用ArcGIS组件开发专题制图模块，用户可直接在三维视图环境下调用制图功能。

2.2 地质灾害专题数据管理

1) 隐患点数据管理：滑坡、泥石流、地裂缝等隐患点数据存储在Access数据库中，采用ADO.Net (ActiveX Data Objects)技术实现对数据库的各种操作，包括隐患点的增加、删除、修改和查询等，从而实现对隐患点数据的数据库管理。

2) 雨量数据获取与分析：全市共有41个雨量监测站点，在降雨发生后，莆田市气象局会适时地将雨量信息以手机短信的形式发送给系统的GSM数据短信接收终端，通过短信服务将数据存储在XML (extensible markup language)文件，根据此站点雨量数据通过空间插值的方法计算隐患点的雨量数据，并且以矢量格式存储，用户可以以不同的查询方式对隐患点和站点雨量数据进行查询，并输出为报表和添加到三维球显示。

3) 灾情数据：是地质灾害数据中一个重要的部分，系统提供了灾情信息入库的功能，同样采用对Access数据库访问的技术实时地对灾情信息入库，可以将灾情信息以报表的形式输出，并可以按灾情的影响范围进行制图输出。

4) 防灾数据：包括避难所数据和防灾明白卡数据，本系统设计了能让用户增加、删除、修改、查询和报表输出此类数据的功能，同样基于Access数据库的访问操作。

2.3 监测预警和应急响应

灾害监测预警和应急响应是本系统的一个重要的模块，也是体现辅助决策支持的基础。利用灾害监测预警等级计算模型，结合隐患点具体情况、降雨量和历史灾情情况，可预测和估计各隐患点的预警等级和影响范围，这些预警信息通过本系统编辑成短信信息，通过短信发送的方式发送给相关领导和相关责任人，从而达到监测预警、防灾减灾的作用。该模块实现了从雨量短信接收→降雨量获取→灾害等级预测→预警等级信息发送和报表输出的自动化流程。图 4是监测预警的工作流程图，图 5是监测预警业务流程功能窗口。

1) 灾害等级预测流程。在获取隐患点雨量数据以后，利用降雨为主导因子下地灾监测预警模型对预警等级进行预测，利用隐患点降雨量数据，考虑地形坡度和历史灾害规划状况的影响下，利用预警模型进行计算，为在灾害预警中融入专业用户的经验，系统提供参数配置接口，用户可以手动调整模型参数。图 6是模型参数调整窗口。

预警等级计算完毕后，用户可以将隐患点预警等级数据和隐患点相关信息发送给相关负责人，预警等级数据生成矢量shp文件，可以专题制图输出，也可以输出为报表和添加到三维球上显示。

2) 灾害影响范围计算。灾害影响范围是通过灾害预警等级和灾害发生的面积来计算的，系统对灾害预警三级以下的隐患点不计算影响范围，从预警等级数据中取出三级以上隐患点数据，结合数据库中的隐患点相关信息，计算得到影响范围数据，通过缓冲区分析得到影响范围的矢量shp数据，可以专题制图输出，也可以添加到三维球上显示。

3) 预警和灾情信息发送。系统的实时险情和灾情信息存在两个链路，一个是从管理部门到隐患点负责人员，主要是发布险情信息；另一个是从灾害发生地到管理部门，主要是上报灾情。具体信息包括受灾人口、地点、规模、类型等。在监测预警模块中，如果出现高危等级灾害预警，用户可利用GSM短信收发终端向相关人员(如隐患点负责人)发送险情信息。系统中相关人员的手机号码可从明白卡中获取，也可从专门的人员通讯录中得到。一旦灾情信息上报到达(也可以电话的方式)，系统用户可利用数据编辑模块录入灾情信息，这些信息将存储在灾情历史数据库中，以供将来的灾情查询与统计。

3 结束语

莆田市地质灾害综合信息系统是采用GeoGlobe和ArcGIS二次开发的方式，集中运用地理信息技术、数据库技术、传感器技术，通过政务网实时在线调用莆田市地理信息公共服务平台提供的基础地理信息数据作为基础数据支撑，通过GSM实时获取雨量数据进行插值分析，建立模型计算灾害可能发生的等级，从而尽可能地及时做出预案处理。系统建设过程中，在2011年7~8月份雨季来临季节，将系统原型及业务模型建设完毕投入使用，取得了良好的社会效益。

莆田市地质灾害综合信息系统的建设是将现有的业务数据与地理信息数据有机结合起来，以可视化管理显示在三维地图上，并高效管理地质灾害业务数据，制作地质灾害专题图，为相关管理人员提供及时、有效、科学的辅助决策，极大提高了社会效益。