南平市地质灾害防治指挥平台设计与实现

范廷鹏 吴其群 俞越樾 郑家麟 郑震 官国清 陈健雄 苏治宇

(1.南平市自然资源局，南平，353000；2.福建三朵云网络科技有限公司，南平，354200；3.福建南平数字城市运营有限公司，南平，354200)

南平市位于福建省北部，以山地丘陵为主，地质条件复杂。随着人类工程活动的规模和强度持续增加，加之近年来极端天气频发，降水时空分布不均，地质灾害日益增多。地质灾害防治领域逐步开始信息化建设，在监测预警、系统研发上取得了一定的成果。在运用信息化手段提升地质灾害防御水平理论构建和实际应用上，房浩等[1]研发具有成果浏览、灾点查询、资源检索、数据统计和综合评价等功能的全国地质信息管理系统；张磊等[2-3]以空间数据库作为技术基础，以WebGIS技术作为支撑，开发了由地质灾害管理应急会商辅助决策、应急调查APP系统、灾害管理APP系统和灾害应急快速制图等5大系统；兰腾达[4]基于显式统计模型，耦合了地质环境因素与降雨量因素建立预警判据；张国合[5]以CORS系统为基础，运用GNSS空间定位技术、计算机技术、通讯技术、网络技术等现代技术，对可能由地表位移引起的地质灾害进行实时监测、预警和形变分析；陈张建等[6]基于SOA的架构理念，给出了系统的体系结构，结合数字城市地理空间框架、ArcGIS GeoProcessing、ArcGIS Server、AJAX、时态数据库等技术，分析了系统实现的关键技术；黄俊宝[7]以四库一体模式构建地质灾害监测预警信息系统，并通过ARCGIS平台开发实现；Zhang[8]利用地理信息系统(GIS)技术对数据库信息进行管理，实现了辅助人员进行灾害决策管理，有效地提高了对地质灾害信息的控制。Liu[9]利用GPRS、集中式数据库管理、分布式数据管理技术为地质灾害监测系统提供无线数据通信的软件体系结构；Wang[10]等考虑到道路地质灾害数据的属性和行为，使用Arc SDE(ESRI)提供的统一建模语言和计算机辅助软件工程工具创建了面向对象的地理数据库，实现了基于空间数据库的滑坡敏感性制图模型。

南平市地质灾害防治指挥平台运用物联网、地理信息以及数据库等技术，创新接入、融合各行业领域有利于地质灾害风险研判的数据信息，实现多种地质灾害“技防”措施的汇集，解决了多个系统界面无法同时兼顾的问题，建立预警预报模型，研发多种地质灾害研判方法，通过图层叠加、动态展示等方式，动态分析地质灾害风险以及趋势。同时，强化信息化防灾技术与群测群防网络的有机结合，实现实时预警、快速转移，为群众生命财产安全提供信息化保障。

1 总体设计

1.1 总体架构

南平市地质灾害防治指挥平台利用政务外网云平台提供的基础设施建立该平台的三层架构，包括数据资源层、平台服务层、应用层。

数据资源层包括基础地理、三维地形、自动监测、视频监控、气象、地质灾害、敏感分布等数据，主要用于地灾点、高程地形、巡排查、实时雨量等多元异构数据的有效融合、存储、传输、共享、管理。平台服务层包括平台运行安全服务、用户权限管理、数据统计及分析、图表生成等功能，主要用于提供数据服务和功能服务，为平台的运行提供支撑；应用层包括地质灾害气象风险实时预警、未来三天雨量预警、三维模型显示与测量、地灾点现场实时监控、自动监测站预警等模块，通过平台服务层提供的数据以及功能服务，实现地灾点、巡查、灾险情等数据信息展示。

1.2 数据库设计

南平市地质灾害防治指挥平台构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各类用户的应用需求(信息要求和处理要求)。

数据库建设基于mysql数据库技术，主要由隐患点表、行政区划表,隐患点三维模型管理、地灾上报表、巡查记录表、雷达图表、降雨轮次表、雨情预测表、随手拍上报表、灾情速报表、观测点表、观测点预测雨量、云图水汽图表、台风信息表、管理员表、云图可见光图表、气象风险预警表等组成。

2 平台组成

2.1 平台结构

南平市地质灾害防治指挥平台主要由硬件系统、地灾随手拍APP、后台管理系统以及大屏指挥系统4部分组成，地灾随手拍APP主要用于数据的上报以及处理，后台管理系统主要用于用户管理以及数据的统计和处理，大屏指挥系统主要用于数据的呈现和分析，为领导决策提供依据。硬件系统主要用于数据资源的处理和存储。平台服务层主要通过后台管理系统等进行呈现和分析，应用层主要包含地灾随手拍APP以及大屏指挥系统的展示应用，为平台的稳定运行提供支持。

2.2 数据资源层

系统数据主要有地灾点底库、地灾随手拍上报、搬迁治理项目、气象实时、气象预测、自动化实时监测、地图及地形等数据。地灾点数据主要来源于福建省地质灾害综合管理信息系统，主要有地灾点名称、威胁人数、威胁规模、监测人责任人联系方式、转移路线、防治方法、现场图片等数据，数据与系统保持同步，定期进行更新；地灾随手拍数据主要通过用户使用APP上报至系统，主要有巡查、速报、灾险情、搬迁治理等数据，数据将实时同步到大屏指挥系统以及后台管理系统，第一时间呈现现场动态；气象数据主要来源于气象部门，利用雨量、气象雷达、云图等数据与地灾点数据叠加，综合分析气象和地质灾害发展趋势；地图及地形数据主要来源于市自然资源局，在地图的基础上叠加三维倾斜摄影数据，全面立体的展现隐患点现状，为地质灾害发展趋势的综合研判提供数据支持；自动化监测主要来源于福建省地质灾害监测预警平台，通过接入数据端口，实时收集分析现场数据，第一时间进行预警预报，充分发挥地灾“技防”力量。

2.3 平台服务层

平台服务层包括后台管理系统以及部分大屏指挥系统和地灾随手拍APP。平台后台管理系统主要有隐患点管理、巡查记录管理、用户管理、数据导入导出、灾险情数据管理、预警管理等功能，用于管理、维护平台数据信息，保障平台稳定运行。大屏指挥系统分为地质灾害数据分析以及气象数据分析(图1，图2)2个版面，地质灾害数据分析版面主要用于地质灾害隐患点管理、现状分析、灾险情趋势分析、隐患点监测等，通过自动监测站实时数据以及现场视频监控研判地灾发展趋势。气象信息分析版面主要用于气象数据分析以及地质灾害气象风险等级预警，气象数据叠加地质灾害点分布数据分析气象对地灾的动态影响，通过预设雨量预警阈值，分析实时雨量以及未来雨量，精准的进行区域地质灾害预警预报。地灾随手拍APP是在线版的移动端系统，主要有首页、巡查签到、大数据、数据上报、“我的”5个功能模块，具有地灾点信息展示、地灾点大数据分析、地灾巡查上报、灾险情上报、速报上报、搬迁治理项目管理、报件处理等功能。通过数据的上报、后台分流、分级用户处理等手段，实现数据的处理和应用。

图1 地质灾害数据分析界面Fig.1 Geological disaster data analysis interface

图2 气象数据分析界面Fig.2 Meteorological data analysis interface

2.4 应用层

平台应用层包括地灾随手拍APP和大屏指挥系统展示预警2个部分。地灾随手拍APP实现南平市全域地质灾害数据信息基于一张图，展示全市地质灾害防治管理、巡排查工作、灾险情处置等情况，为自然资源系统以及群测群防工作人员提供日常工作平台，为领导指挥、决策提供数据依据，为社会大众参与全民防灾提供渠道。大屏指挥系统主要以8块55寸的拼接屏组成的比例为32∶9的大屏呈现，地质灾害气象等级预警将通过“红、橙、黄、蓝”4种颜色在地图上标注预警区域和等级；自动监测站将通过站点闪烁的方式实现点位预警；未来雨量预测通过雨量站点的颜色以及闪烁进行预警。预警信息将通过手机短信、预警文件、微信信息等方式传达至一线工作人员，实现预警到村，预报到点，责任到人。

3 平台功能

3.1 地质灾害气象风险等级预警模块

平台运用一张图的方式，将地理信息、地质灾害隐患点、区域敏感性分布图、卫星云图、雷达拼图、公里级气象等数据信息进行叠加，分析不同区域的地质灾害气象等级风险，通过隐患点图标颜色变化、闪烁等方式进行预警，实现预警到村、预报到点，第一时间通知相关点位的人员转移，克服传统预报间隔时间长、无法实时更新的问题，提高了预警预报的实效性和准确性。

3.2 普适性自动监测预警模块

普适性自动监测站布设包括雨量计、GNSS、裂缝计、含水率仪、倾角仪、报警器等6套设备。目前南平市已在194处地灾点安装普适性自动监测设备，平台接入普适性自动监测站数据，将监测数据关联至地图上对应地灾点，通过地灾点图标以水波纹方式进行报警。

3.3 视频自动监测预警模块

在地灾点现场布设视频监测球机和位移监测靶，通过后台程序控制球机按照一定时间间隔自动对焦不同位移监测靶，若对焦靶位与初始位置发生偏移，后台将发出报警信号，平台视频监控窗口将进行闪烁报警。

3.4 三维模型分析模块

在三维DEM及遥感影像图的基础上，运用无人机航拍等技术，建立地灾点三维倾斜摄影模型库。三维模型可进行360°自动旋转，也可手动偏移旋转，并配备测量工具，评估地质灾害隐患点的危险性，结合降雨数据，根据地形(地貌)制定最佳转移路线，组织人员转移。

3.5 地灾点信息分析模块

群测群防工作人员在巡查过程中，通过地灾随手拍APP拍摄隐患点现场情况，并描述现场是否存在变形迹象，对存在变形迹象的报件，后台将置顶，工作人员将联系上报人员了解具体情况，并第一时间处置。地灾随手拍APP和平台将同步展示隐患点的基本信息以及巡查记录，巡查照片以时间轴方式展示，能了解不同时间灾点现场情况，通过对比原始照片以及巡查上报的现状照片可以分析得出隐患点是否存在变形迹象。在监控视频未全覆盖的现状下，地灾随手拍APP能发挥相当的作用，解决隐患点信息更新困难的问题。

4 平台应用及取得成效

平台于2020年5月开始试运行，截至2021年8月，平台数据库中有1 096处地灾点、6 358处高陡边坡详细数据，398户搬迁项目以及54个工程治理项目数据，194处普适性自动监测站数据，4个视频监控点数据，160名地质灾害行政管理人员以及4 162名群测群防工作人员信息。南平全市群测群防工作人员通过地灾随手拍APP上报巡查报件13 265件，灾险情报件49件、地灾隐患点变形迹象报件46件，发布地质灾害气象风险预警预报55期。

平台自2020年上线运行后，在南平市地质灾害防治日常管理、巡查责任落实、值班值守、灾险情处置、转移避险等工作中起到较好的效果，提升了南平市地质灾害防治工作的“技防”能力。平台在使用过程中将不断地进行完善更新、预留端口，实现新数据的接入和系统数据的输出，并努力实现平台在县(市、区)以及乡镇的普及，提升全市防灾信息化水平。平台具有实时预警的功能，通过提前预警，完成多例成功避险，例如在2021年6月28日，通过平台预警以及群测群防网络的高效联动，完成了邵武市下沙镇屯上村大田组22户29人全部转移，转移过后2 h，该处发生山体滑坡，十余座房屋发生倒塌，无人员伤亡，实现成功避险。

5 结论

(1)利用手机APP、大屏显示等信息化手段，实现了灾点信息的更新，落实了群测群防工作人员的防灾责任，为领导决策分析提供可视化技术支持。

(2)平台利用叠加气象、地灾、自动监测站、视频监测等数据信息，实现了跨部门、跨平台的多源异构数据集成与融合，解决了多系统多措施无法同时兼顾的问题，提升了防灾趋势研判的准确率。

(3)创新应用三维倾斜摄影模型分析、未来3 d雨量叠加地灾点研判、实时雨量站闪烁报警、视频靶向监测报警、自动监测站自动报警等功能技术，全方位监测监控地质灾害点动态，同时对区域地质灾害风险作出研判，为预防新隐患提供技术支持。