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一、概述

近年來，隨著氣候變化和人類活動對自然的影響越來越大，自然災害的發(fā)生率逐漸提高。我國幅員遼闊，地形地貌復雜，人口眾多，是世界上受自然災害危害最嚴重的國家之一，洪澇、泥石流、山體滑坡、地震等自然災害對人民的生命和財產造成了不可估量的損失。而大部分自然災害通常都具有突發(fā)性，不容易預測，因此盡快提升對自然災害的監(jiān)測預警能力至關重要。地理信息系統(tǒng)（geographicinformationsystem，簡稱GIS）是重要的空間信息系統(tǒng)，是在計算機硬件和軟件的支持下，對自然資源中的地理要素數(shù)據(jù)進行采集、儲存，進而對空間信息數(shù)據(jù)進行分析和處理，同時能夠對其特征進行可視化顯示和科學描述的技術系統(tǒng)[1]。近年來，隨著技術的愈發(fā)成熟，地理信息系統(tǒng)已經被廣泛應用于各個領域，如社會服務和基礎建設等方面；其在自然資源領域的應用也很廣泛，包括自然資源管理、土地規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境管理、林業(yè)資源調查等。由于地理信息系統(tǒng)擁有極強的空間綜合分析和動態(tài)預測能力，可以高效地作出最符合地理要素的空間決策，其在自然災害預警中的作用被逐漸重視。本文探討地理信息系統(tǒng)在自然災害預警中的應用。

二、GIS在自然災害預警中的應用

地理信息系統(tǒng)通過采集和存儲地理空間要素數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)進行可視化展示。一個地理信息系統(tǒng)在應用上可分為輸入層和輸出層。輸入層指對氣候、地理信息、地理要素等數(shù)據(jù)的收集、分類和存儲，存儲好的數(shù)據(jù)可按需求進行分析處理，為數(shù)據(jù)的有效輸出作準備。輸出層則是將處理好的數(shù)據(jù)進行描述，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化展示和統(tǒng)計分析圖表功能，同時依托于對數(shù)據(jù)的有效分析進行災害預警，具體如圖1所示。1.輸入層：數(shù)據(jù)收集、分類和存儲數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)的核心，輸出層的數(shù)據(jù)展示、統(tǒng)計圖表以及數(shù)據(jù)分析都建立在準確的數(shù)據(jù)上，所以數(shù)據(jù)的收集和存儲是地理信息系統(tǒng)能夠良好運作的前提。數(shù)據(jù)的有效存儲依托于設計合理規(guī)范的數(shù)據(jù)庫，因此按照需求設計數(shù)據(jù)庫結構和歸納表中字段屬性是非常必要的。數(shù)據(jù)的來源多種多樣，一部分來自歷年的災害統(tǒng)計和氣候、水文等數(shù)據(jù)，另一部分則來自于災害隱患點的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過在隱患點附近設置監(jiān)視網(wǎng)絡，依靠外置的監(jiān)測設備，如攝像頭和感應儀器等，實時將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸回數(shù)據(jù)庫，針對自然災害發(fā)生的必要條件進行監(jiān)控，從而實現(xiàn)對此類數(shù)據(jù)的動態(tài)獲取和全天候監(jiān)測[2]。地理信息系統(tǒng)把地理分析功能與數(shù)據(jù)庫操作結合在一起，實現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的規(guī)范存儲和查詢。但是，通過多種類的數(shù)據(jù)收集方式收集的數(shù)據(jù)量有時太過于龐大，一定程度上也造成了數(shù)據(jù)的冗余。因此在存儲前需要對數(shù)據(jù)進行挖掘和分類，需要技術人員從專業(yè)角度剖析自然災害發(fā)生的原因，結合當?shù)貐^(qū)域特點，篩選有效數(shù)據(jù)，保證入庫數(shù)據(jù)精煉、合理。2.輸出層：數(shù)據(jù)展示、輔助災害預警通過輸入層，收集的數(shù)據(jù)已被存入結構合理、內容精煉的數(shù)據(jù)庫，方便輸出層的使用。對于數(shù)據(jù)的應用不僅僅體現(xiàn)在可視化展示，更重要的是要通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，得出輔助災害預警的有效信息。數(shù)據(jù)的輸出層主要包括三個方面功能：一是數(shù)據(jù)的可視化表現(xiàn)，如災害隱患點的區(qū)域地圖、水流區(qū)域圖、山地地形圖等，還可將區(qū)域行政圖與隱患點結合在一起形成災害隱患點專題地圖；二是對數(shù)據(jù)篩選后進行統(tǒng)計圖表展示，包括數(shù)據(jù)的統(tǒng)計圖、對比圖以及變化趨勢圖；三是通過對數(shù)據(jù)的深層次分析來輔助災害預警工作。通過對數(shù)據(jù)的深層次分析來輔助災害預警工作，具體有以下幾方面。制定預警標準。通過制定直觀的預警標準可以進行簡單的災害預警判斷。例如，通過地表滑行位移監(jiān)測山體滑坡、短期降雨量變化監(jiān)測山洪或內澇、土壤含水量變化監(jiān)測泥石流等。但此類方法的有效預警是建立在準確的預警標準基礎上的，因此需要尋求有關地質部門或氣象部門來協(xié)助標準的制定。另外，還可以通過綜合分析歷年災害數(shù)據(jù)以及當?shù)氐匦?、氣候特點，總結出災害發(fā)生的高頻時間段，更好地為預警標準制定提供依據(jù)。建立災害模型。地理信息系統(tǒng)能為建立災害模型和區(qū)域災害風險預估提供有力支持。結合分析災害發(fā)生的高頻時間段、發(fā)生氣候和地質條件以及災害歷史數(shù)據(jù)，通過數(shù)學建模，可以得出災害風險值算法和災害模擬模型，進而將各個區(qū)域的地形特征、流域水量、氣候等數(shù)值套入算法和模型，計算出未來某一時間段內災害發(fā)生的概率。通過套用成熟的災害模擬模型，預警中心可以對有關區(qū)域加大監(jiān)控和巡查力度，進而在災害發(fā)生前及時聯(lián)系當?shù)赜嘘P部門進行群眾疏散或加固防御工事，有針對性地對高風險區(qū)域進行災害風險預估，力爭從源頭上阻止或減少自然災害的形成。輔助巡查人員實地巡護。地理信息系統(tǒng)也可以配合區(qū)域巡查員進行巡護。例如在高風險區(qū)域和發(fā)生災害的高頻期加大巡護頻率，并依托于巡查員手持GPS等移動終端，通過接口將系統(tǒng)遠程與其對接，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸，進而監(jiān)測巡查員的巡查范圍，形成巡查地圖，提供巡點，排查巡查盲點，提高巡查效率；同時，由于可以對接移動終端設備，系統(tǒng)還可以向其發(fā)送預警信息，并接收設備上傳的巡查現(xiàn)場數(shù)據(jù)和圖片，從而輔助預警中心遠程分析和判斷，為災害預警方案和決策的形成提供有效支撐。3.與其他技術結合地理信息系統(tǒng)與其他技術結合可以發(fā)揮更優(yōu)質的作用。在目前的應用中，結合較多的技術是遙感技術和大數(shù)據(jù)技術。遙感技術是利用傳感器對遠距離目標進行無接觸探測，已被廣泛應用于地理數(shù)據(jù)獲取。目前，對于遙感在自然災害預警和災后輔助救援中的作用已有很多研究，如無人機遙感與GIS結合監(jiān)測泥石流[3]，遙感監(jiān)測輔助水災的災后救援[4]，遙感和地理信息技術結合在地質災害防治中的作用研究[5]等。遙感技術不受地面惡劣條件限制，能夠遠程迅速準確地獲取圖形信息，更好地發(fā)揮地理信息系統(tǒng)的作用。大數(shù)據(jù)技術近些年方興未艾，大數(shù)據(jù)的應用提高了整個社會的數(shù)據(jù)獲取、處理的能力和智能程度。大數(shù)據(jù)在自然災害預警和應急響應中的應用研究也有不少，如基于山洪災害調查評價大數(shù)據(jù)成果對全國山洪災害風險的分區(qū)研究[6]，依托于水文氣象大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡洪澇災害預警平臺探討[7]，大數(shù)據(jù)在提升災難信息管理水平中的作用[8]等。通過與大數(shù)據(jù)技術的結合應用，地理信息系統(tǒng)能夠更高效地獲取和處理大批量、復雜的數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)的多樣性，更好地提升地理信息系統(tǒng)的預警功能。

三、結語

地理信息系統(tǒng)在自然災害預警中的應用意義重大。一方面，立足于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，依托于系統(tǒng)的信息分析和處理能力，地理信息系統(tǒng)有助于地理空間數(shù)據(jù)和氣候、災害數(shù)據(jù)的聯(lián)合應用，提高了數(shù)據(jù)的使用效率；另一方面，通過對數(shù)據(jù)進行分析形成的風險評估算法和災害模擬模型，為自然災害的預警提供準確和科學的支撐，有效提升了自然災害的科學預警水平，減輕預警壓力和難度，提高預警效率和成果。地理信息系統(tǒng)在自然災害預警中能夠發(fā)揮持續(xù)有效的作用，為有關部門的決策人員提供強有力的科學支撐。在今后的防災減災工作中，技術人員可以充分挖掘地理信息系統(tǒng)的功能，使其能夠被更廣泛更深入地應用于自然災害預警中，并依托大數(shù)據(jù)和遙感技術、全球定位技術、云計算等技術，提高我國自然災害預警的綜合能力和科學水平。

參考文獻

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作者：張民榮 薛誠 單位：蕪湖市灣沚區(qū)自然資源和規(guī)劃局