基于统计和位移矢量角模型的滑坡灾害预测GIS可视化系统研究

论文摘要

我国是世界上发生地质灾害最严重的国家之一，其中滑坡占所发生地质灾害的一半以上，近五年来滑坡灾害频发，造成了严重的人员伤亡和重大的经济损失。对滑坡发生的时间和空间进行预测是当前迫切需要解决的技术难题之一，滑坡时间和空间综合预测分析也成为能够精确预报滑坡的发生并优化防灾减灾方案的重要科学依据。随着3S技术的不断发展，将GIS运用于滑坡预测分析的研究日渐成熟，本课题运用基于GIS的组件式开发方式，设计研发了基于统计和位移矢量角模型的滑坡灾害预测GIS可视化系统，进行了滑坡灾害时间和空间双指标的预测分析研究。本文主要研究内容如下：(1)滑坡时间预测和空间预测分析模型众多，本文研究并分析了多种预测模型，最终选定最优加权组合模型、Verhulst灰色模型、指数平滑模型和残差修正的灰色GM(1,1)模型四个模型作为滑坡时间预测计算模型，选定边坡位移矢量角模型作为滑坡空间预测评价模型，建立了滑坡时空综合预测分析模型。(2)基于GIS组件式开发方法，运用ESRI公司ArcGIS组件开发包ArcGISEngine、C#面向对象编程语言和.NET开发平台，结合Geodatabase和SQLServer数据库，利用已选择的滑坡时间和空间预测分析计算模型，设计开发了基于GIS的滑坡灾害预测分析及可视化评价系统，专用于滑坡灾害时间预测计算和空间预测分析。(3)基于统计和位移矢量角模型的滑坡灾害预测GIS可视化评价系统包括多源数据载入保存模块、地图空间数据编辑计算模块、GIS空间分析模块、滑坡预测分析计算模块和监测数据管理模块。通过5个功能模块的运行，实现了滑坡时间预测计算和空间预测分析的可视化评价体系。(4)建立了滑坡监测数据管理控件，能够实时更新滑坡监测数据，通过监测数据形成的曲线，可视化的分析滑坡损害影响并进行滑坡灾害预警。(5)选取长江西陵峡链子崖危岩体作为实验研究区域，针对链子崖危岩体的位移监测数据，进行了滑坡时间和空间预测分析评价。与实际监测数据相比发现，本系统完成的链子崖危岩体滑坡时间预测计算和空间预测分析计算的结果精度较高，能够为实际工程应用和预测分析研究提供参考。(6)选取井东煤矿工业广场周边陡帮边坡位移和应力监测数据作为监测数据管理的主要数据来源，通过二维可视化曲线分析，实现了实时陡帮边坡稳定性监控管理，为边坡预警提供了便捷的数据可视化平台。通过基于GIS的二次开发，本文研究了滑坡时间预测和空间预测的多种计算分析方法，开发了基于GIS的滑坡灾害预测分析及可视化评价系统，实现了滑坡时间和空间双重指标的综合预测分析，同时完成了位移和应力监测数据的可视化管理，将预测评价和监测管理都以可视化分析模式实现，很大程度上提高了滑坡预警和监测管理的效率，为滑坡灾害预警、防灾减灾策略和城市规划决策提供了有效的技术支持和科学参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景、意义和目的
• 1.1.1 研究背景及意义
• 1.1.2 研究目的
• 1.2 国内外研究应用现状
• 1.2.1 滑坡灾害时间和空间预测研究动态
• 1.2.2 GIS 在滑坡预测分析中的发展和动态
• 1.3 研究内容与工作重点
• 1.4 研究的技术路线
• 1.5 研究工作基础
• 1.6 全文组织结构
• 第2章 系统关键技术
• 2.1 地理信息系统（GIS）概述
• 2.1.1 地理信息系统简介
• 2.1.2 ArcGIS 9.3 概述
• 2.1.3 地理信息系统支持下滑坡预测分析的优势
• 2.2 Microsoft .NET 和 C#语言
• 2.2.1 .NET 简介
• 2.2.2 Microsoft C#
• 2.3 ArcGIS Engine 二次开发
• 2.3.1 ArcGIS Engine 开发方式
• 2.3.2 ArcGIS Engine 构成和功能
• 2.4 本章小结
• 第3章 滑坡灾害预测分析理论与方法
• 3.1 滑坡时间预测方法研究
• 3.1.1 Verhulst 灰色模型
• 3.1.2 指数平滑模型
• 3.1.3 残差修正的灰色 GM（1,1）模型
• 3.1.4 最优加权组合模型
• 3.2 滑坡空间预测方法研究
• 3.2.1 边坡位移矢量角模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 系统总体设计
• 4.1 系统建模
• 4.1.1 系统需求分析
• 4.1.2 系统业务流程
• 4.1.3 系统数据流程
• 4.1.4 系统概念模型
• 4.2 系统技术路线
• 4.3 系统总体结构设计
• 4.3.1 系统总计结构说明
• 4.4 系统数据库结构设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统实现及运行
• 5.1 系统基础环境配置
• 5.2 系统功能模块实现
• 5.2.1 GIS 空间分析模块
• 5.2.2 滑坡预测分析模块
• 5.2.3 滑坡监测数据管理模块
• 5.3 系统界面及运行
• 5.3.1 系统界面说明
• 5.3.2 系统运行说明
• 5.4 本章小结
• 第6章 工程应用实例
• 6.1 滑坡预测分析
• 6.1.1 研究区域地理地质环境
• 6.1.2 研究区域滑坡时间预测计算和空间稳定性分析
• 6.2 滑坡监测数据管理
• 6.2.1 监测区域基本地质环境
• 6.2.2 滑坡监测数据管理实现
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 攻读硕士学位期间参加的课题项目
• 致谢