廖瑞祥 王 刚 邹良超

(1.三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北 宜昌 443002;2.辽宁工程勘察院,辽宁 锦州121000)

三峡库区库岸分布着数量众多的地质灾害点.根据编制三峡库区地质灾害防治规划(2001年10月)的统计,在库区淹没影响区和移民迁建区共发现地质灾害2548处,其中崩塌(危岩体)和滑坡2490个,可见滑坡信息的管理对于三峡库区滑坡灾害的预测有重大意义[1].而传统数据库不能有效管理空间数据,因此传统的地质灾害信息的管理和应用已经不能适应当前预测和防治的需要,所以建立基于GIS的地质灾害数据库是有必要的.将GIS技术应用于区域性地质灾害预测与防治有利于将区域内分散的大量数据资料集成共享,提高数据资源的利用价值.国内外学者在这一领域做了大量的理论研究及案例分析,例如2000年Saro lee和Kyungduck Min等人用GIS的空间数据管理功能和空间分析能力结合遥感数据分析了韩国Yongin地区滑坡敏感性,阮沈勇、黄润秋等人将信息量模型与GIS系统相结合,对长江三峡库区的新滩-巴东库段的地质灾害进行研究,得出了该地区的危险性区划等一系列研究成果[2].本文针对三峡库区的滑坡介绍了如何进行空间数据库的总体设计.

1 空间数据库的设计

1.1 空间数据库的设计思路

空间数据库由图形数据库和属性数据库两部分组成,运用地理信息系统技术分别建好图形数据库和属性数据库后,通过统一的编码来实现滑坡的图形数据库与属性数据库的无缝连接,最终形成完整的空间数据库[3].

1.2 空间数据库的主要内容

1.2.1 图形数据库

图形数据库又称空间数据库,包括两种数据结构:矢量数据结构和栅格数据结构.三峡库区滑坡的图形数据库是由空间地理图件形式构成,主要包括选取一定比例的三峡库区的矢量地理图为基本框架,收集符合入库条件的滑坡的地理信息资料,进行分层清理、归并简化,按照三峡库区滑坡研究的需求提取相应图层(见表1),并进行相应的数据格式转换、误差校正、投影变换等处理.

表1 图形数据库详细图层表

根据滑坡地质灾害的空间特征,其图形数据主要应体现滑坡体的地理位置和附近主要的地物地貌、重要建筑物、交通路线等空间信息[4-5].图面要素类型包括点、线、面.

1.2.2 属性数据库

属性数据库又称为非空间数据库,是概念和度量的抽象.三峡库区滑坡属性数据库是以属性表的形式存储在相应的文件或关系数据库中.根据滑坡的属性特征,滑坡的属性表见表2.

表2 滑坡属性表

三峡库区空间数据库的详细设计如图1所示.

图1 三峡库区滑坡空间数据库设计图

2 构建空间数据库的技术路线

三峡库区重大涉水滑坡空间数据库设计主要包括3个阶段:概念结构设计、逻辑设计和物理设计.

2.1 概念结构设计

概念结构是对复杂的现实世界的一种抽象,本文从三峡库区众多滑坡个体中归纳出滑坡形成的主要原因和次要原因、诱发滑坡的因素、滑坡治理的措施等,从而确定滑坡体、属性及治理方法之间的联系,最后形成数据库的概念结构图,如图2所示[6].

图2 概念结构示意图

2.2 逻辑设计

根据对滑坡研究所需数据的不同角度和应用层面的分类,对三峡库区滑坡空间数据库从逻辑上进行描述,数据库包括滑坡体基本特征,滑坡控制因素,诱发滑坡因素3方面主要内容.滑坡基本特征:野外编号、滑坡统一编码、地理位置、滑坡名称、滑坡类型、坐标、后缘高程、规模、产状、平面形态、剖面形态、目前变形迹象.滑坡控制因素表:滑坡统一编码、地层时代、原始斜坡坡度、坡高、坡形、控滑结构面倾角、岩性、构造部位、微地、斜坡结构类型、控滑结构面类型、控滑结构面倾角.诱发滑坡因素表:滑坡统一编码、地质因素、物理因素、人为因素.

滑坡数据在入库过程中采用统一编码,用数据项“滑坡统一编码”来描述,并以之为主键,其编码方式参照“县(市)地质灾害调查与区划空间数据库系统建设要求”,其结构如图3所示.

图3 编码结构

2.3 物理设计

物理设计是指有效地将空间数据库的逻辑结构在物理存储器上实现,确定数据在介质上的物理存储结构.在三峡库区重大涉水滑坡空间数据库中,其物理设计包括空间图形数据的物理表示和属性数据的物理表示.

(1)空间图形数据的物理表示.在GIS中将空间数据按逻辑类型分成不同的数据层进行组织.例如,在三峡库区重大涉水滑坡空间数据库中,地形图数据可分为滑坡点、地貌、水系、道路、控制点、居民地等层分别存贮.将各层叠加起来就合成了地形图的数据.

(2)属性数据的物理表示.属性数据的物理表示分为数值数据和字符数据.数值数据可用十进制或二进制形式表示.字符数据可以用字符串的方式表示,具体在三峡库区重大涉水滑坡空间数据库中,根据滑坡体的各个属性字段的性质来选择数据的物理表示类型,详见滑坡的属性表(表1).

3 数据库功能和应用

数据库功能模块是数据库的外在表现,其主要功能模块如图4所示.

图4 数据库主要功能

3.1 查询功能

通过数据库的查询功能,用户可以查询各个滑坡的基本信息,了解其造成的损失,如死亡人数、摧毁房屋数量、损害良田数量等,同时还可以按行政区域了解落入某一行政区域范围的滑坡信息或滑坡分布状况.如某镇范围内的滑坡分布情况.

3.2 统计功能

通过数据库的统计功能,可以很直观的了解滑坡的分布规律.例如,根据数据库中各滑坡的属性统计得到三峡库区不同的行政区域的滑坡分布数量,并做出滑坡分布统计图,从而能够直观的显示出滑坡在不同的行政区域的分布规律.也可以根据滑坡高程的不同,做出滑坡高程分布专题图,得出滑坡在不同高程区段的分布规律.使用者可以根据不同的实际需要,做出不同的专题图[7].

除了能够了解滑坡的分布规律,还可对滑坡的致滑因子进行统计,为进一步的数学分析提供数据支撑.对致滑因子的分析可根据表3的内容进行统计.

表3 滑坡致滑因子统计分析内容

3.3 应用实例

以三峡库区秭归县为例,根据资料知道整个秭归县共有滑坡(崩滑体)345处,通过统计功能,可以很直观地看出其主要分布在长江两岸,如图5所示,同时还可以做出一个分布专题图,可以清楚地了解每个乡镇有多少滑坡,如图6所示.从图6可以看出,滑坡主要分布在屈原镇、沙镇溪镇与郭家坝.以上实例虽然简单,但可以很好地反应出基于GIS的空间数据库系统在空间数据管理上的优越性,并且能够以更直观的形式显示各种信息.

4 结 语

本文简要的介绍了三峡库区滑坡空间数据库系统的设计思路与技术路线,用统一的编码将图形数据库与属性数据库链接起来形成一个整体即空间数据库.三峡库区滑坡空间数据库系统在采集大量三峡库区滑坡数据的基础上,利用GIS的空间数据管理能力,对其进行有效的管理,该数据库系统的建立为三峡库区滑坡的防治工作提供了重要的基础数据平台.

[1] 刘传正.三峡库区的地质灾害[J].岩土工程界,2003,6 (6):23-24,35.

[2] 何源睿,王兴宁.内昆铁路基于GIS的地质灾害空间数据库研究[J].路基工程,2008(5):77-78.

[3] 兰恒星,吴法权,周成虎,等.基于GIS的滑坡空间数据库研究-以云南小江流域为例[J].中国地质灾害与防治学报,2002,13(4):10-16.

[4] 张海峰.基于ArcGIS的温州市地质灾害数据库建立及应用[D].西安:长安大学,2007.

[5] 徐 远.矿产资源空间数据库的设计与实现[D].南京:河海大学,2005.

[6] 王小东.基于GIS的地质灾害数据库设计[J].河南理工大学学报,2007,26(3):250-253.

[7] 杨秀梅.基于GIS的地质灾害危险性评价[D].兰州:兰州大学,2008.