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《吉林大学》 2011年 博士论文
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抚顺西露天矿北帮滑坡监测预报系统研究

王日勖  
【摘要】:鉴于目前GIS技术在地质灾害领域的应用,旨在建立一种应用GIS技术,包容野外勘察获得的地质信息、空间因子信息,使用空间监测数据库进行滑坡预报,以分析滑坡灾害机理、预测滑坡发生发展,最后达到提高监测预报工作效率和水平的综合性滑坡监测预报系统。目前关于滑坡的操作性系统虽然比较多,但往往因数据庞杂、流程繁冗而致使使用度不高,且这类系统南多北少,鲜有针对北方矿区滑坡的专属型系统。本文以抚顺西露天矿北帮矿区滑坡地质灾害为例,依托建立的数据库管理模块与数据预处理模块,设计开发了一种基于MapGIS平台,使用各类滑坡监测数据进行滑坡预报,最终全面分析和指导抚顺西露天矿北帮地区滑坡监测预报工作的应用系统。 借鉴前人的研究成果与宝贵经验,通过对抚顺西露天矿北帮地区的地质调查,建立了GPS实施监测网,配合钻孔测斜监测、地下水监测、简易监测等,逐步加深对该区存在的滑坡等地质灾害的认识。事实证明,抚顺西露天矿的矿业开采活动破坏了岩体内部结构,这成为滑坡发生发展和地下水地表水活动的的诱因之一,同时地下采空区的扩大促进了地裂缝及地面塌陷带的出现。在对抚顺西露天矿地区进行了详细的工程地质分区,编制了充分的成果图件后,GIS空间数据库在此基础上得到建立,数据库管理模块与数据预处理模块作为该数据库重要的组成部分,承接它们的预报模块通过接口与数据库实现链接,在这其中应用了组件对象技术COM和OLE自动化技术。在数据库成型以后,设立了空间数据库管理、查询与分析模块,并制作了网络数据库系统。 预报模块是与监测模块并行的另一主干部分,抚顺西露天矿北帮滑坡监测预报系统在预报功能上比先前的系统更加全面,引入理论更多。预报模块分为时间预报模块和空间预报模块两大部分,二者又分别分为宏观预报模块、长期预报模块、中短期预报模块和汛期雨量因子分析预报模块、灾害综合信息预报模块等子模块。时间预报中,宏观预报模块为各空间信息因子设立权值,对滑坡情况作综合评价并进行滑坡阶段的初步辨别;长期预报模块采用极限分析法与以Sarma、Janbu、Bishop为代表的经典极限平衡法相结合,附以灰色理论模型作为检验模块,实现多理论综合处理;中短期预报模块则是以指数平滑分析法作为主要方法,结合非线性回归分析、正态概率分布及二次曲线拟合,以GPS静态监测点数据库为基础,以滑体的变形值、变形速率等为判据判断加速变形或预测滑坡失稳时间。相对地,汛期雨量因子分析预报模块通过滑坡位移趋势整体上与降雨量等因子呈现的指数函数关系进行分析;灾害综合信息预报模块则通过实体—关系数据模型(E-R模型)方法预测滑坡的成灾范围、灾害现象、灾害程度和影响强度。 经以上预报模块在抚顺西露天矿北帮滑坡地质灾害监测预报工作中的实际应用,对2007-2010四年的监测数据进行了预报,结果证明GPS监测网中的II与X剖面存在区域不稳定性。 对于系统的外观界面设计,以快捷、准确、美观作为设计标准,并通过可视化拓展研究,应用流行的Googleearth照片作为图片处理模板,在网页系统中设置了对钻孔及剖面资料的查询、分析及管理。 论文主要创新点 (1)模块的分工处理。系统为各类时间、空间特征不同的滑坡设置了针对性的处理模块,使得系统具有较高的适用度与实用性。指数平滑、灰色理论、非线性回归分析、位移值概率分布、降雨量相关性拟合、极限分析、极限平衡等多种方法得到综合。正态概率分布、灰色理论与回归分析结合应用于滑坡地质灾害属于首次。(2) MapGIS数据库转换接口的实现令实时监测,监测与预报并行成为可能,形成的规范数据库采用网络链接。通过OLE自动化技术及其核心技术组件对象技术COM后台启动MapGIS, VB6.0开发前台,建立了可视化、图像化的信息系统。 (3)组件式编程,可视化编程。数据处理模块采用Delphi语言开发,空间分析利用具有面向对象程序设计、结构化程序设计和强大的数据访问能力等特点的VisualBasic6.0进行集成二次开发。研制数据库管理(E-R模型)、数据预处理、输出打印完善相应的子模块,以适应各种滑坡及各个阶段的监测与预报。 (4)根据不同监测类型方法设计不同类型数据库,根据不同时间阶段设置不同预报模型。 (5)通过应用软件互融,后台启动其他常用专业软件如MapGIS、AutoCAD、Matlab、Googleearth使系统功能更加全面,满足了不同类型用户的要求。


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