地理信息系统在斜坡稳定性评价与预警中的应用

  滑坡是主要山地灾害之一，具有分布广泛、发生频繁、成灾快速等特点，给山区的经济发展造成了极大危害。滑坡灾害具有与地震、洪涝、飓风及其他自然灾害不同的特点，其分布更广泛，所造成的财产损失更大。由地震和暴雨造成的大量损失和相当比例的死亡是由于其导致的滑坡、泥石流所致。在许多发展中地区，斜坡不稳定是危害社会、经济结构的持续而长期的问题。
  据统计，我国每年由于滑坡引起的直、间接经济损失达200亿元，用于滑坡治理的费用更高，因此滑坡预测治理已成为国家十分重视的研究领域。特别是近年来，随着城市化进程的加快，大型水利、水电工程及交通建设的大力发展，如三峡工程，长江、黄河上游在建和拟建的一系列大、巨型水力发电工程，南水北调工程，山区铁路、公路，尤其是高速公路工程等，这些工程的数量和复杂程度是前所未有的，所遇到的工程地质问题也是十分复杂的。工程选址规划及城市扩建改造工程使斜坡工程问题日趋严重，迫使人们更加关注斜坡稳定性预测研究及治理优化设计研究，而且在这一领域已取得了很大进步。
  本书在阐述GIS技术在斜坡稳定性评价中的应用理论与方法的基础上，结合工程实例，详细地描述了斜坡稳定性评价系统从数据采集、模型建立到信息发布的实现过程，为防灾、减灾提供技术支持。
  全书一共分为四篇。第一篇介绍GIS的基本概念和基本理论。第二篇结合三峡水利枢纽库区巫山县的新城选址，介绍了在GIS技术支持下区域斜坡稳定性评价系统的建立，其中详细介绍了Logistic回归模型和Bayes模型在GIS平台上的建模及实现。第三篇结合重庆市忠县吊钟坝滑坡群不稳定的现状，介绍了在GIS技术支持下滑坡监测系统的设计方案。第四篇结合兰州市区滑坡灾害预警的需求，介绍了基本WebGIS技术的斜坡预警预报系统的建立和发布。
  本书的完成得到中国地质大学(武汉)王智济教授、唐辉明教授、苏爱军教授、简文星教授、李云安教授，甘肃省地质环境监测院余志山教授级工程师、王延江工程师、宋晓玲工程师等专家同行的大力支持和帮助，特向他们表示诚挚的谢意。同时，本书在编写过程中参考和吸取了近年来国内外专家和同行的研究成果，在此一并表示感谢。
  由于各方面的原因，书中定有疏漏之处，敬请读者批评指正。

  本书针对地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS)在斜坡稳定性评价应用中的实际需要，全面阐述了应用型GIS的设计及二次研发，着重介绍了GIS在区域斜坡稳定性评价中的应用、在滑坡监测中的应用以及在滑坡灾害信息发布中的应用。全书分为四篇。第一篇为GIS基本理论，介绍了GIS的基本概念和应用型GIS的设计与实现。第二篇为基于GIS的区域斜坡稳定性评价系统。以三峡库区巫山县新城址区为实例，介绍了区域斜坡稳定性评价Logistic回归模型，Bayes统计推理模型的建立；斜坡稳定性评价数据库建立及评价系统的建立。第三篇为吊钟坝滑坡群监测预警方案设计。以三峡库区忠县吊钟坝滑坡群为实例，介绍了滑坡监测系统的需求分析、模型建立、数据采集、数据库设计的详细过程。第四篇为基于WebGIS的兰州市区滑坡预警系统研究。以兰州市区滑坡灾害预警信息发布为实例，介绍了WebGIS技术的特点及功能，基于WebGIS研发的滑坡灾害预警系统的总体结构架构及系统功能特点，分析了系统实现的关键技术与方法。
  本书理论联系实际，重在GIS应用，通过工程实例，阐述了建立应用型GIS的基本思路、系统设计、研发途径、关键问题和步骤等，从而使读者比较容易及全面地掌握GIS在斜坡稳定性评价中的应用技能。本书可作为高等院校相关专业本科学生和研究生的教学参考书，也可供从事地质、信息资源开发、地理、灾害管理等领域的技术人员参考。

第一篇基本理论
第1章GIS概述3
11GIS的定义及功能3
12GIS的基本概念5
13GIS的组成8
14GIS的研究内容11
15GIS的应用特点12
16GIS的发展概况13
17GIS的发展趋势15
第2章应用型GIS设计与实现18
21应用型GIS概述18
22应用型GIS的系统分析20
23应用型GIS的总体设计23
24应用型GIS的功能设计37
25应用型GIS的数据库详细设计39
26应用型GIS的应用模型分析44
27应用型GIS的输入与输出设计50
28应用型GIS的实施53
29系统评价55

第二篇基于GIS的区域斜坡稳定性评价系统
第3章滑坡灾害空间评价的原理和方法59
31滑坡灾害评价的基本原理59
32滑坡灾害评价研究概况61
33滑坡灾害空间预测主要方法简介63
34GIS在区域斜坡稳定性评价中的应用72
35建立基于GIS的斜坡稳定性评价Logistic模型和Bayes模型的必要性75
第4章Logistic回归模型及估计77
41Logistic回归模型77
42虚拟变量80
43Logistic回归模型估计82
44分组数据的Logistic回归模型85
第5章Logistic模型评价及统计检验87
51Logistic整体模型的检验87
52Logistic回归系数90
53Logistic回归系数显著性检验93
54分组数据Logistic回归模型检验96
第6章趋势面分析与Bayes模型98
61趋势面分析98
62Bayes模型简介100
第7章基于GIS的区域斜坡稳定性评价系统的设计与实现及系统简介103
71系统分析103
72系统总体设计104
73系统功能设计106
74系统简介107
第8章三峡水利枢纽库区巫山县地质环境概述及应用系统计算结果与分析116
81试验区地质环境概述116
82系统应用研究120
第9章基于GIS的区域斜坡稳定性评价系统的结论与建议145
91结论145
92建议145

第三篇吊钟坝滑坡群监测预警方案设计
第10章滑坡监测预报研究简介149
101滑坡预测预报研究阶段149
102地质灾害预测预报理论基础150
103地质灾害预报预警模型简介151
104GIS在滑坡监测预警中的应用研究简介153
第11章滑坡灾害预测预警常用模型157
111滑坡预报的时间尺度157
112滑坡预报的参数选择157
113滑坡预报方法选取原则158
114滑坡灾害预报预警常用模型159
第12章吊钟坝滑坡群监测预警方案设计174
121吊钟坝滑坡群简介174
122吊钟坝滑坡灾害监测方案设计174
123吊钟坝滑坡灾害预报预警系统设计175
第13章吊钟坝滑坡群监测预警方案结论与建议189
131结论189
132建议189

第四篇基于WebGIS的兰州市区滑坡预警系统研究
第14章滑坡预警系统研究简介193
141WebGIS在地质灾害信息发布中的应用简介193
142区域地质灾害气象预警模型简介195
143动力学预警模型（第三代预警模型）198
第15章兰州市区滑坡发育特征200
151兰州市地质条件概述200
152滑坡的类型201
153滑坡发生的影响因素202
第16章兰州市区滑坡灾害潜在危险性评价及降雨预警模型206
161兰州市区滑坡灾害危险性评价指标体系建立206
162指标量化207
163兰州市区滑坡灾害危险性评价指标的权重确定209
164兰州市区滑坡灾害潜在危险度评价210
165临界降雨量及预警预报模型211
第17章基于WebGIS的滑坡灾害时空耦合预警系统实现及应用214
171WebGIS在滑坡灾害预测预报中的开发策略214
172基于WebGIS的地质灾害时空耦合预警系统219
173兰州市区滑坡灾害气象预警系统简介221
174基于WebGIS的兰州市区滑坡预警系统研究小结229
参考文献230