『壹』 地質信息系統技術
一、內容概述
地質信息系統（GIS），產生於20 世紀60 年代。它隨著人們對自然資源和環境的規劃管理工作的需要以及計算機制圖技術的應用而誕生，是一種對大批量空間數據採集、存儲、管理、檢索、處理和綜合分析並以多種形式輸出結果的計算機系統。1965 年，W.L.Garrison首先提出了「地質信息系統」這一術語，開創了這一新技術的發展史。此後，美國、加拿大、英國、澳大利亞等國均投入了大量人力、物力和財力，並逐步確立了他們在這一領域里的國際領先地位（黃潤秋，2001）。
二、應用范圍及應用實例
1.GIS技術在地質災害信息系統中的應用
隨著人口的急劇增長，經濟的迅速發展和自然資源的大量消耗，不僅生態環境惡化，而且導致自然災害（包括地質災害）頻繁發生。美國、印度等國是世界上地質災害較為嚴重的國家，地質災害具有類型多、分布廣和成災強度高的特點。這些地質災害大部分發生在承災能力較低的地區，給當地的經濟和社會穩定構成了嚴重的威脅。地質災害是地質環境質量低劣的表現，它的頻發不僅反映了自然地質環境的脆弱性，而且反映了人類工程經濟活動與地質環境間矛盾的激化。要使人類工程經濟活動與地質環境之間保持較為協調的關系，就必須對地質環境進行評價，以了解不同經濟發展過程中區域地質環境的基本態勢和變化趨勢，為環境管理和城市規劃等提供依據，但傳統技術手段已不能完全應付迅速反應的地質災害。地質信息系統作為當前高科技發展的產物，集圖形、圖像與屬性數據管理、處理、分析、輸入輸出等功能為一體，應是當前地質環境評價與地質災害預測的強有力工具（趙金平等，2004）。
GIS 技術的產生是計算機技術和信息化發展的共同產物。是管理和研究空間數據的技術系統。可以迅速地獲取滿足應用需要的信息，能以地圖、圖形或數據的形式表示處理的結果（曹修定等，2007）。國外尤其是發達國家在GIS應用與地質災害研究方面已做了很多工作。從20世紀60年代至今，GIS技術的應用也從數據管理、多源數據集數字化輸入和繪圖輸出，到DEM或DTM模型的使用，到GIS結合災害評價模型的擴展分析，到GIS與決策支持系統（DSS）的集成，到網路GIS，逐步發展深入應用（黃潤秋，2001）。
印度Roorkee大學地球科學系的R.P.Gupta和B.C.Joshi（1990）用GIS方法對喜馬拉雅山麓的Ramganga Catchment地區進行滑坡災害危險性分帶。該項研究基於多源數據集，如航空像片、MSS磁帶數據、MSS圖像、假彩色合成圖像及各種野外數據，包括地質、構造、地形、土地利用及滑坡分布。以上數據需要進行數字、圖像等處理，然後解譯繪制出專題平面圖，包括地質圖（岩性與構造）、滑坡分布圖、土地利用圖等。這些圖件經數字化及有關數據都存儲在GIS系統中，找出與滑坡災害評價相關的因素，如滑坡活動與岩性的關系，滑坡活動與土地利用的關系，不同斜坡類型的滑坡分布情況，滑坡分布與主要斷裂帶的距離關系。經過統計及經驗分析，引入一個滑坡危險系數（LNRF）。LNRF值越大，表示該地滑坡災害發生的危險性越高。並且對LNRF的3個危險級別分別賦予0、1、2三個權重。考慮到滑坡的發生是多個因素綜合作用的結果，故調用GIS的疊加分類模型，將各因素的權重疊加，得到綜合圖件，圖上反映的是每個地區的權重總和。根據給定標准，即可在這張圖上勾繪出滑坡災害危險性分區圖。
荷蘭ITC的C.J.Van Westen和哥倫比亞IGAC的J.B.Alzate Bonilla（1990）基於GIS對山區地質災害進行分析。他們在數據採集、整理方面做了大量工作，建立了一套完整的資料庫。在此基礎上，開發出了分析評價模型，如斜坡穩定性分析模型，其主要功能是計算斜坡穩定的安全系數。另外，兩位學者還利用GIS所生成的數字高程模型（DEM），開發出了一部山區落石滾落速率計算模型，並據此繪出了研究區內落石速率分區圖（黃潤秋，2001）。
美國科羅拉多州立大學Mario Mejia-Navarro和Ellen E.Wohl（1994）在哥倫比亞的麥德林地區，用GIS進行地質災害和風險評估（姜作勤，2008）。利用GIS對麥德林地區地質災害進行了分析和研究，重點考慮了基岩和地表地質條件、構造地質條件、氣候、地形、地貌單元及其形成作用、土地利用和水文條件等因素。根據各因素的組成成分和災害之間的對應關系，把每一種因素細分為不同范疇等級，藉助於GIS軟體（GRASS）的空間信息存儲、緩沖區分析、DEM模型及疊加分析等功能，對有關滑坡、洪水和河岸侵蝕等災害傾向地區進行了災害分析，並對某一具體事件各構成因素的脆弱性進行評價。
同樣是美國科羅拉多州立大學Mario Mejia-Navarro博士後等人（1996）將GIS技術與決策支持系統（DSS）結合，利用GIS（主要是地質資源分析系統GRASS軟體）及工程數學模型建立了自然災害及風險評估的決策支持系統並應用在科羅拉多州的Glenwood Springs地區（姜作勤等，2001）。應用GIS建立指標資料庫，並建立基於GIS的多個控制變數的權重關系式。對泥石流、洪水、地面沉降、由風引起的火災等災種進行了災害敏感性分析、脆弱性分析及風險評估，輔助政府部門做出決策。
美國地質調查局（USGS）已把加強城市地質災害研究列為21世紀初的重要工作，藉助GIS編制美國主要城市地區多種災害的數字化圖件，這種做法與西歐國家的城市地質工作的總趨勢一致。其中，美國科羅拉多州格倫伍德斯普林市的城市地質災害評價項目最具代表性。由於該市位於山區河谷地區，崩滑流地質災害制約著城市的發展，為此，城市規劃部門委託科羅拉多州立大學，開展了GIS地質災害易損性和風險評價編圖研究，最終按14種土地利用適宜性等級，對評價區進行了土地利用區劃，圈出了未來城市發展的適宜地段和高風險區，在此基礎上建立了城市整體化決策支持系統。
綜上所述，可以看出，國外尤其是發達國家將 GIS 應用於地質災害研究起步較早（表1），研究程度已遠遠超過我們，此方面的應用也隨著GIS技術的自身發展而深入（黃潤秋，2001）。
2.GIS在地質礦產勘查中的應用
地質信息系統與現代地球及其相關科學日益增長的需求相適應，以處理地球上任何具有空間方位的海量信息為特徵，具定量、定時、定位等優點，近10年來已在地質礦產勘查中得到廣泛應用。一個區域各種地質資料（圖形、圖像、文字、邏輯、數值）的GIS分析實際上代表該區域現階段較為客觀的總認識。目前，野外收集資料、數據建庫、GIS分析等尚存在規范化、標准化等問題，GIS本身解決諸多專業性較強地質問題的能力亦不足。但GIS的進一步發展與完善必將使地質礦產勘查進入一個數字化的新時期（周軍等，2002）。
GIS因解決地質問題而產生，其雛形可以追溯到20 世紀60 年代。加拿大測量學家R.F.Tomlinson首先於1963年提出地質信息系統這一術語，建成世界上第一個GIS即加拿大GIS（CGIS）一並應用於資源管理與規劃。1970～1976年間美國聯邦地質調查局建成50多個信息系統並進行綜合地質研究，德國在1986 年建成DASCH系統，瑞典、日本等國也陸續建有自己的GIS。GIS的發展與計算機科學的高速發展並行，主要發生在過去的20年中，而近10年來發展更快（周軍等，2002）。
表1 國外GIS在地質環境與地質災害研究中的應用
GIS因解決地質問題而產生，其雛形可以追溯到20 世紀60 年代。加拿大測量學家R.F.Tomlinson首先於1963年提出地質信息系統這一術語，建成世界上第一個GIS即加拿大GIS（CGIS）一並應用於資源管理與規劃。1970～1976年間美國聯邦地質調查局建成50多個信息系統並進行綜合地質研究，德國在1986 年建成DASCH系統，瑞典、日本等國也陸續建有自己的GIS。GIS的發展與計算機科學的高速發展並行，主要發生在過去的20年中，而近10年來發展更快（周軍等，2002）。
ArcInfo與ArcView GIS是當前最流行的兩個軟體包，為美國ESRI（Environmental Systems Research Institute，Inc.）的重要產品，被許多國家官方確定為國土資源、地質、環境等管理、研究的主要地質信息系統。ESRI始建於1969年，由Jack Dansermond和Laura Dangermond用自己平時積蓄的1100美元起步，經過20世紀70年代的艱苦奮斗，1981年推出新型ArcInfo，1986年微機版的PC ArcInfo投入市場，1991 年又一力作ArcView GIS問世。1981年ESRI在其Redlands總部召開首次用戶會議，僅18人到場，而1998年的用戶大會有來自90個國家的8000多位代表。
ESRI的發展史反映了GIS從無到有、從弱到強、迅速成長壯大的發展歷程，也從一個側面顯示出GIS巨大的市場潛力和難以估量的應用價值。
據悉，1995年市場上有報價的GIS 軟體已達上千種，但主要佔據市場的不過10 余種。除上述提到的ArcInfo與ArcView GIS外，國外的GIS代表作還有MapInfo、ErMapper、Idrisi Endas、Erdas、Genamap、Spans、Tigris等。
GIS已在地質礦產勘查中得到廣泛應用，並取得許多矚目成果。美國、加拿大、澳大利亞早在1985～1989年就將其應用於地質礦產調查和填圖。目前，澳大利亞開始利用筆記本電腦以數字形式採集野外地質數據，建立有關資料庫，藉助ArcInfo與ArcViewGIS編制第二代地質圖件。
三、資料來源
曹修定，阮俊等.2007.GIS技術在地質災害信息系統中的應用.中國地質災害與防治學報，18（3）：112～115
黃潤秋.2001.面向21世紀地質環境管理及地質災害評價的信息技術.國土資源科技管理，18：30～34
姜作勤.2008.國內外區域地質調查全過程信息化的現狀與特點.地質通報，27（7）：956～964
姜作勤，張明華.2001.野外地質數據採集信息化所涉及的主要技術及其進展.中國地質，28（2）：36～42
趙金平，焦述強.2004.基於GIS的地質環境評價在國外的研究現狀.南通工學院學報（自然科學版），3（2）：46～50
周軍，梁雲.2002.地理信息系統及其在地質礦產勘查中的應用.西安工程學院學報，24（2）：47～50