李叶繁 胡娜 余利剑
武汉智图云起科技有限公司 湖北省武汉市 430073
摘要：当前，我国正在开展第一次全国自然灾害综合风险普查，本文讨论了面向自然灾害监测预警重大应用需求，如何充分利用本轮自然灾害综合风险普查成果和已有地质资料，针对重大地质灾害隐患点及邻近区域，约束构建高精度三维地质模型，并结合地质灾害监测更新数据，开展隐患点地质灾害动态监测、预警，提高自然灾害监测预警与防范科技支撑能力。
关键词：三维地质模型；灾害；监测预警
长期以来，我国始终面临“自然灾害种类多、分布地域广、发生频率高、造成损失重”的基本国情。自然灾害和不合理的工程活动诱发地震、滑坡、泥石流、地面沉降和洪水等，威胁着经济社会安全，构成了人类社会发展的隐患。与此同时，现阶段我国应急管理体系和能力仍相对落后，应急管理信息化水平不高，迫切需要运用新一代信息技术，建设与我国应急管理能力相适应的管理体系。党的十八大以来，以习近平总书记为核心的党中央将防灾减灾救灾摆在更加突出的位置，应急管理部也编制印发了《应急管理信息化发展战略规划框架》明确了灾害监测预警是“1个大平台、5大业务域、5大集成门户和1个应用生态”中的5大业务域的核心内容之一。如何面向自然灾害监测预警重大应用需求，充分利用本轮自然灾害综合风险普查成果和已有地质资料，约束构建高精度三维地质模型，并结合地质灾害监测更新数据开展隐患点地质灾害动态监测、预警，发挥三维地质模型价值，提高自然灾害监测预警与防范科技支撑能力成为进一步探讨的关键。
一、研究现状
精细的三维地质模型包含大量的地质结构、地质活动、地壳稳定性等信息，不但能给地质灾害监测预警、防治和应急指挥提供数据支持，还能提供可视化界面，帮助人们直观地了解孕灾地质体和地质结构状况，并做出正确的决策。陈树根[1]等在进行区域地质灾害防治和地质环境保护研究时，利用三维地质模型，直观、立体、可视地展现了研究区域的水质地质结构特征和历史演化规律；李洪涛[2]等结合三维地质模型开展了软硬互层地质条件下崩塌稳定性分析；韦瑜玺[3]开展了公路地质灾害类型及防治措施研究；刘春[4]等利用三维地质模型数值模拟研究了大型高速远程滑坡的影响因素、形成机理和可能引发的灾害。
国内主要城市也相继开展了相关应用实践，北京、南京根据城区活动构造的分布和活动性，对地面沉降等主要地质灾害和工程地质问题、山区滑坡与泥石流等地质灾害和工程地质问题进行分析和评价，成果直接用于城市发展的总体规划；天津结合水文地质结构模型、地下水采灌及地下水位动态，研究了地面沉降规律和机理，有针对性制定控制措施；上海建立了地表水-地下水耦合模型，为地下水位监测、城市地貌沉降和地下水资源可持续开发与保护规划研究提供依据。
二、主要研究内容
面向自然灾害监测预警重大应用需求，突破现有三维地质建模方法存在建模速度慢、模型手动更新慢等问题，研究实现快速、自动建模；利用自然灾害综合风险普查成果和已有地质资料，针对重大地质灾害隐患点及邻近区域，约束构建高精度三维地质模型；采用多模型融合技术，支持地质灾害全要素的透明可视化表达；研究地质灾害监测预警与风险评估指标体系，结合地质灾害监测更新数据，开展隐患点地质灾害动态监测、预警与风险评估，提高自然灾害监测预警与防范科技支撑能力。
1、地质灾害全过程全流程评估方法模型
研究如何接入各类灾害风险监测数据、遥感数据、灾情数据等，应用大数据挖掘等新技术，研究致灾因子、承灾体和孕灾环境三者之间的关系，基于全过程全流程评估方法模型，实现对多源数据的展示与分析、对重大的灾害及灾害链以及国际重大灾害进行风险监测，提前识别和预估。
2、高精度三维地质模型快速构建方法
如何利用自然灾害综合风险普查成果和已有地质资料约束建模，分类提取断层剖面数据、产状数据、地层界面数据、地层平面展布数据，能够快速构建地质构造格架、三维地质构造标量场、提取地质曲面、对含有特殊地质要素进行处理，完成高精度三维地质体拓扑构建。
4、地质灾害监测预警与风险评估指标体系
地质灾害风险诱发的各影响条件的影响特征和影响程度各不相同，需分别对地形地貌、地层岩性与岩体结构、地质构造、水文条件、地震动、人为活动等诱发地质灾害的条件所包含的影响因子，并确定其权重，明确其适用条件。
三、需解决的关键问题
1、地质灾害监测预警三维地质分析模型研究
充分掌握地质灾害体的变形发展趋势规律，是预测地质灾害体发生大规模活动破坏的时空节点、给予减灾防灾可靠技术支持的基础。地质灾害监测预警三维地质分析模型研究应理顺地质模型、力学模型、监测模型、预测预报模型之间的运行关系和相互作用机理。
2、多源数据约束下的三维地质智能建模技术
高可用地质模型是开展地质灾害监测预警与风险评估的基础，结合本轮自然灾害综合风险普查成果和已有地质资料特点，应针对建模中信息约束能力不足、复杂地质建模人工干预量大、可用性低等问题，重点研究多源数据约束下的三维模型智能构建、数据驱动的模型变化自动发现与更新以形成城市地下高可用地质模型的智能构建技术。
3、基于三维地质模型的地质灾害风险评估方法
探索利用三维地质模型和GIS的空间分析功能，对评估区地质灾害调查和资料的综合研究，开展地质灾害现状评估和预测评估，查清地质灾害类型、分布、规模，预测可能诱发或加剧的地质灾害危险性，对场地适宜性进行评价，并提出防治措施，为工程建没项目的规范和决策提供依据。
四、已有的工作基础
武汉智图云起科技有限公司以地质工作过程为引导，基于隐式智能建模技术研发了Smart3Dmap多源数据三维地质模型自动构建系统。利用该平台，可利用多源数据建立任意负责的高精度三维地质模型，可展现地层、岩体、构造等地质现象的空间几何特征、内部属性特征以及相互关系等地质信息。
五、应用前景分析
基于高精度三维地质模型的地质灾害监测预警与风险评估研究成果，有助于对突发事件进行及时有效地预测预警，通过事前防治，将可能的灾害消除在萌芽状态或通过采取相关应对措施有效地减少灾害损失；防范化解重大风险隐患，提升自然灾害防治、生产安全事故预防和应急管理能力提供有力支撑，切实保护人民群众生命财产安全和国家安全；增强政府部门地质灾害监测预警与风险评价能力，为地质灾害应急指挥和减少人民财产损失提供技术支撑。
参考文献：
[1] 陈根深, 郭绪磊, 刘刚等. 宜昌长江南岸岩溶流域典型区三维地质建模[J]. 安全与环境工程, 2019, 第26卷(2):1-8.
[2] 李洪涛, 吴勇, 冷洋洋等. 贵州软硬互层地质条件下典型崩塌稳定性分析[J]. 科学技术与工程, 2021, 第21卷(2):465-472.
[3] 韦瑜玺. 广西岩溶地区公路地质灾害类型及防治措施研究[J]. 科技创新与应用, 2020, (28):139-140，142.
[4] 刘春, 范宣梅, 朱晨光等. 三维大规模滑坡离散元建模与模拟研究 ——以茂县新磨村滑坡为例*[J]. 工程地质学报, 2019, 第27卷(6):1362-1370.
作者简介：李叶繁（1987-10-21），男，汉族，籍贯：安徽省岳西县，当前职务：武汉智图云起科技有限公司 解决方案经理，当前职称：无（有注册测绘师、信息系统项目管理师、注册咨询师等资格），学历：硕士，研究方向：勘察测绘与地理信息