[摘要]针对滑坡易发性评价，提出GIS二次开发与Python技术相结合的开发手段，设计一套滑坡易发性评价系统，可以帮助用户在短时间内充分了解研究区域的滑坡易发性情况，为滑坡防治提供有效的参考。
[关键词]滑坡；系统设计；GIS
1.引言
斜坡上的土体或岩体，遭受河流冲刷、地震及人工切坡等自然或人为因素影响时，会在重力作用下顺坡向下滑动，则形成了滑坡。我国滑坡、泥石流等地质灾害繁多且灾害损失极其严重。其中，山体滑坡在山区最为常见也最危险，具有分布地区广、发生频率高和运动速度快等特点，在造成重大社会经济损失的同时，严重威胁人们的生命安全和财产安全。为了有效地预防和减轻滑坡地质灾害，在对研究区域做出风险评价时，首先应该结合历史发生滑坡点数据查明该区域内易于发生滑坡地质灾害的区域特征，再借助功能强大的GIS技术，挖掘复杂的空间信息和属性信息中所蕴含的内容，在研究区域上对滑坡地质灾害进行划分，区划出高危险区和一般区。然后结合多元的评价模型为滑坡灾害的风险性评价提供方便有效的科学依据。要完成这一系列的数据处理与结果评价，需要用到多种方法、多个平台软件，目前鲜有完整的系统去处理滑坡相关数据。本研究旨在为滑坡易发性评价设计一种方便、快捷的工具，以及多种评价模型选择为目的，实现一套能快速、科学、准确地生成区域滑坡易发性地图的系统。系统中，用户可通过滑坡易发性评价功能快速地生成区域滑坡易发性分级图，帮助用户在短时间内充分了解某一地区的滑坡易发性情况，在滑坡防治工作中及时做出决策方案，并能在保证准确度的情况下减少相关研究的任务量和工作时间。
2.系统可行性分析
随着GIS及计算机技术的发展，两者的结合日益紧密，其中组件式GIS为GIS应用系统开发提供了高效的开发工具。本系统基于VS开发环境，借助ArcEngine接口，运用C#语言进行开发，已经是非常成熟的开发方案。同时，Python近几年逐步发展壮大，其内置模型运算快捷、稳定，可以很好的满足滑坡易发性评价需求，VisualStudio也提供了调用Python脚本的函数方法，因此在技术上，不论是开发工具还是开发方案都完全可行。就开发成本而言，在满足系统需求的前提下，本系统所需的硬件和软件成本低廉，且后期的系统维护与更新所需的人力、物力开支也非常小。而系统为滑坡易发性研究提供了方便、快捷的工具，能为各滑坡灾害治理部门节省人力与财力，所以随着系统的逐步完善，其后期经济效益一定大于系统的开发成本。系统针对各滑坡研究部门或人员进行开发，界面简洁、友好，具有帮助模块，可供用户随时查询系统各功能的详细信息；且系统操作简单易懂，用户可以在短时间内上手，其中基础操作模块提供数据加载、图像交互等功能；数据展示模块提供数据统计分析和展示功能；数据分析模块提供滑坡易发性相关分析功能。
3.系统设计
3.1系统设计思路。系统主要针对各滑坡易发性研究学者或部门，利用ArcEngine组件，以VisualStudio为开发环境、C#为开发语言，设计一套小型的区域性滑坡易发性评价系统。首先利用ArcGIS、MapGIS等软件从遥感影像、数字高程模型及地形地质图中提取各类滑坡影响因子，再从滑坡灾害历史资料中提取滑坡数据，并进行初步的数据清洗与计算处理。然后基于VisualStudio平台，结合ArcEngine组件构建系统界面，并实现系统基础功能。最后将利用Python构建的评价模型集成到系统中，完善系统核心功能。
3.2总体结构设计。系统设计为一个桌面应用软件，采用传统的表现层、业务逻辑层、数据层三层系统框架。考虑到应用的方便与系统的可扩展性，采用文件系统存储空间数据和部分文本数据，用Access数据库存储功能介绍信息，以保证系统轻便、处理速度快捷。
3.3UI界面设计。系统本着以用户为中心、界面清楚一致、拥有良好的直觉特征、简单且美观以及较快的响应速度的设计原则，来进行用户界面设计。保证拥有良好的用户帮助措施和信息提示等交互功能，其基本交互要求包括：提供有意义的反馈信息；允许取消绝大多数操作，允许犯错误；按功能对动作分类，并据此设计屏幕布局；提供对用户功能敏感的帮助措施；信息显示时使用一致的标记、标准的缩写和可预知的颜色；使在当前动作语境中不适用的命令不起作用。
3.4系统功能设计。系统总体功能主要包含基础操作、数据展示、数据分析、系统帮助四大功能模块。其中，基础操作模块提供对数据的基本操作，包括空间、文本数据加载；地图的缩放、漫游和选择等；数据展示模块提供对数据的统计分析和展示功能，主要包括滑坡易发性分级图，用于根据滑坡易发性分析结果生成分级地图；数据统计图表，用于对数据的初步统计分析展示；数据分析模块提供对数据的深层分析功能，包括相关的辅助功能，如因子筛选、主成分分析，用于削减影响因子数目和确定各因子权重；以及本系统核心的滑坡易发性分析，根据数据分析获得滑坡易发性概率；系统帮助模块是为用户提供系统功能的详细信息，包括各功能作用、输入输出参数、具体操作等详细介绍，通过索引搜索可快速查询。
3.5功能实现流程设计。在总体功能模块基础上，对系统主要功能内部结构进行划分，设计详细的功能实现流程。3.5.1数据加载功能实现对空间数据和文本数据的加载，对数据路径进行存储，所加载的空间数据实时在地图窗口进行显示，电子表格与文本数据显示于表格窗口，且界面图层、数据列表与数据视图窗口有着良好的关联功能。3.5.2统计图表功能根据输入的文本数据，可通过本功能生成散点图、柱状图或折线图，结果将展示于系统的图形窗口，用于初步挖掘数据潜在信息，给用户更直观的反映。3.5.3因子筛选功能针对种类繁多的因子数据，系统提供因子筛选功能，根据因子贡献率，剔除对滑坡影响较小或无影响的因子，降低数据冗余、提高评价模型执行效率。3.5.4主成分分析功能由于不同类型的因子对滑坡具有不同程度的影响，系统通过主成分分析及其结果计算，得出各因子在滑坡易发性评价中所占权重，使评价结果更加精准。3.5.5模型参数自定义功能对于不同体量或不同类型的训练和测试数据集，需要设定构建评价模型的部分参数，而通过参数自定义功能，给以用户更多自主权，以建立符合自身需求的评价模型。3.5.6滑坡易发性分析功能基于数据加载功能的输入数据，获取用户选择的数据类型、评价模型、输出结果形式及输出路径，系统据此进行滑坡易发性的概率分析，其中输出结果包括ROC检验曲线、易发性概率表格等，结果将存储于用户选择的路径下，同时提供实时加载显示输出结果功能。3.5.7分级图功能此功能用于生成滑坡易发性分级图，根据滑坡易发性分析结果，该结果可以是当前数据列表中的，也可以是文件夹下的表格数据，获取表格中易发性概率数据列及对应的基础图层，最终生成滑坡易发性分级图，同时满足对结果图层的存储需求。
4.结语
系统在GIS二次开发的基础上结合Python技术，利用其内置的机器学习模型，设计了系统的基础功能与核心功能，可以完成滑坡易发性评价并输出ROC曲线、易发性指数表格及滑坡易发性分级图，且系统界面友好、具有良好的交互功能，达到了预期设计目标，并具有充分的扩展空间。
作者:刘川 谢明娟 李全喜 涂才森 单位:西南石油大学地球科学与技术学院 中国科学院新疆生态与地理研究所