QGIS geoapdorojimo modelis pirmo lygio seisminio mikrozonavimo analizės supaprastinimui¶

QGIS geoapdorojimo įrankis pirmo lygio seisminio mikrozonavimo tyrimams¶

Seisminis mikrozonavimas įvertina seisminius pavojus vietiniu masteliu, siūlant identifikuoti teritorijos plotus, kuriems charakteringa homogeninė seisminė elgsena. Pirmo lygio seisminio mikrozonavimo tikslas yra nustatyti geologinių vienetų litologines savybes ir geometriją, kuri charakterizuoja teritorijos dalis (mikrozonas).

Žemės drebėjimo sukeltų nuostolių stebėjimas dažnai rodo skirtumus vietiniu masteliu ne tik pagal geologines struktūras, bet taip pat ir pagal skirtingus statinių tipus ir statybos kokybę, įtakojančius skirtingus seisminius pavojus.

Seisminis mikrozonavimas įvertina vietinius seisminius pavojus identifikuojant teritorijos plotus, charakterizuojamus homogenine seismine elgsena.

Siesminio mikrozonavimo 2008 gairės ir kriterijai (http://www.protezionecivile.gov.it/jcms/it/view_pub.wp?contentId=PUB1137) teikia seisminio mikrozonavimo tyrimo standartus Italijoje. Jie išskiria tris gilėjančius lygius (nuo 1 iki 3).

Pirmo lygio seisminį mikrozonavimą sudaro trijų teminių žemėlapių kūrimas:

1. Mikrozonavimo tyrimo apžiūrų žemėlapis;

2. Geo-litologinis žemėlapis, gautas iš detalaus mastelio geologinių ir geomorfologinių žemėlapių, integruojant esamas litologinius, stratigrafinius ir geotechnius duomenis, susijusius su apžiūromis;

3. 1 lygio seisminio mikrozonavimo žemėlapis (1 lygio mikrozonavimo pagrindinis rezultatas), identifikuojantis mikrozonas į tris vietinių pavojų kategorijas:

   • Stabilios zonos;

   • Stabilios zonos, linkusios į žemės plėtimąsi;

   • Nestabilios zonos.

Šio darbo apimtis yra sukurti topografinių, geologinių, geofizinių ir geotechninių duomenų apdorojimo metodologiją, skirtą 1 lygio seisminio mikrozonavimo juodraštinio žemėlapio kūrimui, naudojant atviro kodo įrankius.

Grafinio modeliavimo įrankis, integruotas į paskutinę QGIS versiją (rašymo metu tai 2.8.1) buvo panaudotas paprasto geoapdorojimo modelio kūrimui. Šis įrankis naudingas automatizuojant dažnai vykdomų 1 lygio seisminio mikrozonavimo žemėlapio kūrimo veiksmus. Pavyzdžiui identifikuojant nestabilias zonas kaip poligono tipo geoobjektus.

Modelis panaudoja įvairią atviro kodo programinę įrangą ir bibliotekas (GRASS, GDAL, QGIS), demonstruoja QGIS, kaip supaprastintos ir apjungtos sąsajos heterogeniškiems GFOSS (Geoerdvinė laisva ir atviro kodo programinė įranga) įrankiams naudingumą (Pav. 1).

Modelis kaip įvesti ima (Pav. 2):

• Kontūro linijų shape failą, kuriame yra laukas su aukščio reikšmėmis;

• Lauko, kuriame yra aukščio reikšmės, pavadinimą;

• Norima rastro rezoliucija metrais skirtą DEM ir Nuolydžiui (pagal nutylėjimą 10);

• Poligonų shape failas, iš kurio ištraukiami geoobjektai, susikertantys su plotais, kurių nuožulnumas didesnis už 15 laipsnių;

• Gaunamo poligonų sluoksnio pavadinimas.

Paleidus modelis vykdo šiuos veiksmus:

• GRASS įrankis v.to.rast.attribute keičia aukščio kontūro linijas į rastrą, kaip įvestį naudojant kontūro shape failą, z lauko pavadinimą ir rastro rezoliuciją;

• GRASS įrankis r.surf.contour sukuria aukščio modelį, kaip įvesti imant rastrizuotą laikiną ankstesnio žingsnio išvestį ir rastro rezoliuciją;

• GDAL įrankis „gdaldem“ sukuria nuokalnę, išreikštą laipsniais iš aukščio modelio;

• GRASS įrankis r.mapcalculator naudojamas kuriant 1 bito rastrą, identifikuojantį plotus su didesniu nei 15 laipsnių nuožulnumu (ši reikšmė įkoduota į mikrozonavimo gaires, todėl yra fiksuota), naudojant išraišką;

if(A>15,1,null())

kur A yra laikinas nuokalnės rastras, sukurtas gdaldem;

• GDAL įrankis „gdal_polygonize“ konvertuoja 1 bito rastrą į poligonus;

• QGIS įrankis „Intersection“ naudojamas perdengiant plotus turinčius nuokalnę, didesnę nei 15 laipsnių, su pasirinktu persidengimo sluoksniu.

Gaunamas poligonų sluoksnis su plotais, linkusiais į nestabilumą dėl nuokalnės, didesnės nei 15 laipsnių, automatiškai ištrauktais iš tematinio žemėlapio, tokio kaip nuošliaužų poligono sluoksnio (Pav. 3) arba litologinio žemėlapio.

Išvados¶

Šis darbas aiškiai parodo, kad atviri kodo GIS įrankiai, tokie kaip QGIS, GRASS, GDAL/OGD, gali būti sėkmingai naudojami erdvinei analizei ir duomenų apdorojimui, skirtam pirmo lygio seisminio mikrozonavimo tyrimams. Šiame pavyzdiniame darbe QGIS buvo naudotas kaip supaprastinta ir vienijanti sąsaja skirtingiems aukštos kokybės GFOSS įrankiams. Grafinis modeliuotojas leidžia intuityviai kurti geoapdorojimo modelius, kuriais galima nesunkiai dalintis kaip portabiliais, skirtingoms platformoms skirtais įrankiais, nereikalaujančiais brangių programinės įrangos licencijų. Įrankis naudoja QGIS modeliavimo galimybes grafiškai susieti skirtingus algoritmus, nustatančius skirtingus įvesties ir išvesties parametrus ir palikti tarpinių duomenų valdymą programinei įrangai. GRASS algoritmų naudojimui nereikia kurti ir naudoti GRASS duomenų bazės ir žemėlapių rinkinio, kas stipriai supaprastina modelio kūrimą. Artimiausio vystymo metu bus įtrauktas įrankių ir modelių kūrimas, naudojant atviro kodo programinę įrangą, kuri gali būti naudojama supaprastinant ir pagreitinant erdvinės analizės uždavinius, reikalingus mikrozonavimo tyrimams.

Šaltiniai¶

• G. Baldassarre; Gallicchio, S.; Giannandrea, P. & Tropeano, M.: „Relazione Finale Geolitologica per la microzonazione sismica di livello 1dei Comuni della Provincia di Foggia Dipartimento di Geologia e Geofisica dell’Università di Bari, 2011“

• Cavinato,G.P.; Cavuoto, G.; Coltella, M.; Cosentino, G.; Paolucci, E.; Peronace, E. & Simionato, M.: „Studio di fattibilità per il monitoraggio e la messa in sicurezza delle aree urbane a rischio di stabilità statica e vulnerabilità strutturale del Comune e della Provincia di Foggia - CIPE 20/2004 Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria, 2013, 526“

• Contributi per l’aggiornamento degli „Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica „ 2008. Ingegneria sismica, Pàtron Editore Bologna, 2011 (http://www.protezionecivile.gov.it/jcms/it/view_pub.wp?contentId=PUB28083)

• Gruppo di lavoro MS, 2008. Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica. Conferenza delle Regioni e delle Province autonome - Dipartimento della protezione civile, Roma, 3 vol. e Dvd, Presidenza del Consiglio dei Ministri, Dipartimento di Protezione Civile, 2008, 424. (http://www.protezionecivile.gov.it/jcms/it/view_pub.wp?contentId=PUB1137)

Autoriai¶

Šį straipsnį 2015 metų kovą parašė Giuseppe Casentino ir Francesco Pennica (www.igag.cnr.it).

Giuseppe Cosentino <g.cosentino@igag.cnr.it> yra geologas ir technologas, specializuojantis Geografinėse informacinėse sistemose, skirtose geologinių ir inžinerinių pavojų valdyme. Šiuo metu dirba seisminio mikrozonavimo ir užterštų plotų aplinkos charakterizavimo srityje. Dominančios sritys: geologiniai ir aplinkos pavojai, kartografija, struktūrinė geologija, tiriamieji gręžiniai.

Francesco Pennica užsiima GIS ir WebGIS programinės įrangos vystymu ir duomenų valdymu: GeoServer, MapServer, ArcGIS Server, GeoNetwork OGC standartais paremtos webgis paslaugos, Java, HTML, CSS, Javascript, Python, PHP kalbos ir karkasai, WebGIS naudotojo sąsajos vystymas su OpenLayers, ExtJS, GeoExt, JQuery, GWT, Ext-GWT, Google Maps API SQL, geoduombazių valdymas, PostgreSQL, PostGIS, GIS darbastalio programinės įrangos analizė ir automatizavimas (ArcGIS, GRASS, GFOSS įrankiai), programinės įrangos konfigūravimas ir valdymas Linux ir Windows serveriuose ir darbo stotyse.