基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统

摘要

本发明提供一种基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统，包括：评估影像采集模块、GPS定位模块、第1发送模块、多指标安全综合评价模块、第2发送模块、GIS空间数据库管理模块、注册模块和共享模块。优点为：能够远程、快速、有效地评判相关边坡的稳定性，并动态及时制定相应特殊的防治技术，据此科学服务边坡施工与营运，对于野外高速公路路堑高边坡的施工安全风险评估和营运安全评价发挥巨大的效率优势。

说明书

技术领域

本发明属于道路工程防灾减灾技术领域，具体涉及一种基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统。

背景技术

随着我国经济的快速发展与移动互联网的兴起，路网建设进入了高速发展期，特别是高速公路开始逐步进入山区，已成为当前路网建设的重要内容。随着公路里程不断拓展，工程建设复杂性也在不断增大，施工安全面临严峻的形势。

高边坡是公路施工高风险环节，生产安全事故多发，对高边坡开展风险管控具有重大意义。在开展高边坡风险管控过程中，经研究发现，在复杂地质条件下，采用传统方式开展调查工作需要耗费大量的人力、物力和财力，越来越多的公路高边坡稳定性问题已成为公路建设中亟待解决的核心技术。如何在建设中远程、快速、有效地评判相关边坡的稳定性，并动态及时制定相应特殊的防治技术，据此科学服务边坡施工与营运，直接决定着山区高速公路建设的成败。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统，包括：

评估影像采集模块，用于采集路堑高边坡施工现场的评估影像；

GPS定位模块，用于定位所述评估影像采集模块所采集的评估影像的实际地理位置信息；

第1发送模块，用于将所述评估影像以及该评估影像所对应的实际地理位置信息上传给GIS管理模块；

多指标安全综合评价模块，用于对某个地理位置的高边坡施工安全进行多指标安全综合评价，得到安全综合评价数据；

第2发送模块，用于将某个地理位置的安全综合评价数据上传给GIS空间数据库管理模块；

GIS空间数据库管理模块，包括：

接收子模块，用于接收所述第1发送模块上传的所述评估影像以及该评估影像所对应的实际地理位置信息；还接收所述第2发送模块上传的所述安全综合评价数据以及该安全综合评价数据所评价高边坡施工的实际地理位置信息；

匹配子模块，用于根据所述实际地理位置信息定位到地图的目标位置，并建立所述评估影像、所述安全综合评价数据与所述目标位置的关联关系，使所述评估影像和所述安全综合评价数据作为所述目标位置的附属属性；

注册模块，用于对所述基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统进行注册；

共享模块，用于向已注册的用户共享与某个地理位置关联的所述评估影像和所述安全综合评价数据。

优选的，所述评估影像采集模块所采集的所述评估影像包括：地质因子危险源照片、建设规模危险源照片、周围环境危险源照片和施工组织概况危险源照片。

优选的，所述GIS空间数据库管理模块采用分层存储技术，即：

所述GIS空间数据库管理模块将道路信息按其特性的不同进行分层，每个图层存储特征相同或相似的事物对象集，然后对每个图层进行分层管理和存储；由此，每个图层均对应唯一的数据库表，该数据库表也称为属性数据库，用于存储每个图层的属性数据。

优选的，还包括：安全管控措施计算模块，用于对所述多指标安全综合评价模块得到的安全综合评价数据进行综合分析，得到与实际高边坡现场施工相对应的安全管控措施，并推送所述安全管控措施。

优选的，所述多指标安全综合评价模块包括总体风险评估子模块和专项风险评估子模块。

优选的，所述总体风险评估子模块用于：在工程开工之前，以建设项目全线路堑高边坡工程为评估对象，采用基于百分制与多级指标体系的评估方法，对全线路堑高边坡施工安全进行总体风险评估并确定其风险等级，得到总体风险评估报告。

优选的，所述总体风险评估子模块具体用于：

1)以下面几种对象为评估对象：

(1)高于20m的土质边坡和高于30m的岩质边坡；

(2)不良地质体地段开挖形成的不足20m的边坡，其中，不良地质体地段包括：老滑坡体、岩堆体和老错落体；

(3)特殊岩土地段开挖形成的不足20m的边坡，其中，特殊岩土包括膨胀土、高液限土、冻土和黄土；

(4)施工场地周边环境复杂地段开挖形成的不足20m的边坡，其中，施工场地周边环境复杂地段包括：城乡居民居住区、民用军用地下管线分布区和高压铁塔附近；

2)建立表1所示的路堑高边坡工程施工总体风险评估指标体系：

表1路堑高边坡工程施工总体风险评估指标体系

3)对表1所建立的评估指标体系中的各个评估指标进行重要性排序；

4)确定每个评估指标的权重系数，然后计算每个评估指标的分数；

5)对每个评估指标的分数进行得分汇总，得到评估总分值；

6)将评估总分值与施工安全总体风险分级标准表进行对比，进而得到总体风险等级；

7)基于所述总体风险等级，编制得到总体风险评估报告。

优选的，所述专项风险评估子模块用于：

1)评估小组将高边坡施工工程划分为若干个专项工程，并对每个专项工程进行风险辨识，形成风险源辨识清单；

2)对风险源辨识清单中的每个风险源进行风险分析，形成风险分析表，该风险分析表即为专项工程风险评估报告；

3)结合风险分析表，对风险源辨识清单中的每个风险源采用指标体系法进行分析，得到重大风险源，然后对所得到的重大风险源进行汇总，形成重大风险源风险等级汇总表；

4)根据所述重大风险源风险等级汇总表，制定风险控制措施建议。

优选的，所述专项风险评估子模块在进行专项风险评估时，对于抗滑挡墙专项工程，依据表3所建立的评估指标体系；对于边坡注浆专项工程，依据表4所建立的评估指标体系：

表3抗滑挡墙施工事故可能性评估指标体系

表4边坡注浆施工事故可能性评估指标体系

根据表3和表4，进行专项风险评估。

本发明提供的基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统具有以下优点：

本发明提出的基于GIS和指标体系法的边坡施工安全风险评估系统，能够远程、快速、有效地评判相关边坡的稳定性，并动态及时制定相应特殊的防治技术，据此科学服务边坡施工与营运，对于野外高速公路路堑高边坡的施工安全风险评估和营运安全评价发挥巨大的效率优势。

附图说明

图1为本发明提供的基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统的整体结构示意图；

图2为开发的用于安卓操作系统移动终端扫描的二维码的示意图；

图3为开发的用于苹果操作系统移动终端扫描的二维码的示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

物联网、智慧城市和“互联网+”的研究日益火热，APP将在行业应用和大众消费迎来巨大市场机会，尤其在交通运输领域，本发明提供一种基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统，可采用移动终端APP的形式，该移动终端APP可采用二维码扫描方式下载，如图2所示，为开发的用于安卓操作系统移动终端扫描的二维码的示意图；如图3所示，为开发的用于苹果操作系统移动终端扫描的二维码的示意图；当然，移动终端APP也可以采用直接下载安装文件的方式，安装到移动终端。本发明中，移动终端包括但不限于手机和平板电脑。

参考图1，为本发明提供的基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统的整体结构示意图，本发明提供的基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统，充分利用GIS的道路空间高边坡里程定位及指标体系法的半定量评估危险性等级的优点，使得移动终端在现代化互联网浪潮下更加高效便捷地开展高边坡风险评估，基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统主要包括以下功能模块：

评估影像采集模块，用于采集路堑高边坡施工现场的评估影像；

其中，评估影像包括未开挖或者已开挖的高边坡评估影响，例如，地质因子危险源照片、建设规模危险源照片、周围环境危险源照片和施工组织概况危险源照片等等。

GPS定位模块，用于定位所述评估影像采集模块所采集的评估影像的实际地理位置信息；

第1发送模块，用于将所述评估影像以及该评估影像所对应的实际地理位置信息上传给GIS管理模块；

多指标安全综合评价模块，用于对某个地理位置的高边坡施工安全进行多指标安全综合评价，得到安全综合评价数据；

多指标安全综合评价，属于定量评估方法的一种，是将专家经验进行凝练、总结，提供相对科学合理、施工现场技术人员易掌握的一套方法，解决公路工程点多面广、安全评估专家缺少的实际困难。目前，工程实际应用中的风险分析，采用定量分析或者纯定量分析方法的已经比较少了。

多指标安全综合评价方法，是把多个描述被评价对象不同方面且量纲不同的定性和定量指标，转化为无量纲的评价值，并综合这些评价值以得出对该评价对象的一个整体评价。多指标安全综合评价法具有多指标、多层次特性，能较好地处理大型复杂系统的安全评价问题，因而得到了广泛的应用。在高边坡施工安全评估过程分为总体风险评估和专项风险评估。

即：多指标安全综合评价模块包括总体风险评估子模块和专项风险评估子模块。

(一)总体风险评估子模块

总体风险评估是以建设项目全线路堑高边坡工程为评估对象，根据工程建设规模、地质条件、工程特点、诱发因素、施工环境、资料完整性等，评估全线路堑高边坡施工安全风险，确定风险等级并提出控制措施建议。总体风险评估在开工前实施，评估结论可作为制定高边坡工程施工组织设计的依据。

总体风险评估子模块具体用于：

1)以下面几种对象为评估对象：

(1)高于20m的土质边坡和高于30m的岩质边坡；

(2)不良地质体地段开挖形成的不足20m的边坡，其中，不良地质体地段包括：老滑坡体、岩堆体和老错落体；

(3)特殊岩土地段开挖形成的不足20m的边坡，其中，特殊岩土包括膨胀土、高液限土、冻土和黄土；

(4)施工场地周边环境复杂地段开挖形成的不足20m的边坡，其中，施工场地周边环境复杂地段包括：城乡居民居住区、民用军用地下管线分布区和高压铁塔附近；

2)建立表1所示的路堑高边坡工程施工总体风险评估指标体系：

表1路堑高边坡工程施工总体风险评估指标体系

3)对表1所建立的评估指标体系中的各个评估指标进行重要性排序；

实际应用中，在对具体高边坡进行评估时，表1所列出的11个指标不一定全部参与评估，需选出比较重要的指标进行排序，排序方法可以为复杂度法或者重要度排序法。

4)确定每个评估指标的权重系数，然后计算每个评估指标的分数；

5)对每个评估指标的分数进行得分汇总，得到评估总分值；

6)将评估总分值与施工安全总体风险分级标准表进行对比，进而得到总体风险等级；

如表2所示，为施工安全总体风险分级标准表：

表2施工安全总体风险分级标准

总体风险等级F(评估总分值)等级Ⅳ(极高风险)F＞60等级Ⅲ(高度风险)45<F≤60等级Ⅱ(中度风险)30<F≤45等级Ⅰ(低度风险)F≤30

7)基于所述总体风险等级，编制得到总体风险评估报告。

(二)专项风险评估子模块

专项风险评估子模块用于：

1)评估小组将高边坡施工工程划分为若干个专项工程，并对每个专项工程进行风险辨识，形成风险源辨识清单；

2)对风险源辨识清单中的每个风险源进行风险分析，形成风险分析表，该风险分析表即为专项工程风险评估报告；

3)结合风险分析表，对风险源辨识清单中的每个风险源采用指标体系法进行分析，得到重大风险源，然后对所得到的重大风险源进行汇总，形成重大风险源风险等级汇总表；

4)根据所述重大风险源风险等级汇总表，制定风险控制措施建议。

具体的，专项工程风险评估是指：首先应按照结构部位、路段长度及施工特点或施工任务，将高边坡、深基坑工程划分为若干个专项工程。专项工程风险评估应在总体风险评估的基础上，找出影响安全风险的主要因素，提出风险控制措施，在危险性较大的专项工程安全专项方案中针对影响较大的因素进行响应。

从高边坡工程的施工特点出发，本发明将高速公路高边坡工程分为防排水工程、浅表层开挖工程、加固工程、预应力锚固施工、支挡工程、抗滑桩工程、脚手架工程等专项工程。边坡防排水施工专项安全风险评估从地质因子、地表排水、地下排水及施工组织等进行评估。具体的，对于抗滑挡墙专项工程，依据表3所建立的评估指标体系；边坡注浆加固施工事故可能性评估，主要基于边坡失稳、机械伤害等，对于边坡注浆专项工程，依据表4所建立的评估指标体系。表3抗滑挡墙施工事故可能性评估指标体系

表4边坡注浆施工事故可能性评估指标体系

根据表3和表4，进行专项风险评估。

第2发送模块，用于将某个地理位置的安全综合评价数据上传给GIS空间数据库管理模块；

GIS空间数据库管理模块，包括：

接收子模块，用于接收所述第1发送模块上传的所述评估影像以及该评估影像所对应的实际地理位置信息；还接收所述第2发送模块上传的所述安全综合评价数据以及该安全综合评价数据所评价高边坡施工的实际地理位置信息；

匹配子模块，用于根据所述实际地理位置信息定位到地图的目标位置，并建立所述评估影像、所述安全综合评价数据与所述目标位置的关联关系，使所述评估影像和所述安全综合评价数据作为所述目标位置的附属属性；本发明中，利用GIS的定位功能将相关评估影像进行位置匹配，并在GIS图层中对位置进行属性附属，具有显示直观的优点。

在具体实现上，GIS空间数据库管理模块采用分层存储技术，即：所述GIS空间数据库管理模块将道路信息按其特性的不同进行分层(basemap)，每个图层存储特征相同或相似的事物对象集，如河流、湖泊、道路、土地利用和建筑物等构成不同的图层；然后对每个图层进行分层管理和存储；由此，每个图层均对应唯一的数据库表，该数据库表也称为属性数据库，用于存储每个图层的属性数据。

因此，本发明中，GIS空间数据库管理模块除具备一般数据管理系统的数据输入、存储、查询和显示输出等基本功能外，更能够进行空间查询和空间分析，在进行山区高速公路路堑高边坡施工安全风险评估过程中，用户可以根据需要进行高边坡的里程桩号定位与确认、将相关影像数据上传到评估系统的道路属性中，通过动态分析，为评价、管理和决策服务。

注册模块，用于对所述基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统进行注册；

共享模块，用于向已注册的用户共享与某个地理位置关联的所述评估影像和所述安全综合评价数据。

可见，通过共享模块，将高边坡的相关评估影像(地质因子、建设规模、周围环境、施工组织概况等照片)和安全综合评价数据进行共享，保存到相关服务器，方便行业信息共享及评估技术优化。行业主管部门和专家可通过全国多次项目累积的数据，进行大数据分析管理维护。

还包括：安全管控措施计算模块，用于对所述多指标安全综合评价模块得到的安全综合评价数据进行综合分析，得到与实际高边坡现场施工相对应的安全管控措施，并推送所述安全管控措施。

通过在评估系统中进行相关施工关键技术与安全管控技术匹配，得到与实际高边坡现场施工相对应的安全管控措施；现场技术人员也可以根据实际高边坡的地质条件、建设规模和施工工艺等，提出适合实际工程的安全管控技术，使得评估材料更加有针对性。

实施例：

示范边坡选定南方山区高速公路某边坡，根据工程特点、风险评估结果、成本效益比等，为了选择合适的风险控制措施，评估小组在重点考虑翔实并具有可操作性的控制措施基础上，参考《桥隧施工安全评估指南》和《山区高速公路路堑高边坡施工安全风险评估指南》，得出风险接受准则如表5。

表5风险接受准则与控制对策

在参考指南的基础上，根据不同的风险等级提出分级控制措施，实施现场管理和监控预警。各等级风险管理措施建议如表6所示。

表6风险分级管理措施

该边坡坡体分为前后两级，前级分为东西两块，整个滑坡宽约365m，垂直线路长480m，合计175200m²，隧道在滑坡体中部穿过，周围施工环境还有长江等流域，有如下特征：

(1)滑坡体自身处于不稳定状态，地质条件复杂，多处存在碎石土夹孤石的情况，在爆破开挖的时候极易产生塌孔现象。

(2)存在较多的基岩裂隙水，在雨季情况尤其严重，长江及支流的季节性水位变化。

根据高边坡施工安全风险评估结果，为保证施工安全，可从施工组织、现场防护、安全教育、应急管理等方面分别提出控制措施。

综上所述，本发明提供的基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统，具有以下优点：

(1)基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统，提供了不同于以往评估人员单纯现场调研、室内报告分析整理、评估结果讨论等方式，该风险评估系统具有更丰富多彩的表现形式，即：评估人员可利用GIS提供的道路信息及移动终端的定位信息，现场拍摄得到边坡的地质因子、建设规模、周边环境、高边坡施工潜在风险源及施工单位等评估影像，并可自动建立评估影像和地图实际地理位置的对应关系，方便远程快速获得相关边坡的评估影像，实现远程评判相关边坡的稳定性等，由此实现了前所未有的互动体验。

(2)基于GIS与指标体系法的边坡施工安全风险评估系统，可以移动终端APP形式表现，将是一种新的工具、新的媒体和新的呈现方式，通过更多用户体验，甚至是更多结合手机或者平板的特性(照相、LBS、感应器等)，使得互联网能和传统的高速公路行业紧密结合。

(3)超强的用户黏性：现代人无论去哪都是手机不离身，而且只要不是用户主动删除，App就会一直存在用户的手机中。因此，交通行业管理部门、设计院、建设单位、施工单位、评估人员以及相关人员只要有需要，就可以通过APP后台不断重复地深入了解评估人员对某个危险高边坡的施工危险特征的认识，并宏观把握评估人员针对危险源的控制措施，结合全国多次项目累积的数据，可进行大数据分析。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。