藍(lán) 俊,高 薇,伍 威
(江西省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急中心,江西南昌 330025)
地質(zhì)災(zāi)害信息管理在防災(zāi)減災(zāi)工作中占據(jù)著重要的地位。世界各國(guó)都非常重視地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)的收集以及數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與建設(shè)等問(wèn)題的研究。國(guó)外對(duì)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)的研究起步較早,研究比較成熟。與之相比,國(guó)內(nèi)在這方面的研究則相對(duì)欠缺[1-3]。
通過(guò)對(duì)江西省地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查,收集了大量地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)、礦山復(fù)綠類(lèi)、移民搬遷類(lèi)、專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)類(lèi)以及水利氣象數(shù)據(jù),但是這些成果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的格式、形式都不同,無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集中存儲(chǔ)和地質(zhì)環(huán)境信息資源互聯(lián)互通。因此需要整合現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害避災(zāi)移民搬遷數(shù)據(jù)和礦山復(fù)綠數(shù)據(jù),建設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理應(yīng)用系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)與國(guó)土、氣象、水利等相關(guān)部門(mén)的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享。一個(gè)成功的地質(zhì)災(zāi)害信息管理系統(tǒng),在很大程度上取決于是否設(shè)計(jì)和建立了標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、功能完善的時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)。因此,對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與建設(shè)無(wú)疑具有十分重要的意義[4]。
本文結(jié)合江西省地質(zhì)災(zāi)害業(yè)務(wù)需求分析。并結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)情況,自行定制一套合適的數(shù)據(jù)建庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,使其能夠按照統(tǒng)一要求進(jìn)行建庫(kù)及入庫(kù)。以江西省地質(zhì)災(zāi)害為研究對(duì)象,詳細(xì)討論了地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程,從數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)理論和方法的角度介紹了地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法。
江西省地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)可分為:概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)和建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)要求[5-6]:(1)遵循最小冗余度原則,對(duì)大量的數(shù)據(jù)體要用非冗余結(jié)構(gòu)進(jìn)行定義;(2)在插入、修改和刪除數(shù)據(jù)時(shí),數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、相互之間的關(guān)系和從屬性應(yīng)保持不變;(3)數(shù)據(jù)庫(kù)要具有獨(dú)立性,數(shù)據(jù)存放盡可能地獨(dú)立于使用它的應(yīng)用程序;(4)要具有不斷擴(kuò)充和更新的能力。
江西省地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的目標(biāo)是整合江西省已有地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)、礦山復(fù)綠類(lèi)、移民搬遷類(lèi)、專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)類(lèi)以及水利氣象數(shù)據(jù),集成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù),構(gòu)建江西省地質(zhì)災(zāi)害標(biāo)準(zhǔn)成果數(shù)據(jù)庫(kù),建設(shè)覆蓋全省的地質(zhì)災(zāi)害信息網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)庫(kù)包含內(nèi)容主要有“地質(zhì)災(zāi)害成果數(shù)據(jù)庫(kù)”、“專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)”、“氣象水利數(shù)據(jù)庫(kù)”及“空間數(shù)據(jù)庫(kù)”。
●地質(zhì)災(zāi)害成果數(shù)據(jù)庫(kù)主要存放地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)相關(guān)數(shù)據(jù)。涵蓋基礎(chǔ)調(diào)查類(lèi)數(shù)據(jù)、群測(cè)群防類(lèi)數(shù)據(jù)、應(yīng)急值守類(lèi)數(shù)據(jù)、應(yīng)急調(diào)查類(lèi)數(shù)據(jù)及防治規(guī)劃類(lèi)數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能正常運(yùn)行所必須的其他類(lèi)數(shù)據(jù)。
●專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)存放監(jiān)測(cè)設(shè)備傳輸過(guò)來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
●氣象水利數(shù)據(jù)庫(kù)專(zhuān)門(mén)存放與氣象水利部門(mén)對(duì)接傳輸回來(lái)的氣象數(shù)據(jù)。
●空間數(shù)據(jù)庫(kù)專(zhuān)門(mén)存放系統(tǒng)所需要的空間圖層的數(shù)據(jù)庫(kù)。
編碼是給每一種地理要素分配一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符,從而更好的實(shí)現(xiàn)災(zāi)害信息標(biāo)準(zhǔn)化存儲(chǔ)和信息資源的互聯(lián)互通[7]。在編碼的過(guò)程中要遵循兼容性:對(duì)于國(guó)家已經(jīng)頒布實(shí)施的應(yīng)直接引用,充分引用有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及江西省頒布的地方標(biāo)準(zhǔn);完整性和可擴(kuò)充性:編碼結(jié)構(gòu)應(yīng)留有適當(dāng)?shù)臄U(kuò)充余地,以便在必要時(shí)擴(kuò)充新的類(lèi)別代碼且不影響已有的分類(lèi)和代碼。前者標(biāo)志了災(zāi)害體所在行政區(qū)的具體位置,便于按行政區(qū)查詢(xún);后者標(biāo)志了災(zāi)害體本身的類(lèi)型等屬性信息,便于按災(zāi)害體屬性信息條件查詢(xún)。
參照《全國(guó)“礦山復(fù)綠”行動(dòng)方案》及江西省礦山復(fù)綠行動(dòng)對(duì)礦山環(huán)境調(diào)查表、礦山基礎(chǔ)檔案表和遙感解譯卡表的字段定義和說(shuō)明(圖1),對(duì)礦山復(fù)綠類(lèi)數(shù)據(jù)字段進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)定義。
圖1 災(zāi)害點(diǎn)編號(hào)規(guī)則Fig.1 The numbering rules of disasters point
參照《全國(guó)“礦山復(fù)綠”行動(dòng)方案》及江西省礦山復(fù)綠行動(dòng)對(duì)礦山環(huán)境調(diào)查表、礦山基礎(chǔ)檔案表和遙感解譯卡表的字段定義和說(shuō)明,礦山統(tǒng)一編碼由10位ASCⅡ碼構(gòu)成(圖2)。分為2級(jí),第一級(jí)為行政區(qū)劃國(guó)標(biāo)代碼共6位(含省市、地區(qū)、縣區(qū)3級(jí));第二級(jí)為礦山點(diǎn)順序編號(hào)共4位。
圖2 礦山復(fù)綠統(tǒng)一編號(hào)規(guī)則Fig.2 The numbering rules of green mine
概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是將需求分析階段得到的用戶(hù)需求及數(shù)據(jù)需求抽象為開(kāi)發(fā)人員及用戶(hù)能理解的概念模型的過(guò)程,它是數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[8]。通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象、概況和聚集,最后得到系統(tǒng)的實(shí)體-關(guān)系圖,即E-R圖。通過(guò)需求分析,對(duì)江西省地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查表的數(shù)據(jù)抽象,得到地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠的E-R圖。地質(zhì)災(zāi)害信息一體化E-R模型如圖3所示。
邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的任務(wù)是把概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的E-R圖轉(zhuǎn)成為與選用DBMS產(chǎn)品所支持的數(shù)據(jù)模型相符合的邏輯結(jié)構(gòu),該過(guò)程與選用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)密切相關(guān)[9]。地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)是空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)化集合,是空間數(shù)據(jù)以數(shù)字形式組織的數(shù)據(jù)集合。根據(jù)項(xiàng)目的建設(shè)需求,其主要數(shù)據(jù)信息為空間數(shù)據(jù)庫(kù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)。圖4展示地質(zhì)災(zāi)害信息一體化數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2.2.1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)
數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)是屬性和圖像數(shù)據(jù)采集、處理的主要依據(jù),江西省地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠數(shù)據(jù)庫(kù)的宏觀(guān)定義為:(1)坐標(biāo)系統(tǒng):空間數(shù)據(jù)庫(kù)坐標(biāo)系類(lèi)型選用大地坐標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系。(2)投影類(lèi)型:以高斯-克呂格投影作為統(tǒng)一的投影格式。(3)坐標(biāo)單位:以米作為統(tǒng)一的坐標(biāo)單位。(4)比例尺:1∶100000。(5)數(shù)據(jù)格式:空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的矢量數(shù)據(jù)格式采用MapGIS的.map格式存儲(chǔ)。其它的非.map格式的矢量數(shù)據(jù)都統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成.map文件格式。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一采用SQL Server的.mdb格式存放。
空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要由地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠專(zhuān)題圖組成。涵蓋三大類(lèi):地質(zhì)災(zāi)害專(zhuān)題圖、礦山復(fù)綠專(zhuān)題圖以及地質(zhì)災(zāi)害避災(zāi)移民搬遷專(zhuān)題圖。各類(lèi)專(zhuān)題圖來(lái)源為矢量數(shù)據(jù)形式,通過(guò)MapGIS基礎(chǔ)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理、投影轉(zhuǎn)換等操作,使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可發(fā)布的地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)形式在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中組織存儲(chǔ),再基于MapGIS互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)布??臻g數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)表如表1和表2所示。
圖3 地質(zhì)災(zāi)害信息一體化E-R模型示意圖Fig.3 The E-R model of gedogical hazard information intergration
表1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)Table 1 Spatial database design
表2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)表Table 2 The structure table of spatial database
2.2.2 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)
業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)主要由江西省礦山復(fù)綠和江西省地質(zhì)災(zāi)害避災(zāi)移民搬遷工程數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)所涵蓋的成果數(shù)據(jù)庫(kù)組成。根據(jù)對(duì)業(yè)務(wù)和現(xiàn)有數(shù)據(jù)的分析,包含基本表44張。下面得到轉(zhuǎn)換后的部分地質(zhì)災(zāi)害業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)關(guān)系模型,關(guān)系的碼用實(shí)下劃線(xiàn)標(biāo)出,外鍵用虛下劃線(xiàn)標(biāo)出。
●地質(zhì)災(zāi)害主表(統(tǒng)一編號(hào),名稱(chēng),地理位置,經(jīng)度,緯度,死亡人數(shù),……);
●地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)調(diào)查表(統(tǒng)一編號(hào),審核狀態(tài),名稱(chēng),野外編號(hào),室內(nèi)編號(hào),斜坡類(lèi)型,……);
●群測(cè)群防避災(zāi)明白卡(統(tǒng)一編號(hào),名稱(chēng),野外編號(hào),災(zāi)害類(lèi)型,規(guī)模,誘發(fā)因素,……);
●礦山復(fù)綠檔案表(編號(hào),礦山名稱(chēng),市,縣,鄉(xiāng)鎮(zhèn),地質(zhì)形態(tài),……);
●防治規(guī)劃基本信息表(統(tǒng)一編號(hào),災(zāi)點(diǎn)名稱(chēng),災(zāi)害類(lèi)型,穩(wěn)定性易發(fā)性,潛在規(guī)模面積,潛在規(guī)模體積,……);
●地質(zhì)災(zāi)害多媒體信息表(統(tǒng)一編號(hào),媒體類(lèi)型,媒體名稱(chēng),文件名稱(chēng),圖片,視頻,……);
上述的各個(gè)業(yè)務(wù)屬性表中,各個(gè)子表通過(guò)“統(tǒng)一編號(hào)”主鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)相互之間的連接。如果將所有的地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)表中,數(shù)據(jù)的冗余度會(huì)很大,在進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢(xún)統(tǒng)計(jì)分析等操作時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行速度會(huì)很慢;通過(guò)對(duì)屬性表的分解,將原來(lái)的一個(gè)關(guān)系表分解為若干內(nèi)容不同的關(guān)系表,在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)和更新時(shí)效率更高而且符合數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的要求。
圖4 地質(zhì)災(zāi)害信息一體化—邏輯聯(lián)系圖Fig.4 The logic relation diagram of geological hazard information intergration
數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為一個(gè)給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個(gè)最適合應(yīng)用環(huán)境的過(guò)程。根據(jù)以上數(shù)據(jù)庫(kù)的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),江西省地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠數(shù)據(jù)表包括地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)調(diào)查表、應(yīng)急指揮中心信息表、地質(zhì)災(zāi)害多媒體信息表、群測(cè)群防避災(zāi)明白卡、礦山復(fù)綠檔案表等44種表結(jié)構(gòu)。
江西省地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)運(yùn)用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù),充分利用數(shù)據(jù)融合及集成管理技術(shù)、空間分析及查詢(xún)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等,建立多功能為一體的數(shù)據(jù)庫(kù)管理信息系統(tǒng)。江西省地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)是為地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)提供更好的服務(wù)。要使系統(tǒng)始終保持?jǐn)?shù)據(jù)的時(shí)效性,就需要數(shù)據(jù)庫(kù)具備信息管理功能,信息管理是地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)的外在表現(xiàn),也是用戶(hù)使用數(shù)據(jù)庫(kù)的界面[10]。其主要功能模塊有:地質(zhì)災(zāi)害模塊、避災(zāi)移民搬遷模塊、礦山復(fù)綠模塊、信息可視化與GIS功能模塊。系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定,能夠清晰地反映江西省地質(zhì)災(zāi)害和礦山夏綠數(shù)據(jù)信息。運(yùn)行效果如圖5。
圖5 江西省地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)運(yùn)行示意圖Fig.5 The sample chart of Jiangxi provincial geological hazard and green mine database management system
專(zhuān)門(mén)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理的模塊,涵蓋地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)調(diào)查信息、群測(cè)群防信息、監(jiān)測(cè)預(yù)警信息、應(yīng)急值守信息、應(yīng)急處置信息及法規(guī)制度信息的綜合管理。
可以利用信息管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的已有避災(zāi)移民搬遷類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行方便靈活準(zhǔn)確地修改,對(duì)所需要的新信息進(jìn)行方便地插入以及對(duì)不需要的信息進(jìn)行刪除。
專(zhuān)門(mén)對(duì)礦山復(fù)綠類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理的模塊,涵蓋對(duì)礦山復(fù)綠數(shù)據(jù)的采集、錄入、查詢(xún)、導(dǎo)入和統(tǒng)計(jì)。
可以將數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息以文字地圖圖片(像)等形式加以顯示,并為用戶(hù)提供放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、復(fù)位、移動(dòng)和導(dǎo)航欄等功能;對(duì)地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)空間數(shù)據(jù)、專(zhuān)題圖數(shù)據(jù)、各類(lèi)成果圖件及POI點(diǎn)信息在三維地球上進(jìn)行疊加顯示的集成操作模塊,能夠快捷直觀(guān)的在三維球上查看各類(lèi)專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù),大大增強(qiáng)了信息的表現(xiàn)能力。
地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)對(duì)防災(zāi)減災(zāi)具有十分重要的作用。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)以實(shí)現(xiàn)江西省地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠信息的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。本文系統(tǒng)的介紹了江西省地質(zhì)災(zāi)害和礦山復(fù)綠數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與建設(shè)方法,最終設(shè)計(jì)和建立了標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、功能完善的地質(zhì)災(zāi)害時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)。目前,該數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)在江西省的地質(zhì)災(zāi)害信息管理以及防災(zāi)減災(zāi)決策中發(fā)揮著積極作用。
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中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)2014年4期