基于WebGIS的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計

劉一哲 趙俊三 劉一荻

摘要 基于對地質(zhì)災(zāi)害及其WebGIS技術(shù)的認識和了解，結(jié)合目前國內(nèi)外對地質(zhì)災(zāi)害和WebGIS的研究現(xiàn)狀，從WebGIS的特點出發(fā)，設(shè)計了基于 WebGIS 的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)WebGIS對地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)的管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、圖層管理、地質(zhì)災(zāi)害點的動態(tài)監(jiān)測、用戶管理4個功能，從而對地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進行有效管理，方便用戶獲取數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞 地質(zhì)災(zāi)害；地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫；網(wǎng)絡(luò)GIS

中圖分類號 S127 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）34-326-02

我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生最頻繁的國家之一，特別是近年來我國特大型地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，引起國家、社會對地質(zhì)災(zāi)害的重視。我國已在全國大范圍開展了地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作，同時也建立起了相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫，然而目前對這些數(shù)據(jù)的管理存在很多的不足，大量的數(shù)據(jù)不能得到充分的利用，因此采用一種有效的數(shù)據(jù)管理機制和數(shù)據(jù)共享機制是很有必要的。筆者利用 GIS 數(shù)據(jù)管理的特性著眼于地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)的高效利用，提出了建設(shè)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫管理平臺的基本方法。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)需求分析

作為一個信息管理平臺，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)鑒于其服務(wù)在具備專業(yè)性、社會性的同時還應(yīng)具備高可靠性、擴展性以及可維護性，保證系統(tǒng)運行安全可靠的同時要求系統(tǒng)能夠提供不間斷的服務(wù)，考慮到系統(tǒng)的容錯能力，在設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)對不規(guī)范的操作予以限制，同時要采用靈活的系統(tǒng)構(gòu)架，以便于不同的業(yè)務(wù)能夠方便地擴展和對接，從而實現(xiàn)系統(tǒng)集成[1]。

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能模塊按照其一般的基本業(yè)務(wù)流程分為以下幾個方面：數(shù)據(jù)管理模塊、圖層管理模塊、地質(zhì)災(zāi)害點的動態(tài)監(jiān)測模塊以及用戶管理模塊[2]。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖1。

1.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

1.3.1 數(shù)據(jù)管理模塊。

該模塊包括：①數(shù)據(jù)的輸入與編輯；②數(shù)據(jù)的瀏覽查詢；③數(shù)據(jù)的輸出。

1.3.2 圖層管理模塊。

通過該模塊，用戶通過查詢工具查找需要查詢的圖層，選擇該圖層上的要素，獲取選擇要素目標(biāo)，用戶選擇要素的屬性信息會在列表中顯示出來。用戶還可以對自己感興趣的數(shù)據(jù)進行查詢，查詢結(jié)果在圖形上高亮度顯示[3]。用戶還可以通過模塊對圖層進行點、線、面要素的添加、刪除等操作，也可對圖層的要素進行緩沖區(qū)分析等功能。

1.3.3 地質(zhì)災(zāi)害點的動態(tài)監(jiān)測模塊。

就當(dāng)前地質(zhì)災(zāi)害而言，動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)模塊主要為用戶提供水位和位移的信息的顯示，通過這一模塊，用戶可查看水位和位移的實時數(shù)據(jù)變化，保證了數(shù)據(jù)的時效性，為決策者提供可靠的數(shù)據(jù)信息[4]。同時，當(dāng)水位或者移速超過危險值時，系統(tǒng)將發(fā)出緊急預(yù)警短信給用戶，實現(xiàn)災(zāi)情預(yù)警功能。

1.3.4 用戶管理模塊。

通過注冊成為系統(tǒng)用戶，才可以使用系統(tǒng)，并進行相關(guān)管理。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

該系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的項目包括地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)2個主要部分。其總體架構(gòu)見圖2。

圖2 地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫總體框架

2.1 地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫

2.1.1 模擬預(yù)測功能。模擬預(yù)測功能不僅包括災(zāi)情模擬評價、災(zāi)情預(yù)測預(yù)報以及防治措施，還包含地理空間數(shù)據(jù)庫的建立的基礎(chǔ)工作以及空間分析的功能[5]。與其他系統(tǒng)相比，地理信息系統(tǒng)在空間數(shù)據(jù)的存儲、分析、計算和成圖顯示方面的優(yōu)勢很明顯。特別是對基于多源空間數(shù)據(jù)的地學(xué)專題信息的疊加處理，以及Fllter功能對多因子定量模擬分析和對因子間相互定量關(guān)系的分析研究方面，更凸顯了處理能力的優(yōu)勢和高效率，對于受多種因素影響的地質(zhì)災(zāi)害的定量仿真模擬和預(yù)測預(yù)報不僅具有重要的理論指導(dǎo)意義，同時也具有一定的實用價值[6]。

2.1.2 預(yù)發(fā)程度分析。首先對確定好的致災(zāi)因子進行易發(fā)程度分區(qū)賦值，求出致災(zāi)因子的敏感系數(shù)，再通過GIS空間分析功能將各致災(zāi)因子圖層進行圖層疊加，根據(jù)特定的加權(quán)綜合算法求出疊加后的圖層屬性，得出綜合易發(fā)程度值，從而實現(xiàn)易發(fā)程度計算機自動化分區(qū)。

2.1.3 實時動態(tài)分析。通過SAR衛(wèi)星和光學(xué)衛(wèi)星第一時間對受災(zāi)當(dāng)?shù)剡M行衛(wèi)星遙感和光學(xué)影像拍攝，對原始遙感影像在進行去云處理后，進行正射校正影像增強遙感影像融合以及鑲嵌和裁切等工作，從而得到符合要求的正射遙感影像；在此基礎(chǔ)上結(jié)合測繪單位的等高線以及高程點的信息，最后在三維可視化技術(shù)的支撐下利用專業(yè)制作軟件制作出三維遙感圖像模型，生成三維災(zāi)區(qū)效果圖[7]。通過這些圖片，不僅能夠讓人們及時動態(tài)地了解受災(zāi)當(dāng)?shù)貙嶋H情況，從而做出及時合理的安排，減少人員及財產(chǎn)的損失，而且更為以后的受災(zāi)重建工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2.1.4 危害性評價。GIS技術(shù)分析基于GIS 收集、分析空間數(shù)據(jù)的能力，將平時工作收集到的離散數(shù)據(jù)點進行梳理，生成系列圖件和模擬地圖，進而實現(xiàn)空間檢索與分析、屬性數(shù)據(jù)的查詢與調(diào)用、數(shù)據(jù)計算、數(shù)學(xué)模擬以及不同圖層之間的疊加、復(fù)合、分解分析等。雖然GIS的基本功能不包含地質(zhì)災(zāi)害定量評價，但是它依然能提供定量評價所需的支持。在構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害危險性評價數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)災(zāi)害危險性評價知識庫和危險性評價數(shù)字環(huán)境模型的基礎(chǔ)上，利用GIS提取主要的危險性評價指標(biāo)、對各類因子進行分級和賦權(quán)，同時與其他評價方法和模型結(jié)合進行分析，達到對地質(zhì)災(zāi)害危險性進行評價或區(qū)劃的目標(biāo)[8]。

2.2 專題數(shù)據(jù)庫

專題數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)內(nèi)容側(cè)重于某一專題的數(shù)據(jù)庫。常針對某種專業(yè)該應(yīng)用而建立。系統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害專題數(shù)據(jù)庫是針對地質(zhì)災(zāi)害方面的數(shù)據(jù)而建立的，所以應(yīng)由土地利用現(xiàn)狀圖、地質(zhì)災(zāi)害隱患點、監(jiān)測站點、降水量、預(yù)報、監(jiān)測站點與大型地質(zhì)災(zāi)害點之間距離、 水文、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)等與地災(zāi)有關(guān)的數(shù)據(jù)組成。

3 系統(tǒng)部分實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)服務(wù)

通過封裝成WebService 的形式來實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)。該研究中服務(wù)端所提供的數(shù)據(jù)服務(wù)主要有基本服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)3種類型（圖3）。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)

數(shù)據(jù)層為地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)源，包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)以及相關(guān)的多媒體或者其他文檔。由MapGIS的空間數(shù)據(jù)引擎讀取管理在Oracel數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)庫分為以空間數(shù)據(jù)庫為傳統(tǒng)的矢量影像數(shù)據(jù)，以及MapGIS K9緩沖處理過程中的還存庫2種形式，同時還以文件的形式將非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲在服務(wù)器的硬盤中[9]。

3.2 用戶登入驗證服務(wù)

為了保證系統(tǒng)的安全性，登錄時要對用戶進行驗證管理。登錄系統(tǒng)前任何用戶都必須進行登錄驗證，與此同時，系統(tǒng)日志將會自動保存所有登陸信息（包括登陸用戶名、登陸時間等）[10]。

3.3 動態(tài)監(jiān)測服務(wù)

以動態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)為例，用戶可通過雨量和位移監(jiān)測顯示模塊實時查看野外雨量計與位移計提供的數(shù)據(jù)信息及變化程度等信息，從而為實時決策提供信息基礎(chǔ)和保證。同時，用戶也可對雨量或者位移量進行警戒值的自定義，系統(tǒng)會在雨量或位移超過自定義的警戒值時自動發(fā)出報警短信[11]。

4 結(jié)語

GIS技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查研究與應(yīng)用過程中發(fā)揮著越來越大的作用。該研究在WebGIS平臺上實現(xiàn)就如何實現(xiàn)地質(zhì)信息管理數(shù)據(jù)庫的高效管理進行研究，取得以下主要成果：

（1）地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行分類、建庫，將其轉(zhuǎn)換成地理信息平臺空間數(shù)據(jù)，使得地質(zhì)環(huán)境管理部門成功解決了各類地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)維護和管理的難題[12]。

（2）以地質(zhì)災(zāi)害地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的各類專題地圖采用網(wǎng)絡(luò)GIS和計算機信息技術(shù)實現(xiàn)了不同比例尺下的自由展示切換[13]，使得系統(tǒng)的受眾人群更多、更廣泛。

（3）基于動態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)的建立與完善，使地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與外部硬件設(shè)施實現(xiàn)對接，對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)域不間斷地監(jiān)測成為現(xiàn)實。

參考文獻

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