貴州省地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)＊

蔣 平，王 鑄，姚 鑫

(1.貴州省第三測(cè)繪院，貴州 貴陽 550004;2.斯圖加特大學(xué)，德國(guó)，巴登符騰堡州，斯圖加特70567)

貴州省是一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重多發(fā)的地區(qū)，涉及全省國(guó)土面積60%以上。由地質(zhì)災(zāi)害造成的損失約占全省整個(gè)自然災(zāi)害損失的50%以上。預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害、災(zāi)后救援與重建、災(zāi)害損失評(píng)估等工作的重要性日益凸顯。

目前，貴州省已對(duì)全省重大地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)域進(jìn)行了航拍，并利用航拍生成的DOM 和DEM 建立了三維模型瀏覽系統(tǒng)，通過人機(jī)交互解譯，參考地面調(diào)查資料，從不同角度、不同高度對(duì)災(zāi)害體的微地形地貌進(jìn)行了解譯，準(zhǔn)確的判斷出隱患點(diǎn)的性質(zhì)、范圍和分布，形成了整個(gè)地災(zāi)隱患區(qū)域的基礎(chǔ)地質(zhì)環(huán)境影像專題圖。通過以上獲取的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，建立了貴州省地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估空間數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫的建立，可為貴州省地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查評(píng)價(jià)與災(zāi)后評(píng)估提供有力的技術(shù)支持和信息服務(wù)。

1 研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線

1.1 研究?jī)?nèi)容

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)庫是將遙感、地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于抗災(zāi)救災(zāi)工作的基礎(chǔ)性工程。一個(gè)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)庫，將為政府部門在發(fā)生自然災(zāi)害后第一時(shí)間內(nèi)做出正確決策并實(shí)施救援提供有力的技術(shù)支撐。本文研究的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)庫的主要內(nèi)容是:

(1)研究Geodatabase 的組織結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)類型，全面分析探討其模型建立的技術(shù)方法，有利于建立一個(gè)結(jié)構(gòu)良好、性能優(yōu)異的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)庫。

(2)建立數(shù)據(jù)庫的整體框架。由于數(shù)據(jù)庫需要采集的信息種類繁多、數(shù)據(jù)量大，這就對(duì)數(shù)據(jù)庫的框架設(shè)計(jì)提出了很高的要求，既要將海量的數(shù)據(jù)分門別類的存入數(shù)據(jù)庫，還要能夠便于實(shí)現(xiàn)快速的檢索和分析。

(3)快速檢索和統(tǒng)計(jì)分析功能的設(shè)計(jì)。由于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量比較大，對(duì)數(shù)據(jù)庫的響應(yīng)、檢索和統(tǒng)計(jì)速度的要求比較高，使用按行政區(qū)劃分級(jí)的方法，將相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)按照市(州)、縣(市、區(qū))、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、村四個(gè)級(jí)別進(jìn)行分類存儲(chǔ)，提高了數(shù)據(jù)的檢索速度，滿足不同層次的用戶需求。

1.2 技術(shù)路線

(1)首先根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)庫的建設(shè)目標(biāo)，通過分析已經(jīng)完成的全省74 個(gè)重大地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)航拍影像，整理出現(xiàn)場(chǎng)地形地貌、植被分布、土地利用、建筑物等客觀且連續(xù)的圖面要素，結(jié)合適當(dāng)?shù)囊巴庹{(diào)查資料和相關(guān)部門已有的成果資料收集地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估所需要的基本信息。

(2)在探討Geodatabase 數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型化，利用CASE 工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行UML 建模，并自動(dòng)生成基于Geodatabase 模型的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估空間數(shù)據(jù)模型。

(3)以ArcEngine 和VS2010、C#為開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的基本功能。

具體的技術(shù)路線和研究方法如圖1 所示。

圖1 技術(shù)路線和研究方法

2 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估地理數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)庫涉及到的數(shù)據(jù)種類多、數(shù)據(jù)量大、來源廣、格式復(fù)雜。因此，需要對(duì)數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類編碼。根據(jù)數(shù)據(jù)庫要滿足基本信息管理和災(zāi)害評(píng)估的需求，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類和分析，主要分為以下三個(gè)部分:

(1)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。主要是市(州)、縣(市)、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、村四個(gè)級(jí)別的行政區(qū)劃邊界和線狀河流、面狀湖泊的地理分布和隱患點(diǎn)的航拍影像。

(2)環(huán)境因子專題。主要包括土壤類型、植被覆蓋率和地表風(fēng)速等。

(3)承災(zāi)體專題。研究區(qū)域的地理位置和點(diǎn)位坐標(biāo)、災(zāi)種、成因、規(guī)模、穩(wěn)定性、防治建議，以及承災(zāi)體行政區(qū)劃內(nèi)受自然災(zāi)害潛在威脅的事物，主要包括人數(shù)、財(cái)產(chǎn)、交通設(shè)施、必要設(shè)施、生命線設(shè)施、高危設(shè)施、農(nóng)業(yè)清單和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等。其中，基礎(chǔ)地理信息和環(huán)境因子信息主要來源于測(cè)繪、地質(zhì)部門提供的地形資料和部分實(shí)測(cè)結(jié)果，承災(zāi)體的信息則主要來源于國(guó)土等部門提供的統(tǒng)計(jì)資料和測(cè)繪實(shí)際調(diào)查直接獲取的數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

2.2.1 數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估地理數(shù)據(jù)的特征和數(shù)據(jù)庫要實(shí)現(xiàn)的功能和數(shù)據(jù)需求分析，以及不同用戶需求。本文將數(shù)據(jù)庫模型分為9 個(gè)數(shù)據(jù)集:分別為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)集、承災(zāi)體影像數(shù)據(jù)集、人口普查數(shù)據(jù)集、高危設(shè)施數(shù)據(jù)集、交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集、生命線設(shè)施數(shù)據(jù)集、農(nóng)業(yè)清單數(shù)據(jù)集、一般建筑物用途和結(jié)構(gòu)映射關(guān)系數(shù)據(jù)集、環(huán)境因子數(shù)據(jù)集(表1)。為了便于數(shù)據(jù)管理，又將除去基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)集的其他8 個(gè)數(shù)據(jù)集依據(jù)不同行政單元分別存儲(chǔ)，每個(gè)數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)概念模型圖如圖2 所示。

表1 數(shù)據(jù)庫清單

2.2.2 數(shù)據(jù)庫功能設(shè)計(jì)

結(jié)合設(shè)計(jì)目標(biāo)的要求，數(shù)據(jù)庫需要滿足屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的有效管理，同時(shí)還要對(duì)民政和應(yīng)急管理部門所需的各種損失指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算評(píng)估。參考國(guó)家統(tǒng)計(jì)部門通常使用的災(zāi)害損失評(píng)估指標(biāo)，本數(shù)據(jù)庫功能結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

2.2.3 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估地理數(shù)據(jù)庫采用專題分層的技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)要素和對(duì)象的組織，減小了模型的復(fù)雜度，使其更易理解，但是由于各專題層包含的數(shù)據(jù)量還是很大，要素和對(duì)象之間的關(guān)系較為復(fù)雜，模型不具有操作性，所以要進(jìn)一步劃分各專題層中包含的空間要素和對(duì)象，再次將其邏輯分組，劃分為要素類、關(guān)系類和對(duì)象類。

圖2 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)概念模型圖

圖3 數(shù)據(jù)庫功能設(shè)計(jì)圖

圖4 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估地理數(shù)據(jù)庫模型UML 數(shù)據(jù)包

在構(gòu)建UML 模型時(shí)常把相互關(guān)系緊密的對(duì)象集成為一個(gè)包，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估地理數(shù)據(jù)庫模型用10 個(gè)UML 包來表示空間實(shí)體以及關(guān)系(圖4)。最后通過ArcGIS 和Visio2003 軟件將由UML 構(gòu)建的模型生成地理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

(1)基礎(chǔ)地理圖數(shù)據(jù)集包:它包含全省、市(州)、縣(市、區(qū))和鄉(xiāng)鎮(zhèn)界線、水系等基礎(chǔ)地圖層中的所有空間要素，為用戶提供專業(yè)信息的基礎(chǔ)背景。由于具備點(diǎn)、線、面等幾何形狀，所以它們屬于空間數(shù)據(jù)要素。

承災(zāi)體的區(qū)域地理位置和承災(zāi)體點(diǎn)位坐標(biāo)、災(zāi)種、成因、規(guī)模、穩(wěn)定性、防治建議，既是空間數(shù)據(jù)也帶屬性信息。

(2)人口普查數(shù)據(jù)集包:它包括了人口普查數(shù)據(jù)專題層上的所有對(duì)象類，如人口、建筑物、車輛等基本信息。

(3)交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集包:它包括了交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)專題層上的所有線狀交通元素(高速公路、鐵路、輕軌等)和點(diǎn)狀交通元素(隧道、橋梁、機(jī)場(chǎng)、地鐵站、公交站等)的基本信息。由于具有點(diǎn)、線幾何形狀，所以它們屬于空間數(shù)據(jù)要素。

(4)生命線系統(tǒng)數(shù)據(jù)集包:它包括了生命線系統(tǒng)數(shù)據(jù)專題層上的所有線狀生命線設(shè)施(通信光纜、供電線路、排給水管道等)和點(diǎn)狀生命線設(shè)施(信號(hào)基站、供電站、自來水廠等)的基本信息。由于具有點(diǎn)、線幾何形狀，所以它們屬于空間數(shù)據(jù)要素。

(5)高危設(shè)施數(shù)據(jù)集包:它包括了高危設(shè)施數(shù)據(jù)專題層上的所有水壩、堤壩、化學(xué)危險(xiǎn)品、軍用設(shè)施和核電站等高危設(shè)施的基本信息。由于具有點(diǎn)、線幾何形狀，所以它們屬于空間數(shù)據(jù)要素。

(6)農(nóng)業(yè)清單數(shù)據(jù)集包:它包括了農(nóng)業(yè)清單數(shù)據(jù)專題層上的所有農(nóng)作物的種類、面積、產(chǎn)量、價(jià)格等基本信息。由于具有面狀幾何形狀，所以它們屬于空間數(shù)據(jù)要素。

(7)一般建筑物用途和結(jié)構(gòu)映射關(guān)系數(shù)據(jù)集包:包括了一般建筑物用途和結(jié)構(gòu)映射關(guān)系專題層上的所有對(duì)象類，提供各種用途類型的建筑物的不同結(jié)構(gòu)的數(shù)量分布信息。

(8)環(huán)境因子數(shù)據(jù)集包:它包括了環(huán)境因子專題層上的所有對(duì)象類，提供土壤類型、土壤粗糙度、地表綠化、不同重現(xiàn)期風(fēng)速等基本信息。

(9)字段值域包:它包括各數(shù)據(jù)模型包中公有的屬性和值域。

(10)關(guān)系包:它包括各模型包中的對(duì)象之間、要素與對(duì)象之間以及要素之間的關(guān)系。

3 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估地理數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)

本文在功能設(shè)計(jì)的過程中提出了該數(shù)據(jù)庫主要有兩大功能:基本信息管理和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。下面對(duì)基本信息管理模塊中的數(shù)據(jù)錄入功能、數(shù)據(jù)檢索功能和地圖基本操作功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述。

3.1 數(shù)據(jù)錄入功能的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)錄入的方法可以分為兩種:批量錄入和單獨(dú)錄入。批量錄入分為兩種:從文件導(dǎo)入和從研究區(qū)域?qū)?。支持的文件格式為Shape 和Excel 格式;研究區(qū)域?qū)胫饕菍?shí)現(xiàn)Personal Geodatabase中的數(shù)據(jù)集、要素類以及表格之間的數(shù)據(jù)交換。單獨(dú)錄入主要是實(shí)現(xiàn)在要素類和表格中添加記錄。

3.2 數(shù)據(jù)檢索功能的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)檢索的實(shí)現(xiàn)主要是依據(jù)用戶選擇的研究區(qū)域的行政ID，然后檢索到該ID 所對(duì)應(yīng)的的數(shù)據(jù)內(nèi)容，并在表格中顯示。如圖5 所示。

圖5 數(shù)據(jù)查詢的程序界面

3.3 地圖操作功能的實(shí)現(xiàn)

地圖操作的實(shí)現(xiàn)主要是依據(jù)用戶選擇的研究區(qū)域的行政ID，然后檢索到該ID 所對(duì)應(yīng)的的地圖數(shù)據(jù)，并在窗體中的地圖控件中顯示，然后利用工具欄中的工具進(jìn)行地圖操作。如圖6-8 所示。

4 結(jié)語

圖6 縣級(jí)級(jí)別地圖數(shù)據(jù)顯示圖

圖7 余慶縣農(nóng)作物顯示圖

圖8 識(shí)別功能示意圖

本文以貴州省為例，研究了地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)的需求，繪制出了災(zāi)害評(píng)估數(shù)據(jù)概念模型圖，并針對(duì)海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和快速查詢及統(tǒng)計(jì)，利用ArcGIS 和Visio2003 工具創(chuàng)建了災(zāi)害評(píng)估空間數(shù)據(jù)庫模型，繼而設(shè)計(jì)開發(fā)了貴州省地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)為貴州省地質(zhì)災(zāi)害防治，深入研究災(zāi)害的形成與空間分布規(guī)律及災(zāi)后救援提供科學(xué)的技術(shù)依據(jù)。

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理才剛剛起步，如何結(jié)合貴州省防災(zāi)減災(zāi)的實(shí)際需要和管理現(xiàn)狀，采取更為確實(shí)可行的評(píng)價(jià)途徑，是今后需要進(jìn)一步深入探討的問題。

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