生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫戰(zhàn)略設(shè)計(jì)與實(shí)施研究

朱建軍，陳 翔，魏志祥，張同建

(1. 鎮(zhèn)江高等?？茖W(xué)校 醫(yī)藥與化材學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212028；2. 河北工程大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北 邯鄲 056038；3. 江蘇大學(xué) 馬克思主義學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫戰(zhàn)略設(shè)計(jì)與實(shí)施研究

朱建軍1，陳 翔2，魏志祥3，張同建3

(1. 鎮(zhèn)江高等?？茖W(xué)校 醫(yī)藥與化材學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212028；2. 河北工程大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北 邯鄲 056038；
3. 江蘇大學(xué) 馬克思主義學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

生態(tài)危機(jī)對(duì)人類社會(huì)形成嚴(yán)重威脅，生態(tài)災(zāi)害應(yīng)急被全球所關(guān)注。生態(tài)應(yīng)急數(shù)據(jù)庫可為生態(tài)災(zāi)害應(yīng)急提供及時(shí)的數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制和防范。我國真正意義上的生態(tài)應(yīng)急數(shù)據(jù)庫尚未建立，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)應(yīng)急決策的有效支持。生態(tài)應(yīng)急數(shù)據(jù)庫建設(shè)應(yīng)在整合現(xiàn)有資源基礎(chǔ)上全方位推進(jìn)。

生態(tài)危機(jī)；生態(tài)應(yīng)急決策數(shù)據(jù)庫；城市應(yīng)急；數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

18世紀(jì)50年代以來，現(xiàn)代工業(yè)文明為人類社會(huì)創(chuàng)造了巨量的物質(zhì)財(cái)富和前所未有的舒適生活環(huán)境。但在隨后的歷史進(jìn)程中，人類盲目陶醉于對(duì)自然的征服，嚴(yán)重破壞了自然環(huán)境，致使人與自然的關(guān)系嚴(yán)重失衡，人類不得不面對(duì)生態(tài)危機(jī)。

1 生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的內(nèi)涵及功能

生態(tài)危機(jī)是工業(yè)化和全球化“雙刃劍”效應(yīng)中負(fù)面效應(yīng)的集中爆發(fā)，嚴(yán)重顛覆和阻礙了人類社會(huì)的發(fā)展。以水資源為例，據(jù)2006年聯(lián)合國評(píng)估報(bào)告，全球每年有300萬至400萬人死于疾病，預(yù)計(jì)至2025年，水危機(jī)將蔓延至48個(gè)國家和地區(qū)，35億人為水所困。在過去的50 a，因水資源引起沖突507起，其中37起屬于暴力事件，21起演變?yōu)檐娛聸_突。20世紀(jì)以來，生態(tài)危機(jī)頻發(fā)，人類社會(huì)越來越依賴生態(tài)應(yīng)急決策支持系統(tǒng)。1995年日本神戶大地震、1998年臺(tái)灣大地震，政府均因救災(zāi)反應(yīng)不力受到民眾抨擊。但1994年洛杉磯地震、2001年華盛頓地震中應(yīng)急系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，為政府救災(zāi)提供了技術(shù)支持，有效減少了災(zāi)害損失。

生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫是生態(tài)應(yīng)急決策支持系統(tǒng)得以運(yùn)行的前提。我國生態(tài)災(zāi)害救助中各類生態(tài)應(yīng)急數(shù)據(jù)匱乏，無法保障決策的準(zhǔn)確性、合理性、有效性。生態(tài)應(yīng)急數(shù)據(jù)分為歷史數(shù)據(jù)、觀測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)三大類型，涉及大氣、地形、海洋、空間、城市等領(lǐng)域，包括紋理、圖像、地圖、圖表、屬性、描述符、觀察資料、三維模型等信息。

生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫是指當(dāng)生態(tài)災(zāi)害發(fā)生后或生態(tài)災(zāi)害發(fā)布后，存儲(chǔ)開展生態(tài)救助所需的天氣、環(huán)境、人口、交通、經(jīng)濟(jì)、物資、應(yīng)急方案等信息的綜合性數(shù)據(jù)庫。各項(xiàng)數(shù)據(jù)在生態(tài)救助過程中發(fā)揮關(guān)鍵性決策功能，具有綜合性、關(guān)聯(lián)性、空間性。生態(tài)應(yīng)急決策數(shù)據(jù)庫一般由基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫組成。國際上，應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)布局分為兩類：一類是以美國為代表的分散式管理模式，利用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)的分布式數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；一類是以日本為代表的集中式管理模式，日本東京防災(zāi)中心集中管理應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。兩種數(shù)據(jù)布局各有利弊。

生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通包括內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)和專網(wǎng)，分別執(zhí)行不同的服務(wù)任務(wù)。內(nèi)網(wǎng)是政府各部門間應(yīng)急信息的交換環(huán)境，需要較高的保密度。外網(wǎng)是社會(huì)公眾間應(yīng)急信息的交換環(huán)境，對(duì)外界公開。專網(wǎng)負(fù)責(zé)內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)間的數(shù)據(jù)交換。

生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫具備如下功能： 1) 地圖基本操作，具有瀏覽、縮放、圖層控制、查詢定位和可視化功能。2) 數(shù)據(jù)輸入和輸出，將基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫和專題數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分發(fā)、打印、圖表生成等輸出功能。3) 數(shù)據(jù)檢查，自動(dòng)檢查各類數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系、規(guī)范性和完整性。4) 數(shù)據(jù)更新，包括各類信息的自取和過濾、新舊數(shù)據(jù)的融合、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查等。5) 數(shù)據(jù)交換管理，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)庫的共享和切換。

2 生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫相關(guān)研究與評(píng)述

我國目前沒有真正意義上的生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫，但存在諸多類似或相關(guān)功能的數(shù)據(jù)庫，為生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)庫技術(shù)是信息技術(shù)的核心之一，為生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫創(chuàng)造了有利條件。蒙智敏、熊偉(2010)研究了分布式空間數(shù)據(jù)庫的集成訪問技術(shù)，探討了空間數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換、空間數(shù)據(jù)集成、空間操作函數(shù)擴(kuò)展、空間數(shù)據(jù)查詢流程等技術(shù)[1]。徐愛萍、宋先明(2015)研究了分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫集成問題，設(shè)計(jì)了基于Web Service技術(shù)的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)[2]。1993年，張洪巖、王文卿關(guān)注我國生態(tài)數(shù)據(jù)庫建設(shè)問題，但僅限于生態(tài)經(jīng)濟(jì)信息，未考慮生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與生態(tài)應(yīng)急問題[3]。隨后的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)與應(yīng)用的研究仍未涉及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)急。王文杰、李雪(1999)研究了國家級(jí)環(huán)境數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立與應(yīng)用開發(fā)，介紹了中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的環(huán)境數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、環(huán)境數(shù)據(jù)庫組織與管理等[4]。杜培軍、郭達(dá)志(1999)研究了環(huán)境數(shù)據(jù)庫中的知識(shí)發(fā)現(xiàn)，分析了環(huán)境數(shù)據(jù)庫中知識(shí)發(fā)現(xiàn)的可能性與必要性[5]。吳明禮、楊小燕(2015)研究了多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)下環(huán)境數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控與管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)位于不同數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控[6]。

如表1所示，目前一些研究涉及生態(tài)信息、生態(tài)環(huán)境、自然環(huán)境、城市應(yīng)急、泥沙災(zāi)害、自然災(zāi)害、地震應(yīng)急、海洋環(huán)境、水環(huán)境、洪澇災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、應(yīng)急資源、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等，與生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫存在相關(guān)性。生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫就是這些數(shù)據(jù)庫中生態(tài)性數(shù)據(jù)的共享與整合。

表1 生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫相關(guān)內(nèi)容研究

現(xiàn)有研究有極少數(shù)涉及自然災(zāi)害數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與建設(shè)。自然災(zāi)害與生態(tài)災(zāi)害內(nèi)涵不同，前者可能由人為因素或純自然因素引發(fā)，而后者由人為因素引發(fā)，不包括純自然因素。地震、海嘯、火山噴發(fā)是地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，暫時(shí)與人類活動(dòng)無關(guān)。

現(xiàn)有研究探討了應(yīng)急聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)庫，但它與生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫有區(qū)別。應(yīng)急聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)庫是整合了地理空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)、水利數(shù)據(jù)、衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)庫，目的是實(shí)現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析、信息報(bào)告、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、預(yù)測(cè)預(yù)警、輔助決策、綜合評(píng)判等功能。

相對(duì)而言，對(duì)城市應(yīng)急數(shù)據(jù)庫的研究較多，但生態(tài)應(yīng)急和城市應(yīng)急是兩個(gè)不同的概念，前者指由生態(tài)災(zāi)害所引發(fā)的應(yīng)急，后者指由與城市相關(guān)的突發(fā)事件所引起的應(yīng)急，兩者存在交匯領(lǐng)域。在當(dāng)今社會(huì)環(huán)境下，由暴恐、政變、謠言等人為因素引起的社會(huì)應(yīng)急不屬于生態(tài)應(yīng)急。當(dāng)然，不是所有的生態(tài)應(yīng)急都會(huì)引發(fā)城市應(yīng)急，有些遠(yuǎn)離人類居住中心的生態(tài)災(zāi)害對(duì)城市的影響較小。

迄今為止，我國不存在真正意義上的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫或生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫，針對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)災(zāi)害防控進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的研究很少。地震、城市、水環(huán)境、海洋環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫與生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫存在共性，但不能代替生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的特定功能和作用。

3 生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫戰(zhàn)略設(shè)計(jì)與實(shí)施的方向

生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫不僅是生態(tài)應(yīng)急決策支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理或生態(tài)安全管理的瓶頸。設(shè)計(jì)和實(shí)施生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫，要吸收、融合先進(jìn)的生態(tài)管理理念和方法；整合現(xiàn)有的地震、地質(zhì)災(zāi)害、洪澇、水文等數(shù)據(jù)庫中的生態(tài)要素，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；吸收數(shù)據(jù)庫技術(shù)的最新成果，提高異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的共享力度； 補(bǔ)充生態(tài)災(zāi)害數(shù)據(jù)信息，尤其是城市生態(tài)災(zāi)害數(shù)據(jù)信息。

1) 以生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制為主題，構(gòu)建生態(tài)應(yīng)急數(shù)據(jù)庫。目前，我國需要在現(xiàn)有的各類災(zāi)害數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上構(gòu)建專門的生態(tài)應(yīng)急數(shù)據(jù)庫。其中，以城市生態(tài)應(yīng)急為重心，但不包括突發(fā)事件所引起的應(yīng)急。在生態(tài)應(yīng)急數(shù)據(jù)庫構(gòu)建中，可以整合現(xiàn)有的地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫、城市應(yīng)急數(shù)據(jù)庫、水質(zhì)量數(shù)據(jù)庫、緊急災(zāi)害數(shù)據(jù)庫、海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫、洪澇災(zāi)害數(shù)據(jù)庫、泥沙災(zāi)害數(shù)據(jù)庫，補(bǔ)充其他類型的災(zāi)害數(shù)據(jù)庫。

2) 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與管理應(yīng)以災(zāi)害預(yù)防和監(jiān)測(cè)為主題，而不是以事后應(yīng)急為主題。由于各種負(fù)面因素的影響，我國生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理“重應(yīng)急，輕預(yù)防”。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)要充分體現(xiàn)災(zāi)害預(yù)防和監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)支持功能，加大原始數(shù)據(jù)收集、信息查詢、數(shù)據(jù)過濾等建設(shè)力度，摒棄純粹為應(yīng)急而應(yīng)急的思想。

3) 注重知識(shí)發(fā)現(xiàn)，提高生態(tài)應(yīng)急數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量。近年來，在人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、Internet等技術(shù)的支持下，知識(shí)發(fā)現(xiàn)(Knowledge Discovery in Database，KDD)技術(shù)發(fā)展較快，常用方法包括統(tǒng)計(jì)分析、空間分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能專家系統(tǒng)等，可以系統(tǒng)地分析生態(tài)應(yīng)急數(shù)據(jù)庫，挖掘有價(jià)值的知識(shí)，如環(huán)境狀況與質(zhì)量、環(huán)境要素的空間分布規(guī)律、環(huán)境演變趨勢(shì)、環(huán)境污染模式、環(huán)境治理效果等。

4) 與國際災(zāi)害數(shù)據(jù)庫共享，實(shí)現(xiàn)與國際生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理同步。目前，世界上不同級(jí)別的災(zāi)害數(shù)據(jù)庫可以為我國生態(tài)應(yīng)急提供數(shù)據(jù)支持。其中，緊急災(zāi)難數(shù)據(jù)庫(Emergency Events Database，EM-DAT)是國際上重要的災(zāi)害數(shù)據(jù)資源之一，于1988年由災(zāi)后流行病研究中心創(chuàng)建，得到了比利時(shí)政府和世界衛(wèi)生組織的大力支持，主旨是為災(zāi)害應(yīng)急做出合理化決策，實(shí)施災(zāi)害脆弱性評(píng)估，優(yōu)先配置救災(zāi)資源。

5) 開發(fā)分布式數(shù)據(jù)庫集成訪問技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。集成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)具有多樣性，如關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、文件數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)等，同時(shí)，各個(gè)數(shù)據(jù)庫中的表結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，同一指標(biāo)的字段名稱、類型、長度不一致，因此，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換需要提供開放和易于擴(kuò)展的異構(gòu)數(shù)據(jù)集成能力。若要實(shí)現(xiàn)目前城市安全、地震、地質(zhì)災(zāi)害、洪澇災(zāi)害、環(huán)境信息等數(shù)據(jù)庫共享，則需要解決不同通訊協(xié)議、不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、不同操作系統(tǒng)、不同數(shù)據(jù)庫所帶來的異構(gòu)性問題，需要統(tǒng)一的數(shù)據(jù)類型。

6) 大力開發(fā)網(wǎng)格技術(shù)，解決數(shù)據(jù)庫異構(gòu)性問題。網(wǎng)格是在網(wǎng)絡(luò)之上運(yùn)行的以實(shí)現(xiàn)資源共享和協(xié)作為目標(biāo)的軟件基礎(chǔ)設(shè)施，可以為數(shù)據(jù)庫提供一種集成的資源和服務(wù)環(huán)境。網(wǎng)格技術(shù)具有高性能計(jì)算、資源共享、互操作性、服務(wù)管理、高可靠性、安全性等特性，為分布式空間信息的訪問和操作提供了新思路。開放網(wǎng)格服務(wù)框架OGSA(Open Grid Service Architecture)是以服務(wù)為中心的框架結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)中具有廣泛的影響力。OGSA的分布式查詢處理器OGSA-DQP可以解決一般數(shù)據(jù)的分布式異構(gòu)問題。OGSA-DQP用JAVA語言實(shí)現(xiàn)，需要將SQL數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一的JAVA數(shù)據(jù)類型。

7) 采用中間件技術(shù)，解決數(shù)據(jù)庫的異構(gòu)數(shù)據(jù)集成問題。中間件技術(shù)可以保證訪問接口的開放性，使前端用戶訪問后端異構(gòu)數(shù)據(jù)透明化，也可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)源的兼容性。中間件可以完成從源數(shù)據(jù)庫到目的數(shù)據(jù)庫的導(dǎo)入交換，即連接兩個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)源，從源數(shù)據(jù)庫中讀取需要交換的數(shù)據(jù)，寫入目的數(shù)據(jù)庫，此時(shí)要保證寫入格式正確。對(duì)于二維表數(shù)據(jù)而言，源數(shù)據(jù)庫的表和目的數(shù)據(jù)庫的表可能有不同的列，要做好列名影射。

8) 靈活地配置數(shù)據(jù)交換模式，提高異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換效率。數(shù)據(jù)交換的基本架構(gòu)分為集中式、分布式、混合式。集中式交換是將共享信息集中存儲(chǔ)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，通過訪問數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)信息共享。分布式交換是將信息分布存儲(chǔ)于專題信息庫，通過交換節(jié)點(diǎn)提供的交換服務(wù)實(shí)現(xiàn)信息資源的定向傳送。混合式交換是集中式交換和分布式交換的組合，可通過共享信息庫或中心交換結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)信息交換。集中式交換適合于信息共享程度高、信息一致性要求高的數(shù)據(jù)共享。分布式交換適合于信息性能、信息一致性要求不高的數(shù)據(jù)共享?；旌鲜浇粨Q可靈活運(yùn)用于以上兩種情形。

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〔責(zé)任編輯： 盧 蕊〕

StrategicdesignandimplementationresearchofecologicalemergencydecisionsupportdatabaseinChina

ZHU Jianjun1,CHEN Xiang2,WEI Zhixiang3,ZHANG Tongjian3

(1. School of Medicine and Chemical Ergineering, Zhenjiang College, Zhenjiang 212028, China; 2. College of Architecture and Art, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China; 3. School of Marxism, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)

The ecological crisis has become a serious threat to the human society, and the ecological disaster emergency is of global concern. The ecological emergency database can provide timely data support for the ecological disaster emergency, which may achieve a reasonable decision on the ecological risk control and prevention. The ecological emergency database of our country in real meaning has not yet been established, so we cannot achieve effective support for ecological emergency decision. The construction of ecological emergency database should be promoted in full range on the basis of combining existing resources.

ecological crisis; ecological emergency decision-making database; urban emergency; database design

TP311.138

A

1008-8148(2017)04-0046-04

2017-06-13

國家社科基金項(xiàng)目(14BJY022)

朱建軍(1969—)，男，江蘇海安人，教授，主要從事生態(tài)安全研究；陳 翔(1978—)，女，河北邯鄲人，副教授，博士，主要從事生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理研究。