基于測繪地理信息技術(shù)的山洪質(zhì)災(zāi)害信息動態(tài)提取方法研究

陳濟才 李國明

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，海量數(shù)據(jù)分布在萬維網(wǎng)內(nèi)，如何從數(shù)據(jù)中挖掘到特定的需要的數(shù)據(jù)成為時下研究的熱點。網(wǎng)絡(luò)爬蟲是一種按照一定的規(guī)則，自動抓取萬維網(wǎng)信息的程序或者腳本。本文探討使用網(wǎng)絡(luò)爬蟲的概念和方法，開發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)的聚焦網(wǎng)絡(luò)爬蟲軟件，迅速通過互聯(lián)網(wǎng)搜索山洪災(zāi)害點相關(guān)及時的第一手資料，形成對災(zāi)害的第一認識。再經(jīng)過人工判讀，精確動態(tài)提取、更新山洪災(zāi)害信息專題成果。

關(guān)鍵詞：萬維網(wǎng)；聚焦網(wǎng)絡(luò)爬蟲；山洪災(zāi)害；動態(tài)提取

1.引言

隨著網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，萬維網(wǎng)成為大量信息的載體。網(wǎng)絡(luò)信息更新及時，傳遞速度快，只要信息收集者及時發(fā)現(xiàn)信息，就可以保證較強的信息時效性。面對海量數(shù)據(jù)，如何有效地提取并利用這些信息成為一個巨大的挑戰(zhàn)。定向抓取相關(guān)網(wǎng)頁資源的聚焦爬蟲可提取特定的需要的信息。

網(wǎng)絡(luò)爬蟲（又被稱為網(wǎng)絡(luò)機器人，網(wǎng)頁蜘蛛），是一種按照一定的規(guī)則，自動地抓取萬維網(wǎng)信息的程序或者腳本。聚焦爬蟲是一個自動下載網(wǎng)頁的程序，它根據(jù)既定的抓取目標，有選擇的訪問萬維網(wǎng)上的網(wǎng)頁與相關(guān)的鏈接，獲取所需要的信息。與通用爬蟲（general purpose web crawler）不同，聚焦爬蟲并不追求大的覆蓋，而將目標定為抓取與某一特定主題內(nèi)容相關(guān)的網(wǎng)頁，為面向主題的用戶查詢準備數(shù)據(jù)資源。

物聯(lián)網(wǎng)蘊含了大量的動態(tài)災(zāi)害信息，是及時獲取目標區(qū)域災(zāi)害點信息的重要途徑。傳統(tǒng)搜索引擎技術(shù)缺乏基于空間語義的認知和推理能力，無法識別災(zāi)害發(fā)生的空間位置信息，無法提供基于互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域化災(zāi)害動態(tài)監(jiān)控服務(wù)。本文基于聚焦網(wǎng)絡(luò)爬蟲有效收集網(wǎng)絡(luò)上的災(zāi)害信息，精準過濾反映災(zāi)害信息內(nèi)容的網(wǎng)頁，獲取災(zāi)害事件的時間、空間位置以及災(zāi)害點信息。依托該系統(tǒng)，可結(jié)合傳統(tǒng)的人工判讀技術(shù)，依據(jù)地物波譜特性、空間特征和成像機制以及所掌握的地學(xué)規(guī)律，通過分析地物影像特征來識別災(zāi)害點，準確提取、更新災(zāi)害信息專題數(shù)據(jù)，及時發(fā)布，輔助決策者參考使用。

2.聚焦網(wǎng)絡(luò)爬蟲概述

聚焦網(wǎng)絡(luò)爬蟲可以在較短的時間里，使用較少的硬件資源，獲取到更多與主題相關(guān)的信息。

相對于通用網(wǎng)絡(luò)爬蟲，聚焦爬蟲的工作原理較為復(fù)雜，根據(jù)一定的網(wǎng)頁分析算法過濾掉主題無關(guān)的鏈接，保留有用的鏈接并將其放入等待抓取的URL隊列。然后，它將根據(jù)一定的搜索策略從隊列中選擇下一步要抓取的網(wǎng)頁URL，并重復(fù)上述過程，直到達到系統(tǒng)的某一條件時停止。

本文網(wǎng)絡(luò)爬蟲引擎采用聚焦網(wǎng)絡(luò)爬蟲（Focused Crawler），又稱主題網(wǎng)絡(luò)爬蟲（Topical Crawler），是指選擇性地爬行那些與預(yù)先定義好的主題相關(guān)頁面的網(wǎng)絡(luò)爬蟲。和通用網(wǎng)絡(luò)爬蟲相比，聚焦爬蟲只需要爬行與主題相關(guān)的頁面，極大地節(jié)省了硬件和網(wǎng)絡(luò)資源，保存的頁面也由于數(shù)量少而更新快，還可以很好地滿足一些特定人群對特定領(lǐng)域信息的需求。

聚焦網(wǎng)絡(luò)爬蟲和通用網(wǎng)絡(luò)爬蟲相比，增加了鏈接評價模塊以及內(nèi)容評價模塊。聚焦爬蟲爬行策略實現(xiàn)的關(guān)鍵是評價頁面內(nèi)容和鏈接的重要性，不同的方法計算出的重要性不同，由此導(dǎo)致鏈接的訪問順序也不同。

3.山洪災(zāi)害信息

山洪是指山區(qū)溪溝中發(fā)生的暴漲洪水。山洪具有突發(fā)性，水量集中流速大、沖刷破壞力強，水流中挾帶泥沙甚至石塊等，常造成局部性洪災(zāi)，一般分為暴雨山洪、融雪山洪、冰川山洪等。山洪災(zāi)害常伴有山體崩塌、山體滑坡、泥石流等。山洪災(zāi)害信息是救災(zāi)工作的重要決策依據(jù)，直接關(guān)系到自然災(zāi)害應(yīng)急處置、救援救助等救災(zāi)工作的有效開展。

4.基于聚焦網(wǎng)絡(luò)爬蟲的災(zāi)害信息動態(tài)提取方法研究

開發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)爬蟲軟件，能迅速通過互聯(lián)網(wǎng)搜索災(zāi)害點相關(guān)及時的第一手資料，形成對災(zāi)害的第一認識。通過已開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)爬蟲軟件，能將所有與某一主題相關(guān)的所有信息羅列并進行綜合分析篩選。

通過借鑒國內(nèi)外語義相似度在信息檢索方面的研究成果，開發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)爬蟲軟件，從各類信息數(shù)據(jù)庫中巨大的新聞事件類文本數(shù)據(jù)中及時發(fā)現(xiàn)并提取災(zāi)害專題新聞報道信息。結(jié)合高分遙感影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)，輔以人工判讀，以確定各災(zāi)害專題信息發(fā)生的空間們位置信息，輸出災(zāi)害信息動態(tài)提取成果專題圖，為災(zāi)害信息動態(tài)更新提供服務(wù)。具體的技術(shù)路線參見下圖。

（1）專題數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

負責災(zāi)害信息描述數(shù)據(jù)（如泥石流、山洪、暴雨、地震等）、政府網(wǎng)站數(shù)據(jù)（網(wǎng)絡(luò)爬蟲目標網(wǎng)站）、語義規(guī)則庫（災(zāi)害專題信息檢索模型的研究成果）的維護和更新。

（2）信息檢索

利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲工具，從政府網(wǎng)站中抓取相關(guān)網(wǎng)頁并收集到本地，經(jīng)過加工處理建立本地網(wǎng)頁快照庫，對本地網(wǎng)頁快照庫進行分析、整理，針對災(zāi)害信息描述關(guān)鍵詞建立一種利于快速查找的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即索引，并建立索引數(shù)據(jù)庫，以便在抓取到的網(wǎng)頁中進行快速深入的災(zāi)害信息提取。

（3）信息提取

網(wǎng)頁信息數(shù)據(jù)庫中存儲的是HTML格式的文檔，這類文檔通常含有很多與網(wǎng)頁主題信息不相關(guān)的內(nèi)容，比如導(dǎo)航條、廣告信息、版權(quán)信息等內(nèi)容，它們只適合使用網(wǎng)頁瀏覽器進行瀏覽，而不宜作為數(shù)據(jù)交換方式由計算機處理。因此，需要開發(fā)網(wǎng)頁主題信息提取工具，從HTML這類非結(jié)構(gòu)化的文檔中提取出主題信息，輸出并保存為結(jié)構(gòu)化的文本，以便于對其進行下一步的分析處理。

（4）信息過濾

通過網(wǎng)頁主題信息提取后獲取的結(jié)構(gòu)化文本數(shù)量多、數(shù)據(jù)冗余度高、不包含有效災(zāi)害信息描述的文本比重高，需要采用正向過濾（文本中必須包含的關(guān)鍵詞組合）、反向過濾（文本中不能包含的關(guān)鍵詞組合）等技術(shù)手段盡可能刪除那些不包含有效災(zāi)害信息的文本。最后，根據(jù)災(zāi)害專題信息檢索模型，從剩下的文本中檢索并提取出有效的災(zāi)害信息描述內(nèi)容。

（5）人工判讀

通過軟件自動提取到的災(zāi)害信息屬性并不精確，需要后期進行人工輔助判讀，結(jié)合高分影像，確定災(zāi)害發(fā)生的具體位置、進一步明確災(zāi)害屬性信息，同時剔除通過程序獲取到的重復(fù)信息。人工判讀確認的災(zāi)害信息主要包括空間信息及屬性信息?？臻g信息包括災(zāi)害發(fā)生的位置信息及災(zāi)害發(fā)生的幾何類型；屬性信息包括災(zāi)害分類、災(zāi)害發(fā)生時間信息、災(zāi)害發(fā)生的區(qū)域、災(zāi)害發(fā)生的文字描述等信息。

（6）成果輸出及發(fā)布

經(jīng)過人工判讀后的災(zāi)情信息是比較準確的，可直接用于更新災(zāi)害專題信息數(shù)據(jù)庫。結(jié)合其他影像、矢量等數(shù)據(jù)發(fā)布災(zāi)情信息動態(tài)提取成果專題，將山洪災(zāi)害信息及時發(fā)布并打印輸出。

同時提供網(wǎng)絡(luò)調(diào)用的服務(wù)接口，能通過設(shè)置地名關(guān)鍵詞、災(zāi)害類型、發(fā)生時間范圍、行政區(qū)域或坐標范圍等篩選條件，可以將某一個位置周圍的歷史災(zāi)害相關(guān)信息全部羅列出來供決策者輔助參考。

5.結(jié)語

在山洪災(zāi)害信息提取中，基于聚焦網(wǎng)絡(luò)爬蟲方法對物聯(lián)網(wǎng)中海量數(shù)據(jù)信息利用程度較高，能夠綜合考慮災(zāi)害事件的時間、空間位置以及災(zāi)害點信息，快速獲取第一手資料數(shù)據(jù)，再結(jié)合人工判讀，即可精確動態(tài)提取、更新山洪災(zāi)害專題成果。也可以采集往年信息，建立預(yù)報模型，預(yù)測未來災(zāi)害發(fā)生區(qū)域，災(zāi)害種類等，可為決策者提供預(yù)防。本文基于聚焦網(wǎng)絡(luò)爬蟲，通過動態(tài)提取災(zāi)害信息，結(jié)合人工判讀，研究了山洪災(zāi)害信息的提取、更新方法，可為決策者提供輔助依據(jù)。本文關(guān)于采集往年信息，建立模型，預(yù)測未來災(zāi)害發(fā)生區(qū)域、災(zāi)害種類，未作進一步研究，希望拋磚引玉，引發(fā)一些思考。

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