基于WebGIS的自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估系統(tǒng)研建

李善飛 瞿帥

摘? 要：針對(duì)自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估工作效率低下的問(wèn)題，以自然災(zāi)害多災(zāi)種重點(diǎn)隱患評(píng)估模型為核心，應(yīng)用WebGIS技術(shù)，設(shè)計(jì)并開發(fā)了B/S應(yīng)用模式的自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估系統(tǒng)，并將其應(yīng)用到試點(diǎn)區(qū)的重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估工作之中。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)地震災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、洪水災(zāi)害等六大災(zāi)種基礎(chǔ)調(diào)查評(píng)估數(shù)據(jù)的集成管理，完成單災(zāi)種隱患指數(shù)、等級(jí)計(jì)算以及多災(zāi)種分區(qū)分類分級(jí)評(píng)估，同時(shí)可在線對(duì)評(píng)估成果進(jìn)行渲染展示和自動(dòng)出圖，提高了自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估工作的效率，能夠滿足區(qū)域自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估工作的應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞：自然災(zāi)害；重點(diǎn)隱患評(píng)估；WebGIS

中圖分類號(hào)：TP319；X43? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）05-0037-05

Establishment of Key Hidden Danger Comprehensive Assessment System for Natural Disasters Based on WebGIS

LI Shanfei， QU Shuai

（POWERCHINA Beijing Engineering Corporation Limited， Beijing? 100024， China）

Abstract： In view of the low efficiency of the comprehensive assessment of key hidden dangers of natural disasters， taking the assessment model of key hidden dangers of multiple natural disasters as the core， and applying WebGIS technology， a comprehensive assessment system of key hidden dangers of natural disasters based on B/S application mode is designed and developed， and it is applied to the comprehensive assessment of key hidden dangers in the pilot area. The system can realize the integrated management of the basic survey and evaluation data of six major disasters， such as earthquake disaster， geological disaster and flood disaster， complete the hidden danger index and grade calculation of single hazard， and the classification and grading evaluation of multiple hazards. At the same time， the evaluation results can be rendered and displayed online and automatically plotted， which improves the efficiency of the comprehensive evaluation of key hidden danger of natural disasters， it can meet the application requirements of the comprehensive assessment of key hidden dangers of regional natural disasters.

Keywords： natural disaster; key hidden danger assessment; WebGIS

0? 引? 言

我國(guó)是世界上受自然災(zāi)害影響最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，表現(xiàn)為災(zāi)害種類多、地域分布廣、發(fā)生頻率高、造成損失重。為防范和化解重大自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，防治和消除重點(diǎn)隱患，積極開展自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估，對(duì)于提高我們的自然災(zāi)害防治能力具有重要意義。

自21世紀(jì)以來(lái)，針對(duì)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者已經(jīng)逐漸從“自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”向“多災(zāi)種綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”轉(zhuǎn)變[1]。美國(guó)聯(lián)邦應(yīng)急管理局（FEMA）與國(guó)家建筑科學(xué)研究院（NIBS）合作開發(fā)了多災(zāi)種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件包HAZUS-MH，用于美國(guó)地震、颶風(fēng)和洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)估[2]。國(guó)內(nèi)研究學(xué)者王靜愛[3]等開展了以縣級(jí)行政區(qū)為基本單元的多災(zāi)種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。趙冬月等[4]構(gòu)建了城市群多災(zāi)種綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)地區(qū)性城市群的公共安全進(jìn)行了綜合評(píng)估。馮衛(wèi)等[5]應(yīng)用層次分析法，將咸陽(yáng)市地質(zhì)災(zāi)害、洪水災(zāi)害和地震災(zāi)害結(jié)合起來(lái)，開展多災(zāi)種自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)。近年來(lái)，針對(duì)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的軟件研發(fā)工作也逐步開展起來(lái)，張冬有等[6]開發(fā)了黑龍江省自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)低溫冷害、旱澇災(zāi)害分布和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)估。楊培生等[7]采用全新的微服務(wù)+Docker容器云平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)開發(fā)了江西省農(nóng)村基層洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，該平臺(tái)具有水雨情監(jiān)測(cè)、洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警等功能。王東明等[8]設(shè)計(jì)研發(fā)了國(guó)家地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防治業(yè)務(wù)平臺(tái)，該平臺(tái)充分利用地震風(fēng)險(xiǎn)分析模型、二三維一體化風(fēng)險(xiǎn)分析與展示、可視化分析等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)區(qū)域性地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。然而針對(duì)自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估，目前主要是應(yīng)用GIS軟件結(jié)合編程手段開展評(píng)估，尚未有成型的軟件，評(píng)估工作效率較低。

本研究為了提高自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估工作的效率，結(jié)合我國(guó)自然災(zāi)害實(shí)際情況，選取對(duì)我國(guó)有著重大影響的自然災(zāi)害（包括地震災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、洪水災(zāi)害、臺(tái)風(fēng)災(zāi)害、風(fēng)暴潮災(zāi)害以及森林和草原火災(zāi)六大災(zāi)種）實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)隱患評(píng)估。基于WebGIS技術(shù)設(shè)計(jì)研發(fā)自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估系統(tǒng)，為自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患評(píng)估提供信息化支撐。

1? 系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計(jì)

1.1? 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，在安全防護(hù)體系與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的基礎(chǔ)之上，自下而上分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)接口層、資源池層、服務(wù)管理層以及應(yīng)用層，如圖1所示。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層。提供支撐應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的軟硬件環(huán)境。

（2）數(shù)據(jù)接口層。對(duì)空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等進(jìn)行統(tǒng)一管理，提供滿足各種服務(wù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及整體架構(gòu)的數(shù)據(jù)接口服務(wù)。

（3）資源池層。主要包括存儲(chǔ)資源、計(jì)算資源、地圖資源等，供應(yīng)用系統(tǒng)的各個(gè)模塊使用。

（4）服務(wù)管理層。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)對(duì)公共服務(wù)進(jìn)行了歸納和封裝，為應(yīng)用系統(tǒng)提供各類通用功能。

（5）應(yīng)用層。與用戶進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成、重點(diǎn)隱患評(píng)估以及成果管理等具體業(yè)務(wù)功能。

（6）安全防護(hù)體系。包括物理安全防護(hù)、應(yīng)用安全防護(hù)以及數(shù)據(jù)安全防護(hù)等，為系統(tǒng)可靠性、數(shù)據(jù)安全性、保密性等提供保障。

（7）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。包括開發(fā)規(guī)范、接口規(guī)范以及應(yīng)用服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)等，確保系統(tǒng)開發(fā)部署的規(guī)范性、完整性，也方便后期對(duì)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。

1.2? 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)采用PostgreSQL，包含空間數(shù)據(jù)擴(kuò)展單元PostGIS，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種格式空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及管理，主要用于存儲(chǔ)行政區(qū)劃數(shù)據(jù)以及地震災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、洪水災(zāi)害等單災(zāi)種調(diào)查評(píng)估獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如表1所示，所有數(shù)據(jù)在入庫(kù)前都要進(jìn)行規(guī)范命名和統(tǒng)一投影預(yù)處理操作，另外將柵格數(shù)據(jù)空間分辨率統(tǒng)一為1 km。

1.3? 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能模塊包括數(shù)據(jù)集成管理模塊、重點(diǎn)隱患評(píng)估模塊、成果管理模塊以及系統(tǒng)管理模塊等。數(shù)據(jù)集成管理模塊提供數(shù)據(jù)維護(hù)、查詢等功能，實(shí)現(xiàn)在線地圖瀏覽、放大、縮小、平移等基礎(chǔ)操作，同時(shí)可對(duì)空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖查詢展示。重點(diǎn)隱患評(píng)估模塊提供隱患指數(shù)與等級(jí)計(jì)算、隱患分區(qū)、隱患分類分級(jí)等功能。成果管理模塊提供評(píng)估圖件及報(bào)告制作管理功能。系統(tǒng)管理模塊提供用戶管理、權(quán)限管理、角色管理、系統(tǒng)日志等功能。系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如圖2所示。

2? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1? 系統(tǒng)開發(fā)與運(yùn)行環(huán)境

為了實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)在線管理，基于系統(tǒng)總體架構(gòu)，以WebGIS技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，該技術(shù)可以充分利用客戶端的計(jì)算資源，降低對(duì)服務(wù)器端的依賴，降低系統(tǒng)開發(fā)復(fù)雜度，同時(shí)能夠有效保證系統(tǒng)的可伸縮性[9，10]。系統(tǒng)開發(fā)及配置應(yīng)用環(huán)境如表2所示。

2.2? 重點(diǎn)隱患評(píng)估模型

自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患評(píng)估包括隱患指數(shù)與等級(jí)計(jì)算、隱患分區(qū)、隱患分類分級(jí)三個(gè)流程。評(píng)估所需數(shù)據(jù)均為單災(zāi)種調(diào)查評(píng)估數(shù)據(jù)，其中包括地震動(dòng)峰值加速度、地震場(chǎng)地類型、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖、洪水災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)R值分布圖、臺(tái)風(fēng)危險(xiǎn)性等級(jí)圖、可能最大風(fēng)暴潮淹沒水深圖、森林和草原火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)圖等。若評(píng)估地區(qū)無(wú)相關(guān)災(zāi)種，評(píng)估模型輸入數(shù)據(jù)中可去掉相應(yīng)災(zāi)種數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)各單災(zāi)種數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理計(jì)算，獲取單災(zāi)種隱患指數(shù)及等級(jí)數(shù)據(jù)，基于單災(zāi)種隱患指數(shù)數(shù)據(jù)，運(yùn)用K均值聚類模型，設(shè)置模型參數(shù)，得到多災(zāi)種隱患特征聚類結(jié)果，劃分出隱患類型分區(qū)。結(jié)合單災(zāi)種隱患等級(jí)數(shù)據(jù)，對(duì)各分區(qū)內(nèi)的隱患特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)閾值對(duì)各區(qū)域的隱患類型組合及綜合等級(jí)進(jìn)行判定，形成重點(diǎn)隱患分區(qū)分類分級(jí)成果圖。評(píng)估模型計(jì)算過(guò)程如圖3所示。

2.3? 系統(tǒng)核心功能

圍繞自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估工作的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)集成管理模塊、重點(diǎn)隱患評(píng)估模塊以及成果管理模塊三個(gè)核心模塊。

2.3.1? 數(shù)據(jù)集成管理模塊

該模塊可對(duì)自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患評(píng)估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、計(jì)算中間數(shù)據(jù)及成果數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，可在前端渲染展示空間數(shù)據(jù)（包括矢量、柵格等數(shù)據(jù)），同時(shí)可在線查詢數(shù)據(jù)的屬性信息。系統(tǒng)通過(guò)GIS“一張圖”，將自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患調(diào)查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)數(shù)據(jù)在一張工作底圖上疊加展示，可輔助系統(tǒng)用戶進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和評(píng)估結(jié)果的疊加判讀，提高了用戶對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行比對(duì)核查的效率。系統(tǒng)主界面如圖4所示。

2.3.2? 重點(diǎn)隱患評(píng)估模塊

該模塊可輸入各災(zāi)種調(diào)查評(píng)估數(shù)據(jù)，其中包括地震動(dòng)峰值加速度、地震場(chǎng)地類型、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖、洪水災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)R值分布圖、臺(tái)風(fēng)危險(xiǎn)性等級(jí)圖、可能最大風(fēng)暴潮淹沒水深圖、森林和草原火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)圖等，可實(shí)現(xiàn)各災(zāi)種隱患指數(shù)與等級(jí)結(jié)果的計(jì)算。同時(shí)可對(duì)多災(zāi)種隱患指數(shù)結(jié)果應(yīng)用K均值聚類算法進(jìn)行聚類分區(qū)。依據(jù)系統(tǒng)設(shè)置閾值，結(jié)合聚類分區(qū)結(jié)果與各災(zāi)種隱患等級(jí)計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)區(qū)域隱患等級(jí)判定，輸出區(qū)域重點(diǎn)隱患評(píng)估結(jié)果，同時(shí)在前端渲染顯示。

2.3.3? 成果管理模塊

該模塊可在線制作評(píng)估圖件，根據(jù)預(yù)定義制圖模板，插入圖件名稱、圖例符號(hào)，可在線預(yù)覽圖件并將圖件導(dǎo)出為圖片格式或PDF格式。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易評(píng)估報(bào)告的自動(dòng)生成，用戶可在線輸入報(bào)告名稱、編制人員信息、日期信息等，根據(jù)預(yù)定義報(bào)告模板自動(dòng)導(dǎo)出Word格式的簡(jiǎn)易評(píng)估報(bào)告，提高評(píng)估工作的效率。

3? 系統(tǒng)應(yīng)用

甘肅省舟曲縣是國(guó)家級(jí)三大地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)縣，其主要災(zāi)害類型為地質(zhì)、氣象、地震、森林草原等，滑坡類地質(zhì)災(zāi)害密度高達(dá)0.052個(gè)/km2，是全國(guó)自然災(zāi)害頻發(fā)縣。本研究將舟曲縣作為試點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用以評(píng)估系統(tǒng)性能。

3.1? 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

多災(zāi)種致災(zāi)隱患數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估數(shù)據(jù)為地震動(dòng)地面峰值加速度、場(chǎng)地類別、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性及森林火災(zāi)危險(xiǎn)性數(shù)值，格式為4個(gè)縣級(jí)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格圖層。

承災(zāi)體隱患綜合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估數(shù)據(jù)包括農(nóng)村住宅、城市住宅、大中小學(xué)校舍、醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)施、商業(yè)中心及社會(huì)服務(wù)保障設(shè)施地震隱患指數(shù)，水庫(kù)（水電站）大壩、水閘工程、堤防工程的隱患等級(jí)。評(píng)估方法為先按照鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元，對(duì)各承災(zāi)體的一般隱患、重點(diǎn)隱患絕對(duì)數(shù)量及相對(duì)比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3.2? 系統(tǒng)評(píng)估結(jié)果

多災(zāi)種致災(zāi)隱患評(píng)估數(shù)據(jù)為地震動(dòng)地面峰值加速度、場(chǎng)地類別、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性及森林火災(zāi)危險(xiǎn)性數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，通過(guò)規(guī)范中規(guī)定的評(píng)估方法對(duì)致災(zāi)危險(xiǎn)性數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成致災(zāi)隱患指數(shù)，再利用空間聚類分析方法并結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，將舟曲縣劃分為多個(gè)相對(duì)均值的自然單元。舟曲縣多災(zāi)種致災(zāi)隱患評(píng)估結(jié)果如圖5所示。

承災(zāi)體隱患綜合評(píng)估方法為先按照鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元，對(duì)各承災(zāi)體的一般隱患、重點(diǎn)隱患絕對(duì)數(shù)量及相對(duì)比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，再利用層次聚類方法并結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，對(duì)舟曲縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）承災(zāi)體的隱患強(qiáng)度類型進(jìn)行區(qū)域組合類型劃分。舟曲縣承災(zāi)體隱患評(píng)估結(jié)果如圖6所示。

舟曲縣大部分地區(qū)為重點(diǎn)或一般隱患區(qū)，類型及強(qiáng)度組合總體上表現(xiàn)為較為顯著的西南—東北空間分異格局。在舟曲的西南部、中部、北部曲瓦鄉(xiāng)、立節(jié)鎮(zhèn)、大峪鎮(zhèn)、果耶鎮(zhèn)、插崗鄉(xiāng)、南峪鄉(xiāng)、拱壩鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，存在重點(diǎn)等級(jí)隱患強(qiáng)度達(dá)1個(gè)災(zāi)種的I級(jí)隱患區(qū)域，具體為地質(zhì)（重點(diǎn)）—地震（一般）—林草（一般），在舟曲的東南部主要為Ⅱ級(jí)區(qū)域。

舟曲縣東部及南部主要為平原，人口及房屋等承災(zāi)體廣布，西部及北部主要為山地及丘陵，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)。舟曲縣的承災(zāi)體類型—強(qiáng)度區(qū)域組合呈現(xiàn)出顯著的西南—東北空間分異。其中，大峪鎮(zhèn)、立節(jié)鎮(zhèn)、憨班鎮(zhèn)、峰迭鎮(zhèn)、插崗鄉(xiāng)、博峪鎮(zhèn)等主要為農(nóng)村區(qū)域，主要是房屋建筑物存在地震設(shè)防達(dá)標(biāo)隱患及地質(zhì)災(zāi)害選址隱患等。位于中部的城關(guān)鎮(zhèn)為城鎮(zhèn)地區(qū)，那里的房屋及基礎(chǔ)設(shè)施受地質(zhì)災(zāi)害的影響。其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)呈現(xiàn)出城鄉(xiāng)結(jié)合的特點(diǎn)，除房屋建筑物隱患外，還有4個(gè)三類水庫(kù)（水電站）大壩等。

綜合評(píng)估系統(tǒng)一方面提高了自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估的工作效率，另一方面實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和圖件的可視化，使成果數(shù)據(jù)的可遷移性和直觀性大大提升。

4? 結(jié)? 論

本文針對(duì)自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患評(píng)估工作需求，以WebGIS技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估系統(tǒng)，充分集成自然災(zāi)害多災(zāi)種重點(diǎn)隱患評(píng)估模型，能夠快速有效地進(jìn)行地區(qū)自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患評(píng)估。方便從事災(zāi)害評(píng)估的技術(shù)人員開展自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估及成果應(yīng)用工作，提高自然災(zāi)害重點(diǎn)隱患綜合評(píng)估的工作效率，可為相關(guān)部門提供科學(xué)的決策依據(jù)。后續(xù)研究工作將立足于對(duì)系統(tǒng)評(píng)估成果交互性的完善，方便專家用戶對(duì)評(píng)估成果進(jìn)行在線修正，使系統(tǒng)的最終輸出成果更加完善。

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作者簡(jiǎn)介：李善飛（1990.07—），男，漢族，安徽蚌埠人，工程師，科室主任，碩士研究生，研究方向：災(zāi)害防治。

收稿日期：2022-11-02