基于Web的熱帶氣旋災害信息管理系統的設計與應用*

劉合香，陳建偉

(廣西師范學院數學科學學院，廣西南寧 530023)

基于Web的熱帶氣旋災害信息管理系統的設計與應用*

劉合香，陳建偉

(廣西師范學院數學科學學院，廣西南寧 530023)

用基于Web的頁面顯示、業務邏輯、數據訪問的B/S三層結構，在Microsoft SQL Server 2000和Microsoft Visual Studio 2005環境下設計開發了熱帶氣旋災害數據庫信息管理系統。對不同類型的數據，采用多對多的數據映射關系，并以不同的方式進行不同的數據管理。為了將沒有統一數據格式的熱帶氣旋災害信息源數據，能夠正確地導入到SQL Server數據庫中，編寫了專門的C++程序對數據格式化，實現數據格式的BNF定義，同時，在系統的設計中，融入災害評價方法模型供用戶選擇使用，并采取多項行之有效的措施以防止SQL注入式攻擊。

熱帶氣旋;災害信息;數據庫;SQL Server 2000;Visual Studio 2005

中國政府在《國家綜合減災“十一五”規劃》［1］中明確提出，“十一五”期間(2006-2010年)中國減災的主要任務之一是:加強自然災害風險隱患和信息管理能力建設。要求建立完善自然災害風險隱患數據庫，編制全國災害高風險區及重點區域災害風險圖等等。熱帶氣旋是發生在熱帶洋面上逆時針急速旋轉(北半球)并向前移動的大氣渦旋。源于西北太平洋的熱帶氣旋在為我們帶來豐沛降水的同時，也給我們造成了如狂風、暴雨、洪澇、巨浪和風暴潮等自然災害。隨著熱帶氣旋災害造成的影響越來越大，人們越來越重視通過采取各種減災行動對災害進行風險管理。建立一個綜合多種數據源的熱帶氣旋災害信息數據庫，把涉及到熱帶氣旋災害領域的多種數據整合一起，通過管理、分析相關數據來達到對熱帶氣旋災害進行風險防范的目的［2-3］。本文在分析熱帶氣旋災害數據特點的基礎上，以Visual Studio 2005為開發工具，在Net Framework平臺上建立熱帶氣旋災害信息數據庫，實現熱帶氣旋災害數據的信息管理。

1 熱帶氣旋災害數據庫信息管理系統的需求分析

根據熱帶氣旋災害信息數據庫的特點，在系統的需求分析中，主要分析普通用戶、VIP用戶(科研人員)和系統管理員之間的功能。

(1)為了方便普通用戶了解任意一個熱帶氣旋的災情統計資料，系統給用戶提供注冊及登陸、更改個人資料和密碼、最新的相關網站鏈接和熱帶氣旋災情信息，查詢(檢索)任意時段的地面觀測、災情統計的數值資料和圖形資料，有興趣還可以進一步查詢災情報道綜述。

(2)防災減災的科學研究者的目標是對災害的一些統計數據序列、地面觀測數據、空間柵格數據等進行分析和研究，對相應的熱帶氣旋災害做評估和對未來的熱帶氣旋災害做預測。因此，系統為VIP用戶(科研人員)提供的功能有可查詢重要的熱帶氣旋災害統計數據及其序列、熱帶氣旋災害過程雨量數據圖、熱帶氣旋大風災害數據圖、熱帶氣旋災情的遙感影像圖和數字柵格圖，查詢(檢索)任意時段的地面觀測等數據資料、受災區劃圖形資料，還可以進一步查詢地面觀測和空間柵格等數據的綜述。

(3)系統管理員的主要任務是要維護系統的正常運行，因此，管理員除了有管理網站如公告、留言板、服務條款等基本信息的功能外，還擁有和普通用戶、VIP用戶同樣的功能，并且具有數據庫的備份和還原數據庫的數據庫管理功能和對災害數據進行補充、修正等功能。

2 熱帶氣旋災害數據庫信息管理系統設計

2.1 系統的功能設計

根據對熱帶氣旋災害信息數據庫的需求分析，為實現數據的存儲、顯示、查詢(檢索)添加、修改、刪除、批量導出導入、管理和維護，需要進行系統前臺與后臺的功能設計。系統功能如圖1所示。

圖1 熱帶氣旋災害信息管理系統功能圖

2.2 系統的結構設計

通過對系統需求、業務邏輯、數據層的分析，本系統采用Web三層結構進行設計開發。系統結構如圖2所示。

圖2 熱帶氣旋災害信息管理系統結構圖

2.3 網站的安全防范設計

數據庫是熱帶氣旋災害信息管理的核心部分，網站中所有的數據都保存在數據庫中。計算機軟硬件故障、口令泄密、黑客攻擊等因素，都可能導致數據庫系統不能正常運轉，造成大量數據信息丟失，數據被惡意篡改，甚至使數據庫系統崩潰。為增強系統的安全，建立良好的賬號管理制度，首先，使用aspnet_regiis.exe注冊工具加密web配置文件。其次，為防止SQL注入式攻擊，主要采取以下措施:①刪除SQL語句中的敏感字符;②利用參數來使用存儲過程;③不提供IIS的執行權限;④提供public權限訪問數據庫，不提供sa的權限。

2.4 系統的數據管理設計

由于熱帶氣旋災害數據中，某些災情統計數據具有多元性和一定的模糊性、不完備性，增加了數據庫設計的復雜性，為了實現對熱帶氣旋災害多種數據進行綜合管理，一方面，利用模糊信息優化處理技術［4］，挖掘盡可能多的有用信息，彌補信息的缺失。另一方面，采取多對多的映射關系，使某個熱帶氣旋災害對應多個不同的數據，包括屬性數據、統計分析數據、空間數據等。某個數據也可以對應多個熱帶氣旋，比如查詢到災情區劃圖中的某個受災區域，可能對應與多個不同的熱帶氣旋。

(1)熱帶氣旋的屬性數據 如災情發生的時段、災情發生的區域、農作物受災面積、房屋倒塌間數、死亡人數、水利設施損失、直接經濟損失等等，是熱帶氣旋災害信息數據庫的基本組成部分，采用SQL關系數據庫管理系統的格式化屬性表進行存儲管理。其數據結構根據各類數據的內容和結構建立關系表，并對各關系表建立索引，提高檢索效率。

(2)熱帶氣旋的統計分析數據 如歷年農作物受災面積統計、農作物成災面積統計、農作物成災面積占受災面積的百分比，歷年直接經濟損失統計、社會生產總值統計、直接經濟損失占社會生產總值的百分比，50年來影響某區域的熱帶氣旋中形成災害的個數統計，熱帶氣旋災害過程平均雨量和平均風速統計等等，是進一步對熱帶氣旋災害的評估進行數學建模和預測的重要參考依據。為了方便數值、直方圖或折線圖形式的數據與相關是空間數據進行比較分析，先將其處理成空間數據，然后按照空間數據中的柵格數據存儲管理。

(3)熱帶氣旋的空間數據 包括熱帶氣旋災情的遙感影像圖和數字柵格圖，災情實況區劃圖、災情過程雨量圖、災情風速風向圖、這些數據既是高效的災害監測手段，又對及時救災和災后重建起到重要的參考作用。ESRI提供的ArcSDE是一個連續的空間數據模型，可以提供對空間、非空間數據進行等效率的操作和數據服務，采用客戶/服務器的計算體系結構，既支持矢量型空間數據，也支持柵格型的空間數據［5-6］。因此對于空間數據應用ArcSDE進行空間數據管理。

2.5 格式化源數據的設計

由于熱帶氣旋災害信息的源數據沒有統一的數據格式，無法正確的導入到SQL Server數據庫中［7］。因此，需要專門編寫C++程序進行數據的格式化，下面為數據格式的BNF定義。

(1)輸入信息

輸入數據:: =〈數據〉eof

數據::={〈記錄〉}

記錄::={〈數據項〉}

數據項::=［〈數據項〉］［無用數據項］行結束符

數據項::=［無用數據項］［〈數據項〉］行結束符

無用數據項::=space tab其他非文字數據

(2)格式化輸出信息

輸出數據:: =〈數據〉eof

數據::={〈記錄〉}

記錄::={〈數據項〉}

數據項::=〈數據項〉tab 〈數據項〉cr

其中，“::=”表示定義為，“{}”表示重復，“［］”表示任選，“|”表示或者，“〈〉”表示非終結符，英文符號表示終結符。數據格式轉換程序使用C++語言進行編程，其中，主要的數據結構定義為:

2.6 系統中評價方法模型的設計

通過編程實現目前較為成熟的通用的數學綜合評價模型和災害預測模型，系統根據評價對象和評價內容給出默認的評價方法，并允許用戶選擇其他評價方法以便于進行各方法之間評價結果的對比。評價方法模型基于模塊化的思想設計，便于增加新的評價方法，有利于系統的更新和維護。主要的評價方法模型包括層次分析(AHP)法、模糊綜合評判法、主成分分析法、灰色關聯度分析法、遺傳-模糊神經網絡模型等［8-13］。

3 熱帶氣旋災害數據庫信息管理系統的實現

3.1 系統開發及運行環境

為了能夠在Internet上訪問熱帶氣旋災情數據庫，本系統采用B/S的模式進行開發，并且在設計時充分考慮到系統擴充的各種因素。系統采用三層構架進行設計開發，使得本系統有良好的擴展性，系統的開發運行環境如下:

(1)操作系統:Windows 2003 server;

(2)數據庫:Microsoft SQL Server 2000;

(3)開發工具:Microsoft Visual Studio 2005;

(4)開發語言及平臺:C#，.Net Framework;

(5)Web服務器:IIS 6.0。

3.2 系統實現的主要代碼

(1)信息查詢頁面代碼

(2)后臺管理代碼

4 結語

災害信息數據管理是熱帶氣旋災害進行風險管理的重要技術基礎。由于熱帶氣旋災害信息數據具有多元性、模糊性和不完備性，本文在分析用戶和管理員功能的前提下，采用基于web的頁面顯示、業務邏輯、數據訪問三層結構，在Microsoft SQL Server 2000和Microsoft Visual Studio 2005環境下設計開發了熱帶氣旋災害信息管理數據庫。為了網站的安全和防止SQL注入式攻擊，采取了多項行之有效的措施。對不同類型的數據，提出利用模糊信息優化處理技術挖掘更多有用的數據，采用多對多的數據映射關系，并以不同的方式進行不同的數據管理。為了將沒有統一數據格式的熱帶氣旋災害信息源數據，能夠正確地導入到SQL Server數據庫中，采用專門編寫的C++程序對數據格式化，實現數據格式的BNF定義，同時，在系統的設計中，還融入災害評價方法模型供用戶選擇使用。本系統的設計結構合理簡單實用，占用資源少，擴展性好，易于實現網絡平臺上熱帶氣旋災害信息的綜合管理。

［1］ 國家綜合減災“十一五”規劃［EB/OL］.(2007-09-26)［2009-06-01］.http://www.sdpc.gov.cn/fzgh/ghwb/ 115zxgh/P020070926535097977029.pdf.

［2］ 趙林，武建軍.災害風險防范數據庫的設計與開發［J］.自然災害學報，2008，17(1):44-48.

［3］ 李艷蘭，歐藝，周紹毅，等.廣西熱帶氣旋災害評估系統的開發與應用［J］.氣象研究與應用，2008，29(4):1-3.

［4］ 黃崇福，王家鼎.模糊信息優化處理技術及其應用［M］.北京:北京航空航天大學出版社，1995.

［5］ 東北森林航空消防地理信息系統介紹［EB/OL］.(2008-10 -22)［2009-06-01］.http://blog.csdn.net/qing0991/archive/2008/10/22/3124118.aspx.

［6］ 銀迎.地理柵格數據的空間數據庫存儲管理研究與實現［D］.長沙:中南大學，2006.

［7］ 劉芳，楊海濱，華薇娜.數據格式轉換軟件的設計與實現［J］.現代圖書情報技術，2008，24(4):80-85.

［8］ 李春梅，羅曉玲，劉錦鑾，等.層次分析法在熱帶氣旋災害影響評估模式中的應用［J］.熱帶氣象學報，2006，22(3): 223-228.

［9］ 劉合香，徐慶娟.區域洪澇災害風險的模糊綜合評價與預測［J］.災害學，2007，22(4):38-42.

［10］劉合香，黃鵠.基于模糊聚類分析的區域熱帶氣旋災害評估與預測［J］.廣西師院學報:自然科學版，2009:26(1):67-71.

［11］李靖華，郭耀煌.主成分分析用于多指標評價的方法研究——主成分評價［J］.管理工程學報，2002，16(1):39-43.

［12］吳慧，陳德明，吳勝安，等.灰色關聯分析在熱帶氣旋災害等級評估中的應用［J］.熱帶作物學報，2009，30(2):244-248.

［13］金菊良，魏一鳴，楊曉華.基于遺傳算法的洪水災情評估神經網絡模型探討［J］.自然災害學報，1998，13(2):6-11.

Design and Application of A Web-based Information Management System for Tropical Cyclone Disaster

Liu Hexiang and Chen Jianwei
(College of Mathematics Science，Guangxi Teachers Education University，Nanning 530023，China)

Based on a B/S three-tier structure of user interface，business logical and data access，an information management system for tropical cyclone disaster is designed and developed under the environment of Microsoft SQL Server 2000 and Microsoft Visual Studio 2005.As to different types of data，many-to-many data mapping relation are adopted，and managements in different ways are conducted.In order to make tropical cyclone disaster information source data of no unified data format import SQL Server database correctly，special C++ program to format the data is made，and BNF definition of data format is implemented.At the same time，during the process of system design，a model of disaster evaluate method is provided for users to select and use，and many effective measures are taken to prevent SQL's injection attacks.

tropical cyclone;disaster information;database;SQL Server 2000;Visual Studio 2005

P444

A

1000-811X(2010)03-0110-04

2009-11-10

廣西科學研究與技術開發計劃項目“防災減災與應用示范”(桂科攻0993002-4);廣西教育廳面上項目(200911MS151);

中國氣象局新技術推廣項目(CMATG2008M49)

劉合香(1962-)，女，副教授，山東茌平人，主要從事數學模型、災害風險評估研究.E-mail:hx_post@126.com