地震應急基礎數據庫更新機制研究＊

李 垠 魏銀珍 張亦梅 特木其勒

(1)湖北省地震局,武漢 430071 2)武漢郵電科學研究院,武漢 430074)

地震應急基礎數據庫更新機制研究＊

李 垠1)魏銀珍2)張亦梅1)特木其勒1)

(1)湖北省地震局,武漢 430071 2)武漢郵電科學研究院,武漢 430074)

基于地震應急基礎數據庫內在關聯規則,采用 SQL語句和ARCGIS軟件相結合的方法,進行地震應急基礎數據庫的更新。該方法具有快速、簡便、易操作等特點,解決了目前地震應急基礎數據庫更新中的關鍵技術問題,為地震應急指揮技術系統的正常運作提供了保證。

地震應急;基礎數據庫;更新機制;關聯規則;ARCGIS軟件

1 引言

我國是發生地震災害較為嚴重國家之一,在 20世紀的 100年間全國共發生 6級以上破壞性地震650余次,造成約 29萬人死亡,數億人受災,1 000余萬間房屋被毀和數千億元的經濟損失[1]。在2008年 5月 12日的汶川 8.0級特大地震造成69 197人死亡,直接經濟損失8 451億元人民幣。可見,地震所造成的災害是所有突發災害中最嚴重的,因此,切實加強地震應急救援能力是地震應急工作的重點。通過國家“十五”重點項目“中國數字地震觀測網絡-地震應急指揮技術系統”,建立了覆蓋全國的國務院抗震救災指揮部地震應急指揮技術系統和 31個區域級抗震救災指揮部的地震應急指揮技術系統[2],提高了全國整體的防震減災應急指揮系統的工作效率,改善了政府工作職能,最大程度地減少地震造成的損失。整個地震應急指揮技術系統都是搭建在完整、詳細的地震應急基礎數據庫的基礎之上,所以地震應急基礎數據庫是地震應急工作的核心環節和重要內容。

2 地震應急基礎數據庫

地震應急基礎數據庫采用標準關系數據庫技術來表現地理信息的數據模型,其數據內容包含了空間數據和屬性數據,數據結構上包含了矢量數據和柵格數據。它利用了ArcSDE(空間數據引擎)對該數據進行管理,建立了數據庫、服務器、客戶端 3層體系結構。通過ArcI MS內含的 HT ML或 Java應用程序訪問 GIS數據、交互式地圖、元數據目錄以及特定的 GIS應用,采用 C/S和B/S相結合方式運行的網絡化海量數據庫管理系統,實現了空間數據的有效組織和管理[3]。

地震應急基礎數據庫主要為地震災害評估和抗震救災指揮決策服務,是湖北省抗震救災指揮系統的基礎和核心,主要包括 42類的數據 (其中包括電子地圖、人口、經濟、建筑、生命線工程、次生災害、救災隊伍、通信聯絡方式等綜合信息),數據豐富,涉及到各行各業。通過大量的收集、整理后,建立一套完善、合理的數據資源。

3 數據來源

湖北省地震應急基礎數據庫包含 9大類數據：

1)基礎地圖類：包括基礎地理圖,基礎地貌圖,行政區劃界線圖(包括省界、縣界、鄉界),城市地形圖,城區圖 (含市內地震應急重要保護目標分布),以及遙感影像圖。

2)社會經濟統計類：包括人口、房屋、國民經濟統計數據,少數民族和貧困縣分布數據。

3)地震數據類：包括地質圖、活動構造分布圖、地震區劃圖、地震活動、重點監視防御區、地震臺網數據、地震災害以及救災案例等數據。

4)工程地震資料類：包括地震烈度區劃及小區劃、地震安全性評價、震害預測與防震減災對策工作的主要成果,各類防震減災示范區數據。

5)災害影響背景類：包括重要地區 (如核設施、航天基地、重要軍工廠、重要機場等),生命線工程(公路、鐵路、水道、橋梁、隧道等),次生災害源 (大型油氣儲罐區、煉油廠、化工廠、炸藥廠、軍火庫、危險品倉庫等,以及水庫垮壩危險等),地質災害危險(大規模崩塌與滑坡危險、大規模泥石流危險等),造成間接經濟損失的影響因素 (重要港口、重要交通樞紐等),造成嚴重的社會影響因素 (僑鄉分布,國家級旅游景點和國家級文物保護單位等)。

6)災害相關因素類：包括各地市、區縣氣象統計數據和水文、環境等因素的有關數據。

7)救災力量儲備類：包括國家與地方地震緊急救援隊、軍隊與武警部隊、消防力量、醫療救護力量、國家與地方物資儲備中心的分布、數量及構成等數據。

8)震時緊急聯絡類：包括各級地震部門、各類應急救援隊、各級政府及有關職能部門、軍隊與武警部隊的聯絡數據。

9)地震應急預案類：包括各級地震部門、各級政府及有關職能部門的破壞性地震應急預案。

上述 9大類囊括了在強震發生期間,所涉及的各種災害發生的可能性和應急救援所需的信息資料的儲備。可見,湖北省地震應急基礎數據庫從數量和種類上都相當豐富,其來源主要有以下幾點：1)地震系統所有的相關數據：如地震臺網信息,地震區劃分布圖,潛在震源區,強震和小震目錄,以及地方抗震救災指揮部聯絡方式和各地市、區縣的應急預案等;2)其他有關政府企事業單位所持有的數據,如水庫、學校、醫院、大型企業分布情況等,涉及到水力部門、教育部門、醫療部門、測繪部門、民政部門等;3)公開發行出版的年鑒資料,包括各地市人口、經濟等情況;4)其他方式,如進行社會調查或安排地方部門收集資料進行匯總整理等。總的來說,完善和更新地震應急基礎數據庫,涉及面較廣、難度較大,需要各行業部門的相互配合才能較好地完成。

4 數據更新

地震應急基礎數據庫按照《規范》進行數據標準化和規范化整合,按照 9大類和不同內容的點、線、面和注記地理實體類型進行分類存儲。地震應急基礎數據所注重的是目標狀態的描述而不是目標變化過程的描述[4],因此采用多種方法和措施即可修正更新現有數據庫,主要的更新思路見圖 1。本文主要介紹兩種更新方法：在數據庫中采用 SQL語句方法和用ArcGIS軟件處理 Geodatabase數據后再導入數據庫中的方法。

圖1 數據庫更新流程Fig.1 Flow chart of database updating

4.1 選用 SQL語句直接在數據庫中更新數據

對于關系型數據的更新可采用 SQL語句來完成,SQL語句是數據庫應用中一個非常關鍵的部分,其執行性能的高低直接影響著應用系統的運行效率。所以,系統優化中很重要的方面就是對 SQL語句的優化。數據更新有兩種方法：一是對單條數據的修改,可直接通過用 UPDATE語句賦值進行修改,或進入原始數據表直接修改的方式都可以完成數據的更新;二是對成批數據進行修改,可以通過條件或 SELECT語句將要更新的內容先挑選出來,再建立更新查詢 UPDATE語句完成修改。更新查詢的語法為：

{WHERE CLAUSE}是標志要更新的那些記錄。CLAUSE可以是條件語句,也可以是由 SELECT語句構成的子查詢。UPDATE語句的優化主要體現在WHERE部分。

在用UPDATE語句更新表中數據時,同時改變多行的值,這時可以使用“WHERE+條件語句”來實現,但多個條件語句的書寫順序的選擇不僅影響索引的選取,而且關系到臨時表的大小,會對性能產生較大的影響,下面舉例說明。

例 1：新的行政區劃將湖北隨州市的曾都區分成曾都區和隨縣兩部分,統計局公布了隨縣新的代碼,為了使地震應急數據與其他行業數據的一致性,必須將地震應急基礎數據庫與隨縣相關數據表都進行修改,以鄉鎮人口統計表 town_population修改為例說明。

首先在 town_code表中添加一個BOOL類型的字段,取名為Modified,以標識更新要素,并賦初始值為“0”(未修改),需更新的記錄賦值為“1”;其他數據表都是基于NAME字段或 I D編碼如圖 2進行相互聯系。利用這種關系進行關聯數據庫的代碼ID更改。采用子查詢代替連接選擇以減少數據量在更新數據表時,條件的給出往往要牽涉到其他數據表,這時就要用到連接運算。連接運算是數據庫中常用的運算之一,但由于系統在處理連接運算時會產生很大的臨時表,特別是數個數據表的連接運算,因此沒有優化的語句將會產生巨大的計算量,嚴重降低響應速度。所以,對于涉及到連接運算的更新操作,如果可以由嵌套 Select語句代替連接運算,就采用嵌套 Select語句形式以減少系統的計算量。

圖2 數據庫的內在關聯Fig.2 Internal connection of database

采用 SQL語句進行修改 town_population中 I D編碼的前六位的方法為：

表中共存在 1 154條記錄,其中符合 town_ code.Modified=1的記錄有 19條,符合 town_population.name=town_code.name的記錄達 1 154條。數據庫中,查詢條件的選取是從左到右,因而執行第一條件就返回 19條,然后再從中進行選擇,從而得到最終結果。改變了選擇條件的排列順序將高效地影響更新語句的計算量,大大提高系統計算速度。因此,為了提高響應速度,可以將較為嚴格的查詢條件寫在前面,較弱的條件寫在后面。

此方法將地震應急基礎數據庫中所有與鄉鎮有關的數據表的 I D進行修改,然后修改 town_code的ID編碼,此過程用 SQL語言描述如下：

同時數據中標識被刪除的元素,設這類數據集為Datadel,而修測后的數據集中標識增加和被修改的元素,設為Datadd。當某個圖層中只有局部少數數據進行修正時,可直接由用戶目視檢查出更新對象,手工實現要素更新。如湖北省隨州市的曾都區變更為曾都區和隨縣,進行手工修正。

采用子查詢代替連接選擇以減少數據量在更新數據表時,條件的給出往往要牽涉到其他數據表,這時就要用到連接運算。連接運算是數據庫中常用的運算之一,但由于系統在處理連接運算時會產生很大的臨時表,特別是數個數據表的連接運算,因此沒有優化的語句將會產生巨大的計算量,嚴重降低響應速度。所以,對于涉及到連接運算的更新操作,如果可以由嵌套 Select語句代替連接運算,就采用嵌套 Select語句形式以減少系統的計算量。

對于刪除多個記錄的數據表,先整理材料,設置Datadel字段,將刪除的記錄賦值為“1”,采用 SQL語言描述,以學校數據為例：delete＊ from school where school.Datadel=1。

4.2 采用 ARCGIS軟件直接對數據更新,再導入數據庫中

該方法是直接對本地備份 Geodadabase數據進行修正,再導入 ORACLE數據庫中。Geodadabase數據將所有的空間數據和屬性數據直接存儲在同一個數據結構中。采用 ArcGIS軟件和人工干預方式相結合,對該數據進行更新。

例如,湖北隨州市的行政區劃發生變更,將原有曾都區按照其管轄區域分割為曾都和隨縣兩個部分,采用 ARCGIS軟件將數據庫中區縣 County_ CODE圖層中將原有曾都區域的面狀對象刪除,將Town_CODE中相應管轄鄉鎮提取復制到 County_ CODE圖層中,按照其管轄區域合并為曾都和隨縣,同時按照統計局發布的統一編碼進行更改隨縣 I D編碼。

同時,為了保證整個數據庫的關聯性,更新其他所有相關數據 I D編碼。以數據庫中學校 School數據為例,原屬于曾都區現改為隨縣下屬鄉鎮的學校,就要更改 I D編碼的前六位。首先選中 County_ CODE圖層中隨縣對象,處于可編輯狀態,再點擊工具欄 Selection中 Selection By Location SQL工具,選擇包含在“隨縣”里的學校對象,其描述如下：Select feature from“COUNTY_CODE”that are contained by the feature in this layers“school”.就可以將包含在隨縣里的學校全部選定,打開其屬性表,將已選擇的學校數據用“Replace”工具將 I D編碼前六位進行更換。

對于其他屬性表的數據采用排序的方法,人工選出需變更的數據,再通過“Replace”方法將 I D編碼前六位進行更換。

總的來說,點對象數據的修正可按照經緯度添加新的點對象,并賦予其他屬性信息;對于面數據或者線數據可采用遙感影像或者地圖數據進行配準,然后添加所需要的新的對象,同時附上屬性信息。

5 結語

數據更新工作的前提就是做好原有數據的備注和備份工作,每項數據都應有詳細的備注,清晰地記錄數據來源、數據產生時間、收集時間,錄入人名單等;其次,嚴把數據質量關。數據的好壞是建立空間數據庫成敗的關鍵,不管系統的功能如何強大,數據質量問題嚴重影響整個計算結果,要對新收集的數據進行篩選和整理,不能重復錄入相同信息。由于原始數據的生產單位設計較多,行業規范不一致,必須對收集新的數據按照規范進行數據標準化和規范化整合。對于屬性數據的更新就是將收集的大量的文本資料和數據進行整理,剔除原有的信息;對于圖件資料進行掃描數字化后,完善以前欠缺的地方;其他大量數據需要配準、核實。

全國各省的地震應急指揮技術系統建設完成不到一年就遇到汶川 8.0級地震。整套地震應急指揮系統通過這次實戰逐一顯示出其價值,各省地震應急基礎數據庫也充分顯示出其重要性,對地震現場災害損失評估、烈度調查、生命線工程震害調查、地震地質災害調查等工作有極大的促進作用,同時也暴露了地震應急基礎數據庫內在質量及應用上需要及時解決的問題[5]：

1)地震應急基礎數據庫必須及時更新。社會的飛速發展,國家對基礎建設力度大大加強,如城市道路、鐵路、大型企業等基礎性建設都在擴建,如果不及時更新數據就會導致原有數據過時,失去其價值,出現一個個信息孤島。而且地震發生是個小概率事件,但其破壞程度眾人皆知,借助中國地震局地震應急救援司的評比制度,持之以恒地堅持數據庫更新工作,保證數據的實時性和有效性。在地震發生時,發揮其最大的潛力資源。

2)數據的共享問題。由于地震的發生往往涉及到很多區域,甚至跨省界、或多個省界交接處,片面的估算一個區域的損失是不科學的,也不準確的。因此要實現不同區域之間多少范圍之內的數據共享是非常必要的,有利于今后地震發生時,評估和決策結果的真實可靠性。

逐步改進和完善的地震應急基礎數據標準化工作[5],使地震應急工作所需要的各項數據符合其他相關部門的統計要求,這樣可以方便地實現基礎數據的使用,提高應急基礎工作的準備效率。

1 聶高眾,等.地震應急基礎數據庫建設[J].地震,2002,22 (3)：105-112.

2 帥向華,姜立新,王棟梁.國家地震應急指揮軟件系統研究[J].自然災害學報,2009,18(3)：99-104.

3 帥向華.地震應急信息管理技術研究和指揮首長信息查詢系統實現[J].地震,2006,26(3)：93-98.

4 劉勇,李成名.城市基礎空間數據庫更新方法研究[J].測繪科學,2006,31(4)：103-105.

5 段鋒,袁志祥,和朝霞.從汶川 8級地震探討地震應急基礎數據在現場工作中的作用[J].華北地震科學,2009,27 (3)：31-34.

6 黃宏生,等.地震現場數據共享標準化研究及其標準起草[J].災害學,2008,23(4)：134-138.

STUDY ON UPDATING M ECHANISM OF EARTHQUAKE EM ERGENCY BASIC DATABASE

Li Yin1),Wei Yinzhen2),Zhang Yi mei1)and Temuqile1)

（1)Earthquake Adm inistration of Hubei Province,W uhan 430071 2)W uhan Research Institute of Posts and Telecomm unications,W uhan 430074）

The basic database for earthquake emergency is the basis part of earthquake emergency command system.On the basis of the internal linkage rules of the earthquake emergency basis database,both SQL statement and ARCGIS software are used to update the database,and the method developed is fast,si mple and easy to operate and so on.Thus,the key technical problems for updating the basic database for earthquake emergency are solved and the normally running of the earthquake emergency command system can be guaranted.

earthquake emergency;basic database;updatingmechanism;association rules;ARCGIS soft ware

1671-5942(2010)Supp.(Ⅰ)-0144-05

2010-04-15

地震應急青年課題(CEA_EDEM-201010);中國地震局地震研究所所長基金(IS200946085)

李垠,女,助理研究員,碩士,主要從事地震應急技術保障及信息管理.E-mail：yubai1979@163.com

P315.63

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