基于WebGIS的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉一哲 趙俊三 劉一荻

摘要 基于對(duì)地質(zhì)災(zāi)害及其WebGIS技術(shù)的認(rèn)識(shí)和了解，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外對(duì)地質(zhì)災(zāi)害和WebGIS的研究現(xiàn)狀，從WebGIS的特點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)了基于 WebGIS 的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)WebGIS對(duì)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)的管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、圖層管理、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、用戶(hù)管理4個(gè)功能，從而對(duì)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，方便用戶(hù)獲取數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞 地質(zhì)災(zāi)害；地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)；網(wǎng)絡(luò)GIS

中圖分類(lèi)號(hào) S127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）34-326-02

我國(guó)是世界上地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生最頻繁的國(guó)家之一，特別是近年來(lái)我國(guó)特大型地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，引起國(guó)家、社會(huì)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的重視。我國(guó)已在全國(guó)大范圍開(kāi)展了地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作，同時(shí)也建立起了相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)，然而目前對(duì)這些數(shù)據(jù)的管理存在很多的不足，大量的數(shù)據(jù)不能得到充分的利用，因此采用一種有效的數(shù)據(jù)管理機(jī)制和數(shù)據(jù)共享機(jī)制是很有必要的。筆者利用 GIS 數(shù)據(jù)管理的特性著眼于地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)的高效利用，提出了建設(shè)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)的基本方法。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)需求分析

作為一個(gè)信息管理平臺(tái)，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)鑒于其服務(wù)在具備專(zhuān)業(yè)性、社會(huì)性的同時(shí)還應(yīng)具備高可靠性、擴(kuò)展性以及可維護(hù)性，保證系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠的同時(shí)要求系統(tǒng)能夠提供不間斷的服務(wù)，考慮到系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)對(duì)不規(guī)范的操作予以限制，同時(shí)要采用靈活的系統(tǒng)構(gòu)架，以便于不同的業(yè)務(wù)能夠方便地?cái)U(kuò)展和對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成[1]。

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的功能模塊按照其一般的基本業(yè)務(wù)流程分為以下幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)管理模塊、圖層管理模塊、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊以及用戶(hù)管理模塊[2]。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

1.3.1 數(shù)據(jù)管理模塊。

該模塊包括：①數(shù)據(jù)的輸入與編輯；②數(shù)據(jù)的瀏覽查詢(xún)；③數(shù)據(jù)的輸出。

1.3.2 圖層管理模塊。

通過(guò)該模塊，用戶(hù)通過(guò)查詢(xún)工具查找需要查詢(xún)的圖層，選擇該圖層上的要素，獲取選擇要素目標(biāo)，用戶(hù)選擇要素的屬性信息會(huì)在列表中顯示出來(lái)。用戶(hù)還可以對(duì)自己感興趣的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)，查詢(xún)結(jié)果在圖形上高亮度顯示[3]。用戶(hù)還可以通過(guò)模塊對(duì)圖層進(jìn)行點(diǎn)、線(xiàn)、面要素的添加、刪除等操作，也可對(duì)圖層的要素進(jìn)行緩沖區(qū)分析等功能。

1.3.3 地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊。

就當(dāng)前地質(zhì)災(zāi)害而言，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊主要為用戶(hù)提供水位和位移的信息的顯示，通過(guò)這一模塊，用戶(hù)可查看水位和位移的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變化，保證了數(shù)據(jù)的時(shí)效性，為決策者提供可靠的數(shù)據(jù)信息[4]。同時(shí)，當(dāng)水位或者移速超過(guò)危險(xiǎn)值時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出緊急預(yù)警短信給用戶(hù)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)情預(yù)警功能。

1.3.4 用戶(hù)管理模塊。

通過(guò)注冊(cè)成為系統(tǒng)用戶(hù)，才可以使用系統(tǒng)，并進(jìn)行相關(guān)管理。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目包括地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)和專(zhuān)題數(shù)據(jù)2個(gè)主要部分。其總體架構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)總體框架

2.1 地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)

2.1.1 模擬預(yù)測(cè)功能。模擬預(yù)測(cè)功能不僅包括災(zāi)情模擬評(píng)價(jià)、災(zāi)情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)以及防治措施，還包含地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立的基礎(chǔ)工作以及空間分析的功能[5]。與其他系統(tǒng)相比，地理信息系統(tǒng)在空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、計(jì)算和成圖顯示方面的優(yōu)勢(shì)很明顯。特別是對(duì)基于多源空間數(shù)據(jù)的地學(xué)專(zhuān)題信息的疊加處理，以及Fllter功能對(duì)多因子定量模擬分析和對(duì)因子間相互定量關(guān)系的分析研究方面，更凸顯了處理能力的優(yōu)勢(shì)和高效率，對(duì)于受多種因素影響的地質(zhì)災(zāi)害的定量仿真模擬和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)不僅具有重要的理論指導(dǎo)意義，同時(shí)也具有一定的實(shí)用價(jià)值[6]。

2.1.2 預(yù)發(fā)程度分析。首先對(duì)確定好的致災(zāi)因子進(jìn)行易發(fā)程度分區(qū)賦值，求出致災(zāi)因子的敏感系數(shù)，再通過(guò)GIS空間分析功能將各致災(zāi)因子圖層進(jìn)行圖層疊加，根據(jù)特定的加權(quán)綜合算法求出疊加后的圖層屬性，得出綜合易發(fā)程度值，從而實(shí)現(xiàn)易發(fā)程度計(jì)算機(jī)自動(dòng)化分區(qū)。

2.1.3 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析。通過(guò)SAR衛(wèi)星和光學(xué)衛(wèi)星第一時(shí)間對(duì)受災(zāi)當(dāng)?shù)剡M(jìn)行衛(wèi)星遙感和光學(xué)影像拍攝，對(duì)原始遙感影像在進(jìn)行去云處理后，進(jìn)行正射校正影像增強(qiáng)遙感影像融合以及鑲嵌和裁切等工作，從而得到符合要求的正射遙感影像；在此基礎(chǔ)上結(jié)合測(cè)繪單位的等高線(xiàn)以及高程點(diǎn)的信息，最后在三維可視化技術(shù)的支撐下利用專(zhuān)業(yè)制作軟件制作出三維遙感圖像模型，生成三維災(zāi)區(qū)效果圖[7]。通過(guò)這些圖片，不僅能夠讓人們及時(shí)動(dòng)態(tài)地了解受災(zāi)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，從而做出及時(shí)合理的安排，減少人員及財(cái)產(chǎn)的損失，而且更為以后的受災(zāi)重建工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.1.4 危害性評(píng)價(jià)。GIS技術(shù)分析基于GIS 收集、分析空間數(shù)據(jù)的能力，將平時(shí)工作收集到的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行梳理，生成系列圖件和模擬地圖，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空間檢索與分析、屬性數(shù)據(jù)的查詢(xún)與調(diào)用、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)學(xué)模擬以及不同圖層之間的疊加、復(fù)合、分解分析等。雖然GIS的基本功能不包含地質(zhì)災(zāi)害定量評(píng)價(jià)，但是它依然能提供定量評(píng)價(jià)所需的支持。在構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)知識(shí)庫(kù)和危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)數(shù)字環(huán)境模型的基礎(chǔ)上，利用GIS提取主要的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)、對(duì)各類(lèi)因子進(jìn)行分級(jí)和賦權(quán)，同時(shí)與其他評(píng)價(jià)方法和模型結(jié)合進(jìn)行分析，達(dá)到對(duì)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)或區(qū)劃的目標(biāo)[8]。

2.2 專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)

專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)內(nèi)容側(cè)重于某一專(zhuān)題的數(shù)據(jù)庫(kù)。常針對(duì)某種專(zhuān)業(yè)該應(yīng)用而建立。系統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)是針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害方面的數(shù)據(jù)而建立的，所以應(yīng)由土地利用現(xiàn)狀圖、地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、降水量、預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)與大型地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)之間距離、 水文、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)等與地災(zāi)有關(guān)的數(shù)據(jù)組成。

3 系統(tǒng)部分實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)服務(wù)

通過(guò)封裝成WebService 的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)。該研究中服務(wù)端所提供的數(shù)據(jù)服務(wù)主要有基本服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)3種類(lèi)型（圖3）。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)

數(shù)據(jù)層為地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)源，包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)以及相關(guān)的多媒體或者其他文檔。由MapGIS的空間數(shù)據(jù)引擎讀取管理在Oracel數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)庫(kù)分為以空間數(shù)據(jù)庫(kù)為傳統(tǒng)的矢量影像數(shù)據(jù)，以及MapGIS K9緩沖處理過(guò)程中的還存庫(kù)2種形式，同時(shí)還以文件的形式將非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器的硬盤(pán)中[9]。

3.2 用戶(hù)登入驗(yàn)證服務(wù)

為了保證系統(tǒng)的安全性，登錄時(shí)要對(duì)用戶(hù)進(jìn)行驗(yàn)證管理。登錄系統(tǒng)前任何用戶(hù)都必須進(jìn)行登錄驗(yàn)證，與此同時(shí)，系統(tǒng)日志將會(huì)自動(dòng)保存所有登陸信息（包括登陸用戶(hù)名、登陸時(shí)間等）[10]。

3.3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)

以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)為例，用戶(hù)可通過(guò)雨量和位移監(jiān)測(cè)顯示模塊實(shí)時(shí)查看野外雨量計(jì)與位移計(jì)提供的數(shù)據(jù)信息及變化程度等信息，從而為實(shí)時(shí)決策提供信息基礎(chǔ)和保證。同時(shí)，用戶(hù)也可對(duì)雨量或者位移量進(jìn)行警戒值的自定義，系統(tǒng)會(huì)在雨量或位移超過(guò)自定義的警戒值時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警短信[11]。

4 結(jié)語(yǔ)

GIS技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查研究與應(yīng)用過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。該研究在WebGIS平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)就如何實(shí)現(xiàn)地質(zhì)信息管理數(shù)據(jù)庫(kù)的高效管理進(jìn)行研究，取得以下主要成果：

（1）地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)、建庫(kù)，將其轉(zhuǎn)換成地理信息平臺(tái)空間數(shù)據(jù)，使得地質(zhì)環(huán)境管理部門(mén)成功解決了各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)維護(hù)和管理的難題[12]。

（2）以地質(zhì)災(zāi)害地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的各類(lèi)專(zhuān)題地圖采用網(wǎng)絡(luò)GIS和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了不同比例尺下的自由展示切換[13]，使得系統(tǒng)的受眾人群更多、更廣泛。

（3）基于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的建立與完善，使地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與外部硬件設(shè)施實(shí)現(xiàn)對(duì)接，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)域不間斷地監(jiān)測(cè)成為現(xiàn)實(shí)。

參考文獻(xiàn)

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