山洪災害調查評價數據管理與應用系統研究

嚴劍兵

(江西省安瀾工程咨詢有限公司，南昌 330000)

1 概述

江西省地處東亞季風區，地形地質條件復雜，降水時空分布不均，極易形成局部強降雨導致山洪災害頻發多發[1]。江西省通過多年來山洪災害防治非工程措施項目建設，初步形成了一套較為完整的山洪災害防治體系，山洪災害群死群傷事件明顯減少，防御效果取得了顯著的提升。然而山洪災害防治是一項系統性、長期性工作，江西省通過前期實施的山洪災害調查評價項目已經積累了大量的成果，如何應用到實際防汛工作中有效的發揮防災減災效應是亟需解決的關鍵問題。

為進一步深度挖掘及推廣應用山洪災害調查評價成果，本研究將充分利用已有資源，依據前期山洪災害調查評價成果，以危險區為核心，深入挖掘分析山洪災害調查評價實體對象及其對應關系[2]，以提升山洪災害調查評價成果管理和應用的信息化水平，逐步增強山洪災害防御能力。

2 數據結構

山洪災害調查評價數據具有專業性強、數據種類多、數據量大、管理應用難等特點。數據信息類型分文本型信息、數值型信息和圖形信息等3類[3]， 山洪災害調查評價數據結構分類如圖1所示。

圖1 山洪災害調查評價數據結構分類示意

2.1 文本型信息

文本型信息包括word、及txt格式文件，多是一些報告或是描述性、說明性的信息。存儲的目的主要是便于以后查詢、瀏覽以及與其他信息合并組成一種規定的格式，以便整體輸出。

2.2 數值型信息

數值型信息主要包括數字、excel格式文件，這類信息用途最廣。存儲的目的是為了后期查詢、核對、糾錯、調用、匯總、統計、計算時方便調用。

2.3 圖形信息

圖形信息包括數據結果出圖、照片等。存儲的目的是為了直觀展現相關信息，同時也為了與數值型信息和文本型信息有關聯性。

3 系統總體設計

3.1 設計思路

以危險區為核心，開展山洪災害調查評價成果應用和深入挖掘分析，對各類關鍵信息進行匯總與關聯，體現數據的概化、抽取和融合，實現海量山洪災害調查評價數據的高效管理和有效應用。

在數據分發方面，采用專業的數據同步和交換中間件實現各數據源的數據同步，同步的數據按國家及水利部頒布的最新標準進行整理入庫，然后進行集中管理、統一更新和運行維護[4]；同時將整理后的符合行業標準的數據分發給各數據生產單位和使用單位共同使用。為實現海量專題數據快速渲染，根據區域的面積和劃分的網格尺寸大小的不同，將整個江西省會劃分生成大量的不規則網格數據；為了優化基于B/S結構的海量網格專題數據渲染的響應時間，采用預加載、瀏覽器緩存、同類合并等技術解決方案[5]，實現了基于GIS的海量專題數據快速加載渲染。在數據應用[6]方面，主要體現在三個方面：一是數據集成方式為數據統計的精確性奠定基礎；二是以數據模型對象編碼和關聯關系為核心，采用多種查詢方式查詢山洪災害調查評價成果數據，為數據瀏覽、統計、對比、分析提供工具，三是通過回歸分析找出變量間的關系，利用多維信息關聯分析，發現數據之間的關聯、因果、尺度效應等潛在信息[7]。

3.2 系統架構

系統采用B/S體系結構，基于WebGIS技術的網絡瀏覽器應用模式和可視化的空間圖形操作界面，提供直觀、清晰、方便、靈活的系統操作和控制環境。根據系統的業務特點，其設計采用分層方式，整個系統分為4層：應用層、認證層、服務層和數據層[8](見圖2)。

圖2 系統架構示意

3.3 系統功能

系統主要業務功能分為數據管理與分析、一張圖展示、成果更新與維護及系統管理等。

3.3.1數據管理與分析

1) 調查評價成果管理

調查評價成果包括山洪災害省市縣三級的“一圖一表一報告”、山洪災害調查數據、山洪災害分析評價成果等[9]。

本模塊將山洪災害調查評價的數據以表格的形式統計匯總，用戶能由省、市、縣、鄉逐級查詢，并能逐級導出各類表格數據，各表格的形式參照調查評價項目中的各類數據表格形式。同時將防治區企事業單位、溝道斷面等點狀和線狀數據以圖層的形式在圖中分層疊加顯示，各圖層要素相對獨立[10]，用戶能查看轄區內山洪災害相關信息，也可根據用戶需求開啟或關閉相關圖層，各要素標識符號采用國家山洪項目辦規定的符號。

2) 關聯分析

① 危險區統計匯總

該模塊主要是從行政區劃和流域兩個層次統計匯總轄區內的危險區數量、人口等信息。以按流域層次統計匯總為例，用戶可選擇某條小流域(200 km2以上的小流域)，能自動統計該條流域內山洪災害的相關信息。以黎川縣資福水(流域面積247 km2)為例，危險區統計見表1所示。

② 關聯展示

該模塊融合匯聚全省山洪調查評價成果數據，基于屬性的關聯、位置的拓撲和業務關聯關系，建立包括“危險區-歷史山洪災害-歷史成災水位”“沿河村落居民戶-高程人口分布曲線-雨量/水位預警閾值”、“危險區-雨量/水位監測站”、“危險區-預警設施設備”關系，實現各個成果的關聯挖掘及展示，以山洪災害風險防御“一張圖”形式呈現[11]，提供宏觀的全省的山洪災害風險專題一張圖服務。

以“危險區-雨量/水位監測站關聯”為例，將山洪災害危險區關聯的各監測站點以統計表的形式展示，單擊表格中危險區能展示危險區詳情信息，單擊監測站點能展示該站點的水雨情相關信息。以龍虎山西源村肖家自然村為例，關聯危險區與監測站點關聯統計見表2所示。

表1 黎川縣資福水流域山洪災害危險區情況統計

表2 危險區與監測站點關聯統計

③ 檢索查詢

檢索查詢功能主要包括精準查詢和模糊查詢功能，精準查詢按照成果類型分為調查對象查詢、分析評價對象和文檔對象查詢[12]。

調查對象查詢是輸入相關信息后能自動定位該對象并閃爍提醒，定位調查對象所在位置后，可顯示出調查對象詳情，可實現圖到表，表到圖的查詢功能；分析評價對象查詢是定位分析評價沿河村落位置后，在地圖上顯示危險區(轉移路線、安置點)、沿河村落居民戶、測量斷面、歷史洪痕圖等。文檔對象查詢是指通過查詢顯示項目建設方案、調查工作報告、分析評價工作報告、調查成果報告、分析評價成果報告、審核匯集工作報告等WORD、PDF 形式相關文檔，可在線瀏覽、下載、打印。

3.3.2一張圖展示

1) 專題要素分布

專題要素包括危險區、自動監測站點、無線預警廣播、簡易雨量站、簡易水位站、水庫、堤防、水閘、防治區企事業單位、歷史山洪災害、需防洪治理山洪溝等要素。通過提供的圖層要素面板，勾選需要展示的圖層信息，根據圖層勾選狀態，相應圖層信息依次疊加在地圖上。采用密度圖、分布圖和統計圖三種展示方式從政區和流域兩個維度在GIS地圖上進行多維度的分析、統計、展示及相關要素關聯查詢[13]。同時可根據縮放比例不同，選擇適合大小的圖層符號、顏色和和地圖元素進行標注。以危險區專題要素展示為例，危險區分布將分析評價成果中的沿河村落危險區作為分析主體，采用密度圖、分布圖和統計圖相結合的方式，從政區和流域兩個維度在GIS地圖上進行多維度的分析、統計、展示及相關要素關聯查詢。同時利用飄窗以及彈框等多種樣式，給用戶查看專題的詳情信息等。江西省危險區要素的密度展示見圖3。

圖3 危險區要素的密度圖展示示意

2) 危險區展示

危險區展示主要是對山洪災害危險區進行展示，危險區為地圖顯示最小單位，危險區展示包括危險區范圍、轉移路線和安置點等。

① 選擇任意危險區，能展示該危險區相關聯的所有信息包括“一表四圖”，即危險區關聯信息統計表、危險區控制斷面圖、危險區劃分示意圖、危險區防洪現狀評價圖、預警雨量臨界曲線圖。危險區關聯信息統計表樣例見表3所示，選擇表中“泥灣”能展示該站點水雨情相關信息，選擇企事業單位、預警設施設備等統計的數字能展示相關企事業單位、預警設施設備的詳情；危險區相關示意見圖4，能放大展示。

② 選擇轉移路線能顯示所屬危險區、轉移路線長度等信息。

③ 選擇安置點能顯示所屬危險區、安置點能容納人數、危險區人數等信息。

表3 危險區關聯信息統計表樣例

危險區控制斷面示意

危險區劃分示意

危險區防洪現狀評價示意

預警雨量臨界曲線示意

3.3.3成果更新與維護

1) 新數據錄入

當開展新場次洪水調查后，由調查單位將相關數據采集、分析計算后，將成果進行數據審核，審核完成后將數據文件和多媒體文件更新至調查評價原始數據庫中。數據采集—審核—入庫流程見圖5。

2) 成果數據更新

成果數據更新主要針對調查的基本數據，由于山洪災害調查最早開始于2014年，距今已有7 a之久，部分數據與現今有較大出入，本模塊提供數據更新完善功能。

可更新的內容包括社會經濟情況、危險區基本情況、“防治區—重點防治區—危險區—沿河村落居民戶”、“防治區—危險區—雨量/水位預警閾值”、“危險區—歷史山洪災害—歷史成災水位”、“沿河村落居民戶—高程人口分布曲線—雨量/水位預警閾值”、“危險區—雨量/水位監測站”、“危險區—預警設施設備”等關聯分析表及危險區雨量、水位預警指標的修訂。數據更新流程如圖6所示。

圖5 數據采集—審核—入庫流程示意

圖6 數據更新流程示意

3.3.4系統管理

系統管理實現平臺訪問與管理的分級管理功能，包括用戶管理和權限管理等功能[14]。實現基本的用戶添加、刪除功能；對用戶使用與數據操作權限的管理和配置，實現平臺的多級權限管理機制。

4 結語

依據前期山洪災害調查評價成果，以危險區為核心，深入挖掘分析山洪災害調查評價實體對象及其對應關系，基于WebGIS技術設計了江西省山洪災害調查評價數據管理與應用系統，系統具有數據管理與分析、一張圖展示、成果更新與維護、系統管理等功能模塊。該系統盤活了海量調查評價數據，提高了基層防汛人員對山洪災害調查評價數據的使用效率，現已于江西省各級水旱災害防御部門獲得推廣應用，同時可為其它地區開展相關應用提供借鑒和參考。