應用GIS技術的臺風災害危險性評估系統(tǒng)

劉少軍，張京紅，何政偉，蔡大鑫，田光輝

（1.成都理工大學信息工程學院，四川成都 610059；2．海南省氣象科學研究所 南海氣象防災減災重點實驗室，海南 海口 570203）

應用GIS技術的臺風災害危險性評估系統(tǒng)

劉少軍1，2，張京紅2，何政偉1，蔡大鑫2，田光輝2

（1.成都理工大學信息工程學院，四川成都 610059；2．海南省氣象科學研究所 南海氣象防災減災重點實驗室，海南 海口 570203）

由于臺風災害危險性評估是一個復雜的多源信息綜合分析的過程，借助功能強大、操作簡便和顯示直觀的ArcGIS作為開發(fā)平臺，開發(fā)了臺風災害危險性評估系統(tǒng)，實現(xiàn)了臺風災害危險性評估的可視化，發(fā)揮GIS強大的空間信息可視化管理和分析功能，為臺風防災減災提供決策服務。

臺風；危險性評估；GIS

我國是世界上受臺風影響最嚴重的國家之一，每年有多個臺風在沿海各省登陸，每年因臺風損失超過百億元[1]。由于臺風災害危險性評估是一個復雜的多源信息綜合分析的過程，其數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結構復雜，與地理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)關系密切，而GIS具有功能齊全的空間數(shù)據(jù)分析和與專業(yè)模型相結合的能力，將臺風災害危險性評估模型與GIS結合，既能充分利用GIS的數(shù)據(jù)管理能力和空間分析功能，又能應用評估模型開展災害評估工作，無疑具有很強的優(yōu)越性。本文把GIS與臺風災害危險性評價模型相結合，基于Arc-GIS平臺，利用GIS組件技術開發(fā)臺風災害危險性評估系統(tǒng)。

1 臺風災害危險性評估的思路

危險的定性表達即危險性，危險的定量表達即危險度。危險度即危險程度的簡稱，是指有遭到損害的可能性大小[2]，VarnesD.J.(1984)[3]認為危險性是在特定時間和區(qū)域內(nèi)某種潛在災害發(fā)生的可能性。根據(jù)災害危險性評價過程中所采用的不同手段，災害危險性的評價方法有：統(tǒng)計分析法、模糊評判法、層次分析法、主成分分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡法、信息量法和GIS計算機技術分析等[4]。本文中臺風災害危險性評價的方法是利用GIS的空間分析功能，以基礎數(shù)據(jù)庫為支撐，以氣象觀測的降水、大風產(chǎn)品為動態(tài)數(shù)據(jù)獲取手段，對風速和降水等因子的權重分布、歷史災情統(tǒng)計結果計算綜合災度，進行頻率組合評判，按一定范圍劃分每個柵格的危險度，通過層次分析模型計算，得到臺風災害危險性分布圖，實現(xiàn)臺風災害危險性的評估，工作流程見圖1。

2 系統(tǒng)的設計

2.1 系統(tǒng)開發(fā)的目標

在GIS軟件平臺的支持下二次開發(fā)形成面向?qū)I(yè)型的臺風災害危險性評估系統(tǒng)，使該系統(tǒng)具有基礎地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、存儲、查詢、管理、分析、輸出等功能，又具有獨特的臺風災害評價功能，并根據(jù)專業(yè)特點設計良好的人機交互界面。

圖1 臺風災害危險性評價流程圖

2.2 系統(tǒng)總體結構設計

軟件開發(fā)按照軟件工程規(guī)范對系統(tǒng)的整體結構和功能主要采用集中設計和開發(fā)的思想。對于一些較為獨立的功能可根據(jù)實際情況進行相對獨立開發(fā)，以保證系統(tǒng)的完整性。對于已經(jīng)成熟可用的模塊將采用軟件集成或移植的方法進行開發(fā)，加快軟件開發(fā)的速度，提高軟件的質(zhì)量和可靠性，設計的系統(tǒng)總體框架，見圖2。

2.3 數(shù)據(jù)庫設計

在GIS發(fā)展過程中主要的地理數(shù)據(jù)模型有3種，即CAD數(shù)據(jù)模型、地理相關數(shù)據(jù)（Coverage）模型和地理數(shù)據(jù)庫（GeoDatabase）模型。GeoDatabase采用一種開放的結構將空間數(shù)據(jù)及其相關的屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在工業(yè)標準的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS中，便于數(shù)據(jù)的一體化管理，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的無縫集成[5]。目前創(chuàng)建一個Geodatabase有3種方法：1）用ArcCatalog創(chuàng)建方案；2）把已存在的數(shù)據(jù)輸入Geodatabase中；3）用CASE工具創(chuàng)建Geodatabase[6-8]。Geodatabase中包括4種地理數(shù)據(jù)：以矢量數(shù)據(jù)表示要素、以柵格數(shù)據(jù)表示影像、格網(wǎng)化專題數(shù)據(jù)和表面、以不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)表示表面[9]。

臺風災害數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后統(tǒng)一為1 km×1km柵格文件，采用Geodatabase儲存管理，便于查詢、分析及評估模型運算。由于以氣象觀測的降水、大風產(chǎn)品是以點為記錄的數(shù)據(jù)，水和風數(shù)據(jù)處理為GIS能讀取的格式數(shù)據(jù)，其處理過程如圖 3所示。首先將降水和風數(shù)據(jù)轉化為點文件數(shù)據(jù)（SHP格式），并將其投影變換為統(tǒng)一的投影系統(tǒng)，然后通過插值運算相應的柵格值，形成中間文件，輸入Geodatabase數(shù)據(jù)庫中保存。

圖2 系統(tǒng)總體框架

2.4 系統(tǒng)的功能

該系統(tǒng)在結構上主要由文件操作、數(shù)據(jù)庫管理、風數(shù)據(jù)處理、降水數(shù)據(jù)處理、危險性評價、綜合制圖、參數(shù)設置等7個主要模塊構成。

1）文件操作：主要完成各基礎地理數(shù)據(jù)打開、保存、打印、導出圖形等功能。

2）數(shù)據(jù)庫管理：系統(tǒng)在啟動時從 Geodatabase數(shù)據(jù)庫調(diào)入包括行政邊界、站點等地理背景數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)運行的中間過程，比如在災害評估中時，可以根據(jù)需要在數(shù)據(jù)圖上疊加河流水系、水庫、公路、鐵路、居民點等基礎地理數(shù)據(jù)。

3）風數(shù)據(jù)處理：提取臺風期間的最大風速，并進行等級的劃分。

4）降水數(shù)據(jù)處理：提取臺風期間的有效降水，并進行等級的劃分。

5）危險性評價：根據(jù)提供的臺風災害中的綜合災度、風速和降水對臺風災害危險性的影響程度大小，分別賦予權重，對評價結果通過對綜合災度、風速和降水的疊加運算，將不同區(qū)域的評價結果，劃分為 5個等級（輕危險、低危險、中危險、較高危險、高危險）。

6）綜合制圖：災害評估中的各種數(shù)據(jù)用圖形的方式體現(xiàn)，具體包括數(shù)據(jù)與制圖窗口的切換、圖層信息顯示、數(shù)據(jù)信息顯示、數(shù)據(jù)的分析及計算工具、數(shù)據(jù)轉換、添加比例尺等功能。

7）參數(shù)設置：主要調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)存放路徑、評價因子權重系數(shù)設置等。

3 系統(tǒng)的實現(xiàn)

軟件開發(fā)環(huán)境：WindowsXP操作系統(tǒng)，GIS軟件平臺采用美國ESRI公司的地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS 9.2，圖形平臺，圖形操作、圖層處理、信息顯示等均在該平臺上進行；系統(tǒng)開發(fā)語言為delphi7.0，VB6.0。

系統(tǒng)本著實現(xiàn)面向?qū)I(yè)型GIS系統(tǒng)的宗旨，突出了臺風災害評估的專業(yè)特點。為盡量避免軟件系統(tǒng)的重復開發(fā)，采用GIS二次開發(fā)的原則，以及系統(tǒng)集成的策略，目的在于在較短的時間內(nèi)以最佳的方式完成預期的目標。采用了臺風災害中的綜合災度、風速和降水的危險性作為評價因子，利用用ArcGIS組件開發(fā)的臺風危險性評價系統(tǒng)界面見圖4。

圖4 臺風災害危險性評估界面

4結 語

該平臺采用了以ArcGIS作為開發(fā)平臺，基于組件式GIS技術，開發(fā)了臺風災害危險性評估系統(tǒng)，將基礎地理信息與臺風過程中的觀測的氣象資料數(shù)據(jù)相結合，采用了綜合災度、風速和降水作為評價因子，進行臺風災害的危險性評估，可以更加直觀地幫助臺風災害應急指揮決策部門了解災情，為臺風防災減災提供決策服務。

[2] 劉希林，唐川.泥石流危險性評價[M].北京:科學出版社，1995

[3] Varnes D J.Landslide Hazard Zonation:A Review of Principles and Practice[M].UNESCO，Paris，1984

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[5] 杜銘，郭康良，莊新兵.基于GeoDatabase模型的油田勘探數(shù)據(jù)庫的設計方法研究[J].測繪與空間地理信息，2006，29(5): 76-78

[6] 郭鵬，劉洪斌，謝德體，等.基于Geodatabase數(shù)據(jù)模型三峽庫區(qū)面源污染空間數(shù)據(jù)庫的設計方法研究[J].計算機與現(xiàn)代化，2004，8:83-84

[7] 龍瀛，杜鵬飛，趙東東，等.基于Geodatabase的城市水資源管理系統(tǒng)[J].清華大學學報：自然科學版，2006，46(9):1560-1563

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[9] 馮曉良，徐學軍，胡森，等.基于Geodatabase數(shù)據(jù)模型和Case工具設計實現(xiàn)配電GIS數(shù)據(jù)庫[J].繼電器，2007，35(10):59-60

Typhoon Hazard Assessment System Based on GIS

by Liu shaojun

Typhoon hazard assessment was a complicated lymulti-source process analysis,ArcGIS has characteristics of powerful functions,simplified operation and visualized interfaces,which was used to develop typhoon hazard assessment system..The system realized the typhoon disaster visuaization and can provide the policy-making service for the typhoon disaster prevention and reduction based on GIS function of spatial visualization and analysis.

typhoon,hazard assessment,GIS （Page:34）

P208

B

1672-4623(2011)01-0034-02

2010-03-22

項目來源：中國氣象局新技術推廣項目（CMATG2009MS18）；海南省自然科學基金資助項目（40884，409005）。

劉少軍，博士，工程師，主要從事遙感與地理信息系統(tǒng)應用研究。