基于WebGIS的地質災害數據庫系統的設計

劉一哲 趙俊三 劉一荻

摘要 基于對地質災害及其WebGIS技術的認識和了解，結合目前國內外對地質災害和WebGIS的研究現狀，從WebGIS的特點出發，設計了基于 WebGIS 的地質災害數據庫系統，實現WebGIS對地質災害數據的管理，實現數據管理、圖層管理、地質災害點的動態監測、用戶管理4個功能，從而對地質災害數據進行有效管理，方便用戶獲取數據。

關鍵詞 地質災害；地質災害數據庫；網絡GIS

中圖分類號 S127 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）34-326-02

我國是世界上地質災害發生最頻繁的國家之一，特別是近年來我國特大型地質災害頻發，引起國家、社會對地質災害的重視。我國已在全國大范圍開展了地質災害調查工作，同時也建立起了相應的地質災害數據庫，然而目前對這些數據的管理存在很多的不足，大量的數據不能得到充分的利用，因此采用一種有效的數據管理機制和數據共享機制是很有必要的。筆者利用 GIS 數據管理的特性著眼于地質環境數據的高效利用，提出了建設地質災害數據庫管理平臺的基本方法。

1 系統總體設計

1.1 系統需求分析

作為一個信息管理平臺，地質災害數據庫系統鑒于其服務在具備專業性、社會性的同時還應具備高可靠性、擴展性以及可維護性，保證系統運行安全可靠的同時要求系統能夠提供不間斷的服務，考慮到系統的容錯能力，在設計系統時應對不規范的操作予以限制，同時要采用靈活的系統構架，以便于不同的業務能夠方便地擴展和對接，從而實現系統集成[1]。

1.2 系統總體架構

地質災害數據庫系統的功能模塊按照其一般的基本業務流程分為以下幾個方面：數據管理模塊、圖層管理模塊、地質災害點的動態監測模塊以及用戶管理模塊[2]。系統總體結構見圖1。

1.3 系統功能模塊設計

1.3.1 數據管理模塊。

該模塊包括：①數據的輸入與編輯；②數據的瀏覽查詢；③數據的輸出。

1.3.2 圖層管理模塊。

通過該模塊，用戶通過查詢工具查找需要查詢的圖層，選擇該圖層上的要素，獲取選擇要素目標，用戶選擇要素的屬性信息會在列表中顯示出來。用戶還可以對自己感興趣的數據進行查詢，查詢結果在圖形上高亮度顯示[3]。用戶還可以通過模塊對圖層進行點、線、面要素的添加、刪除等操作，也可對圖層的要素進行緩沖區分析等功能。

1.3.3 地質災害點的動態監測模塊。

就當前地質災害而言，動態監測系統模塊主要為用戶提供水位和位移的信息的顯示，通過這一模塊，用戶可查看水位和位移的實時數據變化，保證了數據的時效性，為決策者提供可靠的數據信息[4]。同時，當水位或者移速超過危險值時，系統將發出緊急預警短信給用戶，實現災情預警功能。

1.3.4 用戶管理模塊。

通過注冊成為系統用戶，才可以使用系統，并進行相關管理。

2 數據庫設計

該系統應用開發的項目包括地質災害數據和專題數據2個主要部分。其總體架構見圖2。

圖2 地質災害數據庫系統空間數據庫總體框架

2.1 地質災害數據庫

2.1.1 模擬預測功能。模擬預測功能不僅包括災情模擬評價、災情預測預報以及防治措施，還包含地理空間數據庫的建立的基礎工作以及空間分析的功能[5]。與其他系統相比，地理信息系統在空間數據的存儲、分析、計算和成圖顯示方面的優勢很明顯。特別是對基于多源空間數據的地學專題信息的疊加處理，以及Fllter功能對多因子定量模擬分析和對因子間相互定量關系的分析研究方面，更凸顯了處理能力的優勢和高效率，對于受多種因素影響的地質災害的定量仿真模擬和預測預報不僅具有重要的理論指導意義，同時也具有一定的實用價值[6]。

2.1.2 預發程度分析。首先對確定好的致災因子進行易發程度分區賦值，求出致災因子的敏感系數，再通過GIS空間分析功能將各致災因子圖層進行圖層疊加，根據特定的加權綜合算法求出疊加后的圖層屬性，得出綜合易發程度值，從而實現易發程度計算機自動化分區。

2.1.3 實時動態分析。通過SAR衛星和光學衛星第一時間對受災當地進行衛星遙感和光學影像拍攝，對原始遙感影像在進行去云處理后，進行正射校正影像增強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；在此基礎上結合測繪單位的等高線以及高程點的信息，最后在三維可視化技術的支撐下利用專業制作軟件制作出三維遙感圖像模型，生成三維災區效果圖[7]。通過這些圖片，不僅能夠讓人們及時動態地了解受災當地實際情況，從而做出及時合理的安排，減少人員及財產的損失，而且更為以后的受災重建工作奠定了堅實的基礎。

2.1.4 危害性評價。GIS技術分析基于GIS 收集、分析空間數據的能力，將平時工作收集到的離散數據點進行梳理，生成系列圖件和模擬地圖，進而實現空間檢索與分析、屬性數據的查詢與調用、數據計算、數學模擬以及不同圖層之間的疊加、復合、分解分析等。雖然GIS的基本功能不包含地質災害定量評價，但是它依然能提供定量評價所需的支持。在構建地質災害危險性評價數據庫、地質災害危險性評價知識庫和危險性評價數字環境模型的基礎上，利用GIS提取主要的危險性評價指標、對各類因子進行分級和賦權，同時與其他評價方法和模型結合進行分析，達到對地質災害危險性進行評價或區劃的目標[8]。

2.2 專題數據庫

專題數據庫是數據內容側重于某一專題的數據庫。常針對某種專業該應用而建立。系統的地質災害專題數據庫是針對地質災害方面的數據而建立的，所以應由土地利用現狀圖、地質災害隱患點、監測站點、降水量、預報、監測站點與大型地質災害點之間距離、 水文、地質災害易發區等與地災有關的數據組成。

3 系統部分實現

3.1 數據服務

通過封裝成WebService 的形式來實現地質災害數據庫系統的數據服務。該研究中服務端所提供的數據服務主要有基本服務、數據服務、功能服務3種類型（圖3）。

圖3 地質災害數據庫系統數據服務

數據層為地質環境數據庫系統提供數據，即數據源，包括基礎地理信息數據、地質災害數據以及相關的多媒體或者其他文檔。由MapGIS的空間數據引擎讀取管理在Oracel數據庫中的數據。空間數據庫分為以空間數據庫為傳統的矢量影像數據，以及MapGIS K9緩沖處理過程中的還存庫2種形式，同時還以文件的形式將非結構數據存儲在服務器的硬盤中[9]。

3.2 用戶登入驗證服務

為了保證系統的安全性，登錄時要對用戶進行驗證管理。登錄系統前任何用戶都必須進行登錄驗證，與此同時，系統日志將會自動保存所有登陸信息（包括登陸用戶名、登陸時間等）[10]。

3.3 動態監測服務

以動態監測子系統為例，用戶可通過雨量和位移監測顯示模塊實時查看野外雨量計與位移計提供的數據信息及變化程度等信息，從而為實時決策提供信息基礎和保證。同時，用戶也可對雨量或者位移量進行警戒值的自定義，系統會在雨量或位移超過自定義的警戒值時自動發出報警短信[11]。

4 結語

GIS技術在地質災害的調查研究與應用過程中發揮著越來越大的作用。該研究在WebGIS平臺上實現就如何實現地質信息管理數據庫的高效管理進行研究，取得以下主要成果：

（1）地質災害數據根據數據庫技術進行分類、建庫，將其轉換成地理信息平臺空間數據，使得地質環境管理部門成功解決了各類地質災害數據維護和管理的難題[12]。

（2）以地質災害地理空間數據為基礎的各類專題地圖采用網絡GIS和計算機信息技術實現了不同比例尺下的自由展示切換[13]，使得系統的受眾人群更多、更廣泛。

（3）基于動態監測子系統的建立與完善，使地質災害數據庫系統與外部硬件設施實現對接，對地質災害易發區域不間斷地監測成為現實。

參考文獻

[1] 李世元，簡季，吳章生，等.廣元市地質環境管理數據庫系統設計[J].地質災害與環境保護，2012，23（3）：36-42.

[2] 袁俊江.汶川大地震地質災害多源信息平臺建設理論與實踐[D].成都：成都理工大學，2009.

[3] 孟令奎，史文中，張鵬林.網絡地理信息系統原理與技術[M].北京：科學出版社，2005.

[4] 丁辰.地質災害監測預警示范系統之滑坡遠程監測子系統的研究[D].北京：清華大學，2004.

[5] 劉勇，巫錫勇.淺談GIS在地質災害中的幾點應用[J].四川建筑，2004（5）：74-76.