地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

文/張宏斌

我國地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)為種類多、誘發(fā)因素復(fù)雜、分布廣、危害大，具有突然性等特點(diǎn)。地質(zhì)災(zāi)害類型主要有崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等。結(jié)合我國的地質(zhì)災(zāi)害前端監(jiān)測多樣傳感技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)基于基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行有效監(jiān)測，掌握掌握地質(zhì)災(zāi)害演化、發(fā)展規(guī)律。地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)庫集成了各類數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個(gè)集成地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測模塊、地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測預(yù)警分析模塊、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測仿真管理模塊、地質(zhì)災(zāi)害信息管理模塊、地質(zhì)災(zāi)害群策群防模塊、地災(zāi)工作人員安全保證模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊、地質(zhì)災(zāi)害信息發(fā)布模塊、地質(zhì)災(zāi)害智能終端服務(wù)模塊以及系統(tǒng)管理模塊等多模塊的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地災(zāi)監(jiān)測“一張圖”化。

1 數(shù)據(jù)庫基本功能

如圖1所示，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫建設(shè)需要管理海量的地質(zhì)災(zāi)害空間、調(diào)查、監(jiān)測數(shù)據(jù)等等，提供地質(zhì)災(zāi)害的動(dòng)態(tài)監(jiān)測與查詢、評價(jià)分析、預(yù)警預(yù)報(bào)、預(yù)警發(fā)布等服務(wù)。

1.1 數(shù)據(jù)的一體化管理、交換及應(yīng)用功能

建立地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、管理。建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享、交換服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的資源共享。

1.2 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測一張圖服務(wù)功能

依托地災(zāi)監(jiān)測數(shù)據(jù)中心，按需疊加基礎(chǔ)地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)、監(jiān)測分布、設(shè)備分布、預(yù)警等級分布等信息，實(shí)現(xiàn)直觀、準(zhǔn)確和及時(shí)的分析展示，并支持專業(yè)圖形輸出，系統(tǒng)服務(wù)展示功能能夠滿足監(jiān)控中心大屏工作需求。

圖1：數(shù)據(jù)庫基本功能圖

1.3 地質(zhì)災(zāi)害信息目錄檢索及查詢功能

基于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)中心，開發(fā)數(shù)據(jù)查詢檢索系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)的快速檢索查詢功能，實(shí)現(xiàn)基于屬性關(guān)鍵字查詢檢索；可按區(qū)域、時(shí)間、數(shù)據(jù)類型等進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)資源的實(shí)時(shí)查詢和統(tǒng)計(jì)分析，輸出統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。

1.4 災(zāi)害點(diǎn)全景仿真功能

通過對災(zāi)害點(diǎn)現(xiàn)場真實(shí)環(huán)境采集，建立災(zāi)害點(diǎn)區(qū)域全景仿真模擬，用戶在全景環(huán)境下自由轉(zhuǎn)化角度，真實(shí)體驗(yàn)災(zāi)害點(diǎn)現(xiàn)場自然環(huán)境、設(shè)備安裝部署情況和應(yīng)急避難場所情況，并在全景模式下直接查看設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，為用戶監(jiān)測預(yù)警提供更加直觀、真實(shí)的體驗(yàn)。

1.5 監(jiān)測工作人員安全保障

基于移動(dòng)智能終端設(shè)備，提供現(xiàn)場監(jiān)測工作人員定位和通信服務(wù)，可以在地圖上查看工作人員的分布和報(bào)警信息，中心業(yè)務(wù)人員及時(shí)應(yīng)對現(xiàn)場人員的報(bào)警請求，保證現(xiàn)場工作的人員的人身安全。

1.6 信息發(fā)布功能

按不同用戶需求，以公眾網(wǎng)（Internet）和政務(wù)網(wǎng)為媒介，搭建信息發(fā)布系統(tǒng)，以文檔、圖表等格式發(fā)布地質(zhì)環(huán)境決策分析及各類產(chǎn)品，并提供查詢?yōu)g覽和下載服務(wù)。

2 數(shù)據(jù)庫構(gòu)架

2.1 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層獲取的數(shù)據(jù)主要是各類專業(yè)屬性數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)、專題空間數(shù)據(jù)、災(zāi)害點(diǎn)（體）空間數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)。專業(yè)屬性數(shù)據(jù)通過入庫工具或傳感器自動(dòng)導(dǎo)入到屬性數(shù)據(jù)庫中；空間數(shù)據(jù)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理及保密處理，通過專業(yè)的入庫工具或GIS工具導(dǎo)入到空間數(shù)據(jù)庫中。

測繪地理數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等其他數(shù)據(jù)可通過Web服務(wù)、SOA等技術(shù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)共享交換模塊進(jìn)入系統(tǒng)。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)庫

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)庫面向地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲、管理、應(yīng)用和服務(wù)平臺，兼容基礎(chǔ)地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、動(dòng)態(tài)監(jiān)測、業(yè)務(wù)應(yīng)用等各種來源的多源、多尺度海量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各類地質(zhì)災(zāi)害與監(jiān)測數(shù)據(jù)的一體化存儲、管理和服務(wù)。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測基礎(chǔ)服務(wù)

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測基礎(chǔ)服務(wù)是面向?qū)I(yè)系統(tǒng)維護(hù)人員，針對系統(tǒng)中所用到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集管理，主要功能包括數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)同步與共享、災(zāi)害點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)管理、系統(tǒng)權(quán)限控制等功能。

3 軟件與硬件

3.1 硬件環(huán)境

3.1.1 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要用于存儲非空間屬性數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)字典以及系統(tǒng)配置。由于數(shù)據(jù)量不是太大，但是對數(shù)據(jù)的安全性要求高，所以建議采用中高檔的微機(jī)服務(wù)器，輔助完備的數(shù)據(jù)備份和安全措施。

3.1.2 地圖服務(wù)器

地圖服務(wù)器由于需要存儲海量的空間數(shù)據(jù)，同時(shí)執(zhí)行較復(fù)雜的計(jì)算，要求最好具有多處理器分布運(yùn)算能力和大容量磁盤陣列海量數(shù)據(jù)存儲功能，所以建議配置性能好的小型機(jī)。

3.2 軟件環(huán)境

地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫是基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫和GIS技術(shù)，面向地質(zhì)災(zāi)害業(yè)務(wù)應(yīng)用和信息平臺構(gòu)建的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲、管理、應(yīng)用和服務(wù)平臺，選用Windows Server 2008 R2 作為操作系統(tǒng)，Oracle作為整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫平臺，MicroSoft.net和JAVA 作為系統(tǒng)的主要開發(fā)平臺。

3.2.1 空間數(shù)據(jù)模型

空間數(shù)據(jù)表示空間實(shí)體的位置、形狀、大小及其分布特征諸多方面的信息，具有定位、定性、時(shí)間和空間關(guān)系等特性?？臻g數(shù)據(jù)邏輯模型是以計(jì)算機(jī)能理解和處理形式具體表達(dá)空間實(shí)體及其關(guān)系。地質(zhì)災(zāi)害防治空間數(shù)據(jù)模型主要有矢量數(shù)據(jù)模型、柵格數(shù)據(jù)模型、矢量—柵格數(shù)據(jù)模型及TIN模型等。矢量—柵格數(shù)據(jù)模型主要用于專題空間數(shù)據(jù)建模，如面狀實(shí)體邊緣采用矢量數(shù)據(jù)模型描述，其內(nèi)容采用柵格數(shù)據(jù)模型表達(dá)。

3.2.2 非空間數(shù)據(jù)模型

非空間數(shù)據(jù)指與空間位置沒有直接關(guān)系的表示實(shí)體特征的數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為兩類：結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（表格型數(shù)據(jù)）和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（文檔數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)等）。非空間數(shù)據(jù)庫實(shí)質(zhì)是將大量的屬性數(shù)據(jù)按一定的模型組織起來，提供存儲、維護(hù)、檢索數(shù)據(jù)的功能。地質(zhì)災(zāi)害防治屬性數(shù)據(jù)主要有專業(yè)屬性數(shù)據(jù)與辦公管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)模型采用規(guī)范化設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵的步驟就是要確保數(shù)據(jù)正確地分布到數(shù)據(jù)庫的表中。地質(zhì)災(zāi)害屬性數(shù)據(jù)庫在Oracle及Access支持下，采用關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)的組織方式，利用E—R圖對各數(shù)據(jù)實(shí)體及其聯(lián)系進(jìn)行分析，建立數(shù)據(jù)實(shí)體模型，進(jìn)而設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。

4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

4.1 分布式數(shù)據(jù)采集

在地災(zāi)實(shí)際監(jiān)測過程中，會(huì)實(shí)際到不同類型的監(jiān)測設(shè)備，有些設(shè)備提供串口數(shù)據(jù)接入，有些設(shè)備直接提供數(shù)據(jù)庫形式數(shù)據(jù)，為了在地災(zāi)監(jiān)測信息系統(tǒng)平臺中統(tǒng)一采集管理各類監(jiān)測采集數(shù)據(jù)，采用了分布式數(shù)據(jù)采集引擎，即綜合數(shù)據(jù)采集引擎的方式類實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。綜合數(shù)據(jù)采集引擎根據(jù)系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)規(guī)范定義了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)輸出規(guī)范，在采集輸入端通過xml技術(shù)定義不同的設(shè)備數(shù)據(jù)采集格式，并在數(shù)據(jù)采集輸入和輸出之間建立映射關(guān)系，保證所有數(shù)據(jù)都能夠按同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入系統(tǒng)平臺中。如圖2所示。

4.2 數(shù)據(jù)庫建庫

4.2.1 數(shù)據(jù)收集

收集地域范圍以及示范區(qū)、重點(diǎn)地區(qū)不同比例尺的行政區(qū)劃、交通（公路鐵路）、水系、地形地貌、植被等基礎(chǔ)地理和測繪數(shù)據(jù)。

4.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)處理的一些關(guān)鍵方法有：

（1）數(shù)據(jù)分層、整理：數(shù)據(jù)分層一般遵行項(xiàng)目制訂的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

（3）數(shù)據(jù)投影變換：投影變換（Project）是將一種地圖投影轉(zhuǎn)換為另一種地圖投影，主要包括投影類型、投影參數(shù)或橢球體等的改變。在ArcToolbox的Data Management Tools工具箱,Projections and Transformations工具集中分為柵格和要素類兩種類型的投影變換，其中對柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行投影變換時(shí)，要進(jìn)行重采樣。

數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)束后，完成項(xiàng)目所需的結(jié)果數(shù)據(jù)集，該結(jié)果數(shù)據(jù)集可用于數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理或入庫。

4.2.3 數(shù)據(jù)整理

對預(yù)處理完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化整理，修改其命名、編碼和屬性字段等編碼，對數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容應(yīng)用數(shù)據(jù)管理工具進(jìn)行統(tǒng)一的編碼和命名處理。

4.2.4 數(shù)據(jù)入庫

對整理完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫（操作數(shù)據(jù)庫）、數(shù)據(jù)切片和金字塔處理以及信息發(fā)布，形成統(tǒng)一的基礎(chǔ)地理本底數(shù)據(jù)庫。

圖2：數(shù)據(jù)采集機(jī)制

4.3 數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)

地質(zhì)災(zāi)害：需要遵循相關(guān)的專業(yè)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將各種災(zāi)種、分布、特點(diǎn)、群測群防措施、監(jiān)測手段等錄入系統(tǒng)。

基礎(chǔ)地質(zhì)：將地區(qū)性的地質(zhì)圖件導(dǎo)入到系統(tǒng)中。

基礎(chǔ)地理：基礎(chǔ)地理圖件整理及建庫的內(nèi)容包括全州范圍以及示范區(qū)、重點(diǎn)地區(qū)不同比例尺的行政區(qū)劃、交通（公路鐵路）、水系、地形地貌、植被等基礎(chǔ)地理和測繪數(shù)據(jù)，通過格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)拼接、數(shù)據(jù)入庫（操作庫）、數(shù)據(jù)切片和金字塔處理以及信息發(fā)布，形成統(tǒng)一的基礎(chǔ)地理本底數(shù)據(jù)庫。

5 結(jié)論

地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)將地質(zhì)災(zāi)害多種災(zāi)種特征信息集成到一個(gè)系統(tǒng)中去，通過采用前端信息采集多樣化監(jiān)測手段，不斷完善數(shù)據(jù)庫信息，為正確分析，評價(jià)地質(zhì)災(zāi)害提供可靠的數(shù)據(jù)資料及特征信息。