明清時期山東省蝗災數據庫設計與實現

王發(fā)浩 宋頡

摘?要：基于史料記載的明清時期山東省蝗災信息，應用GIS和數據庫技術，構建明清時期山東省蝗災數據庫平臺。數據庫平臺依托底層web應用服務器提供的地圖、業(yè)務數據服務接口，實現蝗災數據庫的可視化展示。該數據庫平臺具備蝗災事件詳細信息查詢和分時段統(tǒng)計功能，并提供蝗災數據的可視化展示功能，可為山東省縣域尺度上蝗災時空演變規(guī)律研究和未來蝗災發(fā)展趨勢預測提供數據支撐和平臺借鑒。

關鍵詞：蝗災;GIS，明清時期;數據庫平臺;可視化展示

1 緒論

蝗災（飛蝗）、水災、旱災，并稱中國古代三大自然災害，其中又以蝗災尤甚。史料中常以“蝗”、“蝗損稼”、“飛蝗害稼”等描述蝗災的發(fā)生狀況，蝗災作為一種生物自然災害，對農業(yè)生產危害極大[1]。位于太行山脈以東的山東地區(qū)自古以來都是中國蝗災的多發(fā)區(qū)域。近些年來，受全球氣候變化的影響，山東省旱澇事件頻發(fā)，蝗災發(fā)生概率呈顯著增加趨勢[2]。目前，長時間序列的蝗災研究多以史料復原的蝗災發(fā)生時間序列為基礎，建立完整的歷史時期蝗災數據庫，對研究歷史時期蝗災時空演變，指導未來蝗災預防工作具有重要意義。因此，本文以史料記載的蝗災記錄為基礎，構建明清時期山東省蝗災數據庫平臺。

2 數據來源

2.1 蝗災記錄來源

明清時期山東省蝗災記錄主要來源于《山東歷代自然災害志》、《山東省自然災害史》等整編史料。這些史料中的蝗災記錄多整合自各州府志、縣志中記載的蝗災信息。在對史料中的蝗災記錄整合后，去除重復記錄。同時，參考李剛[3]等利用文字描述蝗災輕重確定等級的方法，將蝗災記錄劃分為輕災、中災、大災、重災四個等級。

2.2 地圖數據來源

本研究選用清末（1910年）山東省縣級行政區(qū)劃作為標準地圖，地圖數據來自中國歷史地理信息系統(tǒng)（CHGIS）。在考證歷史時期山東縣域行政區(qū)劃變革后，校正蝗災記錄的地點信息，使之與行政區(qū)劃相匹配。

3 蝗災數據庫平臺設計與實現

3.1 需求分析

目前，國內外學者在歷史時期自然災害數據庫平臺建設方面進行了大量工作[4-5]。然而，這些數據庫多在宏觀尺度上對多種自然災害建庫統(tǒng)計，時空分辨率較低，對自然災害的時空變化規(guī)律展示能力弱。針對特定自然災害的高時空分辨率的數據庫平臺仍然較少，鑒于此，本研究旨在構建集蝗災數據的查詢、匯總、統(tǒng)計、分析功能于一體，展示蝗災數據時空變化規(guī)律的數據庫平臺。同時，數據庫平臺還應具備一定的數據更新和應用擴展功能。

3.2 平臺總體設計

明清時期山東省蝗災數據庫平臺主要由三部分組成，包括前端部分、后臺部分、數據庫。依托底層web應用服務器和山東省明清時期蝗災數據庫，并基于阿里云服務器提供的地圖服務和業(yè)務數據服務接口，蝗災數據庫平臺實現用戶端的可視化展示。

山東省明清蝗災數據庫采用PostgreSQL框架，這是一種對象-關系型數據庫管理系統(tǒng)（ORDBMS），支持大部分SQL標準，并且提供包括復雜查詢、外鍵、觸發(fā)器等現代特性。

蝗災數據庫平臺的前端基礎框架主要采用Html、Css、JavaScript編寫，并以Jquery等成熟框架作為輔助，以此實現用戶界面的交互。平臺地圖功能使用Openlayers實現。OpenLayers 是WebGIS客戶端開發(fā)使用的JavaScript 類庫包，用于實現標準格式發(fā)布的地圖數據訪問。OpenLayers 除了可以實現放大、縮小、平移、等地圖瀏覽的基礎效果外，還可以進行線、面等要素選擇、圖層疊加等多種地理操作。此外，蝗災數據庫平臺后臺考慮應用功能的后續(xù)擴展，選用Python語言下的開源應用框架Django編寫，可為后續(xù)蝗災數據庫平臺應用、分析功能的擴展提供接口。

4 蝗災數據庫平臺功能實現

蝗災數據庫平臺主要實現如下功能：

4.1 基礎地圖展示功能

明清時期山東省蝗災數據庫平臺提供完整的地圖展示的功能，除展示山東省縣域矢量圖層之外，底圖還提供谷歌影像、天地圖影像、百度影像和高德影像等衛(wèi)星遙感影像。地圖展示平臺提供放大、縮小、旋轉、定位、隱藏/展示比例尺、鷹眼地圖等基本地圖功能。

4.2 蝗災事件查詢功能

蝗災數據庫平臺提供蝗災數據的詳細信息查詢功能。通過點擊地圖平臺上的州縣，數據庫平臺向蝗災數據庫發(fā)送條件查詢請求，蝗災數據庫通過查表，向用戶返回該縣歷年蝗災事件的詳細信息，包括蝗災編號、蝗災發(fā)生地點、蝗災發(fā)生時間、蝗災等級、蝗災詳細內容、蝗災數據出處。

4.3 蝗災事件統(tǒng)計展示功能

除蝗災詳細信息查詢功能外，蝗災數據庫平臺具備蝗災事件分縣統(tǒng)計功能，通過輸入限定的年份和時間段，蝗災數據庫平臺可實現不同時段各縣蝗災事件數量的統(tǒng)計，進而，將統(tǒng)計獲取的分縣蝗災量級信息，以專題圖的形式在數據庫平臺中可視化展示。

5 結語與展望

本文在收集明清時期山東省縣域蝗災數據的基礎上，設計搭建了一套集蝗災數據展示、統(tǒng)計、分析于一體的數據庫平臺。該數據庫平臺實現了山東省明清時期縣域尺度上蝗災發(fā)生信息的定量統(tǒng)計和可視化展示，部分解決了山東省歷史時期蝗災資料收集和分析困難的問題，為山東省長時序蝗災研究提供基礎數據和平臺支撐。

目前，山東省蝗災數據庫平臺尚處于開發(fā)調試階段。在后續(xù)開發(fā)過程中，除蝗災數據查詢、統(tǒng)計和展示等功能外，蝗災數據庫平臺將增加地理空間分析功能，如聚類和熱點分析等。用戶可在平臺上將直接獲取不同時段山東省蝗災發(fā)生的空間重心和集聚特征。

參考文獻：

[1]蕭凌波.清代華北蝗災時空分布及其與水旱災害的關系[J].古地理學報，2018，20（06）：1113-1122.

[2]張學珍，鄭景云，方修琦，蕭凌波.1470～1949年山東蝗災的韻律性及其與氣候變化的關系[J].氣候與環(huán)境研究，2007（06）：788-794.

[3]李鋼，王乃昂，李卓侖.中國歷史蝗災動態(tài)的社會影響及生態(tài)環(huán)境意義[J].地理科學進展，2010，29（11）：1375-1384.

[4]王靜愛，史培軍，朱驪，陳晉，張遠明，王平.中國自然災害數據庫的建立與應用[J].北京師范大學學報（自然科學版），1995（01）：121-126.

[5]Zêzere J L，Pereira S，Tavares A O，etal.DISASTER：a GIS database on hydro-geomorphologic disasters in Portugal[J].Natural hazards，2014，72（2）：503-532.