基于WebGIS的自然災害重點隱患綜合評估系統研建

李善飛 瞿帥

摘? 要：針對自然災害重點隱患綜合評估工作效率低下的問題，以自然災害多災種重點隱患評估模型為核心，應用WebGIS技術，設計并開發了B/S應用模式的自然災害重點隱患綜合評估系統，并將其應用到試點區的重點隱患綜合評估工作之中。該系統可以實現地震災害、地質災害、洪水災害等六大災種基礎調查評估數據的集成管理，完成單災種隱患指數、等級計算以及多災種分區分類分級評估，同時可在線對評估成果進行渲染展示和自動出圖，提高了自然災害重點隱患綜合評估工作的效率，能夠滿足區域自然災害重點隱患綜合評估工作的應用需求。

關鍵詞：自然災害；重點隱患評估；WebGIS

中圖分類號：TP319；X43? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：2096-4706（2023）05-0037-05

Establishment of Key Hidden Danger Comprehensive Assessment System for Natural Disasters Based on WebGIS

LI Shanfei， QU Shuai

（POWERCHINA Beijing Engineering Corporation Limited， Beijing? 100024， China）

Abstract： In view of the low efficiency of the comprehensive assessment of key hidden dangers of natural disasters， taking the assessment model of key hidden dangers of multiple natural disasters as the core， and applying WebGIS technology， a comprehensive assessment system of key hidden dangers of natural disasters based on B/S application mode is designed and developed， and it is applied to the comprehensive assessment of key hidden dangers in the pilot area. The system can realize the integrated management of the basic survey and evaluation data of six major disasters， such as earthquake disaster， geological disaster and flood disaster， complete the hidden danger index and grade calculation of single hazard， and the classification and grading evaluation of multiple hazards. At the same time， the evaluation results can be rendered and displayed online and automatically plotted， which improves the efficiency of the comprehensive evaluation of key hidden danger of natural disasters， it can meet the application requirements of the comprehensive assessment of key hidden dangers of regional natural disasters.

Keywords： natural disaster; key hidden danger assessment; WebGIS

0? 引? 言

我國是世界上受自然災害影響最為嚴重的國家之一，表現為災害種類多、地域分布廣、發生頻率高、造成損失重。為防范和化解重大自然災害風險，防治和消除重點隱患，積極開展自然災害重點隱患綜合評估，對于提高我們的自然災害防治能力具有重要意義。

自21世紀以來，針對自然災害風險評估問題，國內外研究學者已經逐漸從“自然災害風險評估”向“多災種綜合風險評估”轉變[1]。美國聯邦應急管理局（FEMA）與國家建筑科學研究院（NIBS）合作開發了多災種風險評估軟件包HAZUS-MH，用于美國地震、颶風和洪水災害風險的綜合評估[2]。國內研究學者王靜愛[3]等開展了以縣級行政區為基本單元的多災種風險評估。趙冬月等[4]構建了城市群多災種綜合風險評估模型，對地區性城市群的公共安全進行了綜合評估。馮衛等[5]應用層次分析法，將咸陽市地質災害、洪水災害和地震災害結合起來，開展多災種自然災害風險綜合評價。近年來，針對自然災害風險評估的軟件研發工作也逐步開展起來，張冬有等[6]開發了黑龍江省自然災害風險評估系統，實現了對低溫冷害、旱澇災害分布和風險等級的評估。楊培生等[7]采用全新的微服務+Docker容器云平臺的技術架構開發了江西省農村基層洪澇災害監測預警平臺，該平臺具有水雨情監測、洪水風險評估預警等功能。王東明等[8]設計研發了國家地震災害風險防治業務平臺，該平臺充分利用地震風險分析模型、二三維一體化風險分析與展示、可視化分析等技術，可實現區域性地震災害風險評估。然而針對自然災害重點隱患綜合評估，目前主要是應用GIS軟件結合編程手段開展評估，尚未有成型的軟件，評估工作效率較低。

本研究為了提高自然災害重點隱患綜合評估工作的效率，結合我國自然災害實際情況，選取對我國有著重大影響的自然災害（包括地震災害、地質災害、洪水災害、臺風災害、風暴潮災害以及森林和草原火災六大災種）實現重點隱患評估。基于WebGIS技術設計研發自然災害重點隱患綜合評估系統，為自然災害重點隱患評估提供信息化支撐。

1? 系統架構和設計

1.1? 系統總體架構

系統采用B/S架構，在安全防護體系與標準規范體系的基礎之上，自下而上分為基礎設施層、數據接口層、資源池層、服務管理層以及應用層，如圖1所示。

（1）基礎設施層。提供支撐應用系統運行的軟硬件環境。

（2）數據接口層。對空間數據、屬性數據等進行統一管理，提供滿足各種服務的基礎數據以及整體架構的數據接口服務。

（3）資源池層。主要包括存儲資源、計算資源、地圖資源等，供應用系統的各個模塊使用。

（4）服務管理層。在系統實現時對公共服務進行了歸納和封裝，為應用系統提供各類通用功能。

（5）應用層。與用戶進行交互，實現數據集成、重點隱患評估以及成果管理等具體業務功能。

（6）安全防護體系。包括物理安全防護、應用安全防護以及數據安全防護等，為系統可靠性、數據安全性、保密性等提供保障。

（7）標準規范體系。包括開發規范、接口規范以及應用服務標準等，確保系統開發部署的規范性、完整性，也方便后期對系統功能的擴展。

1.2? 數據庫設計

數據庫采用PostgreSQL，包含空間數據擴展單元PostGIS，可實現對各種格式空間數據的存儲及管理，主要用于存儲行政區劃數據以及地震災害、地質災害、洪水災害等單災種調查評估獲取的基礎數據，如表1所示，所有數據在入庫前都要進行規范命名和統一投影預處理操作，另外將柵格數據空間分辨率統一為1 km。

1.3? 系統功能設計

系統功能模塊包括數據集成管理模塊、重點隱患評估模塊、成果管理模塊以及系統管理模塊等。數據集成管理模塊提供數據維護、查詢等功能，實現在線地圖瀏覽、放大、縮小、平移等基礎操作，同時可對空間數據、屬性數據進行地圖查詢展示。重點隱患評估模塊提供隱患指數與等級計算、隱患分區、隱患分類分級等功能。成果管理模塊提供評估圖件及報告制作管理功能。系統管理模塊提供用戶管理、權限管理、角色管理、系統日志等功能。系統功能設計如圖2所示。

2? 系統實現

2.1? 系統開發與運行環境

為了實現空間數據在線管理，基于系統總體架構，以WebGIS技術為基礎進行系統開發，該技術可以充分利用客戶端的計算資源，降低對服務器端的依賴，降低系統開發復雜度，同時能夠有效保證系統的可伸縮性[9，10]。系統開發及配置應用環境如表2所示。

2.2? 重點隱患評估模型

自然災害重點隱患評估包括隱患指數與等級計算、隱患分區、隱患分類分級三個流程。評估所需數據均為單災種調查評估數據，其中包括地震動峰值加速度、地震場地類型、地質災害危險性評價圖、洪水災害綜合風險R值分布圖、臺風危險性等級圖、可能最大風暴潮淹沒水深圖、森林和草原火災危險性等級圖等。若評估地區無相關災種，評估模型輸入數據中可去掉相應災種數據。

通過對各單災種數據進行標準化處理計算，獲取單災種隱患指數及等級數據，基于單災種隱患指數數據，運用K均值聚類模型，設置模型參數，得到多災種隱患特征聚類結果，劃分出隱患類型分區。結合單災種隱患等級數據，對各分區內的隱患特征進行統計，根據閾值對各區域的隱患類型組合及綜合等級進行判定，形成重點隱患分區分類分級成果圖。評估模型計算過程如圖3所示。

2.3? 系統核心功能

圍繞自然災害重點隱患綜合評估工作的實際需求，設計并實現了數據集成管理模塊、重點隱患評估模塊以及成果管理模塊三個核心模塊。

2.3.1? 數據集成管理模塊

該模塊可對自然災害重點隱患評估基礎數據、計算中間數據及成果數據進行統一管理，可在前端渲染展示空間數據（包括矢量、柵格等數據），同時可在線查詢數據的屬性信息。系統通過GIS“一張圖”，將自然災害重點隱患調查基礎數據和風險評估等級數據在一張工作底圖上疊加展示，可輔助系統用戶進行基礎數據和評估結果的疊加判讀，提高了用戶對評估結果進行比對核查的效率。系統主界面如圖4所示。

2.3.2? 重點隱患評估模塊

該模塊可輸入各災種調查評估數據，其中包括地震動峰值加速度、地震場地類型、地質災害危險性評價圖、洪水災害綜合風險R值分布圖、臺風危險性等級圖、可能最大風暴潮淹沒水深圖、森林和草原火災危險性等級圖等，可實現各災種隱患指數與等級結果的計算。同時可對多災種隱患指數結果應用K均值聚類算法進行聚類分區。依據系統設置閾值，結合聚類分區結果與各災種隱患等級計算結果，實現區域隱患等級判定，輸出區域重點隱患評估結果，同時在前端渲染顯示。

2.3.3? 成果管理模塊

該模塊可在線制作評估圖件，根據預定義制圖模板，插入圖件名稱、圖例符號，可在線預覽圖件并將圖件導出為圖片格式或PDF格式。同時可實現簡易評估報告的自動生成，用戶可在線輸入報告名稱、編制人員信息、日期信息等，根據預定義報告模板自動導出Word格式的簡易評估報告，提高評估工作的效率。

3? 系統應用

甘肅省舟曲縣是國家級三大地質災害多發縣，其主要災害類型為地質、氣象、地震、森林草原等，滑坡類地質災害密度高達0.052個/km2，是全國自然災害頻發縣。本研究將舟曲縣作為試點進行系統應用以評估系統性能。

3.1? 數據標準化

多災種致災隱患數據標準化評估數據為地震動地面峰值加速度、場地類別、地質災害危險性及森林火災危險性數值，格式為4個縣級標準網格圖層。

承災體隱患綜合評估標準化評估數據包括農村住宅、城市住宅、大中小學校舍、醫療衛生設施、商業中心及社會服務保障設施地震隱患指數，水庫（水電站）大壩、水閘工程、堤防工程的隱患等級。評估方法為先按照鄉鎮單元，對各承災體的一般隱患、重點隱患絕對數量及相對比例進行統計。

3.2? 系統評估結果

多災種致災隱患評估數據為地震動地面峰值加速度、場地類別、地質災害危險性及森林火災危險性數值標準化后的數據，通過規范中規定的評估方法對致災危險性數據進行轉換，形成致災隱患指數，再利用空間聚類分析方法并結合專家經驗，將舟曲縣劃分為多個相對均值的自然單元。舟曲縣多災種致災隱患評估結果如圖5所示。

承災體隱患綜合評估方法為先按照鄉鎮單元，對各承災體的一般隱患、重點隱患絕對數量及相對比例進行統計，再利用層次聚類方法并結合專家經驗，對舟曲縣各鄉鎮（街道）承災體的隱患強度類型進行區域組合類型劃分。舟曲縣承災體隱患評估結果如圖6所示。

舟曲縣大部分地區為重點或一般隱患區，類型及強度組合總體上表現為較為顯著的西南—東北空間分異格局。在舟曲的西南部、中部、北部曲瓦鄉、立節鎮、大峪鎮、果耶鎮、插崗鄉、南峪鄉、拱壩鎮等鄉鎮，存在重點等級隱患強度達1個災種的I級隱患區域，具體為地質（重點）—地震（一般）—林草（一般），在舟曲的東南部主要為Ⅱ級區域。

舟曲縣東部及南部主要為平原，人口及房屋等承災體廣布，西部及北部主要為山地及丘陵，地質災害多發。舟曲縣的承災體類型—強度區域組合呈現出顯著的西南—東北空間分異。其中，大峪鎮、立節鎮、憨班鎮、峰迭鎮、插崗鄉、博峪鎮等主要為農村區域，主要是房屋建筑物存在地震設防達標隱患及地質災害選址隱患等。位于中部的城關鎮為城鎮地區，那里的房屋及基礎設施受地質災害的影響。其他鄉鎮呈現出城鄉結合的特點，除房屋建筑物隱患外，還有4個三類水庫（水電站）大壩等。

綜合評估系統一方面提高了自然災害重點隱患綜合評估的工作效率，另一方面實現了數據的標準化和圖件的可視化，使成果數據的可遷移性和直觀性大大提升。

4? 結? 論

本文針對自然災害重點隱患評估工作需求，以WebGIS技術為基礎，設計并實現了自然災害重點隱患綜合評估系統，充分集成自然災害多災種重點隱患評估模型，能夠快速有效地進行地區自然災害重點隱患評估。方便從事災害評估的技術人員開展自然災害重點隱患綜合評估及成果應用工作，提高自然災害重點隱患綜合評估的工作效率，可為相關部門提供科學的決策依據。后續研究工作將立足于對系統評估成果交互性的完善，方便專家用戶對評估成果進行在線修正，使系統的最終輸出成果更加完善。

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作者簡介：李善飛（1990.07—），男，漢族，安徽蚌埠人，工程師，科室主任，碩士研究生，研究方向：災害防治。

收稿日期：2022-11-02