基于IOM模型的暴雨災害經(jīng)濟損失評估系統(tǒng)設計

摘要：為了開展氣象災害經(jīng)濟損失及風險評估工作，文中提出一種基于IOM模型的暴雨災害經(jīng)濟損失評估系統(tǒng)。通過基礎數(shù)據(jù)的收集和分析，結合多學科的理論和知識，采用先進的算法與IOM模型，構建人機交互、分布式采集數(shù)據(jù)的暴雨災害經(jīng)濟損失評估系統(tǒng)，實現(xiàn)以社區(qū)為基本單元的災害直接、間接經(jīng)濟損失和減災服務效益評估。實驗結果表明：系統(tǒng)能夠自動生成典型受災區(qū)域的防御對策建議;其完全基于SOA服務體系架構的服務封裝和應用構建共享技術，具有優(yōu)秀的開放、可集成性;采用B/S結構的三層架構體系，用戶端不需要安裝軟件，通過瀏覽器即可使用系統(tǒng)各項功能。

關鍵詞：暴雨災害;經(jīng)濟損失;評估系統(tǒng);IOM;建立模型;人工智能

中圖分類號：TN911-34

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X（ 2019） 24-0075-04

0 引 言

研究表明，中國的極端降水事件趨多、增強，尤其在20世紀90年代，極端降水量比例趨于增大[1]。臺風、暴雨以及洪澇災害是我國東部沿海地區(qū)最嚴重的氣象災害，因此做好臺風和暴雨災害的災害評估，對于政府科學判定災害的綜合影響程度和評價減災效益均有重要的參考價值。伴隨國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國的城市化進程日益向前推進，城市數(shù)目增多、規(guī)模擴大，城市人口數(shù)量迅速增長。與之相應地，大量社會財富和經(jīng)濟活動也更加集中于城市，2017年社會固定資產(chǎn)投資中有96%集中于城鎮(zhèn)。密集的建筑群和不斷增加的人口，尤其是盛夏時節(jié)，空調、汽車尾氣更加重了熱量和氣溶膠的排放，使城市溫度高于郊區(qū)，形成“熱島效應”。近地面空氣加熱后，大氣不穩(wěn)定度增加，對流活動增多;城區(qū)空氣中凝結核較多，有利于雨滴的形成;城市的下墊面粗糙度大減慢降水天氣系統(tǒng)的移速，延長城區(qū)降水時間，形成“雨島效應”[2-5]。近年來國內(nèi)外許多學者對暴雨災害風險評估開展了大量研究，并取得了不少研究成果[6-10]。為此，開展高影響天氣氣象災害經(jīng)濟損失及風險評估工作，對指導社會經(jīng)濟、生產(chǎn)生活和科學有效的防災減災都具有特別重要的現(xiàn)實意義。

系統(tǒng)利用在線地圖平臺進行二次開發(fā)，所有地理信息、業(yè)務數(shù)據(jù)、指標體系全部存儲于關系型數(shù)據(jù)庫中。地理信息由系統(tǒng)管理員進行維護并自動生成地理圖層疊加文件;災情評估人員利用基礎信息錄入指標體系相關數(shù)據(jù)，調用評估模型進行災情直接和間接經(jīng)濟損失評估，系統(tǒng)自動生成評估報告供下載打印;歷次的災情數(shù)據(jù)自動錄入到災情數(shù)據(jù)庫中，供歸檔和查詢統(tǒng)計。普通用戶可以通過普通電腦利用瀏覽器訪問系統(tǒng)，可以查詢到開放的氣象災害統(tǒng)計情況。系統(tǒng)主界面如圖1所示。

1 系統(tǒng)結構

系統(tǒng)設計充分考慮業(yè)務與功能的緊密結合，并根據(jù)應用需求和設計原則，將系統(tǒng)總體結構劃分為四層，分別是數(shù)據(jù)層、對接層、應用層及用戶層。硬件網(wǎng)絡及通信技術體系、政策法規(guī)、規(guī)章制度、各種技術數(shù)據(jù)標準及系統(tǒng)安全保障體系則貫穿于全部四個層次。

1）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層由業(yè)務實體數(shù)據(jù)庫、字典庫、地理信息庫、非結構化數(shù)據(jù)、業(yè)務邏輯函數(shù)庫組成。

2）對接層。該層構成了本系統(tǒng)的應用服務平臺，是本項系統(tǒng)資源的管理者，也是服務的提供者，是業(yè)務應用的重要部分?？紤]到本項系統(tǒng)對數(shù)據(jù)共享和分發(fā)服務的需求，采用國際上流行的中間件技術設計開放的公共數(shù)據(jù)服務和應用服務平臺，符合系統(tǒng)自身的需求和擴展需求。

3）應用層。該層是面向氣象各類用戶，提供災情管理、易撈點管理、經(jīng)濟損失模型、產(chǎn)品報告管理、系統(tǒng)管理等。

4）用戶層。用戶層由業(yè)務人員、決策人員、管理人員、其他用戶組成。

整個系統(tǒng)的支撐技術包括.NET技術、MVC框架、數(shù)據(jù)分析挖掘、扁平化UI設計、GIS技術等。系統(tǒng)通過集成部署方式，安裝在氣象局服務器，其他用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)專線接入到氣象局網(wǎng)絡使用系統(tǒng)。

2 經(jīng)濟損失評估模型

2.1 直接經(jīng)濟損失評估模型

系統(tǒng)采用兩種途徑評估災害的直接經(jīng)濟損失。一是通過構建指標體系，采用多元線性回歸模型、模糊分析算法、灰色關聯(lián)模型，利用主成分BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型對歷史災情數(shù)據(jù)模擬加權，評估直接經(jīng)濟損失值或劃分災情等級;二是采用普查和抽樣調查相結合的方法，根據(jù)災損率曲線，計算不同水深情境下的直接經(jīng)濟損失值。

2.2 間接經(jīng)濟損失評估模型

該模型主要用于評估一次災害給不同產(chǎn)業(yè)帶來的間接經(jīng)濟損失。投入產(chǎn)出（Input/Output Model，IOM）模型一個突出功能是能夠模擬和計算災害對經(jīng)濟擾動產(chǎn)生的連鎖反應和波及效應。IOM模型基于投入產(chǎn)出矩陣，描述了經(jīng)濟系統(tǒng)的所有產(chǎn)業(yè)部門之間購買與消費經(jīng)濟流的交互作用，通過中間消費需求變化評估災害對一個或多個部門的經(jīng)濟影響。目前大部分投入產(chǎn)出表都是靜態(tài)型投入產(chǎn)出表，即計量單位采用貨幣計量單位的投入產(chǎn)出表，基本形式見表1。

從投入產(chǎn)出表來看，投入產(chǎn)出相互交叉形成行平衡關系、列平衡關系，這些行平衡關系或列平衡關系體現(xiàn)了同一部門的平衡關系和全社會的平衡關系。行平衡關系反映了各生產(chǎn)部門對某種產(chǎn)品的消耗量以及這種產(chǎn)品作為最終產(chǎn)品使用量的恒等關系。

3 功能模塊

系統(tǒng)共分為首頁、系統(tǒng)管理、災情信息、基礎地理信息、社會經(jīng)濟和防御對策、經(jīng)濟損失模型六大功能模塊。

3.1 首頁地理信息展示

首頁地圖分地形圖、行政圖和遙感圖三種底圖顯示;提供圖層控制工具欄，包括：易澇點、建筑處、社區(qū)中心。對易澇點的選擇提供多種方式：矩陣區(qū)域、正多邊形方式、圓形方式等。首面默認顯示龍華新區(qū)的行政區(qū)域。

3.2 災情記錄維護

提供通過易澇點快速定位災情記錄功能，能夠增加、編輯和刪除災情記錄;可以通過設置開始日期、結束日期和受災地點進行檢索災情，支持模糊查詢。

3.3 易撈點信息管理

易澇點主要信息包括：名稱、經(jīng)度、緯度和所在的社區(qū)，可以手動添加、編輯易澇點信息。

3.4 社區(qū)邊界管理

將社區(qū)的邊界通過若干個邊界點來進行逼近，每個點有經(jīng)度和緯度值，支持對邊界點的檢索和批量導人功能。

3.5 社區(qū)資產(chǎn)量管理

社區(qū)資產(chǎn)重要描述包括：所屬社區(qū)、所屬易澇點、所屬行業(yè)、資產(chǎn)類別和財產(chǎn)價值量。提供根據(jù)所屬行業(yè)、資產(chǎn)類別和易澇點的檢索功能，可以手動單個添加社區(qū)資產(chǎn)信息，也可以批量導入社區(qū)資產(chǎn)記錄，提供刪除社區(qū)資產(chǎn)記錄的功能。

3.6 間接經(jīng)濟損失模型管理

提供對農(nóng)林牧漁業(yè)、煤炭開采和洗選業(yè)、石油和氣開采業(yè)等若干行業(yè)之間的投入產(chǎn)出表的維護;可以批量導入投入產(chǎn)出表，提供檢索功能。該表被用來進行行業(yè)間接經(jīng)濟損失的計算。

3.7 直接經(jīng)濟災損率管理

直接經(jīng)濟損失與資產(chǎn)所在社區(qū)、所在易澇點和資產(chǎn)類別有關，不同的資產(chǎn)在各個水深下對應有不同的災損率，支持對災損率的單個錄入和批量導人，對于各資產(chǎn)已有的水深和災損率記錄可以給出水深和災損率曲線圖。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)采用MVC設計模式，其具有可移植性高、低耦合、高適用性和高重用性的特點。MVC將視圖層和業(yè)務層嚴格分離，允許更改視圖層代碼而不用重新編譯模型和控制器代碼，可快速響應系統(tǒng)的業(yè)務流程或者業(yè)務規(guī)則的改變。MVC模式允許使用各種不同樣式的視圖來訪問同一個服務器端的業(yè)務邏輯，包括任何Web（ HTTP）瀏覽器或者無線瀏覽器（WAP）。系統(tǒng)數(shù)據(jù)持久層支持多數(shù)據(jù)庫隨意切換，可快速響應不同的部署環(huán)境。

4.1 基礎地理信息加載到內(nèi)存

通過調用數(shù)據(jù)庫存儲過Pro_Getlnterest，將數(shù)據(jù)表中的易澇點加載到內(nèi)存表DataSource中。

DataTableIPRuleTable=sqIHelperLocal.ExecuteDatatable（ "Pro_Getlnterest”， queryParamters）

IPRuleTable.TableName=ftTablelt：

query.TotalCount=TypeHelper.Tolnt（ TotalCountParam.Value）;

ListDataSource=newList（）：

foreach（ DataRowrowinIPRuleTable.Rows）

{DataSource.Add（ newlnterest{

CommunitVCode=TypeHelper. ToString （ （row[”Community-Code”]）），

CreateTime=TypeHelper.ToDataTime（（ row[CreateTime】）），

InterestId=TypeHelper.ToString（（ row["Interestld”]）），

InterestName=TypeHelper.ToString（（ row[”InterestName”]）），

Lat=TypeHelper.ToDecimal（（ row[Lat】）），

Lon=TypeHelper.ToDecimal（（ row["Lon7]）），

OrderNum=TypeHelper.Tolnt（（ row[”O(jiān)rderNum”】）），

}）;}}

4.2 直接經(jīng)濟損失計算

計算某次災情的各資產(chǎn)直接經(jīng)濟損失，其中，re-cord.FloodDepth為本次水深，dicList為各類資產(chǎn)類別。

DisasterRecord record= query.QueryContent;

decimal depth= record.FloodDepth;

List result= new List（）;

DictionarVValueListQuery dictionaryValueListQuery = newDictionarYValueListQuery（）;

dictionarvValueListQuery. Dictionary=new Dictionary{ Dic-tionarVName=”PropertyType”};

List dicList=DictionaryManager. GetValues-View（ dictionaryValueListQuery）;

4.3 間接經(jīng)濟損失模型

計算某次災情的各資產(chǎn)間接經(jīng)濟損失，其中，In-dustryEconomicLossExt為各行業(yè)損失，Dictionary為行業(yè)分類。

DisasterRecord record= query.QueryContent;

string industryLoss= record.IndustryEconomicLossExt;

DictionaryValueListQuery dictionaryValueListQuery = newDictionaryValueListQuery（）;

dictionarvValueListQuery.Dictionary=new Dictionary{ Dic-tionaryName=”IndustryType”）;

List< DictionaryValue>listlndustryType=DictionaryManager.GetValuesView（ dictionaryValueListQuery）;

5 結語

本文給出了暴雨災害經(jīng)濟損失評估系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)方法，介紹了系統(tǒng)采用的理論模型、主要功能及實現(xiàn)方法。以后將進一步改善系統(tǒng)的人機界面，豐富統(tǒng)計分析功能，實現(xiàn)與氣象局其他業(yè)務系統(tǒng)的無縫對接，提供各類更具針對的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。力爭改善系統(tǒng)的用戶界面和數(shù)據(jù)輸入方式，提高系統(tǒng)的黏合度和用戶體驗。注重安全性考慮，對關鍵數(shù)據(jù)的操作提高認證等級，降低系統(tǒng)使用風險，保證后臺數(shù)據(jù)庫的安全性。

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作者簡介：孫彩云（1979-），碩士，實驗師，研究方向為無線傳感器、智慧化信息系統(tǒng)設計集成。