山洪災害調(diào)查評價數(shù)據(jù)管理與應用系統(tǒng)研究

嚴劍兵

(江西省安瀾工程咨詢有限公司，南昌 330000)

1 概述

江西省地處東亞季風區(qū)，地形地質(zhì)條件復雜，降水時空分布不均，極易形成局部強降雨導致山洪災害頻發(fā)多發(fā)[1]。江西省通過多年來山洪災害防治非工程措施項目建設，初步形成了一套較為完整的山洪災害防治體系，山洪災害群死群傷事件明顯減少，防御效果取得了顯著的提升。然而山洪災害防治是一項系統(tǒng)性、長期性工作，江西省通過前期實施的山洪災害調(diào)查評價項目已經(jīng)積累了大量的成果，如何應用到實際防汛工作中有效的發(fā)揮防災減災效應是亟需解決的關(guān)鍵問題。

為進一步深度挖掘及推廣應用山洪災害調(diào)查評價成果，本研究將充分利用已有資源，依據(jù)前期山洪災害調(diào)查評價成果，以危險區(qū)為核心，深入挖掘分析山洪災害調(diào)查評價實體對象及其對應關(guān)系[2]，以提升山洪災害調(diào)查評價成果管理和應用的信息化水平，逐步增強山洪災害防御能力。

2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

山洪災害調(diào)查評價數(shù)據(jù)具有專業(yè)性強、數(shù)據(jù)種類多、數(shù)據(jù)量大、管理應用難等特點。數(shù)據(jù)信息類型分文本型信息、數(shù)值型信息和圖形信息等3類[3]， 山洪災害調(diào)查評價數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分類如圖1所示。

圖1 山洪災害調(diào)查評價數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分類示意

2.1 文本型信息

文本型信息包括word、及txt格式文件，多是一些報告或是描述性、說明性的信息。存儲的目的主要是便于以后查詢、瀏覽以及與其他信息合并組成一種規(guī)定的格式，以便整體輸出。

2.2 數(shù)值型信息

數(shù)值型信息主要包括數(shù)字、excel格式文件，這類信息用途最廣。存儲的目的是為了后期查詢、核對、糾錯、調(diào)用、匯總、統(tǒng)計、計算時方便調(diào)用。

2.3 圖形信息

圖形信息包括數(shù)據(jù)結(jié)果出圖、照片等。存儲的目的是為了直觀展現(xiàn)相關(guān)信息，同時也為了與數(shù)值型信息和文本型信息有關(guān)聯(lián)性。

3 系統(tǒng)總體設計

3.1 設計思路

以危險區(qū)為核心，開展山洪災害調(diào)查評價成果應用和深入挖掘分析，對各類關(guān)鍵信息進行匯總與關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)數(shù)據(jù)的概化、抽取和融合，實現(xiàn)海量山洪災害調(diào)查評價數(shù)據(jù)的高效管理和有效應用。

在數(shù)據(jù)分發(fā)方面，采用專業(yè)的數(shù)據(jù)同步和交換中間件實現(xiàn)各數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)同步，同步的數(shù)據(jù)按國家及水利部頒布的最新標準進行整理入庫，然后進行集中管理、統(tǒng)一更新和運行維護[4]；同時將整理后的符合行業(yè)標準的數(shù)據(jù)分發(fā)給各數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位和使用單位共同使用。為實現(xiàn)海量專題數(shù)據(jù)快速渲染，根據(jù)區(qū)域的面積和劃分的網(wǎng)格尺寸大小的不同，將整個江西省會劃分生成大量的不規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)；為了優(yōu)化基于B/S結(jié)構(gòu)的海量網(wǎng)格專題數(shù)據(jù)渲染的響應時間，采用預加載、瀏覽器緩存、同類合并等技術(shù)解決方案[5]，實現(xiàn)了基于GIS的海量專題數(shù)據(jù)快速加載渲染。在數(shù)據(jù)應用[6]方面，主要體現(xiàn)在三個方面：一是數(shù)據(jù)集成方式為數(shù)據(jù)統(tǒng)計的精確性奠定基礎；二是以數(shù)據(jù)模型對象編碼和關(guān)聯(lián)關(guān)系為核心，采用多種查詢方式查詢山洪災害調(diào)查評價成果數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)瀏覽、統(tǒng)計、對比、分析提供工具，三是通過回歸分析找出變量間的關(guān)系，利用多維信息關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)、因果、尺度效應等潛在信息[7]。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用B/S體系結(jié)構(gòu)，基于WebGIS技術(shù)的網(wǎng)絡瀏覽器應用模式和可視化的空間圖形操作界面，提供直觀、清晰、方便、靈活的系統(tǒng)操作和控制環(huán)境。根據(jù)系統(tǒng)的業(yè)務特點，其設計采用分層方式，整個系統(tǒng)分為4層：應用層、認證層、服務層和數(shù)據(jù)層[8](見圖2)。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)示意

3.3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主要業(yè)務功能分為數(shù)據(jù)管理與分析、一張圖展示、成果更新與維護及系統(tǒng)管理等。

3.3.1數(shù)據(jù)管理與分析

1) 調(diào)查評價成果管理

調(diào)查評價成果包括山洪災害省市縣三級的“一圖一表一報告”、山洪災害調(diào)查數(shù)據(jù)、山洪災害分析評價成果等[9]。

本模塊將山洪災害調(diào)查評價的數(shù)據(jù)以表格的形式統(tǒng)計匯總，用戶能由省、市、縣、鄉(xiāng)逐級查詢，并能逐級導出各類表格數(shù)據(jù)，各表格的形式參照調(diào)查評價項目中的各類數(shù)據(jù)表格形式。同時將防治區(qū)企事業(yè)單位、溝道斷面等點狀和線狀數(shù)據(jù)以圖層的形式在圖中分層疊加顯示，各圖層要素相對獨立[10]，用戶能查看轄區(qū)內(nèi)山洪災害相關(guān)信息，也可根據(jù)用戶需求開啟或關(guān)閉相關(guān)圖層，各要素標識符號采用國家山洪項目辦規(guī)定的符號。

2) 關(guān)聯(lián)分析

① 危險區(qū)統(tǒng)計匯總

該模塊主要是從行政區(qū)劃和流域兩個層次統(tǒng)計匯總轄區(qū)內(nèi)的危險區(qū)數(shù)量、人口等信息。以按流域?qū)哟谓y(tǒng)計匯總為例，用戶可選擇某條小流域(200 km2以上的小流域)，能自動統(tǒng)計該條流域內(nèi)山洪災害的相關(guān)信息。以黎川縣資福水(流域面積247 km2)為例，危險區(qū)統(tǒng)計見表1所示。

② 關(guān)聯(lián)展示

該模塊融合匯聚全省山洪調(diào)查評價成果數(shù)據(jù)，基于屬性的關(guān)聯(lián)、位置的拓撲和業(yè)務關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立包括“危險區(qū)-歷史山洪災害-歷史成災水位”“沿河村落居民戶-高程人口分布曲線-雨量/水位預警閾值”、“危險區(qū)-雨量/水位監(jiān)測站”、“危險區(qū)-預警設施設備”關(guān)系，實現(xiàn)各個成果的關(guān)聯(lián)挖掘及展示，以山洪災害風險防御“一張圖”形式呈現(xiàn)[11]，提供宏觀的全省的山洪災害風險專題一張圖服務。

以“危險區(qū)-雨量/水位監(jiān)測站關(guān)聯(lián)”為例，將山洪災害危險區(qū)關(guān)聯(lián)的各監(jiān)測站點以統(tǒng)計表的形式展示，單擊表格中危險區(qū)能展示危險區(qū)詳情信息，單擊監(jiān)測站點能展示該站點的水雨情相關(guān)信息。以龍虎山西源村肖家自然村為例，關(guān)聯(lián)危險區(qū)與監(jiān)測站點關(guān)聯(lián)統(tǒng)計見表2所示。

表1 黎川縣資福水流域山洪災害危險區(qū)情況統(tǒng)計

表2 危險區(qū)與監(jiān)測站點關(guān)聯(lián)統(tǒng)計

③ 檢索查詢

檢索查詢功能主要包括精準查詢和模糊查詢功能，精準查詢按照成果類型分為調(diào)查對象查詢、分析評價對象和文檔對象查詢[12]。

調(diào)查對象查詢是輸入相關(guān)信息后能自動定位該對象并閃爍提醒，定位調(diào)查對象所在位置后，可顯示出調(diào)查對象詳情，可實現(xiàn)圖到表，表到圖的查詢功能；分析評價對象查詢是定位分析評價沿河村落位置后，在地圖上顯示危險區(qū)(轉(zhuǎn)移路線、安置點)、沿河村落居民戶、測量斷面、歷史洪痕圖等。文檔對象查詢是指通過查詢顯示項目建設方案、調(diào)查工作報告、分析評價工作報告、調(diào)查成果報告、分析評價成果報告、審核匯集工作報告等WORD、PDF 形式相關(guān)文檔，可在線瀏覽、下載、打印。

3.3.2一張圖展示

1) 專題要素分布

專題要素包括危險區(qū)、自動監(jiān)測站點、無線預警廣播、簡易雨量站、簡易水位站、水庫、堤防、水閘、防治區(qū)企事業(yè)單位、歷史山洪災害、需防洪治理山洪溝等要素。通過提供的圖層要素面板，勾選需要展示的圖層信息，根據(jù)圖層勾選狀態(tài)，相應圖層信息依次疊加在地圖上。采用密度圖、分布圖和統(tǒng)計圖三種展示方式從政區(qū)和流域兩個維度在GIS地圖上進行多維度的分析、統(tǒng)計、展示及相關(guān)要素關(guān)聯(lián)查詢[13]。同時可根據(jù)縮放比例不同，選擇適合大小的圖層符號、顏色和和地圖元素進行標注。以危險區(qū)專題要素展示為例，危險區(qū)分布將分析評價成果中的沿河村落危險區(qū)作為分析主體，采用密度圖、分布圖和統(tǒng)計圖相結(jié)合的方式，從政區(qū)和流域兩個維度在GIS地圖上進行多維度的分析、統(tǒng)計、展示及相關(guān)要素關(guān)聯(lián)查詢。同時利用飄窗以及彈框等多種樣式，給用戶查看專題的詳情信息等。江西省危險區(qū)要素的密度展示見圖3。

圖3 危險區(qū)要素的密度圖展示示意

2) 危險區(qū)展示

危險區(qū)展示主要是對山洪災害危險區(qū)進行展示，危險區(qū)為地圖顯示最小單位，危險區(qū)展示包括危險區(qū)范圍、轉(zhuǎn)移路線和安置點等。

① 選擇任意危險區(qū)，能展示該危險區(qū)相關(guān)聯(lián)的所有信息包括“一表四圖”，即危險區(qū)關(guān)聯(lián)信息統(tǒng)計表、危險區(qū)控制斷面圖、危險區(qū)劃分示意圖、危險區(qū)防洪現(xiàn)狀評價圖、預警雨量臨界曲線圖。危險區(qū)關(guān)聯(lián)信息統(tǒng)計表樣例見表3所示，選擇表中“泥灣”能展示該站點水雨情相關(guān)信息，選擇企事業(yè)單位、預警設施設備等統(tǒng)計的數(shù)字能展示相關(guān)企事業(yè)單位、預警設施設備的詳情；危險區(qū)相關(guān)示意見圖4，能放大展示。

② 選擇轉(zhuǎn)移路線能顯示所屬危險區(qū)、轉(zhuǎn)移路線長度等信息。

③ 選擇安置點能顯示所屬危險區(qū)、安置點能容納人數(shù)、危險區(qū)人數(shù)等信息。

表3 危險區(qū)關(guān)聯(lián)信息統(tǒng)計表樣例

危險區(qū)控制斷面示意

危險區(qū)劃分示意

危險區(qū)防洪現(xiàn)狀評價示意

預警雨量臨界曲線示意

3.3.3成果更新與維護

1) 新數(shù)據(jù)錄入

當開展新場次洪水調(diào)查后，由調(diào)查單位將相關(guān)數(shù)據(jù)采集、分析計算后，將成果進行數(shù)據(jù)審核，審核完成后將數(shù)據(jù)文件和多媒體文件更新至調(diào)查評價原始數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)采集—審核—入庫流程見圖5。

2) 成果數(shù)據(jù)更新

成果數(shù)據(jù)更新主要針對調(diào)查的基本數(shù)據(jù)，由于山洪災害調(diào)查最早開始于2014年，距今已有7 a之久，部分數(shù)據(jù)與現(xiàn)今有較大出入，本模塊提供數(shù)據(jù)更新完善功能。

可更新的內(nèi)容包括社會經(jīng)濟情況、危險區(qū)基本情況、“防治區(qū)—重點防治區(qū)—危險區(qū)—沿河村落居民戶”、“防治區(qū)—危險區(qū)—雨量/水位預警閾值”、“危險區(qū)—歷史山洪災害—歷史成災水位”、“沿河村落居民戶—高程人口分布曲線—雨量/水位預警閾值”、“危險區(qū)—雨量/水位監(jiān)測站”、“危險區(qū)—預警設施設備”等關(guān)聯(lián)分析表及危險區(qū)雨量、水位預警指標的修訂。數(shù)據(jù)更新流程如圖6所示。

圖5 數(shù)據(jù)采集—審核—入庫流程示意

圖6 數(shù)據(jù)更新流程示意

3.3.4系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理實現(xiàn)平臺訪問與管理的分級管理功能，包括用戶管理和權(quán)限管理等功能[14]。實現(xiàn)基本的用戶添加、刪除功能；對用戶使用與數(shù)據(jù)操作權(quán)限的管理和配置，實現(xiàn)平臺的多級權(quán)限管理機制。

4 結(jié)語

依據(jù)前期山洪災害調(diào)查評價成果，以危險區(qū)為核心，深入挖掘分析山洪災害調(diào)查評價實體對象及其對應關(guān)系，基于WebGIS技術(shù)設計了江西省山洪災害調(diào)查評價數(shù)據(jù)管理與應用系統(tǒng)，系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)管理與分析、一張圖展示、成果更新與維護、系統(tǒng)管理等功能模塊。該系統(tǒng)盤活了海量調(diào)查評價數(shù)據(jù)，提高了基層防汛人員對山洪災害調(diào)查評價數(shù)據(jù)的使用效率，現(xiàn)已于江西省各級水旱災害防御部門獲得推廣應用，同時可為其它地區(qū)開展相關(guān)應用提供借鑒和參考。