基于Web的热带气旋灾害信息管理系统的设计与应用*

刘合香，陈建伟

(广西师范学院数学科学学院，广西南宁 530023)

基于Web的热带气旋灾害信息管理系统的设计与应用*

刘合香，陈建伟

(广西师范学院数学科学学院，广西南宁 530023)

用基于Web的页面显示、业务逻辑、数据访问的B/S三层结构，在Microsoft SQL Server 2000和Microsoft Visual Studio 2005环境下设计开发了热带气旋灾害数据库信息管理系统。对不同类型的数据，采用多对多的数据映射关系，并以不同的方式进行不同的数据管理。为了将没有统一数据格式的热带气旋灾害信息源数据，能够正确地导入到SQL Server数据库中，编写了专门的C++程序对数据格式化，实现数据格式的BNF定义，同时，在系统的设计中，融入灾害评价方法模型供用户选择使用，并采取多项行之有效的措施以防止SQL注入式攻击。

热带气旋;灾害信息;数据库;SQL Server 2000;Visual Studio 2005

中国政府在《国家综合减灾“十一五”规划》［1］中明确提出，“十一五”期间(2006-2010年)中国减灾的主要任务之一是:加强自然灾害风险隐患和信息管理能力建设。要求建立完善自然灾害风险隐患数据库，编制全国灾害高风险区及重点区域灾害风险图等等。热带气旋是发生在热带洋面上逆时针急速旋转(北半球)并向前移动的大气涡旋。源于西北太平洋的热带气旋在为我们带来丰沛降水的同时，也给我们造成了如狂风、暴雨、洪涝、巨浪和风暴潮等自然灾害。随着热带气旋灾害造成的影响越来越大，人们越来越重视通过采取各种减灾行动对灾害进行风险管理。建立一个综合多种数据源的热带气旋灾害信息数据库，把涉及到热带气旋灾害领域的多种数据整合一起，通过管理、分析相关数据来达到对热带气旋灾害进行风险防范的目的［2-3］。本文在分析热带气旋灾害数据特点的基础上，以Visual Studio 2005为开发工具，在Net Framework平台上建立热带气旋灾害信息数据库，实现热带气旋灾害数据的信息管理。

1 热带气旋灾害数据库信息管理系统的需求分析

根据热带气旋灾害信息数据库的特点，在系统的需求分析中，主要分析普通用户、VIP用户(科研人员)和系统管理员之间的功能。

(1)为了方便普通用户了解任意一个热带气旋的灾情统计资料，系统给用户提供注册及登陆、更改个人资料和密码、最新的相关网站链接和热带气旋灾情信息，查询(检索)任意时段的地面观测、灾情统计的数值资料和图形资料，有兴趣还可以进一步查询灾情报道综述。

(2)防灾减灾的科学研究者的目标是对灾害的一些统计数据序列、地面观测数据、空间栅格数据等进行分析和研究，对相应的热带气旋灾害做评估和对未来的热带气旋灾害做预测。因此，系统为VIP用户(科研人员)提供的功能有可查询重要的热带气旋灾害统计数据及其序列、热带气旋灾害过程雨量数据图、热带气旋大风灾害数据图、热带气旋灾情的遥感影像图和数字栅格图，查询(检索)任意时段的地面观测等数据资料、受灾区划图形资料，还可以进一步查询地面观测和空间栅格等数据的综述。

(3)系统管理员的主要任务是要维护系统的正常运行，因此，管理员除了有管理网站如公告、留言板、服务条款等基本信息的功能外，还拥有和普通用户、VIP用户同样的功能，并且具有数据库的备份和还原数据库的数据库管理功能和对灾害数据进行补充、修正等功能。

2 热带气旋灾害数据库信息管理系统设计

2.1 系统的功能设计

根据对热带气旋灾害信息数据库的需求分析，为实现数据的存储、显示、查询(检索)添加、修改、删除、批量导出导入、管理和维护，需要进行系统前台与后台的功能设计。系统功能如图1所示。

图1 热带气旋灾害信息管理系统功能图

2.2 系统的结构设计

通过对系统需求、业务逻辑、数据层的分析，本系统采用Web三层结构进行设计开发。系统结构如图2所示。

图2 热带气旋灾害信息管理系统结构图

2.3 网站的安全防范设计

数据库是热带气旋灾害信息管理的核心部分，网站中所有的数据都保存在数据库中。计算机软硬件故障、口令泄密、黑客攻击等因素，都可能导致数据库系统不能正常运转，造成大量数据信息丢失，数据被恶意篡改，甚至使数据库系统崩溃。为增强系统的安全，建立良好的账号管理制度，首先，使用aspnet_regiis.exe注册工具加密web配置文件。其次，为防止SQL注入式攻击，主要采取以下措施:①删除SQL语句中的敏感字符;②利用参数来使用存储过程;③不提供IIS的执行权限;④提供public权限访问数据库，不提供sa的权限。

2.4 系统的数据管理设计

由于热带气旋灾害数据中，某些灾情统计数据具有多元性和一定的模糊性、不完备性，增加了数据库设计的复杂性，为了实现对热带气旋灾害多种数据进行综合管理，一方面，利用模糊信息优化处理技术［4］，挖掘尽可能多的有用信息，弥补信息的缺失。另一方面，采取多对多的映射关系，使某个热带气旋灾害对应多个不同的数据，包括属性数据、统计分析数据、空间数据等。某个数据也可以对应多个热带气旋，比如查询到灾情区划图中的某个受灾区域，可能对应与多个不同的热带气旋。

(1)热带气旋的属性数据 如灾情发生的时段、灾情发生的区域、农作物受灾面积、房屋倒塌间数、死亡人数、水利设施损失、直接经济损失等等，是热带气旋灾害信息数据库的基本组成部分，采用SQL关系数据库管理系统的格式化属性表进行存储管理。其数据结构根据各类数据的内容和结构建立关系表，并对各关系表建立索引，提高检索效率。

(2)热带气旋的统计分析数据 如历年农作物受灾面积统计、农作物成灾面积统计、农作物成灾面积占受灾面积的百分比，历年直接经济损失统计、社会生产总值统计、直接经济损失占社会生产总值的百分比，50年来影响某区域的热带气旋中形成灾害的个数统计，热带气旋灾害过程平均雨量和平均风速统计等等，是进一步对热带气旋灾害的评估进行数学建模和预测的重要参考依据。为了方便数值、直方图或折线图形式的数据与相关是空间数据进行比较分析，先将其处理成空间数据，然后按照空间数据中的栅格数据存储管理。

(3)热带气旋的空间数据 包括热带气旋灾情的遥感影像图和数字栅格图，灾情实况区划图、灾情过程雨量图、灾情风速风向图、这些数据既是高效的灾害监测手段，又对及时救灾和灾后重建起到重要的参考作用。ESRI提供的ArcSDE是一个连续的空间数据模型，可以提供对空间、非空间数据进行等效率的操作和数据服务，采用客户/服务器的计算体系结构，既支持矢量型空间数据，也支持栅格型的空间数据［5-6］。因此对于空间数据应用ArcSDE进行空间数据管理。

2.5 格式化源数据的设计

由于热带气旋灾害信息的源数据没有统一的数据格式，无法正确的导入到SQL Server数据库中［7］。因此，需要专门编写C++程序进行数据的格式化，下面为数据格式的BNF定义。

(1)输入信息

输入数据:: =〈数据〉eof

数据::={〈记录〉}

记录::={〈数据项〉}

数据项::=［〈数据项〉］［无用数据项］行结束符

数据项::=［无用数据项］［〈数据项〉］行结束符

无用数据项::=space tab其他非文字数据

(2)格式化输出信息

输出数据:: =〈数据〉eof

数据::={〈记录〉}

记录::={〈数据项〉}

数据项::=〈数据项〉tab 〈数据项〉cr

其中，“::=”表示定义为，“{}”表示重复，“［］”表示任选，“|”表示或者，“〈〉”表示非终结符，英文符号表示终结符。数据格式转换程序使用C++语言进行编程，其中，主要的数据结构定义为:

2.6 系统中评价方法模型的设计

通过编程实现目前较为成熟的通用的数学综合评价模型和灾害预测模型，系统根据评价对象和评价内容给出默认的评价方法，并允许用户选择其他评价方法以便于进行各方法之间评价结果的对比。评价方法模型基于模块化的思想设计，便于增加新的评价方法，有利于系统的更新和维护。主要的评价方法模型包括层次分析(AHP)法、模糊综合评判法、主成分分析法、灰色关联度分析法、遗传-模糊神经网络模型等［8-13］。

3 热带气旋灾害数据库信息管理系统的实现

3.1 系统开发及运行环境

为了能够在Internet上访问热带气旋灾情数据库，本系统采用B/S的模式进行开发，并且在设计时充分考虑到系统扩充的各种因素。系统采用三层构架进行设计开发，使得本系统有良好的扩展性，系统的开发运行环境如下:

(1)操作系统:Windows 2003 server;

(2)数据库:Microsoft SQL Server 2000;

(3)开发工具:Microsoft Visual Studio 2005;

(4)开发语言及平台:C#，.Net Framework;

(5)Web服务器:IIS 6.0。

3.2 系统实现的主要代码

(1)信息查询页面代码

(2)后台管理代码

4 结语

灾害信息数据管理是热带气旋灾害进行风险管理的重要技术基础。由于热带气旋灾害信息数据具有多元性、模糊性和不完备性，本文在分析用户和管理员功能的前提下，采用基于web的页面显示、业务逻辑、数据访问三层结构，在Microsoft SQL Server 2000和Microsoft Visual Studio 2005环境下设计开发了热带气旋灾害信息管理数据库。为了网站的安全和防止SQL注入式攻击，采取了多项行之有效的措施。对不同类型的数据，提出利用模糊信息优化处理技术挖掘更多有用的数据，采用多对多的数据映射关系，并以不同的方式进行不同的数据管理。为了将没有统一数据格式的热带气旋灾害信息源数据，能够正确地导入到SQL Server数据库中，采用专门编写的C++程序对数据格式化，实现数据格式的BNF定义，同时，在系统的设计中，还融入灾害评价方法模型供用户选择使用。本系统的设计结构合理简单实用，占用资源少，扩展性好，易于实现网络平台上热带气旋灾害信息的综合管理。

［1］ 国家综合减灾“十一五”规划［EB/OL］.(2007-09-26)［2009-06-01］.http://www.sdpc.gov.cn/fzgh/ghwb/ 115zxgh/P020070926535097977029.pdf.

［2］ 赵林，武建军.灾害风险防范数据库的设计与开发［J］.自然灾害学报，2008，17(1):44-48.

［3］ 李艳兰，欧艺，周绍毅，等.广西热带气旋灾害评估系统的开发与应用［J］.气象研究与应用，2008，29(4):1-3.

［4］ 黄崇福，王家鼎.模糊信息优化处理技术及其应用［M］.北京:北京航空航天大学出版社，1995.

［5］ 东北森林航空消防地理信息系统介绍［EB/OL］.(2008-10 -22)［2009-06-01］.http://blog.csdn.net/qing0991/archive/2008/10/22/3124118.aspx.

［6］ 银迎.地理栅格数据的空间数据库存储管理研究与实现［D］.长沙:中南大学，2006.

［7］ 刘芳，杨海滨，华薇娜.数据格式转换软件的设计与实现［J］.现代图书情报技术，2008，24(4):80-85.

［8］ 李春梅，罗晓玲，刘锦銮，等.层次分析法在热带气旋灾害影响评估模式中的应用［J］.热带气象学报，2006，22(3): 223-228.

［9］ 刘合香，徐庆娟.区域洪涝灾害风险的模糊综合评价与预测［J］.灾害学，2007，22(4):38-42.

［10］刘合香，黄鹄.基于模糊聚类分析的区域热带气旋灾害评估与预测［J］.广西师院学报:自然科学版，2009:26(1):67-71.

［11］李靖华，郭耀煌.主成分分析用于多指标评价的方法研究——主成分评价［J］.管理工程学报，2002，16(1):39-43.

［12］吴慧，陈德明，吴胜安，等.灰色关联分析在热带气旋灾害等级评估中的应用［J］.热带作物学报，2009，30(2):244-248.

［13］金菊良，魏一鸣，杨晓华.基于遗传算法的洪水灾情评估神经网络模型探讨［J］.自然灾害学报，1998，13(2):6-11.

Design and Application of A Web-based Information Management System for Tropical Cyclone Disaster

Liu Hexiang and Chen Jianwei
(College of Mathematics Science，Guangxi Teachers Education University，Nanning 530023，China)

Based on a B/S three-tier structure of user interface，business logical and data access，an information management system for tropical cyclone disaster is designed and developed under the environment of Microsoft SQL Server 2000 and Microsoft Visual Studio 2005.As to different types of data，many-to-many data mapping relation are adopted，and managements in different ways are conducted.In order to make tropical cyclone disaster information source data of no unified data format import SQL Server database correctly，special C++ program to format the data is made，and BNF definition of data format is implemented.At the same time，during the process of system design，a model of disaster evaluate method is provided for users to select and use，and many effective measures are taken to prevent SQL's injection attacks.

tropical cyclone;disaster information;database;SQL Server 2000;Visual Studio 2005

P444

A

1000-811X(2010)03-0110-04

2009-11-10

广西科学研究与技术开发计划项目“防灾减灾与应用示范”(桂科攻0993002-4);广西教育厅面上项目(200911MS151);

中国气象局新技术推广项目(CMATG2008M49)

刘合香(1962-)，女，副教授，山东茌平人，主要从事数学模型、灾害风险评估研究.E-mail:hx_post@126.com