基于GIS 的灾害文献史料数据库构建与可视化实现研究——以日本灾害事例数据库为例

董 强

(上海海关学院，上海 201204)

0 引言

随着全球气候的持续多变，极端灾害风险发生的概率愈发增大。 缘于灾害风险成因的复杂性、灾害发生的突然性、灾害效应的严重性、灾害评估的不确定性等因素，使得灾害风险显现出高强变异、关联偶然、时空交错、多灾种耦合等特点。如何有效应对灾害风险、捕捉并辨识其演变规律，已成为全球灾害风险管理研究的重要问题。 中国是自然灾害极为严重的国家，也是最早开展自然灾害研究的国家。 近五千年中华文明的沉淀和累积，为人类灾害史研究贡献了系统、连续、详实的灾害文献史料。 历代政府在编修正史的过程中，编纂有“灾异志”“五行志”，以及“救荒”“赈济”等篇目，以记录发生过的重大自然灾害，从而擘画出长达千年的灾害系谱。 目前这些珍贵的文献史料，大多庋藏于我国各类图书馆及档案馆之中。如此海量且丰富的公牍、舆图、报刊、影像、照片、口述资料等，散见于地方志、文集、救荒书、水利报告书等文献史料之中。 鉴于此，研究工作者应充分利用现代大数据思维和云计算技术，突破既有的目录检索与文献展阅数据库建设思路，构筑起以GIS 地理信息系统与可视化实现技术为主体的数据平台，力求突破传统数据库检索的扁平式输出模式，转而以立体化、多维面、动态性的空间形式呈现，从而满足相关科研机构、政府及公众对灾害文献史料研究的亟需。

寰顾全球，日本在此领域研究已步入前列。日本因地处太平洋沿岸及地震断裂带沿线，常年遭受地震、台风、海啸、风暴潮、洪水、泥石流等重特大自然灾害侵袭，地震灾害尤为严重。 相关研究数据表明，全球每5 次地震，就有1 次发生于日本本土或周边海域。 日本国土面积仅为世界陆地面积的0.25%，但6 级及以上大地震的发生概率却占世界地震总数的20.8%[1]。 据统计，日本每年发生地震多达1500 次以上，其中震级达3 级以上的有感地震，平均每天就高达4 次[2]。 作为地震频发国，日本从有文字稽考以来就连续记载过地震灾害。 受中国文化传播影响，历史上日本也遗存有数量可观、体系完备的灾害文献史料，这些资料散落于各县(都、府、道)以及市、町(村)的图书情报机构。 为了整合和优化灾害文献史料的研究及服务功能，日本防灾科学技术研究所在现有丰硕馆藏资料的基础上，萃聚国内各图书情报机构典藏的灾害文献史料，运用GIS 技术和可视化展示平台，以数据共享的形式，为科研机构和社会公众提供强有力的灾害情报服务。 本文将介绍和探讨日本在灾害文献史料数据库建设方面的成功经验，以期为我国大数据时代下GIS 灾害史料数据库与可视化实现建设研究提供镜鉴。

1 日本防灾科学技术研究所的馆藏资源利用

1.1 日本防灾科学技术研究所概况

日本防灾科学技术研究所是由日本文部科学省所设立的灾害专业研究机构，前身是1963 年成立的防灾科学技术中心，1990 年经改组后成立研究所[3]。 防灾科研所的总部位于茨城县筑波市，内设8 个基础研究部门、7 个研究开发中心以及相关行政管理部门，同时在全国各地均设有观测点及实验场所。 防灾科研所秉持“保护人类免受灾害影响，旨在从灾害中吸取教训，实现一个持续发展的抗灾社会”的服务宗旨，主要开展6 个领域的研究:一是利用国际地震和火山观测网数据，对地壳活动和火山喷发进行预警和评估，并开展相应的防灾研究；二是利用多参数雷达系统，对风灾、水灾，以及泥石流、滑坡等斜坡灾害开展研究；三是利用台风预警监测系统，对台风灾害进行灾前预报和灾后评估，并开展防台风综合应急能力研究；四是利用灾害风险信息系统和防灾支援信息系统，开展提升区域综合防灾能力建设研究；五是利用灾害应急管理情报数据共享平台和高度即时地震信息传输网平台等载体，开展灾害信息协同联动及共享机制研究，并研发相关的灾害应急类产品；六是从事灾害情报资料的收集、整理和研究，并做好灾害应急管理的人力资源开发和人才培养，面向公众的宣传和教育工作。

1.2 日本防灾科学技术研究所馆藏资源及其利用

防灾科研所拥有丰富的灾害文献史料资源。 防灾科研所图书馆不仅是所内重要的馆藏资源中心，也是日本国内屈指可数的灾害情报资料典藏和研究机构，主要从事自然灾害、防灾减灾、灾害应急处置与评估、灾害文献史料等方面的情报收集与整理工作。 该馆的藏书量及实物藏品量多达10 万件以上，主要拥有5 大类资源:一是与防灾科技相关的国内外学术报刊；二是国内外重大自然灾害资料，如灾害记录、报告书、口述资料、航拍照片、地图、地方新闻等；三是与自然灾害相关的主题图库，如灾害状况图、地质勘察图、灾害地形分类图，以及历代编纂的舆图、水利图等；四是与防灾科技相关的专题文献及行政文书；五是与防灾教育相关的学习资料，如教科书、儿童读本、绘画读本、连环画、漫画等防灾教育读物。

馆内文献资料管理方式，改变了既往的传统图书分类模式，凸显专题资料特点，构建起8 类资源分区，即灾害记录区、灾害地域区、灾害研究报告区、灾害地图区、日文灾害报刊杂志区、外文灾害报刊杂志区、灾害图片区、防灾研究学术刊物区等。 防灾科研所图书馆还设置有自然灾害情报室，主要从事编印论文集、研究报告、专题调查报告等方面的工作，以及开展国际间的交流与合作。防灾科研所图书馆还积极面向社会公众开展公益宣讲和教育活动，如定期在场馆内开展防灾减灾知识讲座、地震灾害应急处置与演练、灾害情报学习会等活动，并不定期前往幼儿园、中小学、社区等开展灾害预防教育。

2 灾害事例数据库的平台构建及其设计思路

2.1 灾害事例数据库的平台构建

1999 年4 月，防灾科研所成立防灾研究数据中心，主要从事灾害信息数据的采集及编码工作；2003 年，防灾科研所图书馆研发了一套OPAC 书目检索系统，首次对馆藏灾害文献史料进行数字化编辑；2013 年，防灾科研所组建研究小组，利用丰富的馆藏资源，整合国内相关图书情报机构，运用大数据分析及GIS 地理信息技术，研发了一套体系相对完备、资源覆盖面相对较广的灾害文献史料专题数据库；2015 年，灾害事例数据库正式上线运行[4]，它收录了从公元416 年至2014 年间日本所记录的灾害事件，数据源覆盖从中古到现代的整个日本灾害史料库，共计58000 条，相关数据还在持续更新中(见图1)。

灾害事例数据库除具备常见的文献检索与展阅功能外，最引人瞩目的是“灾害年表地图”程序。 这一应用程序以2013 年1 月1 日所确立的日本行政区划为基本单位，利用国土交通省所属国土地理院颁行的GIS 地图为底图，以web 地图的浏览形式，周详显示出全国某一区域内所发生过的自然灾害事件，以及颁行并实施的地域防灾计划。 用户既可以查阅某一市、町(村)的历史灾况及灾情数据，也可查阅县(都、府、道)整体的被灾情况。

2.2 灾害事例数据库的信息编码及数据结构

2.2.1 灾害事例数据库的信息编码

信息编码是构建数据库系统的基础性工程。灾害事例数据库将灾害分为6 大灾种、32 个灾类。 所收录的灾种类型，并非全灾种类型，而主要是日本常见的5 类灾害，即地震灾害、火山灾害、风暴潮灾害、斜坡灾害(包含崩塌、滑坡、泥石流等)、冰雪灾害(包含暴雪、冰雹、霜冻、雪崩等)，及其他类型灾害，如雷击灾害和季节性气候突变等[5]。 值得一提的是，灾害文献史料中的灾种类型与现代灾害学中的灾种类型并非完全一一对应。 囿于历史文献史料对各类灾害的记录名称并不统一，需要数据库设计者做好史料甄别和逻辑值的设定，依据文本描述的成灾表征及致灾因素综合判断其归属。 因此，这一问题无疑给信息编码工作增加难度。 灾害事例数据库充分借助机器学习的新技术，运用模糊理论和逻辑判断等方法，使系统逐步掌握一定量级的词库，从而实现自动识别与归类，进而确保数据的统一性。

此外，灾害文献史料体系庞杂、种类繁多，数据来源十分复杂，主要涵盖原始文献数据和原始记录数据两大类。 原始文献数据，主要指存储包括文档、图片、网页、影像等类型的文献资料；原始记录数据，主要指存储从各类史料中所摘录的相关信息。 原始记录数据是灾害史研究的基础性素材，需要实现可检索、可查阅、可校核等功能。 原始文献数据是灾害史研究的辅助性素材，需要实现与原始记录数据间的相互链接，由此形成一定的勾稽关系。

2.2.2 灾害事例数据库的逻辑结构和数据类型

灾害事例数据库的逻辑结构大致分为4 个部分:一是被灾地的查询和检索，主要通过web 页面检索形式，查询现行行政区域的被灾地，或利用GIS 地图检索形式，直击所需查询的被灾地；二是依据被灾地，检索历史灾害事件及灾情概况、地质地貌特征等信息；三是选定某一时间区间，评估灾害危险概率及灾损严重程度，并比照现行制定的防灾应对举措，进行综合判断和评估；四是选取所需的数据类型和显示项目，以生成查询数据报表。

灾害事例数据库的数据类型，主要分为7 个大项目，22 个子项目，具体包括:(1)事例编号，即灾害事例的ID 编码，主要用于对灾害事件的管理。 (2)灾害名称，主要分为灾害固有名称、气象厅命名的灾害名称、文献记载名称。 (3)灾害发生时间，主要指灾害发生的年月日和具体时刻，以及灾害发生的周期长短，包括发生期、持续期、影响期等。 在灾害发生时间的年份记录方面，主要采用公历纪年法和日本年号纪年法两种。 (4)灾害发生场所，主要指灾害发生的历史文献记载地名和现行行政区划地名。 (5)灾害类别，即上述的6 大灾种和32 个灾类。 (6)被灾情况，主要指被害人数(如死者人数、失踪人数、负伤者人数)、建筑物受损情况、城市基础设施受损情况(如道路、桥梁、船舶，以及其他基础设施)、农作物受损情况、灾害损失金额(如元、两、石等)。 (7)灾害事件的文献出处，如史料编纂的作者、出版年份及其他相关信息。 上述数据信息，可由系统自动生成查询报表，以备预览和打印。

2.3 灾害事例数据库的设计思路

一是展现了灾害的时空分布情况。 加强灾害时空分异规律及其形成机理研究，是灾害史研究的基本要义。 既往的研究工作者，需要从大量的文献史料中提炼和比对数据，给研究工作造成一定的困难。 灾害事例数据库综合运用GIS 空间地理分布图和灾害年表时间分布图，将两者整合于同一展示架构内，依托庞大的灾害文献史料数据，对灾害系统的空间地理分布情况和灾变演进规律等进行逻辑判断，输出研究结果，从而为深入研究灾害的时空分异规律及其形成机理提供便利。

二是展现了灾情概貌及其特征。 从宏观视阈探析灾情概貌及特征，对我们总结和分析灾害发生及流变过程具有显著意义。 既往的研究方法，需要从单调的文本叙事中捕捉和爬梳灾情记录。囿于文献史料的碎片化和零散化特点，使得研究工作者缺乏整体性研究思维，以致无法准确把握灾情概貌及其特征。 灾害事例数据库通过可视化实现技术，使研究工作者更为直观的明晰灾害的孕灾环境、致灾因子、承灾体和灾况信息，进而开展全方位、多角度、动态化的直观分析，从而为分析灾情概貌及其特征提供依据。

三是展现了灾损及灾害评估情况。 灾害史研究最大的难点就是如何精准、全面的分析灾损情况，并结合现代灾害评估体系做出科学判断。 灾害事例数据库充分利用现代灾害学研究成果，构建起灾害评估模型，并运用大数据分析和逻辑判断等方法，进而呈现灾损情况及灾害评估结果。研究工作者利用这一技术，可以对地质灾害等级、气象灾害程度，以及建筑物及基础设施等灾损情况开展有效评估，从而为韧性城市建设和社区防灾减灾能力提升提供历史思维。

3 中国灾害文献史料数据库和GIS 历史地理数据库的建设概况

近年来，我国相关科研单位和高校已着手开展灾害文献史料数据库建设，主要开展历史上的气候演变及灾害文献史料的数字化处理，以提供目录检索和文献展阅服务。 已研发并运行的数据库主要有:中国气象局组织研发的“中国历史气候基础资料系统”数据库，中国科学院地理科学与资源研究所研发的“过去2000 年环境变化数据库”，中国水利水电科学研究院组织研发的“水旱灾害网络共享数据库”等[6]。 这些数据库的建立，为探究中国历史气候演变及成因机理，以及灾害的时空分异规律提供帮助。 囿于技术条件的时代受限，上述数据库在研发过程中并未充分利用GIS 和大数据分析等技术，以致在使用功能方面有所缺憾。

事实上，中国也不乏与国际间开展GIS 历史地理数据库研发的经验。 最具典型的，就是由复旦大学历史地理研究中心联合美国哈佛大学、加州大学伯克利分校等技术力量，合作研发的中国历史地理信息系统(China Historical GIS，CHGIS)数据库[7]。 这一数据库，以著名历史地理学家谭其骧所编纂的《中国历史地图集》为基础数据源，以国家测绘局所颁行的GIS 地图为底图，构建起横贯中国千年历史的基础地理信息数据库，从而为相关研究者提供时空量化分析及模块化查询服务。 香港中文大学利用晚明(1550—1644 年)松江地区(今上海市)棉纺织业研究成果，将松江府所属县、市镇等区域内的人口、交通、工商业等业态分布情况，以GIS 地理信息平台的形式予以展现，研发了晚明松江地区历史地理信息系统数据库[8](Ming songjiang GIS，MSJGIS)，由此构建起时空交融的微观历史地理信息数据库。 台湾地区的历史研究机构研发了中华文明时空基础架构系统[9]，综合运用谭其骧所编的《中国历史地图集》和现代遥感卫星地图等资源，整合汉籍电子文献系统、明清地方志联合目录数据库系统等，从而精准定位历史时空下的中华文明演进脉络。 此外，他们还利用日本在台湾殖民时期所编纂的经济统计资料及地方志文献史料，辅以遥感测绘影像地图，研发了台湾历史文化地图系统[10]。

4 日本灾害事例数据库建设的启示

寰顾国际学界，日本灾害文献史料数据库的建设和研究起步较早，数据库平台运行周期较长，数据整理和信息编码工作已成规范，数据源的获取与更新机制渐成体系，并积累了较为丰富的经验，可为我国同类数据库的设计与建设提供范本。以日本灾害事例数据库(DEDB)的设计思路与逻辑体系为例，笔者认为应当从以下方面加强我国相关领域研究:

一是充分依托GIS、大数据和区块链等现代信息技术，开发一套适应中国历史灾害演进规律及其特征分析研究的灾害文献史料数据库。 地理信息系统(GIS)这一概念率先由加拿大地理学家汤林森(Roger Tomlinson)于1963 年所提出，此后在他的主持和规划下，加拿大在1971 年研发了自己的地理信息系统(CGIS)，主要用于管理和规划本国自然资源，这是全球首个地理信息系统[11]。如今，运用GIS 技术是目前国际通行的设计理念，但随着大数据及区块链技术在实践运用中的成熟，我国在设计相关数据库时应当充分汲取前沿科技，以推动灾害文献史料数据库建设的跨越式发展。

二是运用GIS 等最新的地理信息技术，以实现对灾害文献史料的数字化重构与再现。 我国拥有海量、多样的灾害文献史料，但是史料分布较散、缺乏体系性，研究工作者不易萃取并整合利用。 这就需要我们在建设数据库的同时，同步开展灾害文献史料的搜集和整理工作，并借助数字化技术，以帮助研究工作者查究灾害史研究领域的弱点和盲点，以期拓展灾害文献史料的深度和广度。

三是充分利用现有的灾害学研究理论和GIS空间数据模型，从而更加科学、有效的推进历史灾情研究。 学界既有的研究，大多聚焦于历史灾情的孕灾环境及其成因分析，对历史灾情背后的演进规律缺乏深入探讨，主要缘由在于相关文献史料匮乏、记载不详。 日本灾害事例数据库的研究团队，并非单纯实现数据的查询和展阅功能，而是注重利用现有数据，通过模型构建和态势推演，以实现对文献史料的整体性把握和灾情演进规律的科学推理，这一做法值得国内研究工作者所借鉴。

四是充分利用云计算和人工智能技术，以帮助研究工作者证实或证伪既往研究所得出的结论，以期提升灾害史研究的准确性和科学性。 这就需要研究工作者，一要科学甄别灾害文献史料的真伪，以期满足相关研究亟需；二要对既有研究结果或结论进行逻辑运算和数据推演，以科学验证相关成果，从而实现数据库的功能再造。

5 结论

综上所述，我国灾害文献史料具有数量多、分布广、连贯性强、灾情信息周详等特点，因此有必要构建灾害文献史料数据库，并实现社会化共享，以满足各类研究所需[12]。 然而，目前国内灾害文献史料数据库大多仅限于目录检索和文献展阅功能，已研发的GIS 历史专业数据库则偏向于历史地理领域。 因此，尚缺乏一个运用GIS 地理信息系统和可视化实现技术以记录灾害发生全过程，以期揭示成灾机理、孕灾环境、致灾因子、灾损情况、韧性恢复等要素的综合性灾害文献史料数据库，从而更好地满足研究工作者对历史气候演变、灾害分异规律、防灾减灾经验等多方面研究的资料需求。

从研究实践看，构筑起GIS 灾害文献史料数据库并实现可视化功能，具有3 个方面的优势:一是发挥GIS 地理信息系统在灾异空间分布规律研究中的作用，通过深掘史料资源的数字化潜能，以实现灾害文献史料的多样化信息保护和传播，进而增强灾害与历史话语场域间的集聚和耦合效应。 二是借助GIS 地理信息系统强大的空间管理和可视化表达功能，从时空分布角度和可量化数据统计角度，以实现灾害文献史料的场景化运用需求，从而提升史料资源在空间表达和实践应用领域的功效，以期拓展多维视阈下的灾害史研究方法。 三是借助GIS 地理信息系统超强的逻辑运算功能，从剖析和检视历史灾情的角度，为当代防灾减灾工作提供基础性测算依据和标准，进而弥补灾害系谱的知识空隙，以促进人类防灾减灾事业发展。