顾及时空信息的暴雨精细化大数据平台构建方法

徐 刚，周必高，马奇蔚，王顺利，薛浩男

（1.浙江安防职业技术学院，浙江 温州 325000；2.温州市气象局，浙江 温州 325000；3.武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉 430079；4.南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室，江苏 南京 210023）

20世纪50年代以来，我国的雨量观测站网迅速增加，使得面向我国的暴雨分析研究开始快速发展。有些学者采用“配料法”、TBB等方法对暴雨精细化预报进行了研究，取得了一定的成效[8-9]；有些学者基于已有的降雨数据对暴雨进行了分析，如翁佳烽[10]等利用肇庆市2008-2017年的切变线暴雨典型个例实测资料，对肇庆市切变线暴雨的精细化时空分布特征进行了分析。GIS也被广泛应用于暴雨区划评估领域[11-13]，樊高峰[14]等利用GIS研究了暴雨的时空分布特征，进而对浙江省暴雨灾害的危险性进行了评估；鲜铁军[15]对暴雨洪涝农业气象灾害4大评价因子进行了分析和建模计算，形成了南充市暴雨洪涝农业气象灾害区划图；邹清枫[16]等利用GIS风险分析原理进行了暴雨洪涝灾害风险分析，得到关于增城本土的暴雨洪涝风险值分布图。综上所述，现有的暴雨研究主要分为暴雨预报和对已产生的暴雨进行分析评估两个部分，缺少对暴雨的实时精细化分布研究。

本文以温州市为例，开展暴雨基础数据精细化普查，全面查清气象灾害区域分布、自然和经济社会、历史气象灾害等基本情况，建立暴雨精细化工程综合时空数据库；同时以时空信息为基础框架，研发了暴雨精细化工程基础数据平台，实现了暴雨专题数据的统一化管理、可视化展示等功能，充分发挥了气象局海量暴雨数据的潜在价值；利用统计分析算法和可视化展示手段揭示了暴雨的时空分布特点和规律；通过对暴雨数据进行深入分析与挖掘，实现了暴雨次生灾害风险的实时动态评估，以期为决策部门提供科学依据，提升城乡暴雨、洪涝等灾害防御能力，提高暴雨精细化预报预警水平，强化城乡防灾减灾能力，保障生态发展和人民生命财产安全。

1 总体框架

为了对暴雨数据进行实时动态分析，实现基于时空信息的暴雨精细化工程基础数据平台建设，本文设计的系统总体框架如图1所示。通过部门共享获取资料、外业实地调查采集、内业数据处理等流程建立暴雨精细化工程综合时空数据库，对系统建设所需的数据进行收集。在此基础上，建设集展示中心、三维展示、我的空间、数据中心、服务中心、运维中心等多门户于一体的暴雨精细化工程基础数据平台，实现暴雨数据的统一化管理、暴雨专题数据的可视化展示、次生灾害风险的评估与预警以及灾害事件的管理等功能，有利于推进暴雨管理的数字化、空间可视化、智能化和精细化水平，为决策部门提供科学依据，全面提升社会服务的水平和能力。

1）数据层。该层负责数据的存储和管理，主要功能包括数据的存储逻辑规则、数据读写等，由数据库软件、数据处理程序和数据库组成。其中，数据库包含地理信息数据、暴雨精细化工程专题数据、物联网实时数据和系统用户数据等。

2）服务层。该层是连接数据层和应用层的中间层，将所有数据访问和处理逻辑封装到服务中，再把数据以服务的形式提供给用户，使数据的使用更安全便捷，共享应用更高效。服务层包括专题地图服务、暴雨专题叠加展示服务、多屏展示服务、数据资源目录服务、数据检索服务、服务详情查看、服务检索、实时雨量查看、高程数据查看、实时雨量热力图、实时雨量网格、流域洪水预警、专题数据统计分析、历史灾情事件管理、用户管理服务、日志管理服务等。

3）应用层。该层主要负责为用户提供业务功能和交互界面，即利用服务层提供的数据或功能，以用户业务逻辑进行封装后，再与用户形成交互操作。应用层包括展示中心、三维展示、我的空间、数据中心、服务中心和运维中心。

图1 系统总体框架图

2 暴雨精细化工程综合时空数据库

2.1 元数据目录数据库

元数据目录数据库包括元数据和目录数据两大类，其中元数据具体包括资源标识和内容方面的描述元数据、资源获取和应用方面的元数据、资源安全和资源分类方面的元数据等。建立内容丰富的元数据目录信息，可便于其他平台后续顺利调用数据资源。

2.2 地理信息数据库

1）专题电子地图数据库。专题电子地图数据库包括矢量专题电子地图数据和影像专题电子地图数据。对最新的1∶5万、1∶1万、1∶2 000、1∶500等温州市域范围内地理空间数据（包括房屋、道路、水系、植被等）进行提取、融合、集成等处理，制作完成7～20层、共14个比例尺的矢量专题电子地图配图和切片；对2014年0.5 m分辨率的航拍影像和2016年2 m分辨率的航拍影像进行接边、镶嵌、调色等处理，制作完成7～20 层、共14个比例尺的影像专题电子地图配图和切片。

已有的网络关注度研究中，通常选用的数据时间段较短,主要以一年为主；同时，专门研究淮海经济区旅游景区网络关注度的成果比较少．本文以淮海经济区5A级景区2013～2016年的百度搜索指数为分析对象,对网络关注度的时空分布进行深层次的实证分析,试图解释其中的原因,并对其季节性波动和黄金周特殊时段的“井喷现象”[7]进行定量化分析,以期为景区网络市场营销决策提供参考．

2）历史影像数据库，主要包括2005年0.5 m影像、2008年2.5 m影像、2012年0.5 m影像、2014年0.5 m影像以及2016年2 m影像等历史影像数据的切片处理。

3）三维场景数据库。对原有睿城的三维场景模型数据进行转换处理和建库，可用于地貌形态分析和洪水淹没区分析等。

4）温州三区地表分类数据。温州三区范围内地表分类数据包括房屋建筑、耕地、草地、道路、水域、林地、荒漠以及裸露地表等，对其进行处理分析，为暴雨灾害预测分析、灾害模拟等功能提供数据支持。

2.3 暴雨专题数据库

暴雨专题数据库包括小流域数据、历史灾情数据、山洪沟数据等。基于对上述暴雨精细化工程专题数据的空间化处理，形成可叠加到各类地图上的、可进行查询和综合分析的空间专题数据。

1）小流域数据。该数据的生产更新通过ArcGIS软件自身集成工具进行数据生成、加工等处理实现，并结合人工判别进行修正完善。生产流程可分为信息提取、数据加工、数据完善、质量检查等。

2）历史灾情数据。对接温州三区各区防汛办和温州市民政局，调查并获取自1949年以来发生的历史灾害数据，包括灾害发生次数、时间、地点、范围，转移总人数和灾害损失情况等详细信息。对收集的原始历史灾情数据进行提取、分析和筛选，统计得到按区、街道、乡镇的历史灾情统计数据，并与温州三区的行政区划矢量数据作关联处理。对收集到的历史灾情数据进行矢量化，最终得到矢量历史灾情数据。

3）山洪沟数据。该数据的生产更新通过ArcGIS软件自身集成工具进行数据生成、加工等处理实现，并结合人工判别进行修正完善。

4）地质灾害隐患点数据。对收集的最新灾害隐患点资料进行数据矢量化、筛选和重落点等处理，并整合已有的矢量灾害隐患点数据，最终实现全市域地质灾害点数据入库。

5）沿河村落数据。首先根据小流域区域范围，确定需要外业调查的沿河村落名单；再收集整理沿河村落的最新1∶500基础地形图、遥感影像资料、水系、路网等基础数据；最后叠加收集的数据，对矢量数据进行符号配置，并选择性地对部分名称、属性进行标注，制作外业调查底图，打印外调图纸。外业调查测量每户的房屋建筑面积、建筑结构、宅基高程等基础数据；对接沿河村落所在的街道，调取相应的社会经济数据；结合收集的资料，通过筛选、校对和关联生成沿河村落数据（表1）。6）其他专题数据。收集由温州市国土局、温州市应急办提供的温州三区范围内的避灾安置点数据；通过矢量化、筛选、校对和重落点等处理，更新温州三区范围内的避灾安置点数据；整合其他县市的避灾安置点数据，生成全市域避灾安置点矢量数据。收集由温州市防汛办和温州市水利局提供的温州三区范围内的泵站、水电站、水位监测站、水闸、堤防、灌区和水库等水利设施数据。收集由温州市电力局提供的温州三区范围内的110 kV、220 kV、500 kV电力高压走廊数据。收集由温州三区各区统计局提供的温州三区范围内各乡镇街道的基础社会经济数据。收集由温州市气象局提供的温州三区范围内的气象站和水文站数据。

表1 沿河村落数据

2.4 物联网数据库

1）雨量实测数据。收集温州全市域范围内的实时降雨量数据包，经格式转化、矢量化等处理，得到系统可识别的实时降雨量数据，为实时模拟气象灾害状况提供可靠依据。

2）城市排水管网信息数据。收集温州三区范围内的地下排水管网调查数据，为建立泄洪排洪模型提供数据支撑。

3 暴雨精细化工程基础数据平台

暴雨精细化工程基础数据平台的建设，有效整合了气象局多年来积累的地理信息资源，建立了空间基准和数据标准统一的地理信息数据库，为实时动态获取气象地理信息数据，实现数据服务的网络化奠定了良好的基础。另外，将地理信息数据与平台共享服务数据进行同步建设和跟踪处理，有利于减少工作总量和提高工作效率。暴雨精细化工程基础数据平台的建立整合了各类暴雨精细化工程专题数据，完成了温州气象地理信息资源汇聚，为气象局内部应用系统的开发提供了数据服务支撑；为用户提供了一站式的地理信息服务，实现了高效的资源共享，优化了暴雨灾情监管方式，大大提高了城市防灾减灾能力；并能辅助领导进行决策。

3.1 暴雨时空信息精细化展示

以暴雨精细化数据为核心，结合平台提供的暴雨专题数据、地理信息数据、历史灾害数据等，利用地理空间可视化手段直观形象地展现暴雨相关专题数据的空间分布情况，如可统计区域实时降雨情况，为后续进行空间分析决策提供基础保障。平台还提供了洪水预警、避灾路线规划、数据统计等功能。

3.2 暴雨风险评估

以立体可视化的方式，为平台提供洪水淹没分析、二三维化、三维量算、数据检索等分析功能，为实时模拟气象灾害状况提供可靠依据，为灾害应急提供直观、全面、有力的数据支撑，并辅助用户进行科学决策。

4 结 语

本文以时空信息为基础框架，建立了暴雨精细化工程综合时空数据库，并基于该数据库研发了暴雨精细化工程基础数据平台，实现了各类暴雨精细化工程专题数据、气象实时监测数据和预报数据的整合与管理，提供了暴雨灾害预测分析、灾害模拟、撤离避灾路线制定、二次开发标准接口等功能。本文的研究目标在于暴雨时空信息的精细化展示，对其预测预报涉及较少，这是下一步的研究重点。