山洪灾害调查评价数据管理与应用系统研究

严剑兵

(江西省安澜工程咨询有限公司，南昌 330000)

1 概述

江西省地处东亚季风区，地形地质条件复杂，降水时空分布不均，极易形成局部强降雨导致山洪灾害频发多发[1]。江西省通过多年来山洪灾害防治非工程措施项目建设，初步形成了一套较为完整的山洪灾害防治体系，山洪灾害群死群伤事件明显减少，防御效果取得了显著的提升。然而山洪灾害防治是一项系统性、长期性工作，江西省通过前期实施的山洪灾害调查评价项目已经积累了大量的成果，如何应用到实际防汛工作中有效的发挥防灾减灾效应是亟需解决的关键问题。

为进一步深度挖掘及推广应用山洪灾害调查评价成果，本研究将充分利用已有资源，依据前期山洪灾害调查评价成果，以危险区为核心，深入挖掘分析山洪灾害调查评价实体对象及其对应关系[2]，以提升山洪灾害调查评价成果管理和应用的信息化水平，逐步增强山洪灾害防御能力。

2 数据结构

山洪灾害调查评价数据具有专业性强、数据种类多、数据量大、管理应用难等特点。数据信息类型分文本型信息、数值型信息和图形信息等3类[3]， 山洪灾害调查评价数据结构分类如图1所示。

图1 山洪灾害调查评价数据结构分类示意

2.1 文本型信息

文本型信息包括word、及txt格式文件，多是一些报告或是描述性、说明性的信息。存储的目的主要是便于以后查询、浏览以及与其他信息合并组成一种规定的格式，以便整体输出。

2.2 数值型信息

数值型信息主要包括数字、excel格式文件，这类信息用途最广。存储的目的是为了后期查询、核对、纠错、调用、汇总、统计、计算时方便调用。

2.3 图形信息

图形信息包括数据结果出图、照片等。存储的目的是为了直观展现相关信息，同时也为了与数值型信息和文本型信息有关联性。

3 系统总体设计

3.1 设计思路

以危险区为核心，开展山洪灾害调查评价成果应用和深入挖掘分析，对各类关键信息进行汇总与关联，体现数据的概化、抽取和融合，实现海量山洪灾害调查评价数据的高效管理和有效应用。

在数据分发方面，采用专业的数据同步和交换中间件实现各数据源的数据同步，同步的数据按国家及水利部颁布的最新标准进行整理入库，然后进行集中管理、统一更新和运行维护[4]；同时将整理后的符合行业标准的数据分发给各数据生产单位和使用单位共同使用。为实现海量专题数据快速渲染，根据区域的面积和划分的网格尺寸大小的不同，将整个江西省会划分生成大量的不规则网格数据；为了优化基于B/S结构的海量网格专题数据渲染的响应时间，采用预加载、浏览器缓存、同类合并等技术解决方案[5]，实现了基于GIS的海量专题数据快速加载渲染。在数据应用[6]方面，主要体现在三个方面：一是数据集成方式为数据统计的精确性奠定基础；二是以数据模型对象编码和关联关系为核心，采用多种查询方式查询山洪灾害调查评价成果数据，为数据浏览、统计、对比、分析提供工具，三是通过回归分析找出变量间的关系，利用多维信息关联分析，发现数据之间的关联、因果、尺度效应等潜在信息[7]。

3.2 系统架构

系统采用B/S体系结构，基于WebGIS技术的网络浏览器应用模式和可视化的空间图形操作界面，提供直观、清晰、方便、灵活的系统操作和控制环境。根据系统的业务特点，其设计采用分层方式，整个系统分为4层：应用层、认证层、服务层和数据层[8](见图2)。

图2 系统架构示意

3.3 系统功能

系统主要业务功能分为数据管理与分析、一张图展示、成果更新与维护及系统管理等。

3.3.1数据管理与分析

1) 调查评价成果管理

调查评价成果包括山洪灾害省市县三级的“一图一表一报告”、山洪灾害调查数据、山洪灾害分析评价成果等[9]。

本模块将山洪灾害调查评价的数据以表格的形式统计汇总，用户能由省、市、县、乡逐级查询，并能逐级导出各类表格数据，各表格的形式参照调查评价项目中的各类数据表格形式。同时将防治区企事业单位、沟道断面等点状和线状数据以图层的形式在图中分层叠加显示，各图层要素相对独立[10]，用户能查看辖区内山洪灾害相关信息，也可根据用户需求开启或关闭相关图层，各要素标识符号采用国家山洪项目办规定的符号。

2) 关联分析

① 危险区统计汇总

该模块主要是从行政区划和流域两个层次统计汇总辖区内的危险区数量、人口等信息。以按流域层次统计汇总为例，用户可选择某条小流域(200 km2以上的小流域)，能自动统计该条流域内山洪灾害的相关信息。以黎川县资福水(流域面积247 km2)为例，危险区统计见表1所示。

② 关联展示

该模块融合汇聚全省山洪调查评价成果数据，基于属性的关联、位置的拓扑和业务关联关系，建立包括“危险区-历史山洪灾害-历史成灾水位”“沿河村落居民户-高程人口分布曲线-雨量/水位预警阈值”、“危险区-雨量/水位监测站”、“危险区-预警设施设备”关系，实现各个成果的关联挖掘及展示，以山洪灾害风险防御“一张图”形式呈现[11]，提供宏观的全省的山洪灾害风险专题一张图服务。

以“危险区-雨量/水位监测站关联”为例，将山洪灾害危险区关联的各监测站点以统计表的形式展示，单击表格中危险区能展示危险区详情信息，单击监测站点能展示该站点的水雨情相关信息。以龙虎山西源村肖家自然村为例，关联危险区与监测站点关联统计见表2所示。

表1 黎川县资福水流域山洪灾害危险区情况统计

表2 危险区与监测站点关联统计

③ 检索查询

检索查询功能主要包括精准查询和模糊查询功能，精准查询按照成果类型分为调查对象查询、分析评价对象和文档对象查询[12]。

调查对象查询是输入相关信息后能自动定位该对象并闪烁提醒，定位调查对象所在位置后，可显示出调查对象详情，可实现图到表，表到图的查询功能；分析评价对象查询是定位分析评价沿河村落位置后，在地图上显示危险区(转移路线、安置点)、沿河村落居民户、测量断面、历史洪痕图等。文档对象查询是指通过查询显示项目建设方案、调查工作报告、分析评价工作报告、调查成果报告、分析评价成果报告、审核汇集工作报告等WORD、PDF 形式相关文档，可在线浏览、下载、打印。

3.3.2一张图展示

1) 专题要素分布

专题要素包括危险区、自动监测站点、无线预警广播、简易雨量站、简易水位站、水库、堤防、水闸、防治区企事业单位、历史山洪灾害、需防洪治理山洪沟等要素。通过提供的图层要素面板，勾选需要展示的图层信息，根据图层勾选状态，相应图层信息依次叠加在地图上。采用密度图、分布图和统计图三种展示方式从政区和流域两个维度在GIS地图上进行多维度的分析、统计、展示及相关要素关联查询[13]。同时可根据缩放比例不同，选择适合大小的图层符号、颜色和和地图元素进行标注。以危险区专题要素展示为例，危险区分布将分析评价成果中的沿河村落危险区作为分析主体，采用密度图、分布图和统计图相结合的方式，从政区和流域两个维度在GIS地图上进行多维度的分析、统计、展示及相关要素关联查询。同时利用飘窗以及弹框等多种样式，给用户查看专题的详情信息等。江西省危险区要素的密度展示见图3。

图3 危险区要素的密度图展示示意

2) 危险区展示

危险区展示主要是对山洪灾害危险区进行展示，危险区为地图显示最小单位，危险区展示包括危险区范围、转移路线和安置点等。

① 选择任意危险区，能展示该危险区相关联的所有信息包括“一表四图”，即危险区关联信息统计表、危险区控制断面图、危险区划分示意图、危险区防洪现状评价图、预警雨量临界曲线图。危险区关联信息统计表样例见表3所示，选择表中“泥湾”能展示该站点水雨情相关信息，选择企事业单位、预警设施设备等统计的数字能展示相关企事业单位、预警设施设备的详情；危险区相关示意见图4，能放大展示。

② 选择转移路线能显示所属危险区、转移路线长度等信息。

③ 选择安置点能显示所属危险区、安置点能容纳人数、危险区人数等信息。

表3 危险区关联信息统计表样例

危险区控制断面示意

危险区划分示意

危险区防洪现状评价示意

预警雨量临界曲线示意

3.3.3成果更新与维护

1) 新数据录入

当开展新场次洪水调查后，由调查单位将相关数据采集、分析计算后，将成果进行数据审核，审核完成后将数据文件和多媒体文件更新至调查评价原始数据库中。数据采集—审核—入库流程见图5。

2) 成果数据更新

成果数据更新主要针对调查的基本数据，由于山洪灾害调查最早开始于2014年，距今已有7 a之久，部分数据与现今有较大出入，本模块提供数据更新完善功能。

可更新的内容包括社会经济情况、危险区基本情况、“防治区—重点防治区—危险区—沿河村落居民户”、“防治区—危险区—雨量/水位预警阈值”、“危险区—历史山洪灾害—历史成灾水位”、“沿河村落居民户—高程人口分布曲线—雨量/水位预警阈值”、“危险区—雨量/水位监测站”、“危险区—预警设施设备”等关联分析表及危险区雨量、水位预警指标的修订。数据更新流程如图6所示。

图5 数据采集—审核—入库流程示意

图6 数据更新流程示意

3.3.4系统管理

系统管理实现平台访问与管理的分级管理功能，包括用户管理和权限管理等功能[14]。实现基本的用户添加、删除功能；对用户使用与数据操作权限的管理和配置，实现平台的多级权限管理机制。

4 结语

依据前期山洪灾害调查评价成果，以危险区为核心，深入挖掘分析山洪灾害调查评价实体对象及其对应关系，基于WebGIS技术设计了江西省山洪灾害调查评价数据管理与应用系统，系统具有数据管理与分析、一张图展示、成果更新与维护、系统管理等功能模块。该系统盘活了海量调查评价数据，提高了基层防汛人员对山洪灾害调查评价数据的使用效率，现已于江西省各级水旱灾害防御部门获得推广应用，同时可为其它地区开展相关应用提供借鉴和参考。