基于WebGIS的自然灾害重点隐患综合评估系统研建

李善飞 瞿帅

摘  要：针对自然灾害重点隐患综合评估工作效率低下的问题，以自然灾害多灾种重点隐患评估模型为核心，应用WebGIS技术，设计并开发了B/S应用模式的自然灾害重点隐患综合评估系统，并将其应用到试点区的重点隐患综合评估工作之中。该系统可以实现地震灾害、地质灾害、洪水灾害等六大灾种基础调查评估数据的集成管理，完成单灾种隐患指数、等级计算以及多灾种分区分类分级评估，同时可在线对评估成果进行渲染展示和自动出图，提高了自然灾害重点隐患综合评估工作的效率，能够满足区域自然灾害重点隐患综合评估工作的应用需求。

关键词：自然灾害；重点隐患评估；WebGIS

中图分类号：TP319；X43    文献标志码：A    文章编号：2096-4706（2023）05-0037-05

Establishment of Key Hidden Danger Comprehensive Assessment System for Natural Disasters Based on WebGIS

LI Shanfei， QU Shuai

（POWERCHINA Beijing Engineering Corporation Limited， Beijing  100024， China）

Abstract： In view of the low efficiency of the comprehensive assessment of key hidden dangers of natural disasters， taking the assessment model of key hidden dangers of multiple natural disasters as the core， and applying WebGIS technology， a comprehensive assessment system of key hidden dangers of natural disasters based on B/S application mode is designed and developed， and it is applied to the comprehensive assessment of key hidden dangers in the pilot area. The system can realize the integrated management of the basic survey and evaluation data of six major disasters， such as earthquake disaster， geological disaster and flood disaster， complete the hidden danger index and grade calculation of single hazard， and the classification and grading evaluation of multiple hazards. At the same time， the evaluation results can be rendered and displayed online and automatically plotted， which improves the efficiency of the comprehensive evaluation of key hidden danger of natural disasters， it can meet the application requirements of the comprehensive assessment of key hidden dangers of regional natural disasters.

Keywords： natural disaster; key hidden danger assessment; WebGIS

0  引  言

我國是世界上受自然灾害影响最为严重的国家之一，表现为灾害种类多、地域分布广、发生频率高、造成损失重。为防范和化解重大自然灾害风险，防治和消除重点隐患，积极开展自然灾害重点隐患综合评估，对于提高我们的自然灾害防治能力具有重要意义。

自21世纪以来，针对自然灾害风险评估问题，国内外研究学者已经逐渐从“自然灾害风险评估”向“多灾种综合风险评估”转变[1]。美国联邦应急管理局（FEMA）与国家建筑科学研究院（NIBS）合作开发了多灾种风险评估软件包HAZUS-MH，用于美国地震、飓风和洪水灾害风险的综合评估[2]。国内研究学者王静爱[3]等开展了以县级行政区为基本单元的多灾种风险评估。赵冬月等[4]构建了城市群多灾种综合风险评估模型，对地区性城市群的公共安全进行了综合评估。冯卫等[5]应用层次分析法，将咸阳市地质灾害、洪水灾害和地震灾害结合起来，开展多灾种自然灾害风险综合评价。近年来，针对自然灾害风险评估的软件研发工作也逐步开展起来，张冬有等[6]开发了黑龙江省自然灾害风险评估系统，实现了对低温冷害、旱涝灾害分布和风险等级的评估。杨培生等[7]采用全新的微服务+Docker容器云平台的技术架构开发了江西省农村基层洪涝灾害监测预警平台，该平台具有水雨情监测、洪水风险评估预警等功能。王东明等[8]设计研发了国家地震灾害风险防治业务平台，该平台充分利用地震风险分析模型、二三维一体化风险分析与展示、可视化分析等技术，可实现区域性地震灾害风险评估。然而针对自然灾害重点隐患综合评估，目前主要是应用GIS软件结合编程手段开展评估，尚未有成型的软件，评估工作效率较低。

本研究为了提高自然灾害重点隐患综合评估工作的效率，结合我国自然灾害实际情况，选取对我国有着重大影响的自然灾害（包括地震灾害、地质灾害、洪水灾害、台风灾害、风暴潮灾害以及森林和草原火灾六大灾种）实现重点隐患评估。基于WebGIS技术设计研发自然灾害重点隐患综合评估系统，为自然灾害重点隐患评估提供信息化支撑。

1  系统架构和设计

1.1  系统总体架构

系统采用B/S架构，在安全防护体系与标准规范体系的基础之上，自下而上分为基础设施层、数据接口层、资源池层、服务管理层以及应用层，如图1所示。

（1）基础设施层。提供支撑应用系统运行的软硬件环境。

（2）数据接口层。对空间数据、属性数据等进行统一管理，提供满足各种服务的基础数据以及整体架构的数据接口服务。

（3）资源池层。主要包括存储资源、计算资源、地图资源等，供应用系统的各个模块使用。

（4）服务管理层。在系统实现时对公共服务进行了归纳和封装，为应用系统提供各类通用功能。

（5）应用层。与用户进行交互，实现数据集成、重点隐患评估以及成果管理等具体业务功能。

（6）安全防护体系。包括物理安全防护、应用安全防护以及数据安全防护等，为系统可靠性、数据安全性、保密性等提供保障。

（7）标准规范体系。包括开发规范、接口规范以及应用服务标准等，确保系统开发部署的规范性、完整性，也方便后期对系统功能的扩展。

1.2  数据库设计

数据库采用PostgreSQL，包含空间数据扩展单元PostGIS，可实现对各种格式空间数据的存储及管理，主要用于存储行政区划数据以及地震灾害、地质灾害、洪水灾害等单灾种调查评估获取的基础数据，如表1所示，所有数据在入库前都要进行规范命名和统一投影預处理操作，另外将栅格数据空间分辨率统一为1 km。

1.3  系统功能设计

系统功能模块包括数据集成管理模块、重点隐患评估模块、成果管理模块以及系统管理模块等。数据集成管理模块提供数据维护、查询等功能，实现在线地图浏览、放大、缩小、平移等基础操作，同时可对空间数据、属性数据进行地图查询展示。重点隐患评估模块提供隐患指数与等级计算、隐患分区、隐患分类分级等功能。成果管理模块提供评估图件及报告制作管理功能。系统管理模块提供用户管理、权限管理、角色管理、系统日志等功能。系统功能设计如图2所示。

2  系统实现

2.1  系统开发与运行环境

为了实现空间数据在线管理，基于系统总体架构，以WebGIS技术为基础进行系统开发，该技术可以充分利用客户端的计算资源，降低对服务器端的依赖，降低系统开发复杂度，同时能够有效保证系统的可伸缩性[9，10]。系统开发及配置应用环境如表2所示。

2.2  重点隐患评估模型

自然灾害重点隐患评估包括隐患指数与等级计算、隐患分区、隐患分类分级三个流程。评估所需数据均为单灾种调查评估数据，其中包括地震动峰值加速度、地震场地类型、地质灾害危险性评价图、洪水灾害综合风险R值分布图、台风危险性等级图、可能最大风暴潮淹没水深图、森林和草原火灾危险性等级图等。若评估地区无相关灾种，评估模型输入数据中可去掉相应灾种数据。

通过对各单灾种数据进行标准化处理计算，获取单灾种隐患指数及等级数据，基于单灾种隐患指数数据，运用K均值聚类模型，设置模型参数，得到多灾种隐患特征聚类结果，划分出隐患类型分区。结合单灾种隐患等级数据，对各分区内的隐患特征进行统计，根据阈值对各区域的隐患类型组合及综合等级进行判定，形成重点隐患分区分类分级成果图。评估模型计算过程如图3所示。

2.3  系统核心功能

围绕自然灾害重点隐患综合评估工作的实际需求，设计并实现了数据集成管理模块、重点隐患评估模块以及成果管理模块三个核心模块。

2.3.1  数据集成管理模块

该模块可对自然灾害重点隐患评估基础数据、计算中间数据及成果数据进行统一管理，可在前端渲染展示空间数据（包括矢量、栅格等数据），同时可在线查询数据的属性信息。系统通过GIS“一张图”，将自然灾害重点隐患调查基础数据和风险评估等级数据在一张工作底图上叠加展示，可辅助系统用户进行基础数据和评估结果的叠加判读，提高了用户对评估结果进行比对核查的效率。系统主界面如图4所示。

2.3.2  重点隐患评估模块

该模块可输入各灾种调查评估数据，其中包括地震动峰值加速度、地震场地类型、地质灾害危险性评价图、洪水灾害综合风险R值分布图、台风危险性等级图、可能最大风暴潮淹没水深图、森林和草原火灾危险性等级图等，可实现各灾种隐患指数与等级结果的计算。同时可对多灾种隐患指数结果应用K均值聚类算法进行聚类分区。依据系统设置阈值，结合聚类分区结果与各灾种隐患等级计算结果，实现区域隐患等级判定，输出区域重点隐患评估结果，同时在前端渲染显示。

2.3.3  成果管理模块

该模块可在线制作评估图件，根据预定义制图模板，插入图件名称、图例符号，可在线预览图件并将图件导出为图片格式或PDF格式。同时可实现简易评估报告的自动生成，用户可在线输入报告名称、编制人员信息、日期信息等，根据预定义报告模板自动导出Word格式的简易评估报告，提高评估工作的效率。

3  系统应用

甘肃省舟曲县是国家级三大地质灾害多发县，其主要灾害类型为地质、气象、地震、森林草原等，滑坡类地质灾害密度高达0.052个/km2，是全国自然灾害频发县。本研究将舟曲县作为试点进行系统应用以评估系统性能。

3.1  数据标准化

多灾种致灾隐患数据标准化评估数据为地震动地面峰值加速度、场地类别、地质灾害危险性及森林火灾危险性数值，格式为4个县级标准网格图层。

承灾体隐患综合评估标准化评估数据包括农村住宅、城市住宅、大中小学校舍、医疗卫生设施、商业中心及社会服务保障设施地震隐患指数，水库（水电站）大坝、水闸工程、堤防工程的隐患等级。评估方法为先按照乡镇单元，对各承灾体的一般隐患、重点隐患绝对数量及相对比例进行统计。

3.2  系统评估结果

多灾种致灾隐患评估数据为地震动地面峰值加速度、场地类别、地质灾害危险性及森林火灾危险性数值标准化后的数据，通过规范中规定的评估方法对致灾危险性数据进行转换，形成致灾隐患指数，再利用空间聚类分析方法并结合专家经验，将舟曲县划分为多个相对均值的自然单元。舟曲县多灾种致灾隐患评估结果如图5所示。

承灾体隐患综合评估方法为先按照乡镇单元，对各承灾体的一般隐患、重点隐患绝对数量及相对比例进行统计，再利用层次聚类方法并结合专家经验，对舟曲县各乡镇（街道）承灾体的隐患强度类型进行区域组合类型划分。舟曲县承灾体隐患评估结果如图6所示。

舟曲县大部分地区为重点或一般隐患区，类型及强度组合总体上表现为较为显著的西南—东北空间分异格局。在舟曲的西南部、中部、北部曲瓦乡、立节镇、大峪镇、果耶镇、插岗乡、南峪乡、拱坝镇等乡镇，存在重点等级隐患强度达1个灾种的I级隐患区域，具体为地质（重点）—地震（一般）—林草（一般），在舟曲的东南部主要为Ⅱ级区域。

舟曲县东部及南部主要为平原，人口及房屋等承灾体广布，西部及北部主要为山地及丘陵，地质灾害多发。舟曲县的承灾体类型—强度区域组合呈现出显著的西南—东北空间分异。其中，大峪镇、立节镇、憨班镇、峰迭镇、插岗乡、博峪镇等主要为农村区域，主要是房屋建筑物存在地震设防达标隐患及地质灾害选址隐患等。位于中部的城关镇为城镇地区，那里的房屋及基础设施受地质灾害的影响。其他乡镇呈现出城乡结合的特点，除房屋建筑物隐患外，还有4个三类水库（水电站）大坝等。

综合评估系统一方面提高了自然灾害重点隐患综合评估的工作效率，另一方面实现了数据的标准化和图件的可视化，使成果数据的可迁移性和直观性大大提升。

4  结  论

本文针对自然灾害重点隐患评估工作需求，以WebGIS技术为基础，设计并实现了自然灾害重点隐患综合评估系统，充分集成自然灾害多灾种重点隐患评估模型，能够快速有效地进行地区自然灾害重点隐患评估。方便从事灾害评估的技术人员开展自然灾害重点隐患综合评估及成果应用工作，提高自然灾害重点隐患综合评估的工作效率，可为相关部门提供科学的决策依据。后续研究工作将立足于对系统评估成果交互性的完善，方便专家用户对评估成果进行在线修正，使系统的最终输出成果更加完善。

参考文献：

[1] 薛晔，陈报章，黄崇福，等.多灾种综合风险评估软层次模型 [J].地理科学进展，2012，31（3）：353-360．

[2] REMO J W F，PINTER N. HAZUS-MH earthquake modeling in the central USA [J].National Hazards，2012，63（2）：1055-1081.

[3] 王静愛，史培军，王瑛，等.中国城市自然灾害区划编制 [J].自然灾害学报，2005（6）：42-46.

[4] 赵冬月，陈长坤，易亮.地区性城市群公共安全多灾种综合风险评估研究 [J].中国安全生产科学技术，2020，16（12）：30-36.

[5] 冯卫，唐亚明，马红娜，等.基于层次分析法的咸阳市多灾种自然灾害综合风险评价 [J].西北地质，2021，54（2）：282-288.

[6] 张冬有，张丽娟，万鲁河.基于信息扩散理论的自然灾害风险评估系统设计与实现 [J].自然灾害学报，2013，22（4）：234-238.

[7] 杨培生，付佳伟.江西省农村基层洪涝灾害监测预警平台设计及应用 [J].水电能源科学，2020，38（6）：42-45+79.

[8] 王东明，陈华静，陈敬一，等.国家地震灾害风险防治业务平台功能设计与展望 [J].自然灾害学报，2021，30（2）：60-70.

[9] 钱继来.基于REST与RIA的Web应用研究与实现 [D].武汉：武汉理工大学，2011.

[10] 陆亚刚，邱知，游先祥，等.基于SilverLight和REST的富网络地理信息系统框架设计 [J].地球信息科学学报，2012，14（2）：192-198.

作者简介：李善飞（1990.07—），男，汉族，安徽蚌埠人，工程师，科室主任，硕士研究生，研究方向：灾害防治。

收稿日期：2022-11-02