城市地震应急指挥决策支持软件_数据库的建立

21卷4期 2005年12月 世 界 地 震 工 程 WORLD EARTHQUAKE ENGI NEER I NG Vol . 21,No. 4 Dec. , 2005 收稿日期: 2005 - 03 - 23; 修订日期: 2005 - 08 - 19 作者简介:陈红(1978 - ) ,女,湖北石首人,硕士研究生,主要从事城市防灾规划研究. 文章编号: 100726069 (2005) 0420077205 城市地震应急指挥决策支持软件 数据库的建立 陈 红 冯启民 陈天恩 (中国海洋大学 工程学院,山东 青岛266071) 摘要:设计了城市地震应急指挥决策支持软件数据库的原型,介绍了数据库和软件功能模块的关系, 给出了该数据库应包括的内容,设计了数据库中空间数据和属性数据的结构及数据类结构,并介绍了 数据来源以及数据的处理方法和过程。对城市建立地震应急指挥决策支持软件有参考价值。 关键词: GIS;地震应急指挥决策支持;空间数据库;拓扑规则 中图分类号: P315 文献标识码:A Establishment of urban seism ic emergency management system database CHEN HongFENGQi2MinCHEN Tian en (College of Civil Engineering,Ocean University of China, Qingdao 266071, China) Abstract: In the paper, a kind of blueprint of urban seis mic emergencymanagement system database is given.The origination of the data and the construction of feature classes for the emergencymanagemant system database are in2 troduced.The data contents and the processing method are also presented. Key words:GIS; urban seismic management system; spatial database; topology rules 1 引言 图1 城市地震应急指挥决策支持软件功能示意图 随着城市人口的增加和财富的聚集,地震灾害可 能给城市带来的损失越来越严重;城市地震应急指挥 决策支持软件为减轻城市地震灾害,进行救灾指挥提 供必要的辅助决策信息化工具。它也是地震应急指挥 技术系统所必须的软件,具有震情和灾情信息获取、 快 速评估、 智能决策、 动态显示、 信息查询、 命令发布等功 能。城市地震应急指挥决策支持软件包括如下几个功 能模块,如图1所示,图1也反应了数据库和城市地震 应急指挥决策支持软件的关系。 地震模拟模块,是用来模拟设定地震下发生的灾 害范围和灾害程度,从宏观的角度为制定应急对策提供依据;应急对策模块,是根据地震模拟子系统模拟出 的地震灾害情况,判别应急级别和应急的规模,给出相应的应急对策,为应急指挥提供依据;应急指挥模块, 通过对震灾现场信息的收集、 集成、 处理形成灾情现状图,救灾需求图以及指挥指令图,实现地震应急指挥。 数据库则是支撑这些模块有效运行的基础。 在研制城市地震应急指挥决策支持软件的过程中,最为关键的步骤是软件数据库的设计和建立。城市 地震应急指挥需要的数据多为地理相关数据,需要明确的空间位置信息, GIS(地理信息系统)在传统的信息 系统技术上引入了空间概念,以空间数据的形式存储多样的地理信息,并具备强大的查询、 统计、 空间展示、 专题图制作等功能,同时可以结合地震专业模型综合分析和处理相关的空间数据,本文正是基于GIS进行城 市地震应急指挥决策支持软件数据库的设计和建设。 2 数据库设计 2. 1 数据内容 城市应急指挥决策支持软件所需的数据包括原始数据和成果数据,原始数据是直接调查收集、 处理得来 的,但未经过模型计算的数据;成果数据是利用原始数据并通过各模型的分析计算生成的二次数据,例如直 接用来展示城市的震害、 提供应急对策和应急指挥的数据等等。原始数据库中包括基础数据和专题数据,基 础数据主要描述城市的基础地理特征,比如行政区划、 河流、 道路等;专题数据用来服务于城市的灾害预测、 应急资源分配、 应急对策的数据,比如建筑物、 市政工厂系统、 次生灾害源、 水库、 老旧民宅,应急资源医院、 绿 地广场等方面的各种图、 表、 文件等。 城市地震应急指挥决策支持软件的原始数据库包括以下几大方面的数据:行政区划数据、 基础地理数 据、 地震地质数据、 工程场地数据、 台站数据、 次生灾害数据、 建筑物数据、 市政工程数据、 救援力量数据、 疏散 救援数据。根据软件的功能需求,设计系统数据库的数据内容如下图2所示。 图2 城市应急指挥决策支持软件原始数据内容 2. 2 数据库结构 为了方便数据拓扑校验和数据管理,本数据库中以数据集(FEATURE DATASET)和数据类(FEATURE CLASS)为单位,进行数据的分类存储。整个数据库由地震地质、 工程场地、 建筑物、 生命线工程、 次生灾害、 救援力量数据、 疏散救援数据等十个数据集组成,而各数据集又由不同的数据类以及数据表组成,通常情况 87 世 界 地 震 工 程 21卷 图3 应急指挥系统数据库示意图 下,一个数据类(FEATURE CLASS)对应着一个GIS图层, 如图3所示。 2. 3 典型数据类(FEATURE CLASS)结构 各种数据类结构的设计按照“ 满足震害预测模型的要 求并满足系统其他功能模块的需求 ” 的原则进行,下面以 社区群体建筑物、 应急对策、 应急指挥为例给出各种数据 类的具体空间数据结构的描述。 2. 2. 1 震害模拟模块需要的专题数据 此类数据表结构应包含与震害预测模型有关的因子, 满足震害模拟的需求,以社区群体建筑物为例:计算社区 群 体 建 筑 物 震 害 的 基 本 公 式 采 用:Ps= a ISC1C2 5 i =1 (b iBi) 式中:Ps为单体建筑的震害因子; a为地震因子;I为设防 烈度; S为设防标准; C1C2为场地因子; B为结构参数。根 据预测方法,重要建筑物表结构设计如下(见表1) : 表1 重要建筑物表结构 序号自动编码建筑面积float结构层数integer 图源类别polygon建筑物用途integer使用现状integer 编号char结构类型integer体形状态integer 名称char建造年代integer抗震设防情况integer 2. 2. 2 应急对策模块所需的专题数据 应急对策模块是在震害模拟的基础上制定相应的对策,故此类数据表的内容既要包括用以进行震害预 测的数据,还要包括此对象对整个系统和其他系统产生的影响。以生命线系统中的水厂为例:需要泵房、 水 池、 控制室等属性数据来进行震害预测,还需要水厂的供水量、 供水区域等属性数据来判断其对整个供水系 统的影响,从而制定相应的对策。故水厂表结构设计如表2所示。 表2水厂表结构 序号自动编码供水区域integer水池造价float 图源类别point泵房个数integer控制室层数integer 编号char泵房建设年代data控制室结构char 名称char泵房造价float控制室造价float 地址float水池个数integer控制室建设年代data 建设年代data水池容量float. . . . 日供水量float水池建造年代data 2. 2. 3 应急指挥模块所需的专题数据 此类数据为应急指挥服务,其表结构的需要体现出救灾能力,以绿地广场为例,当震害模拟模块给出了 地震发生人员的伤亡情况,应急对策模块给出了需要 疏散的人数,那么应急指挥需要制定人员的疏散方 式,需要知道疏散地的位置,面积,可容纳的人数等情 况,按此需求,绿地广场的表结构设计如表3。 表3绿地广场表结构 序号自动编码名称char类型data 图源类别polygon位置char能容纳人数char 编号char面积float所属区市float 3 数据处理方法 3. 1 原始数据种类 地震应急辅助指挥决策软件所需的原始数据的来源是多方面的,因此原始数据的形式也多种多样,按数 据的来源、 提供的方式以及精度的不同分为以下三类。 974期陈 红等:城市地震应急指挥决策支持软件数据库的建立 3. 1. 1 行政区划,建筑物,道路等城市基础空间数据 此类原始数据一般来源于城市勘查测绘部门,通常是具有确切地理坐标的CAD格式的电子图件。 3. 1. 2 次生灾害,工程场地,地震地质,生命线工程等系统所需专题空间数据 此类原始数据来自于通过现场搜集、 城市主管部门或公司,一般为纸图或简单的示意图,也可能是各种 格式的电子图。 3. 1. 3 各类非空间数据 此类数据一般是按照系统需要,通过现场搜集得到的一些空间数据的属性描述:如道路的长度、 宽度,建 筑物的建造年代、 结构形式等。 3. 2 数据处理方法 3. 2. 1 基础空间数据 城市基础空间数据一般以CAD格式以幅为单位存储,而本软件GIS数据库中的数据均须按照整个城市 的范围,以图层的形式进行存储,首先应对CAD图进行拼接,利用CAD提供的“ 粘贴到原坐标 ” 功能,将所需 范围的CAD图件拼接成一幅图;然后进行图层过滤,通过选择图层的点、 线、 或面类型,转换得到所需的 shape格式数据,最后对这些空间数据参照原数据的坐标投影信息进行其投影并转化,最后导入数据库为本 系统所用。 3. 2. 2 专题空间数据 城市专题空间数据的处理选用Map Info软件,首先将纸图分点、 线、 面以图层为单位矢量化成为tab格式 的数据(矢量化过程中的坐标采用规范的具有精确坐标投影信息的CAD图源的地理坐标 ) ; 然后利用Map2 Info软件的通用转换器将数据转换成shape格式的数据,最后对数据进行投影(投影方式采用规范的具有精 确地理坐标的CAD图源的投影方式 ) , 导入数据库为下一步数据校验工作做准备。 3. 2. 3 非空间数据 对于非空间数据,城市决策支持系统软件均将其以属性的形式赋予相应的空间数据。一般,这类数据以 调查表格的形式提供,处理时首先应将调查表整理成规范的EXCEL表格形式,然后通过Map Info软件或 ArcMap软件对空间数据和属性数据进行连接来更新已有的空间数据的属性,最终为系统所用。 3. 3 数据校验 数据的校验工作主要针对空间数据,由于空间数据相互之间有一定的空间关系,而在图层的转化和人工 矢量化的过程中,由于人为因素数据可能会有一些错误和大的误差,通过ArcGIS的拓扑技术可以对数据的 空间关系进行检验,并可利用拓扑编辑器修正检验得到的错误,以下是几类典型的需要校验的数据。 3. 3. 1 行政区划数据 首先将需要检验的行政区划数据导入同一个数据集中;然后对其建立拓扑关系,制定的拓扑规则为: “MUSTNOT HAVE GAPS” 规则来确保同一个图层的相邻要素之间没有空隙;“MUST NOT OVERLAP” 规则 来确保同一图层的相邻要素之间没有重叠;“BOUNDARYMUSTBE COVERED BY” 来检验两个图层的边界 是否重合,如市行政区划的边界必须和乡镇的部分边界重合,需制定市行政区划“BOUNDARY MUST BE COVERED BY”,以及乡镇区划,具体的拓扑规则制定如图4;最后进行拓扑校验并利用拓扑修订器“fix topol2 ogy error tool” 对检查出来的错误进行修正,具体修正方法见下图(图 4) 。 3. 3. 2 路网数据 首先将所有道路数据导入同一数据集中,然后建立拓扑关系,制定的拓扑规则为:“MUST NOT OVER2 LAP” 来确保没有两条路重合,“MUSTNOT SELF OVERLAP” 来确保一条道路本身没有重合的部分,“MUST NOT HAVE DANGLES” 来检验路与路之间是否连通,修订的时候根据实际路网情况进行删除,新建,延长等 操作,对于一些特殊的情况,如路的尽头没有与之相连的道路,将其设置为“EXCEPTI ON” 即可。 3. 3. 3 管网数据 校验管网数据时,使用的拓扑规则应在路网数据校验时使用的拓扑规则的基础上增加一条:“PO I NT MUSTBE COVERED BYL I NE” 来保证所有的结点都位于管网上,经校验错误的结点可使用“ 微移 ” 工具来进 行修正。 08 世 界 地 震 工 程 21卷 图4 行政区划数据拓扑校验详解 4 结论 本文基于“ 青岛地震应急辅助指挥决策软件 ” 项目的实际工作,从原始数据整理、 数据处理、 数据交验, 数据库设计、 数据库建立等方面,详细阐述了城市地震应急辅助指挥决策软件GIS数据库的建立方法,总结 出了一套完整的城市地震应急辅助指挥决策软件GIS数据库的建立方法。 参考文献: 1