（环境科学专业论文）基于组件式gis的赤潮灾害风险评估系统的设计与实现——以浙江省海域为例.pdf

上海海洋大学硕士学位论文 a b s t r a c t h a r m f u l a l g a lb l o o m sh a z a r dh a sb e c o m eo n eo fm a i nm a r i n ec a l a m i t i e so f o f f s h o r es e aa r e a h a b sr e p e a t e d l yo c c u r sa tc o a s t a la r e a , w h i c h j e o p a r d i z e sh u m a n h e a l t h ，d e t e r i o r a t e st h em a r i n ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t , a n dc o n s t r a i n st h e d e v e l o p m e n to fm a r i n ee c o n o m i c s ，h a b sr i s ka s s e s s m e n ti se x c e e d i n g l yi m p o r t a n t , t h e r e f o r et h ec o n s t r u c t i o no f r i s ka s s e s s m e n ts y s t e mf o rh a bi ss i g n i f i c a n t p e o p l e g r a d u a l l yr e a l i z e dt h ei m p o r t a n c et h a tg u a r d sa g a i n s ta n dr e d u c e sh a r m f u la l g a l b l o o m sh a z a r dt ot h ed e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m y ，a n du r g e n t l yn e e d st ob u i l da s p e c i a li - l a b sr i s ka s s e s s m e n ts y s t e mw h i c hc a np r o v i d e sa c c u r a t ea n dt i m e l yh a b r i s ka s s e s s m e n tr e s u l tf o rh a b p r e v e n t i o na n dm i t i g a t i o n 1 1 1 i sp a p e ra n a l y z e st h er e s e a r c hs t a t u so fd o m e s t i ca n df o r e i g nv a r i o u sn a t u r a l d i s a s t e ra s s e s s m e n ts y s t e ma n dh a b sr i s ka s s e s s m e n tr e s e a r c hr e s u l t s o nt h eb a s i so f a n a l y s i s ，t h ep a p e rp r o p o s e dt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no f r i s ka s s e s s m e n ts y s t e mo f z h e j i a n gn a b s b a s e do nc o m g i s 1 1 1 i ss t u d yc a nb es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 t h ep a p e re x p o u n d sr e s e a r c hs t a t u so fa s s e s s m e n ts y s t e mo fn a t u r a ld i s a s t e r s ， d i s c u s s e st h ep r e s e n ts h o r t a g eo fn a t u r a ld i s a s t e ra s s e s s m e n ts y s t e md e v e l o p m e n t d e f i c i e n c ya n di t sf u t u r ed e v e l o p m e n tt r e n d ；2 i n t e g r a t e dw i t hr e s e a r c hr e s u l t so f n a b sr i s ka s s e s s m e n ts y s t e m ，t h ep a p e ra c h i e v ed e s i g n st h en a b sr i s ka s s e s s m e n t s y s t e ma n ds t u d yt h e g i sr e a l i z a t i o nm e t h o do f h a b sr i s ka s s e s s m e n tm o d e l ；3 c o m b i n i n gs u p e r m a po b j e c t sa n dc 拌d e v e l o p m e n tl a n g u a g e ，t h ep a p e rb u i l dt h e n a b sr i s ka s s e s s m e n ts y s t e ma n da s s e s st h eh a b sr i s ko f z h e j i a n gs e aa r e ab a s e do n t h ed a t ao f 2 0 1 0 j u l y i n t e g r a t e dw i t hs p a t i a la n a l y s i sc a p a b i l i t i e sb a s e do ng isa n dn a b sr i s k a s s e s s m e n td a t a b a s e ，r i s ka s s e s s m e n ts y s t e mf o ri - l a b sc 卸p r o v i d e sa c c u r a t ea n d t i m e l yh a b sr i s ka s s e s s m e n tr e s u l t a c c o r d i n g l y ，t h er e l a t e dd e p a r t m e n t sc a np r e d i c t t h eh a b sa n ds e l e c tt h ee f f e c t i v em e t h o df o rn a b sp r e v e n t i o na n dm i t i g a t i o n i na d d i t i o n ，t h ep a p e rp o i n t so u tt h ep r e s e n ts h o r t a g eo f t h eh a b sd i s a s t e rr i s k a s s e s s m e n ts t u d ya n dt h ef u t u r ed i r e c t i o no f t h ei m p r o v e m e n t k e yw o r d s ：h a b s ：g i s ；s u p e r m a po b j c o t s ；r i s ka s s e s s m e n ts y s t e mo f n a t u r a l d i s a s t e r s 上海海洋大学硕士学位论文 论文答辩委员会人员名单 姓名工作单位职称是否硕士导师备注 上海海洋大学 顾杰教授是主席 1 5 6 9 2 1 6 6 5 0 7 中国水产科学研究院东海所 樊伟 研究员 是委员 1 3 3 2 1 9 5 5 8 1 2 上海海洋大学 杨晓明副教授否委员 1 5 6 9 2 1 6 5 3 5 3 上海海洋大学 冯永玖讲师否秘书 1 5 6 9 2 1 6 6 5 1 8 答辩日期2 0 1 1 年6 月8 日上午9 时答辩地点海洋学院a 4 2 0 学位评定分委员会意见： 学位评定分委员会主席( 签字) ： 年月日 注：答辩委员会至少由3 人组成，填报5 人，至少2 人为硕导( 校外至少填报1 人) ，另设 秘书1 人，注：评阅人和答辩委员重复不超过1 人。 上海海洋大学硕士学位论文 1 1 选题背景及研究意义 1 1 1 论文选题背景 第1 章绪论 赤潮，是指海洋水体中某些微小的浮游植物、原生动物或细菌，在一定的环 境条件下突发性增殖和聚集，引发一定范围和一段时间内水体变色现象f 1 】。赤潮 可以分为有害赤潮和无害赤潮，国际上一般将能够造成直接危害的赤潮称之为有 害藻华( h a r m f u la l g a lb l o o m ，n a b ) ，我国研究中提到的赤潮就是指的有害藻华。 由于赤潮发生时的优势物种、发生条件和发生区域的不同，其造成危害的方式和 程度也有所不同。赤潮破坏海洋生态结构，因此也破坏了海洋中的正常生产过程， 从而威胁海洋生物的生存；赤潮生物的分泌物粘附在海洋生物的呼吸器官上，妨 碍海洋鱼类、虾类、贝类的正常呼吸而导致窒息死亡；赤潮生物可能将无毒的物 质转化为有毒物质，含有毒素的赤潮生物被海洋生物摄食后能引起中毒死亡；人 类食用含有毒素的海产品也会导致食物中毒；赤潮生物死亡后尸骸的分解过程中 要大量消耗海水中的溶解氧，造成缺氧环境，引起虾、贝类的大量死亡；赤潮影 响沿海生态景观和旅游业【2 4 】。 近年来，由于工农业废水和生活污水的大量排入海洋、沿海开发程度提高、 海水养殖业的扩大以及海运业导致的外来有害赤潮藻类引入，我国赤潮发生频率 明显增加，发生规模及危害程度也日益加剧，例如2 0 1 0 年赤潮灾害造成直接经 济损失约2 0 6 亿元( 据2 0 1 0 年中国海洋灾害公报) ，不仅给人民的生命财产造成 了重大的损失，而且极大地影响了我国沿海社会经济的和谐和稳定，以及海洋经 济的持续健康发展。因此，赤潮灾害的评估工作已经受到科研人员的广泛关注， 也成为政府亟待解决的问题。 当今时代是一个信息化的时代，信息化是社会发展的大趋势，灾害防治工作 信息化也是减灾防灾工作的发展方向。地理信息系统作为信息化浪潮的重要组成 部分，已经在多种自然灾害的防治工作中发挥着重要的作用。地理信息系统是在 计算机硬件、软件和网络等技术的支持下，收集、传输、储存、计算、更新、检 索、分析相关的地理信息，生成输出各种分析结果的系统。地理信息系统处理的 是多种地理空间实体数据及其关系，包括图形数据、遥感图像数据、属性数据等， 用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决 策和管理问题。赤潮灾害评估工作中大部分的环境要素信息都在地理信息的范畴 1 上海海洋大学硕士学位论文 之内，同时其信息量大、形成机制复杂、发生消亡迅速、影响范围广、受到多种 要素影响，传统方法很难进行快速准确和大面积的赤潮灾害评估，因而赤潮灾害 评估与地理信息系统相结合是赤潮灾害评估的必由之路。 1 1 2 研究意义 要进行赤潮灾害的防治工作，首先必须要了解各海域中赤潮发生的概率，评 估赤潮灾害的危险度和发生风险以及可能造成的直接和间接的损失，从而为相关 部门正确指定赤潮防治决策提供信息支持，进而开展快速准确的赤潮防治工作， 减少赤潮危害带来的损失，因而赤潮灾害风险评估对于环境保护、人类健康、渔 业、养殖业、旅游业等都具有指导作用，这就是赤潮灾害风险评估工作的意义所 在。 近几十年来，国内外专家在赤潮灾害的发生消亡过程、赤潮的形成机制、赤 潮造成的损失评估、赤潮环境要素监测手段、赤潮的实验室模拟、赤潮灾害治理、 赤潮灾害预报等方面进行了大量工作，并取得了丰硕的成果，但在赤潮灾害的风 险评估领域工作较少，研究成果也有限，只是停留在应用一些g l s 的通用功能 结合赤潮灾害风险评估方法体系进行评估的阶段，并且操作复杂，不能满足专门 的赤潮风险评估的专业需求，因此，就需要开发一个操作方便、功能丰富、可以 满足需求的专门的赤潮灾害风险评估的应用型g i s 系统。因为只有将赤潮风险 与损失评估和地理信息系统相结合建立专门的应用g i s 系统，才能实现空间数 据结构和有效的数据集成、独特的图形生成能力、快速的空间定位搜索和复杂的 空间查询功能、强大的图形生成和可视化表达手段、空间决策支持功能等优势， 从而实现快速准确的大面积的赤潮灾害风险评估。 1 2 论文研究的主要内容和技术路线 1 2 1 论文研究的主要内容 在“浙江省海洋与海岛管理基金项目2 0 0 9 ( 4 9 7 5 9 4 ) ”和“8 6 3 计划 ( 2 0 0 7 a a 0 9 2 0 0 3 ) 课题的资助下，本文进行了赤潮灾害风险评估系统的设计与 实现的研究，结合组件式g i s 平台与赤潮灾害风险评估的理论研究基础，以浙江 省海域数据为基础，建立了浙江省赤潮灾害风险评估数据库，设计与开发了具有 数据输入输出与管理、赤潮灾害风险评估、赤潮灾害损失评估、专题图制作等功 能的赤潮灾害风险评估系统，可以根据海洋赤潮灾害实时遥感监测和现场调查所 获取的立体监测数据，对海区赤潮灾害风险进行评估，为有效防治和减轻赤潮灾 2 上海海洋大学硕士学位论文 害提供帮助。 本论文的研究内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) 赤潮灾害风险评估系统的开发与运行环境 ( 2 ) 赤潮灾害风险评估系统的总体界面与功能的设计与实现 ( 3 ) 浙江省赤潮灾害评估数据库的设计与实现 ( 4 ) 对于赤潮灾害风险评估系统的关键问题的总结，指出了现在赤潮灾害风险评 估研究的不足之处，以及将来的改进方向。 1 2 2 论文技术路线 系统建立于赤潮灾害风险评估与损失评估模型的基础之上，以w m d o w s x p 操作系统为系统开发的基础，以s u p e r m a p o b j e c t 为系统开发平台，a c c e s s 建设 数据库，c 撑为二次开发语言，采用c s 模式技术框架。技术流程如图1 1 所示 空间数据属性数据 j 亦湖历l 陋计1 白鳅惦厍 ：? 数据厍引擎i - ls u p e r m a po b j e c t sl - i a c c e s s r 亦硼讦1 白烈馏亦翻计伯裂借赤潮灾害风险赤潮风险专题赤潮评估结果 输入模块管理模块评估模块图制作模块输出模块 赤潮风险评估系统 1 2 3 论文结构 图1 1 系统技术流程 f i g u r e1 1s y s t e mt e c h n i c a lp r o c e s s e s 针对本文的研究内容，本论文分为六章，主要包括： 第一章绪论部分介绍了本论文选题的背景及研究意义，即赤潮的概念、危害 及建立赤潮灾害风险评估系统的意义，以及确定了论文的研究内容及技术路线。 第二章是自然灾害评估研究，主要说明了国内外在自然灾害评估理论以及与 3 上海海洋大学硕士学位论文 g i s 相结合的灾害系统这两方面的所取得的研究成果，并指出了在自然灾害评估 系统研究中还存在的问题及发展方向。 第三章是地理信息系统平台的概述，主要说明了g i s 平台的发展以及组件 式g i s 概念、特点和优势，然后介绍了国内著名的组件式g i s 平台s u p e r m a p o b j e c t s ，包括其特点、数据组织方式和开发中需要的主要组件。 第四章是赤潮灾害风险评估系统设计，首先阐明了赤潮灾害风险评估的特点 以及研究区浙江海域的概况，进而可以进行系统的需求分析，包括数据分析、系 统目标分析和系统功能需求，最后根据需求分析进行了赤潮灾害风险评估系统的 系统结构设计、系统界面设计、系统功能设计和系统数据库设计。 第五章是系统的开发实现，具体说明了赤潮灾害风险评估系统的关键功能模 块和基本g i s 功能模块的实现，包括赤潮危险度评估、赤潮灾害风险评估以及 赤潮灾害专题图生成等功能模块的实现。 第六章是结论与展望，对论文进行了归纳总结，阐述了论文研究的主要成果 和创新之处，提出了现在研究的不足之处以及将来的改进方向 4 上海海洋大学硕士学位论文 第2 章自然灾害评估研究 2 1 自然灾害评估的内涵 自然灾害评估主要包括灾害风险评估、损失评估、生态环境评估和防灾工程 减灾效益评估，其工作内容为建立自然灾害评估指标体系、建立致灾因子评价系 统、制定各项致灾因子和灾情评估统计标准、确定自然灾害评估方法，建立评估 模型、灾情调查、建立自然灾害评估系统和自然灾害评估数据库。 2 2 自然灾害评估理论研究现状 中国是世界上自然灾害最为严重的国家之一，自然灾害防范应对形势严峻复 杂。自然灾害威胁到人类的安全和制约社会经济的发展，必须加快发展减灾工作， 特别是赤潮作为中国第二大海洋灾害，其减灾工程亟需取得长足进步。自然灾害 评估已经成为中国乃至整个世界的重要课题，而建立自然灾害评估系统是全面、 快速进行自然灾害评估的并且辅助决策的最重要的方法，是防灾减灾工作的重中 之重。所谓自然灾害评估，就是对自然灾害的灾情包括强度、规模、损失、影响 进行评估和估算1 4 。而自然灾害并不是一个单一的现象，而是一个复杂的系统， 是由孕灾环境( e ) 、致灾因子( d ) 、承灾体( s ) 复合组成了区域灾害系统( d s ) 的结构 体系1 5 ，自然灾害是由于这几个部分共同作用产生的，因此，必须建立综合性的 基于3 s 的自然灾害风险评估系统，将灾害系统的几个部分综合起来，进行自然 灾害评估。 上世纪2 0 年代，地理学家开始了对自然灾害的研究，认为自然灾害是由于 致灾因子作用于承灾体而造成，形成了致灾因子论【】，其后又有孕灾环境论【m 1 2 】 和承灾体论【l3 1 4 】，主要是研究致灾因子、孕灾环境和承灾体的分类，致灾因子形 成机制，孕灾环境变化规律和承灾体脆弱性等，自然灾害是复杂的，其各个因素 之间有着系统的作用机制，时间与空间的不同以及不同的自然灾害，其主导因素 有可能发生比较大的变化，这些理论片面强调自然灾害的某一个主导因素，而忽 略了造成自然灾害的其他因素。马宗晋 1 5 l 等提出包括气象、海洋、生物、地质、 人类、地球系统组成的自然灾害系统，王劲峰【l6 】则将灾害系统划分两部分，即实 体与过程，包括自然过程、社会行为过程、成灾过程、以及致灾因子和承灾体， 史培军【5 】于1 9 9 1 年提出了区域自然灾害系统论，认为由孕灾环境( e ) 、致灾因子 ( d ) 、承灾体( s ) 复合组成了区域灾害系统( d s ) 的结构体系，即d s = e a h a s ，自然 5 上海海洋大学硕士学位论文 灾害是由于这几个部分共同作用产生的。m i l e t i 1 7 】认为灾害系统各要素相互作用 导致灾害的产生，而地球物理系统( e ) ，人类系统( 人口、文化、经济等) ( h ) 与结构 系统( 建筑物、道路、桥梁等) ( c ) 共同组成灾害系统，o k a d a t l 8 】等也对灾害系统的 结构进行了研究，提出了不同的灾害系统结构体系。在此基础上，仪垂祥【1 9 1 提 出了自然灾害系统评估的模型，为灾情计算提供了一个统一的标准。b u r t o n 、 w i s n e r 2 0 , 2 1 等研究了灾害系统的功能体系和各要素的相互作用机制，2 0 0 5 年史培 掣2 2 j 在之前研究的基础上，进一步阐述了由孕灾环境稳定性( s ) 、致灾因子风险 性限) 和承灾体脆弱性m 共同构成的区域灾害系统的功能体系( d o ，并论证了脆 弱性和恢复力在区域灾害系统中的作用机制。 自然灾害评估理论研究主要集中在自然灾害和灾情概念的研究、自然灾害分 类及灾害活动强度等级的研究、承灾体类型及易损性研究、自然灾害经济损失评 估与承载等级划分研究、减灾能力的调查与评估【4 】，这是建立自然灾害评估系统 的基础。 2 3 自然灾害评估系统研究 2 3 1 基于3s 的自然灾害评估系统的界定 所谓基于3 s 的自然灾害评估系统，是指基于地理信息系统( g i s ) 、全球定位 系统( g p s ) 和遥感( r s ) ，借助计算机，结合评估指标体系、评估方法、灾情数据 库，集成一个具有数据采集维护、图形显示、信息查询、空间分析以及辅助决策 等功能的系统。自然灾害评估系统建立的基本流程如图2 1 所示。 6 上海海洋大学硕士学位论文 r s 数据库lg p s 数据il 历史数据ii 地面站统计和监测il 其他方法获取数据 空间数据库 经 纬 度 数 据 影像数据库 羹fl 差li 蚕 f 蓍l 霾i 羹j 垂 属性数据库 量囊fj 耋ll 蓁i l 蓁fi 萋 宴 图片il 象f j 性i f 料j j 济li 数 视频ii 藉 i 蓁l 蓁ll 藐ii 据 自然灾害数据库 二二工二二 灾害分析中心 建立灾害模型li 模拟灾害趋势if 提出救灾方案 灾情发布 用户查询i政府救灾l数据服务 图2 1 基于3s 的自然灾害评估系统的技术流程 f i g 2 1t e c h n i c a lp r o c e s s e so f n a t u r a ld i s a s t e rr i s ka s s e s s m e n ts y s t e mb a s e do n3 s 2 3 2 国内外自然灾害评估系统研究现状 自上世纪7 0 年代，美国就开始将g i s 应用于自然灾害的评估工作，近些年 来，我国研究者也将3 s 技术应用于自然灾害评估，建立了多个自然灾害评估系 统。高庆华【2 3 1 于1 9 9 1 年提出建立自然灾害评估系统的总体构思，c a r r a r a t l 4 】等提 出建立基于g i s 的自然灾害评估系统。目前对自然灾害评估系统的研究主要集 中在地质灾害、地震灾害、气象灾害、洪涝灾害、干旱以及森林火灾等方面。朱 良峰1 2 4 乃】等基于m a p g i s 设计开发了区域地质灾害风险分析系统，并利用此系 统对我国全国范围的滑坡灾害进行了危险性分析、区域社会经济易损性分析和最 终的风险评估。谢谟文、江崎哲郎【2 6 】等提出了基于边坡单元的三维滑坡灾害评 价方法，利用一个新的基于地理信息系统栅格单元的三维定量模型，建立了 3 d s l o p e g i s 系统，并且以边坡单元作为研究对象，利用三维安全系数指标进行 滑坡灾害的分区。吴柏清【2 7 】等基于g i s 的信息量法，综合应用g i s 技术的空间 分析功能和信息量法的定量评价功能，通过评价因子图层内地质灾害分布密度 的统计实现信息值的计算，完成九龙县地质灾害危险性评价。谢礼立【2 8 】等设计 完成了地震危险性评估智能辅助系统( s h e s ) 和基于g i s 的地震构造信息系统 ( s t i s ) ，并利用人工智能技术( a i ) 使二者结合起来，使g i s 强大的数据管理、处 7 上海海洋大学硕士学位论文 理功能与的朋的建模、分析功能融合在一起，实现了地震危险性评估、地震风 险区划、辅助地震危险性评估和地震影响场经验模拟等功能。汤国兴【2 9 】等提出 了基于组件式g i s 技术的工程场地地震灾害风险评估系统，运用组件式g i s 技 术、数据库技术和空间分析技术构建信息管理平台，结合场地类别、液化、震陷、 滑坡四大震害因子对场地震害做出综合分析，通过因子叠加分析来确立场地震害 的危险度。盛绍掣3 0 】等提出基于g i s 的安徽省重大农业气象灾害测评系统，建 立了安徽省干旱、洪涝及低温冷害的基本数据库、灾害监测评估模型和应急反应 及决策服务系统。c h a p m a n 等【3 l j 提出了g i s 在气象学方面的应用，设计了基于 g i s 的气象灾害评估系统。l e g g e t t 等【3 2 】在盎格鲁地区应用g i s 来辅助洪水防御， 并设计开发了基于g i s 的海岸管理系统。王远飞掣3 3 】设计了基于g i s 的热带气 旋信息系统，主要功能包括相似路径查询、关键区查询、按指定条件的路径查询、 热带气旋影响分析、源地分析、统计分析以及地图操作等。罗培【3 4 l 选取地貌、 灾害频率、人口和社会经济为评价因子，应用模糊评价法建立了气象灾害孕灾背 景、灾害危险性、承灾体易损性等数学模型，建立了基于g i s 的气象灾害风险 评估模型。周成虎1 3 5 等提出了基于地理信息系统的洪灾风险区划指标模型，并 结合辽河流域具体情况，以降雨、地形和区域社会经济易损为主要指标，得出辽 河流域洪灾风险综合区划。刘仁义、刘副3 6 】利用基于d e m 的蔓延算法模型，结 合灾害评估方法，可以有效地迅速准确计算出淹没区范围，并能对洪水灾害地区 做出客观准确的评估和预测分析。刘俊【3 7 】建立了基于g i s 的江苏省洪涝灾害评 估系统，彭定志掣邛j 建立了基于m o d i s 和g i s 的洪灾监测评估系统，将遥感 淹没范围图和数字高程模型叠加计算，可确定不同高程下不同土地类型的淹没面 积，再通过各种专题图直观地展示和输出淹没面积和水深等评估结果。此外，有 很多专家对干旱和森林火灾的灾害风险评估系统展开研究【3 9 棚】。 2 3 3 自然灾害评估系统存在的问题 1 ) 在现有的自然灾害评估方法中，特别是在地质灾害、地震灾害评估中， 仅仅依靠遥感等技术快速获取数据是不足的，很难正确进行灾害评估，必须结合 实地调查获取的数据进行综合的分析，但由于实地调查这一传统地学方法的成本 高、周期长、效率低等特点，不利于快速进行灾害评估，降低了系统反应速度， 在应对突发性自然灾害时，其缺点更加突出，无法及时制定减灾政策。 2 ) 现有的灾害评估系统功能往往停留在风险区划成图这一方面，灾害现场 模拟功能较少实现，例如在洪水灾害评估系统中，一般都是二维的洪水淹没模拟。 为用户提供的分析和查询功能始终没有突破平面图形与数据表的操作和显示。没 8 上海海洋大学硕士学位论文 有三维现场模拟功能，就很难通过系统对现场灾情有一个直观的认识，对灾情救 援等决策的辅助功能不足，难以辅助进行准确的决策。 3 ) 当前灾害风险评估系统的研究主要集中在地质灾害、地震灾害、气象灾 害、洪涝灾害、干旱灾害和森林火灾方面，在海洋方面的风险评估系统( 特别是 赤潮风险评估系统) 研究不足，由于赤潮的发生条件比较复杂，形成机制的不确 定，且造成的经济损失差别比较大，其间接损失难以估算，其评估系统的研究尚 未取得很好的成果。 4 ) 某些自然灾害发生后，特别是某些等级高、强度大的自然灾害发生以后， 常常诱发出一连串的其他灾害接连发生，引发出一系列的次生灾害，特别是地震 经常会诱发滑坡、泥石流、水灾、火灾等一系列次生灾害，这就需要进行次生灾 害的评估，这一方面主要是对地震诱发的滑坡和火灾等评估系统的研列4 3 啪】， 评价因子比较单一，而对其他次生灾害的研究比较少。 5 ) 根据自然灾害的形成过程时间长短可以将其分为突发性自然灾害和缓发 性自然灾害。像洪水、泥石流、地震等自然灾害，在其致灾因子达到一定强度时， 会在短时间内爆发，并且其结束也快速，这种类型的自然灾害就称之为突发性自 然灾害。与之相对的致灾因子发展缓慢，需要几年甚至更长时间形成的自然灾害 就称之为缓发性自然灾害，例如水土流失、土地沙化等。目前的灾害评估研究集 中在突发性自然灾害上，由于缓发性自然灾害一般影响因素多、形成机制复杂、 时间跨度大，其研究困难较多，因而其灾害评估系统的研究也较少。 6 ) 自然灾害损失评估指标体系建设不足，主要以直接经济损失指标为主， 而由次生灾害对经济造成的间接损失指标研究较少，对经济损失的评估不全面， 需要建设一个综合性的自然灾害损失评估指标体系，才能对自然灾害进行综合性 的损失评估。 我国是自然灾害多发区，面对日益突出的自然灾害问题，传统技术很难满足 防灾减灾的工作需求，利用3 s 技术进行自然灾害的监测、预警、管理和防治是 减灾工作的必由之路，是对自然灾害进行检测和评估的有效方法，但我国自然灾 害种类多，规模大，自然灾害评估系统建设较多，但还存在很多问题，需要进一 步的研究和实践。 2 3 4 自然灾害评估系统的发展趋势 1 ) 在自然灾害评估工作中，特别是地震等突发性自然灾害，在对其评估中， 要逐渐减少对实地调查数据的依赖性，而趋向于以遥感等快速获取技术为主，实 现灾害系统的快速反应，及时为相关部门提供灾害评估信息，便于减灾政策的快 9 上海海洋大学硕士学位论文 速制定，减少灾害损失。但是现有的灾情信息快速获取技术的精度需要进一步的 改善与提高，这是其与传统地学方法相比的不足之处。 2 ) 灾害评估由单一自然灾害评估转向综合性的自然灾害评估，目前的灾害 风险评估系统对单一灾害风险评估的研究较多，实际上在现实中，某一个地区在 某一个时间段，往往有多种自然灾害同时发生，受灾体会遭受多种自然灾害的影 响 1 ，因此，自然灾害评估系统逐渐转向综合化方向发展。 3 ) 某些自然灾害并不会造成直接的经济损失，而是通过破坏生态环境，由 生态环境的变化造成社会经济的损失，这是自然灾害的生态环境效益，已经有专 家对其进行研究，许学- - - _ 1 4 7 , 4 5 等均进行了一定程度的研究，并提出了一些评估方 法，但生态环境效益评估是一个新兴的课题，目前的评估方法都存在着一些问题， 还没有行之有效的评估方法。 4 ) 三维g i s 能使人们只有抽象概念而难以直接感知的空间现象现实化和直 观化，产生直观地感受，比如模拟复杂的时空现象、剖析地下结构等。三维g i s 在提供三维视觉认知的同时，还提供更深刻的解析的空间分析功能，未来的发展 应当将三维g i s 与灾情评估结合起来，为用户提供更直观的灾情认识。 5 ) 防灾工程具有明确的投入和产出，因此，防灾工业也遵循成本一效益原 则。对自然灾害的评估，也应包括对于防灾工程的效益评估，明确防灾工程的减 灾投入与经济效益之比。目前的防灾工程效益评估集中于单项投资的【4 】评估，但 由于自然灾害系统的综合性，整体防灾工程的效益评估是必然的发展趋势，目前 还没有准确的整体防灾工程的效益评估方法。 6 ) 定性的自然灾害评估指标已经不能满足灾害评估的需要，为提高自然灾 害评估准确度，其评价指标由定性逐渐转向半定量以至定量指标。 上海海洋大学硕士学位论文 第3 章地理信息系统平台概述 3 1g i s 平台的发展 g i s 软件技术的发展经历了从简单到复杂、从单一功能到多功能的逐渐成 熟完善的发展过程。从发展历程看，g i s 软件技术体系可以划分为六个阶段( 图 3 1 ) ，即：g i s 模块、集成式g i s 、模块化g i s 、核心式g i s 、组件式g i s 和 网络g i s 。传统g i s 的设计和开发大多基于早期的技术体系，甚至是十多年前 的技术体系，因此，使得g i s 软件的发展受到了比较大的限制。面向对象、可 视化程序设计、多媒体技术等各种新的计算机技术和其他各种信息技术的飞速发 展，促使g i s 软件发展到达了一个新的阶段，出现了组件式g i s ( c o m p o n e n t sg i s ， 简称c o m g i s ) 和网络g i s ( 简称w e b g i s ) 。 目前国内g i s 系统常用的开发平台软件主要有a r c g i s 、m a p l n f o 、s u p e r m a p 和m a p g i s 等，这几种平台软件均包括组件式开发平台和w e b g i s 开发平台。此 外，在数据管理储存方面有了将属性数据和图形数据一体化管理的空间数据库技 术，a r c g i s 、s u p e r m a p 和m a p g i s 还各自开发了g e o d a t a b a s c 、s u p e r m a ps d x + 等独有的数据外扩型数据库技术，这类数据外扩型数据库技术主要从数据库系统 外围，通过调用数据库系统的非空间数据管理能力来实现空间数据的管理。其应 用效率更高。自然灾害评估系统大多也是以这几种开发平台软件为基础进行系统 的开发，例如，朱良峰 2 4 2 5 等基m a p g i s 设计开发了区域地质灾害风险分析系统， 吴益平1 4 9 】等基于m a p g i s 开发了巴东新县城滑坡灾害风险系统，张永兴 s o 】等基 于a r c g i s 开发了边坡灾害风险评估系统，金江军【5 l 】等基于a r c g i s 开发了深圳 市地质灾害评价与预警系统，罗培p 4 】基于m a p l n f o 开发了重庆地区冰雹灾害风 险评估，王艳艳【5 2 】等基m a p l n f o 开发了上海市洪涝灾害损失评估系统，陈金水【5 3 】 等基于s u p e r m a p 设计开发了泰州市水利信息系统。 1 1 上海海洋大学硕士学位论文 图3 1g i s 平台发展过程 f i g u r e3 1g i sp l a t f o r md e v e l o p m e n t 当前，随着计算机软件技术的发展，g i s 开发平台也到了一个全新的阶段， 主要的发展趋势是组件体系变化和三维化，组件式g i s 是w e b g i s 和服务式g i s 的基础，目前组件式g i s 平台转换的趋势主要是n e t 和j 2 e e ，二者均能更好的 适应c s 架构，并包含许多组件，可简化且规范g i s 应用系统的开发与部署， 进而提高可移植性、安全与再用价值，超图公司的s u p e r m a po b j e c t s n e t j a v a 便是分别基于这两种组件技术的开发平台。三维化是指g i s 开发平台趋向于全 面整合g i s 、d e m 、三维景观建模、三维地质构模、体视化、三维模型显示、虚 拟现实、数据库、网络通信等多方面的技术，建立集合三维空间信息存储、管理 及应用、开发等功能的平台。目前占据中国三维g i s 份额较多的是s k y l i n e 软件， 并且已经应用于自然灾害评估，例如福建省地质测绘院开发的晋安区森林防火地 理信息系统，结合了a r c g l s 二维平台和s k y l i n e 三维平台，充分发挥了a r c g i s 的空间分析能力和s k y l i n e 的三维展示效果，实现了二三维平台的整合和联动。 但三维g i s 平台还存在许多问题亟需解决，二维和三维平台从数据底层无法实 现高效共享和集成，存在割裂的现象，分析效率较低，此外，三维g i s 平台自 身分析能力不足，阻碍了其发展。 3 2s u p e r m a po b j e c t s 说明 所谓组件式g i s ，是指由一系列具有标准接口的组件所组成的g i s 系统开 上海海洋大学硕士学位论文 发平台。通过标准的通信接口和各种计算机语言可以实现g i s 组件之间以及g i s 组件与其他组件之间的交互，其组件可以进行灵活的组合和分拆，可以根据需要 选择不同的g i s 组件结合进行方便的系统开发，组合成为专门的应用型g i s 系 统。s u p e r m a po b j e c t s 是北京超图软件股份有限公司的组件式g i s 平台，由若 干a c t i v e x 控件和数量众多的自动化对象( a u t om a r i o no b j e c t s ) 构成，因此可以方 便地嵌入到流行的可视化高级开发语言环境中进行二次开发。 3 2 1s u p e r m a po b j e c t s 的数据结构 数据结构，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。数据结构是 数据模型和文件格式之间的中间媒介，选用何种数据组织形式取决于数据的性质 与具体的使用方式。s u p e r m a po b j e c t s 的数据结构是利用以下概念对地理信息进 行组织和储存的，如表3 1 所示： 表3 1s u p e r m a po b j e c t s 的数据结构 t a b l e 3 1d a t as t r u c t u r eo fs u p e r m a po b j e c t s 概念 描述 工作空间 s u p e r m a po b j e c t s 中工作空间保存的是用户为方便工作而构建的特定工作 ( w o r k s p a c e ) 环境，主要是由五部分组成，包括数据源、地图、布局等。 数据源 数据源是s u p e r m a po b j e c t s 中数据的基本组成形式，是由各种类型的数据 ( d a t a s o u r c e ) 集组成的数据集的集合。相同坐标系的数据集或者是不同格式的矢量和栅 格数据，均可以储存在同一个数据源中。 数据集 数据集是s u p e r m a po b j e c t s 中数据的基本组成元素，各种空间数据均是通 ( d a t a s e o过数据集的形式在s u p e r m a po b j e c t s 中进行分析、计算和转换，最常用的 数据集类型有点数据集，线数据集，面数据集等十几种类型。 地图 地图窗口就是用来显示数据集的窗口，也是对数据集进行可视化的操作的 ( m a p ) 窗口，数据集可以在窗口中浏览显示、编辑和修改，地图窗口中所显示的 具有统一坐标系的数据集就组成了地图。 图层 图层就是添加到地图窗口中的数据集，由于其增加了显示属性，所以称之 ( l a y e r ) 为图层，图层的显示属性是可以随时进行改变的，如修改其显示符号、显 示颜色等。最重要的显示属性就是g i s 专题图，可以对某些属性突出显示， 使其更直观。 空间数据 空间数据一般以几何图形的形式来表达，主要是描述目标地物空间位置的 ( s p a t i a ld a t a )数据，如海洋中各个浮标的地理坐标或者考察船进行采样等操作时的经纬 度等。 上海海洋大学硕士学位论文 属性数据属性数据时描述目标地物的特性信息的数据，例如海洋某一监测点处的营 ( a t t r i b u t e 养盐组成种类、某种营养盐的浓度或者温度等特征。 d a t a ) 矢量g i s 基本的数据类型，以矢量方式存储的数据，它由表示位置的标量和表 ( v e c t o r ) 示方向的矢量两部分构成。在地理信息系统空间数据库中，矢量数据用于 表达既有标量属性又有方向属性的地理要素。 栅格另一种g i s 基本数据类型。它以原子空间充填的方式来表达空间对象，如 ( 硎d ) 一个多边形可以用其内部的正则多边形原子铺盖充填的方式表达。 s u p e r m a po b j e c t s 实现了多源空间数据无缝集成技术框架，在这一技术框架 下，s u p e r m a po b j e c t s 在设计上有多种数据结构，分别针对不同用户的要求。本 系统所采用的数据结构是s d b + 一文件数据库混合格式，特点是速度快，操作 灵活，是s u p e r m a po b j e c t s 几个数据组织方案中唯一的文件数据库混合方案。 s d b + 由s d b 和s d d 两个文件组成。其中s d b 存储空间数据，s d d 为 a c c e s s 数据库，存储属性数据。一对s d b 和s d d 文件可以存放多个数据集 ( d a t a s e t ) 。 s d b 结构中包含两个s t o r a g e ，即d a t a s e t s 和i n f 0 。i n 向目录下存放s d b 的属性信息，s d b 属性信息包括坐标体系( c o o r d i n a t es y s t e m ) 、坐标单位 ( c o o r d i n a t eu n i t ) 、描述信息( d e s c r i p t i o n ) 等。d a t a s e t s 则是各数据集的集合， 是s d b 空间数据库组织、存储和管理空间数据的基本单元，可以储存同一坐标 系的多种类型的数据，包括各种栅格数据和矢量数据。s d b 的存储结构如图3 2 所示 上海海洋大学硕士学位论文 图3 2s u p e r m a po b j e c t s 的数据存储结构 f i g3 2d a t as t o r a g es t r u c t u r eo fs u p e r m a po b j e c t s 3 2 2s u p e r m a po b j e c t s 的优势 利用s u p e r m a po b j e c t s 进行g i s 系统的开发具有以下优势： ( 1 ) 支持语言丰富 开发人员可以利用多种计算机语言，例如v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 、 v i s u a lc 撑n 吼和d e l p h i 等将各种需要的g i s 组件结合和应用，从而根据需要实 现各种作用和需求不同的专门型g i s 系统。 ( 2 ) 组件选择灵活 在s u p e r m a po b j e c t s 平台中，可以根据需要选择不同的组件进行方式不同的 组合，选择灵活方便。 ( 3 ) 支持主流空间数据库 s u p e rm 印s d x + 是s u p e r m a po b j e c t s 内置的空间数据库引擎，支持多种主 流空间数据库，例如o r a c l e 、s q ls e r v e r 、d b 2 等。 3 2 3s u p e r m a po b j e c t s 的主要组件 s u p e r m a po b j e c t s 提供一组标准的a c t i v e x 控件，具有丰富的g i s 功能，每 个控件具有不同的g i s 功能，在使用中可以根据所需功能不同而选用不同控件。 上海海洋大学硕士学位论文 它由9 个控件组成，其中s u