信永波　田菲

摘要 以建設白龍江流域泥石流災害空間數據庫為目標，在對現有的數據整理分析的基礎上，通過概念設計、邏輯結構設計和數據庫建設3個步驟說明了泥石流災害空間數據庫的設計流程，并采用了ArcGIS Diagrammer工具建立UML模型完成泥石流數據庫的設計。

關鍵詞 泥石流；GIS；空間數據庫

中圖分類號 S431.9 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）20-243-03

Abstract Based on the analysis of existing data，with the goal of construction of the debris flow Geodatabase of Bailong River basin，through the three steps of conceptual design，logic structure design and database construction to illustrate the design process of debris flow Geodatabase，and use ArcGIS Diagrammer tools to build UML model of the Geodatabase.

Key words Debris flow； GIS；Spatial database

泥石流是一種含有大量泥沙石塊等固體物質，暴發(fā)突然，歷時短暫，具有強大破壞力的特殊洪流[1]。白龍江流域位于甘肅省南部，是甘肅省泥石流災害最為嚴重的區(qū)域。通過調查發(fā)現，該地區(qū)尚在活動的泥石流溝有1 074余處，嚴重威脅著人民群眾的生命財產安全。作為一種典型的地質災害現象，泥石流有其固有的屬性、方法及事件特征[2]。收集白龍江泥石流災害數據并進行管理和分析，對該地區(qū)防災減災具有重要意義。傳統(tǒng)的數據管理方式存在管理方式單一、信息處理速度慢、難以共享等局限，不利于數據的高效利用，因此需要強大的空間數據管理系統(tǒng)的支持。地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）具備強大的空間數據管理、空間分析以及與專業(yè)模型集成等功能，為研究泥石流提供了很好的解決方案和獨特的研究方法[3]。ESRI公司的ArcGIS軟件提出的Geodatabase空間數據模型是一種以關系數據庫為基礎，面向對象的新的數據模型，支持多種數據格式。采用該模型可將與泥石流相關的多種格式數據融合到關系型數據庫支持下的空間數據庫中統(tǒng)一管理，有利于提高數據資源的管理和利用效率。

1 現有數據情況及數據庫建設需求

1.1 數據概況

研究區(qū)范圍是32°36′～34°24′ N，103°00′～105°30′ E。通過收集和整理該地區(qū)地質災害調查與歷史勘測成果，得到關于研究區(qū)的數據如下：地形圖、ASTER GDEM、 Landsat 7影像、地質圖、滑坡點位置數據、土地利用數據、多年降雨暴雨數據（表1）。

通過表1可知，泥石流數據來源多樣，可分為環(huán)境數據、屬性特征數據、影響因子數據、多媒體數據等。環(huán)境數據包括泥石流溝的地理空間位置、人口交通等基礎地理信息；基本特征數據包括泥石流溝谷的基本形態(tài)屬性數據；影響因子數據是與空間要素關聯的屬性表，反映著影響泥石流的各類因素；多媒體數據包括柵格圖像、影片、電子文檔等類型，是空間數據庫的重要補充。

從數據的格式看，包括矢量數據、影像數據、文本表格和多媒體數據等，為提高多源數據的利用效率，需要采用數據庫來管理?？紤]到泥石流災害具有空間性，因此采用空間數據庫管理較為妥當。

1.2 數據庫建立的需求

1.2.1 完整性的需求。

由于數據格式眾多，應保證對錄入數據設定類型及取值范圍以保證數據的完整性；各種災害數據間聯系的正確性，相同數據在不同記錄中具有一致性。

1.2.2 安全性的需求。需要根據人員設定不同的權限，通過使用密碼控制功能對用戶使用權限加以限制。數據庫需要為不同的角色設置標簽確定是否有權限訪問。對不同層次的數據設定不同的訪問層次。

2 概念設計

概念設計將用戶需求及數據需求抽象為開發(fā)人員及用戶能理解的概念模型，通過對信息世界進行建模，得到實體-關系圖（E-R圖）。筆者以白龍江流域的泥石流溝為基本單元，得到泥石流災害空間數據庫的E-R圖（圖1）?？梢姡嗍鳒系闹鞅砼c多媒體記錄表之間，主表與防災預案之間存在一對多的關系[4]。

3 邏輯結構設計

邏輯結構設計階段的任務是將概念結構設計階段所得到的概念模型轉換為具體數據庫管理系統(tǒng)所能支持的數據模型（即邏輯結構），并對其進行優(yōu)化。筆者采用關系型數據庫支持下的 Geodatabase模型，設計完成的結果是一組關系模式集合。

3.1 泥石流災害的編碼設計

Geodatabase中泥石流溝的屬性數據從屬于相應的空間位置，即泥石流主表對應于空間的一個泥石流溝。要實現泥石流的基本特征、自然環(huán)境、影響因素、防災預案等屬性表與滑坡主表的關聯，必須有唯一標識的編碼實現上述表之間的連接（圖2）。

3.2 屬性庫邏輯結構設計

將數據庫中泥石流表進行分解，形成與泥石流溝“唯一編號”連接的一套關系表，實現屬性庫的高效存取。在數據庫中，泥石流研究對象與主表實現連接，其他的泥石流屬性表通過關系數據庫的連接操作即可實現泥石流主表與基本特征、環(huán)境條件、影響因素等屬性表的連接[5]。下面得到轉換后的泥石流屬性數據庫關系模型，關聯的碼用實線標出，外鍵用虛線標出。

泥石流主表（唯一編號，溝谷名稱，泥石流類型，室內編號，空間位置，…）；基本特征 （編號，唯一編號，面積，周長，高差，坡度，規(guī)模等級，…）；

環(huán)境條件（編號，唯一編號，居民地數，人口，水系，道路，…）；

影響因素（編號，唯一編號，地形因素，降水，滑坡密度，植被覆蓋，松散堆積物含量，土地利用，…）；

監(jiān)測與防治（編號，唯一編號，監(jiān)測站點號，防治建議，負責人，電話，…）。

以上各個屬性表中，各子表通過“唯一編號”這個主鍵實現了相互之間的連接。如果將所有的泥石流的各屬性數據存儲在一個表中，數據冗余度較大不利于統(tǒng)計分析時的效率；通過對屬性表的分解，將原來的一個關系表分解為若干內容不同的關系表，在進行數據庫查詢和更新時效率更高而且符合數據庫設計的要求。

4 空間數據庫建設

由于災害數據具有空間屬性和多種格式的特點，需要采用空間數據庫的方式存儲。空間數據庫建設通常是通過ArcSDE把空間數據和屬性數據按一定的策略存儲在關系型數據庫中，構成數據庫的要素類、柵格數據集、屬性表以及表

之間的各種關系[6]，當前比較流行的空間數據庫模型為ESRI的Geodatabase。

4.1 空間數據的存儲方案

Geodatabase采用標準關系數據庫技術來表現地理信息，在Geodatabase中，數據按要素類（Feature Class）、對象類（Object Class）、關系類（Relationship Class）和要素數據集（Feature Dataset）進行組合[7]。目前GIS軟件開發(fā)過程中建立空間數據庫一般采用國內外GIS廠商提供的中間件加商業(yè)數據庫，如ArcSDE加數據庫管理系統(tǒng)，或者直接采用數據庫廠商提供的空間數據庫擴展模塊，如Oracle Spatial、Spatial Extender、PostgreSQL提供的PostGIS擴展等[8]。綜合比較后，筆者采用ArcSDE+SQL Server的方案管理空間數據。

4.2 利用ArcGIS Diagrammer工具實現數據庫結構

根據數據庫設計的方案，利用ArcGIS Diagrammer工具構建空間

數據庫的UML靜態(tài)模型圖（圖3）。在ArcGIS Diagrammer工具中建立各個地理空間數據表，創(chuàng)建字段，設計字段類型，

設置主鍵，建立表與表之間的關系，把建好的模型轉化為XML 數據，通過ArcCatalog引入XML轉化為Geodatabase數據模型，完成泥石流災害數據庫的結構設計（圖4），然后可將已有的或按照設計的結構整理的數據導入空間數據庫（圖5），完成空間數據庫的存儲。

5 結論與討論

筆者研究了泥石流災害空間數據庫的建設，得出了泥石流災害數據概念模型圖，在設計過程中提出了空間數據和非空間數據的整合方式，使用ArcGIS Diagrammer工具創(chuàng)建了泥石流災害空間數據庫模型。綜上所述，基于Geodatabase數據模型創(chuàng)建空間數據庫，可以通過分解屬性表的方法，采用主鍵將各表聯系在一起，以便于提高效率。同時可采用UML靜態(tài)模型圖展現了數據庫對象之間的復雜關系，實現數據模型設計的可視化。目前，泥石流災害空間數據已進入初步應用階段中。由于地質災害數據的復雜性，空間數據庫模型有待進一步完善。

參考文獻

[1] 李鴻璉，曾思偉.甘肅泥石流[M].北京： 人民交通出版社，1982.

[2] 孟興民，陳冠，郭鵬，等.白龍江流域滑坡泥石流災害研究進展與展望[J].海洋地質與第四紀地質，2013，33（4）：1-15.

[3] 周偉.基于Logistic回歸和SINMAP模型的白龍江流域滑坡危險性評價研究[D].蘭州：蘭州大學，2012.

[4] 邢釗.基于信息熵與AHP模型的白龍江流域泥石流危險性評價[D].蘭州：蘭州大學，2012.

[5] 張立憲，甘淑，劉永，等.基于Geodatabase的滑坡地質災害數據庫設計[J].科學技術與工程，2010（34）： 8503-8507.

[6] 黃夢龍，胡鵬，夏蘭芳.基于Oracle和Geodatabase的福建省基礎地理信息數據庫建設[J].地理空間信息，2008（1）： 46-49.

[7] ZEILER M.為我們的世界建模： ESRI 地理數數據庫設計指南[M].北京： 人民郵電出版社，2004.

[8] 於家，吳健平.利用UML模型構建Geodatabase的方法與實踐[J].測繪與空間地理信息，2008（1）：6-11.