余其鵬， 程曉東

（鎮(zhèn)江市地震局，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

0　引言

地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是地震應(yīng)急指揮的基礎(chǔ)，完善的數(shù)據(jù)庫(kù)有助于提高政府的應(yīng)急反應(yīng)能力，減少地震災(zāi)害損失[1]。然而在各級(jí)抗震救災(zāi)指揮體系的建設(shè)過程中普遍遇到的最大難題是，適應(yīng)于地震應(yīng)急要求的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)普遍匱乏[2]，應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)不夠完善，這些問題將會(huì)導(dǎo)致在城市的防震減災(zāi)救災(zāi)決策執(zhí)行中缺乏數(shù)據(jù)支持，嚴(yán)重的甚至?xí)率怪笓]系統(tǒng)失效和癱瘓。因此，有關(guān)城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和物理實(shí)現(xiàn)的研究具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)于地震應(yīng)急數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都進(jìn)行了探索研究。有學(xué)者通過對(duì)城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)、評(píng)估模型、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并成功運(yùn)用在地震信息處理和應(yīng)急指揮系統(tǒng)上[2]。針對(duì)地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)分布和管理的特點(diǎn)，有學(xué)者采用集中與分布式相結(jié)合，分級(jí)分層次管理的方式探索了地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)[3]。也有學(xué)者把地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和震害快速評(píng)估技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行了探討[4]。地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)中往往存在不同比例尺數(shù)據(jù)的融合與集成問，設(shè)計(jì)了基于多比例尺空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)框架，徐敬海等論述了不同尺度基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的處理、轉(zhuǎn)換方法，以及多比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的融合建庫(kù)方法[5]。劉琳婷等[6]通過空間數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)，以及分布式空間數(shù)據(jù)庫(kù)的概念、功能，簡(jiǎn)述了空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎的功能及體系結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了分析與總結(jié)。對(duì)于應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)方法，國(guó)外也有許多學(xué)者進(jìn)行了探討，有基于UML對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的方法學(xué)研究[7]，有基于Geodatabase的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)[8]，也有將數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和建筑物的地震災(zāi)害估計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)管理相結(jié)合的研究[9]。

上述方法都對(duì)地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)進(jìn)行了討論和研究，但是大多注重對(duì)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，而對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯設(shè)計(jì)以及快速化建庫(kù)缺乏詳細(xì)的討論，本研究基于Geodatabase面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)的建庫(kù)方法，采用UML設(shè)計(jì)語(yǔ)言對(duì)應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，并利用ArcGIS Diagrammer地理數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工具實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的快速物理實(shí)現(xiàn)，這種方法設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)具有可移植性、可復(fù)制性，對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有一定的約束等特點(diǎn)。

1　研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1　研究區(qū)概況

鎮(zhèn)江市地處江蘇省西南部，長(zhǎng)江下游南岸，位置如圖1所示，為江蘇省轄地級(jí)市，全市總面積3848平方公里，人口311萬人。全市低山丘陵以黃棕壤為主，崗地以黃土為主，平原以潛育型水稻土為主。鎮(zhèn)江市地質(zhì)構(gòu)造和地貌條件復(fù)雜，20余條斷裂隱伏于現(xiàn)代沉積之下，其中，主要斷層有五峰山—西來橋斷裂、丹徒—建山斷裂、幕府山—焦山斷裂、上黨—河陽(yáng)斷裂以及茅山斷裂帶北延段等，鎮(zhèn)江市轄區(qū)內(nèi)所有陸地面積全部位于國(guó)務(wù)院確定的地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)內(nèi)，全市所有行政區(qū)域均需進(jìn)行抗震設(shè)防[10]。鎮(zhèn)江市歷史上曾經(jīng)發(fā)生過4次破壞性地震，最大震級(jí)為5.5級(jí)。歷史上還多次受到鄰近地區(qū)發(fā)生的破壞性地震的波及影響，遭受最大的遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)震影響烈度可達(dá)Ⅵ度。

圖1　鎮(zhèn)江市區(qū)位圖Fig.1　 Location of study area

表1　鎮(zhèn)江市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)

1.2　研究區(qū)數(shù)據(jù)與來源

本研究將數(shù)據(jù)分為兩大類，一類是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，另一類是地震應(yīng)急專題數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)包括行政區(qū)劃圖、交通圖等專題圖層，以及人口、經(jīng)濟(jì)等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；專題數(shù)據(jù)庫(kù)包括應(yīng)急避難場(chǎng)所、地震區(qū)劃、臺(tái)網(wǎng)分布等圖層。詳細(xì)分類如表1所示。

2　研究框架

本研究主要分為三部分。首先對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，數(shù)據(jù)分類、定義字段、投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、遙感數(shù)據(jù)的校正融合裁剪等。然后對(duì)應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，建立關(guān)系表格，利用ArcGISDiagrammer軟件建立數(shù)據(jù)模型UML類圖，最后利用數(shù)據(jù)框架的xml文件，直接快速實(shí)現(xiàn)基于Geodatabase的地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)（ZJDZYJ.mdb）的物理實(shí)現(xiàn)。其主要的技術(shù)流程如圖2所示。

圖2　技術(shù)流程圖Fig.2　 Workflow chart

3　地震應(yīng)急數(shù)據(jù)模型邏輯設(shè)計(jì)

要素?cái)?shù)據(jù)集和新建的觀測(cè)要素?cái)?shù)據(jù)集進(jìn)行要素類、空間屬性、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和要素行為的規(guī)定，并依據(jù)其空間關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系修改數(shù)據(jù)模型的關(guān)系類。下表是對(duì)這兩者比較詳細(xì)的解釋。

表2　鎮(zhèn)江市應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)表

4　地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的物理實(shí)現(xiàn)

物理實(shí)現(xiàn)就是將概念化的邏輯數(shù)據(jù)模型載入到數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，建立完整的數(shù)據(jù)庫(kù)，在執(zhí)行語(yǔ)義檢查沒有錯(cuò)誤后，將數(shù)據(jù)填充進(jìn)數(shù)據(jù)模型的全部過程。

4.1　面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

Geodatabase是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，它使得多個(gè)空間數(shù)據(jù)模型能夠在一個(gè)統(tǒng)一的模型框架下對(duì)地理空間要素信息進(jìn)行統(tǒng)一的描述；對(duì)空間要素的描述和表達(dá)較之前的空間數(shù)據(jù)模型更接近我們的現(xiàn)實(shí)世界，更能清晰、準(zhǔn)確地反映現(xiàn)實(shí)空間對(duì)象的信息。在Geodatabase中，空間中的實(shí)體可以表示為具有性質(zhì)、行為和關(guān)系的對(duì)象。Geodatabase描述地理對(duì)象主要通過以下四種形式：（1）用矢量數(shù)據(jù)描述不連續(xù)的對(duì)象；（2）用柵格數(shù)據(jù)描述連續(xù)對(duì)象；（3）用TINs描述地理表面；（4）用Location或者Address描述位址。Geodatabase還支持表達(dá)具有不同類型特征的對(duì)象，包括簡(jiǎn)單的物體、地理要素（具有空間信息的對(duì)象）、網(wǎng)絡(luò)要素（與其他要素有幾何關(guān)系的對(duì)象）、拓?fù)湎嚓P(guān)要素、注記要素以及其他更專業(yè)的特征類型。通過定義對(duì)象之間的關(guān)系和規(guī)則來保持地物對(duì)象間相關(guān)性和拓?fù)湫缘耐暾?/p>

Geodatabase數(shù)據(jù)模型一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)在于其包含一個(gè)框架，一切的交互均是在這個(gè)框架中進(jìn)行的，在這個(gè)簡(jiǎn)單的架構(gòu)中逐步集成所有的概念和思想。數(shù)據(jù)對(duì)象視圖通過隱藏Geodatabase大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)，使用戶只關(guān)注建立一個(gè)地理數(shù)據(jù)模型。它使物理數(shù)據(jù)模型與其邏輯數(shù)據(jù)模型聯(lián)系更緊密，其方便之處在于即使你不寫一行代碼也可以實(shí)現(xiàn)許多自定義行為，只有在更專業(yè)的建模時(shí)才需要編寫代碼[11,13]。因此，Geodatabase數(shù)據(jù)模型作為一個(gè)通用的空間數(shù)據(jù)模型，可以根據(jù)不同的用戶或應(yīng)用定義具體的模型，例如交通規(guī)劃模型、土地管理模型、電力線路模型[12]。

4.2　建庫(kù)軟件ArcGIS_Diagrammer

本文采用ArcGIS_Diagrammer工具（圖3）進(jìn)行地理數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，這個(gè)工具是GIS專業(yè)人員用來創(chuàng)建、編輯、分析地理數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工具。ArcGIS_Diagrammer工具是一個(gè)ESRI XML文件的可視化編輯器，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)以可編輯圖形的形式呈現(xiàn)。使用ArcCatalog或者ArcMap中的Catalog窗口，可以將這些文檔導(dǎo)入或?qū)С龅降乩頂?shù)據(jù)庫(kù)中。以往的幾種建庫(kù)方式，或者需要時(shí)間較長(zhǎng)，或者需要批量轉(zhuǎn)換格式，或者需要借助其他工具。比如ArcGIS Case Tool工具建模，需要工具安裝文件嵌入到ArcGIS Desktop上面，并且需要借助于Office Visio工具進(jìn)行工作，這樣無疑給日常工作帶來了不便。而ArcGIS_Diagrammer就極大的方便了用戶，全界面化操作，一些已經(jīng)定義好的對(duì)象（數(shù)據(jù)集、點(diǎn)狀要素類、影像數(shù)據(jù)集、關(guān)系類、幾何網(wǎng)絡(luò)等）都可以讓用戶直接使用，只需要修改名稱、添加字段、添加要素類等基本操作，而且可以直接導(dǎo)出XML，與ArcGIS Desktop進(jìn)行可逆的編輯修改，這是其他方法無法做到的。

圖3　ArcGIS_Diagrammer界面Fig.3　 The interface of ArcGIS Diagrammer

4.3　鎮(zhèn)江市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

本文使用ArcGIS_Diagrammer建模工具，將構(gòu)建好的地震應(yīng)急數(shù)據(jù)模型導(dǎo)出為XML文件，再利用ArcCatalog導(dǎo)入成為地理數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)可視化整合，最終得到的是一個(gè)基于Geodatabase的數(shù)據(jù)庫(kù)模板，具有可移植性、可復(fù)制性，對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有一定的約束，如圖4所示。可以從圖中看出各要素之間的數(shù)據(jù)組織，右側(cè)是要素類對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)填充實(shí)現(xiàn)。之后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)就可以使用了，并使用ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理更新。

圖4　鎮(zhèn)江市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)框架與物理實(shí)現(xiàn)Fig.4　 Framework and physical realization of earthquake emergency database structure

5　結(jié)論與展望

本文討論了基于Geodatabase的地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)思路和方法，并利用UML建模語(yǔ)言對(duì)地震應(yīng)急數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了物理實(shí)現(xiàn)，快速實(shí)現(xiàn)了鎮(zhèn)江市地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建。該研究對(duì)下一步建立鎮(zhèn)江市應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)保障和支持，對(duì)同行具有一定的借鑒意義。然而地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，是一項(xiàng)長(zhǎng)期而漫長(zhǎng)的過程，在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)涉及范圍等多方面都是不斷變化和發(fā)展的。本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)還有待完善和改進(jìn)的地方，隨著鎮(zhèn)江市應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)的建立，數(shù)據(jù)的更新、維護(hù)和數(shù)據(jù)的共享將是今后應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)必須面對(duì)的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 梁芳. 地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)和發(fā)展[J]. 城市與減災(zāi)， 2013 （6）: 28-30.

[2] 方雅申. 城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 大眾科技， 2015 （8）: 12-15.

[3] 聶高眾， 陳建英， 李志強(qiáng)， 等 . 地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè) [J]. 地震， 2002， 22（3）: 105-112.

[4] 劉紅桂， 王建宇， 徐桂明. 基于 GIS 的江蘇省地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)與震害快速評(píng)估技術(shù)[J]. 現(xiàn)代測(cè)繪，2005 （S1）.

[5] 徐敬海， 韓燁， 聶高眾， 等 . 基于多比例尺技術(shù)的南京市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)[J]. 世界地震工程， 2011，27（2）：51-56.

[6] 劉琳婷， 孫藝. 空間數(shù)據(jù)庫(kù)及其在地震應(yīng)急救援中的應(yīng)用分析 [J]. 防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報(bào)， 2014， 30（3）： 97-100.

[7] Marcos E， Vela B， Cavero J M. A methodological approach for object-relational database design using UML[J].Informatik-Forschung und Entwicklung， 2004， 18（3）:152-164.

[8] Chesnaux R， Lambert M， Walter J， et al. Building a geodatabase for mapping hydrogeological features and 3D modeling of groundwater systems: Application to the Saguenay–Lac-St.-Jean region， Canada[J]. Computers &Geosciences， 2011， 37（11）: 1870-1882.

[9] Jaiswal K， Wald D， Porter K. A global building inventory for earthquake loss estimation and risk management[J].Earthquake Spectra， 2010， 26（3）: 731-748.

[10] 宗開紅， 宗雯， 康從軒， 等 . 江蘇鎮(zhèn)江地區(qū)主要活動(dòng)斷裂及其晚第四紀(jì)活動(dòng)性研究[J]. 地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2016， 22（3）: 439-453.

[11] Zeiler M， 蔡勒， 曉祥， 等 . 為我們的世界建模 : ESRI地理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)指南[M]. 人民郵電出版社， 2004：58-62.

[12] Egenhofer M J， Frank A. Object-oriented modeling for GIS[J]. Journal of the Urban and Regional Information Systems Association. 1992， 4（2）: 3-19.

[13] Chesnaux R， Lambert M， Walter J， et al. Building a geodatabase for mapping hydrogeological features and 3D modeling of groundwater systems: Application to the Saguenay–Lac-St.-Jean region， Canada[J]. Computers& Geosciences， 2011， 37（11）: 1870-1882.