基于ARCGIS的贵州地震应急指挥系统基础数据库建设及更新经验
基金项目：贵州科技厅社会攻关项目(黔科合SY[2010]3062)的研究成果。
摘 要：贵州区域地震应急指挥系统基础数据库是贵州抗震救灾指挥部地震应急指挥技术系统建设和运行的基础。功能主要是为地震灾害评估和了解地震灾害影响提供背景数据;为抗震救灾指挥决策提供救灾力量储备和调度辅助方案等数据;从而达到为地震应急指挥长指挥应急工作提供了决策的重要依据的目的。数据库共存储了九大类共42小类涵盖了地理环境、地震地质、社会经济及震害预测的各种调查数据和分析结果的空间数据和属性数据。在数据库建设中，对各类属性数据作了艰辛的收集、整理和入库，对覆盖全省的各类专题数据进行的成批矢量化、电子化录入处理，得到了丰富的技术经验。
关键词：地震应急指挥系统，空间数据库，ARCGIS，贵州
0 引言
贵州省地震应急指挥技术系统是"贵州省数字地震观测网络"项目的一个分项，属国家重大建设项目"中国数字地震观测网络"的重要组成部分，由中国地震局统一部署。贵州区域地震应急指挥技术系统服务于贵州省抗震救灾指挥部，为指挥长指挥地震应急工作提供重要决策依据。基础数据库作为区域地震应急指挥系统正常、有效运行的基础，其完整度、现时度决定了地震评估和辅助决策的科学性。
贵州地震应急指挥系统基础数据库建设是将各专题调查收集和分析处理的数据归纳并集成在统一数据格式、统一存取方式的数据库中，并使之更方便、更有效地应用和管理。应急系统基础数据主要涉及空间数据与属性数据两大类。空间数据包括全省整体数据精度比例尺为1:5万的全省电子基础地理图及其他相关专题地图;贵阳、六盘水辖区整体数据比例尺为1:1万电子基础地理图及其他相关专题地图;贵阳、六盘水市区为1：2000电子基础地理图及其他相关专题地图。属性数据主要是指与空间数据相关联的数据、指挥联络数据、重点目标数据、预测结果数据及其它社会经济环境数据、电子文档和照片。数据库建设内容包括生成各比例尺的电子专题地图、建立专题图库、录入属性数据和构建数据关系等。建库流程如图1。
1 数据构成
贵州地震应急基础数据库包括了九大类，包括基础图库类(基础地震图、行政区划图、城市地形图、城区图、重点目标和大型厂矿图)、社会经济类(人口、房屋、经济统计数据、各县县情资料、少数民族数据、侨乡分布数据)、地震基础数据与工程地震资料类(地震背景、活动构造、地震活动、重点监视防御区、地震台网、历史地震灾害及救灾案例、近年来地震烈度区划及小区划、地震安全性评价、震害预测与防震减灾对策工作的主要成果)、净重灾害源类(主要核设施、大型油气管线分布、水库数据、重大火灾爆炸有毒放射危险源分布数据，崩塌滑坡泥石流数据等)、交通类(机场、公路铁路水道分布及港口码头分布)、灾害相关类(重要航天基地分布、国家级省级旅游景点和自然保护区、学校分布数据及气象统计数据)、救灾力量储备类(国家与地方地震紧急救援队、消防力量数据、医疗救护力量和国家与地方物资储备等数据)、联系网络类(地震系统联络数据、地方政府系统联络数据、地方抗震救灾指挥部联系数据、灾情融摄网络数据以及军队与武警联系数据)、地震应急预案类(各级地震部门、各级政府部门及有关职能部门的破坏性地震应急预案)共42分项数据(根据中国地震局区域级抗震救灾指挥部地震应急基础数据库格式规范(试行) 整理)。
2 资料收集
2.1 收集方法
在数据库建设及更新过程中，重点还涉及到数据库的收集问题，不管是建设之初还是之后的更新问题，前提必须是有充分和准确的数据资料，然后才能根据这些资料进行建设和更新。在数据库建设之初，收集资料主要是最原始的方法，即向各相关政府管理部门发文收集，分项汇总后交给我们，这种方法收集速度慢、内容散、数量少，收得到与否、收得全与否完全看其他部门同志的态度和责任感，以至效率低下。要得到充分、准确的最新资料，最好的方法是各部门之间实现数据共享。这样不仅可以让收集资料更加容易，还可以减少重复投资使资源得到最大利用。
2.2 数据来源
(1) 贵州省应急基础数据库工作底图为全省1：5万基础电子地图，由贵州省国土资源厅测绘局提供;其它基础地图包括贵阳、六盘水辖区1：1万基础地理图，贵阳、六盘水城区1：2000专题图，来源于从各相关纸介质专题图、DOM或航空照片上提取的数据。
(2) 专题地图包括区县边界、乡镇边界、道路分布图、管道分布图、桥梁隧道分布图、地质图、活动构造分布图、地震台网分布、震害与救灾案例、水库分布图、侨乡分布图、旅游景点和自然保护区分布、文物保护单位分布、城区疏散场地分布图、核设施分布图、重要目标分布图、重要航天基地分布、居民点分布、机场分布、油气管线分布图、港口码头分布图、重大灾害危险源分布图、崩塌滑泥石流分布、地震区划图、地震活动分布图等，主要来源为各相关职能部门调查产出的纸介质或各种格式的电子数据。
3 空间数据库建设
3.1 地图投影与变换
(1) 投影方式。大比例尺的地形图选择高斯—克吕格坐标投影，小比例尺的地图采用Lambert 投影。最大限度地有利于GIS 的空间分析、度量与投影变换。
(2) 坐标系统。专项地图选择西安80 国家大地坐标系。
(3)地图数字化。对各类电子地图进行格式转换、坐标变换、图幅拼接、数据修正、多边形闭合、属性数据关联、创建道路中心线、建立拓扑关系、提取图层等处理后, 使之适用于震害预测工作。
部分地图为Mapinfo 格式文件，也只需做格式和坐标转换及分层，不再做数字化。其它地理图、行政区划图及专项图件按照有关规程要求进行了数字化。对部分非标准地图，由于原始地图的投影和坐标关系无法确定，对其在1：5万基础地理图上对准校正。
3.2 空间数据的存储、管理及应用
贵州省地震应急基础数据库建设的应用是在ArcGIS 环境下实现。所涉及的空间数据一律以ARC/INFO或ARCVIEW格式存储，一般为shape、Personal geodatabase或coverage格式文件。通过arcsde(空间数据引擎)存取储存在oracle 10g中的空间数据和属性数据，通过arcims 提供空间数据的web服务。Arcinfo支持的空间数据格式主要有：coverage格式(兼容以前的格式)、shape格式(无拓扑的本地文件格式，广泛支持)、Personal geodatabase(微软access 2000格式，不支持栅格格式)、geodatabase (通过arcsde 支持oracle、db2、sql server)。Coverage格式和shape格式受限于数据库格式，有较多限制。本系统采用Personal geodatabase做前期数据录入、修改。完成后，通过数据库管理系统导入geodatabase数据库中，字段名和库名均采用Personal geodatabase和geodatabase可以接收的定义方式。
贵州地震应急指挥系统统一应用数据库为Oracle 10g。通过arcsde(空间数据引擎)存取储存在oracle 10g中的空间数据和属性数据，通过arcims 提供空间数据的web服务。
3.3 基础电子地图预处理
原始数据并不能全部直接为应急系统评估决策所用，需要进行地图拼接、地图分幅合并、提取图层、投影与坐标转换、地图编辑、勾画补充、建立拓扑关系、建立ID编码、补充属性数据等。预处理的目的主要有两个，一是给地图上的每个区域单元建立ID 编码，使得属性数据的各个地物及信息通过ID编码与空间数据实现对应; 二是将分幅地图拼接成全省工作区地图, 并按不同地物属性分层, 用作防震减灾信息管理与地震应急辅助决策系统的工作底图。
3.3.1 原始电子地图的问题
由于原始电子地图在使用上所针对的对象不同，在数据格式和数据精度方面与震害预测和评估工作的要求也有些差距，另外该地图在勘测和数字化过程中存在一些误差。因此, 该地图存在较多问题, 主要归纳为以下10 个：
(1) 所有地物没有ID 编码，需在行政区划图层上建立代码库;
(2) 所有地图都是分幅地图;
(3) 与地物相关联的属性数据表与规范要求差异较大;
(4) 缺乡镇界线、等高线等数据;
(5) 有些地物与实际情况或其他更新资料有偏差，需要进行调查选择;
(6) 部分内容分层有误, 如将有些地物或要素等放到了其他层;
(7) 部分数据如道路、河流的线不连续;
(8) 数据较老，不能显示最新信息;
3.3.2 数据编码
由于空间数据本身的定位特性，其关联目的不存在，并且编码比较费时费力，在工作中空间数据仅对地市、区县和乡镇行政区划图编码，形成代码库, 使得空间库与代码库一一对应，形成关联。数据表中表明不包含空间数据的其他数据库，采用ID编码与空间库实现关联。
3.3.3 GIS 应用处理
(1) 地图投影和坐标变换( 转换为经纬度坐标) 。
(2) 在资料收集中如得到更新的数据，需对电子地图作更新处理。
(3) 按照相关信息对数据分层, 并将各层转换为ArcGIS 的Shape及Geodatabase格式文件。
(4) 通过调查及计算增加各类数据属性。
(5) 对水系、植被、空旷场地作拓扑处理。
(6) 剔除冗余数据。
3.4 电子地图更新
在资料收集中如得到更新的数据，需对电子：
(1)对避难场所等(公园、绿地等按面积取舍) 作拓扑处理。
(2) 判别地物多边形各顶点坐标的重合度, 进行新、旧图套合( 套合前备份保存旧图图层) 。
(3) 采用数字卫星影像数据对部分地物作影像纠正。
(4) 根据最新数据对数据进行修正，分别删除旧数据上已不存在的地物。
(5) 新、旧建筑物数据层叠加处理，删除新、旧图上重叠的地物。
4 建立属性数据库
4.1 数据编码
属性数据编码工作是最为繁琐的一件事，由于属性数据特征，在使用前必须编码，通过编码与空间数据实现对应，形成关联(聂高众等，2002)。
ID码由14位数字组成，在数据库中的数据类型为字符型(char)，其代码定义如图2：
上图所示代码中，1-6位表示省、市、县(市、区)，采用《中华人民共和国行政区划代码》(GB/T2260-1995)中规定的代码;7-9位表示乡、镇或街道办事处代码，采用《县以下行政区划代码编制规则》(GB10114-88)的编码方法(001-099表示街道办事处，100-199表示镇，200-399表示乡);10-12位表示行政村、街区(国家统计局行政村、街区代码规则)或重点目标代码(重点目标代码本身占前两位，第三位补0)，具体规定见下表;13-14位表示自然村或重点目标的序号。
表1 行政村、街区或重点目标代码范围规定
项目
代码规定
项目
代码规定
行政村、街区
参见表2
水库
k1-k4
医院
h1-h3
河流
r1
学校
s1-s3
交通主干道
p1-p9
消防
f1
交通枢纽
t1-t4
通信枢纽
c1
武装力量
a1-a3
供水与污水处理
w1-w2
桥梁、隧道
b1-b8
大型企业
e1-e4
各种监测站点
m1-m2
危险源
d1-d6
公园绿地
g1-g3
重点目标
z1－z6
油气管线
y1-y3
表2.国家统计局行政村、街区代码规则
项目
代码规定
居民委员会
001—199，由小到大顺序编写
村民委员会
200—399，由小到大顺序编写
既不属于居委会，也不属于村委会的区域
原则上按其相邻的居委会或村委会的代码编制，实在无法归入时：相当于居委会的区域从400—499，由小到大顺序编写；相当于村委会的区域从500—599，由小到大顺序编写
其中：
医院h1-h3分别表示一级、二级、三级医院;
学校s1-s3分别表示小学、中学、大学;
供水与污水处理，w1表示供水，w2表示污水处理厂;
大型企业e1-e4分别表示特大型企业、大一型企业、大二型企业，或虽不属于大型企业，但厂区已发展为10万人以上小型城镇的企业;
危险源d1-d4分别表示易燃易爆、剧毒、腐蚀、放射性;d5表示崩塌、滑坡、泥石流危险区，d6指悬河段;
水库k1-k4分别表示大I型水库(大于10亿m3)、大II型水库(1-10亿m3)、中型水库(0.1-1亿m3)、小型水库(0.001-0.1亿m3);
交通主干道p1-p8分别表示高速公路、国道、省道、县道、乡村道、干线铁路、管内铁路、水道,p9表示城区内道路;
交通枢纽t1-t4分别表示火车站、机场、码头、长途汽车站;
武装力量a1-a3分别表示军队(含武警)、警察，a3指消防力量;
桥梁的b1-b4分别表示特大型桥梁、大型桥梁、中型桥梁、小型桥梁;b5-b8分别表示特大型隧道、大型隧道、中型隧道、小型隧道;b9表示城市内部桥梁;
监测站点的m1-m2分别表示气象台站、地震台站(包括GPS、卫星站等);
公园绿地的g1-g3分别表示公园、绿地、大型场馆;
重点目标 z1是指党政机关、武装力量、金融、银行、金库、造币厂、电力、通信、广播电视、外国驻华机构等;z2指旅游景点和自然保护区;z3指核设施，z4指航天基地，z5指物资仓库，z6指文物保护单位;
油气管线y1-y3，y1表示大型过境输油管道、y2表示大型过境输气管线，y3表示城市内部管线(中国地震局，2006)。
4.2 数据整理和入库
调查人员在全省范围内，开展了对包括人口统计表、房屋基本情况调查、国民经济统计、企业经济统计、区县行政区的少数民族、气象统计数据、各地学校数据、医疗救护力量数据、各地物资储备数据、救灾队伍数据、地震系统联络数据、地方政府系统联络数据、地方抗震救灾指挥部联系数据、灾情速报网络、军队与武警联系数据、各地地震应急预案数据等数据的普查、整理和入库。收集录入数据量达近100万条记录。
4.3 数据校验
开发了数据库检查工具，对数据空缺情况、ID 码的重复性、数据记录的逻辑性、数据及术语的规范化进行了处理。经对数据进行反复校验、修改，提高数据质量和精度。对数据库中的数据进行逐条检查、校验，以确保数据的正确性。其中包括数据本身的校验，即数据库中的数据与原始资料之间的比较检查;空间数据与一般属性数据之间的匹配检查，以防止数据之间的遗漏。
5 结论与讨论
目前我省部分部门正在筹建各方面的应急指挥基础数据库，通过贵州地震应急数据库的建设及更新实践得知，该项工作确实比较麻烦，其中许许多多问题只有经历的人才知道，尤其对于没有建设过相关项目的工作人员来说，会觉得无从下手。笔者把自己建设时的经验总结提供出来，希望能给相关工作的人员能通过借鉴本方法和相关逻辑顺序操作，在实践中保持耐心，总结规律，避免多走弯路。同时为下一步的数据库更新工作提供参考和借鉴。
参考文献:
[1] 中国地震局.区域级抗震救灾指挥部地震应急基础数据库格式规范(修订稿),2006
[2] 聂高众,陈建英,李志强等.地震应急基础数据库建设[J].地震,2002,22 (3):105–112
[3] 刘红桂,王建宇,徐桂明.基于GIS 的江苏省地震应急基础数据库与震害快速评估技术.数字江苏论坛——电子政务与地理信息技术论文专辑,2005
[4] 聂树明,陈小芳.东莞市区震害预测基础数据库建设[J].华南地震,2007,27(3):87-95
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