地震应急基础数据库更新机制研究＊

李 垠 魏银珍 张亦梅 特木其勒

(1)湖北省地震局,武汉 430071 2)武汉邮电科学研究院,武汉 430074)

地震应急基础数据库更新机制研究＊

李 垠1)魏银珍2)张亦梅1)特木其勒1)

(1)湖北省地震局,武汉 430071 2)武汉邮电科学研究院,武汉 430074)

基于地震应急基础数据库内在关联规则,采用 SQL语句和ARCGIS软件相结合的方法,进行地震应急基础数据库的更新。该方法具有快速、简便、易操作等特点,解决了目前地震应急基础数据库更新中的关键技术问题,为地震应急指挥技术系统的正常运作提供了保证。

地震应急;基础数据库;更新机制;关联规则;ARCGIS软件

1 引言

我国是发生地震灾害较为严重国家之一,在 20世纪的 100年间全国共发生 6级以上破坏性地震650余次,造成约 29万人死亡,数亿人受灾,1 000余万间房屋被毁和数千亿元的经济损失[1]。在2008年 5月 12日的汶川 8.0级特大地震造成69 197人死亡,直接经济损失8 451亿元人民币。可见,地震所造成的灾害是所有突发灾害中最严重的,因此,切实加强地震应急救援能力是地震应急工作的重点。通过国家“十五”重点项目“中国数字地震观测网络-地震应急指挥技术系统”,建立了覆盖全国的国务院抗震救灾指挥部地震应急指挥技术系统和 31个区域级抗震救灾指挥部的地震应急指挥技术系统[2],提高了全国整体的防震减灾应急指挥系统的工作效率,改善了政府工作职能,最大程度地减少地震造成的损失。整个地震应急指挥技术系统都是搭建在完整、详细的地震应急基础数据库的基础之上,所以地震应急基础数据库是地震应急工作的核心环节和重要内容。

2 地震应急基础数据库

地震应急基础数据库采用标准关系数据库技术来表现地理信息的数据模型,其数据内容包含了空间数据和属性数据,数据结构上包含了矢量数据和栅格数据。它利用了ArcSDE(空间数据引擎)对该数据进行管理,建立了数据库、服务器、客户端 3层体系结构。通过ArcI MS内含的 HT ML或 Java应用程序访问 GIS数据、交互式地图、元数据目录以及特定的 GIS应用,采用 C/S和B/S相结合方式运行的网络化海量数据库管理系统,实现了空间数据的有效组织和管理[3]。

地震应急基础数据库主要为地震灾害评估和抗震救灾指挥决策服务,是湖北省抗震救灾指挥系统的基础和核心,主要包括 42类的数据 (其中包括电子地图、人口、经济、建筑、生命线工程、次生灾害、救灾队伍、通信联络方式等综合信息),数据丰富,涉及到各行各业。通过大量的收集、整理后,建立一套完善、合理的数据资源。

3 数据来源

湖北省地震应急基础数据库包含 9大类数据：

1)基础地图类：包括基础地理图,基础地貌图,行政区划界线图(包括省界、县界、乡界),城市地形图,城区图 (含市内地震应急重要保护目标分布),以及遥感影像图。

2)社会经济统计类：包括人口、房屋、国民经济统计数据,少数民族和贫困县分布数据。

3)地震数据类：包括地质图、活动构造分布图、地震区划图、地震活动、重点监视防御区、地震台网数据、地震灾害以及救灾案例等数据。

4)工程地震资料类：包括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,各类防震减灾示范区数据。

5)灾害影响背景类：包括重要地区 (如核设施、航天基地、重要军工厂、重要机场等),生命线工程(公路、铁路、水道、桥梁、隧道等),次生灾害源 (大型油气储罐区、炼油厂、化工厂、炸药厂、军火库、危险品仓库等,以及水库垮坝危险等),地质灾害危险(大规模崩塌与滑坡危险、大规模泥石流危险等),造成间接经济损失的影响因素 (重要港口、重要交通枢纽等),造成严重的社会影响因素 (侨乡分布,国家级旅游景点和国家级文物保护单位等)。

6)灾害相关因素类：包括各地市、区县气象统计数据和水文、环境等因素的有关数据。

7)救灾力量储备类：包括国家与地方地震紧急救援队、军队与武警部队、消防力量、医疗救护力量、国家与地方物资储备中心的分布、数量及构成等数据。

8)震时紧急联络类：包括各级地震部门、各类应急救援队、各级政府及有关职能部门、军队与武警部队的联络数据。

9)地震应急预案类：包括各级地震部门、各级政府及有关职能部门的破坏性地震应急预案。

上述 9大类囊括了在强震发生期间,所涉及的各种灾害发生的可能性和应急救援所需的信息资料的储备。可见,湖北省地震应急基础数据库从数量和种类上都相当丰富,其来源主要有以下几点：1)地震系统所有的相关数据：如地震台网信息,地震区划分布图,潜在震源区,强震和小震目录,以及地方抗震救灾指挥部联络方式和各地市、区县的应急预案等;2)其他有关政府企事业单位所持有的数据,如水库、学校、医院、大型企业分布情况等,涉及到水力部门、教育部门、医疗部门、测绘部门、民政部门等;3)公开发行出版的年鉴资料,包括各地市人口、经济等情况;4)其他方式,如进行社会调查或安排地方部门收集资料进行汇总整理等。总的来说,完善和更新地震应急基础数据库,涉及面较广、难度较大,需要各行业部门的相互配合才能较好地完成。

4 数据更新

地震应急基础数据库按照《规范》进行数据标准化和规范化整合,按照 9大类和不同内容的点、线、面和注记地理实体类型进行分类存储。地震应急基础数据所注重的是目标状态的描述而不是目标变化过程的描述[4],因此采用多种方法和措施即可修正更新现有数据库,主要的更新思路见图 1。本文主要介绍两种更新方法：在数据库中采用 SQL语句方法和用ArcGIS软件处理 Geodatabase数据后再导入数据库中的方法。

图1 数据库更新流程Fig.1 Flow chart of database updating

4.1 选用 SQL语句直接在数据库中更新数据

对于关系型数据的更新可采用 SQL语句来完成,SQL语句是数据库应用中一个非常关键的部分,其执行性能的高低直接影响着应用系统的运行效率。所以,系统优化中很重要的方面就是对 SQL语句的优化。数据更新有两种方法：一是对单条数据的修改,可直接通过用 UPDATE语句赋值进行修改,或进入原始数据表直接修改的方式都可以完成数据的更新;二是对成批数据进行修改,可以通过条件或 SELECT语句将要更新的内容先挑选出来,再建立更新查询 UPDATE语句完成修改。更新查询的语法为：

{WHERE CLAUSE}是标志要更新的那些记录。CLAUSE可以是条件语句,也可以是由 SELECT语句构成的子查询。UPDATE语句的优化主要体现在WHERE部分。

在用UPDATE语句更新表中数据时,同时改变多行的值,这时可以使用“WHERE+条件语句”来实现,但多个条件语句的书写顺序的选择不仅影响索引的选取,而且关系到临时表的大小,会对性能产生较大的影响,下面举例说明。

例 1：新的行政区划将湖北随州市的曾都区分成曾都区和随县两部分,统计局公布了随县新的代码,为了使地震应急数据与其他行业数据的一致性,必须将地震应急基础数据库与随县相关数据表都进行修改,以乡镇人口统计表 town_population修改为例说明。

首先在 town_code表中添加一个BOOL类型的字段,取名为Modified,以标识更新要素,并赋初始值为“0”(未修改),需更新的记录赋值为“1”;其他数据表都是基于NAME字段或 I D编码如图 2进行相互联系。利用这种关系进行关联数据库的代码ID更改。采用子查询代替连接选择以减少数据量在更新数据表时,条件的给出往往要牵涉到其他数据表,这时就要用到连接运算。连接运算是数据库中常用的运算之一,但由于系统在处理连接运算时会产生很大的临时表,特别是数个数据表的连接运算,因此没有优化的语句将会产生巨大的计算量,严重降低响应速度。所以,对于涉及到连接运算的更新操作,如果可以由嵌套 Select语句代替连接运算,就采用嵌套 Select语句形式以减少系统的计算量。

图2 数据库的内在关联Fig.2 Internal connection of database

采用 SQL语句进行修改 town_population中 I D编码的前六位的方法为：

表中共存在 1 154条记录,其中符合 town_ code.Modified=1的记录有 19条,符合 town_population.name=town_code.name的记录达 1 154条。数据库中,查询条件的选取是从左到右,因而执行第一条件就返回 19条,然后再从中进行选择,从而得到最终结果。改变了选择条件的排列顺序将高效地影响更新语句的计算量,大大提高系统计算速度。因此,为了提高响应速度,可以将较为严格的查询条件写在前面,较弱的条件写在后面。

此方法将地震应急基础数据库中所有与乡镇有关的数据表的 I D进行修改,然后修改 town_code的ID编码,此过程用 SQL语言描述如下：

同时数据中标识被删除的元素,设这类数据集为Datadel,而修测后的数据集中标识增加和被修改的元素,设为Datadd。当某个图层中只有局部少数数据进行修正时,可直接由用户目视检查出更新对象,手工实现要素更新。如湖北省随州市的曾都区变更为曾都区和随县,进行手工修正。

采用子查询代替连接选择以减少数据量在更新数据表时,条件的给出往往要牵涉到其他数据表,这时就要用到连接运算。连接运算是数据库中常用的运算之一,但由于系统在处理连接运算时会产生很大的临时表,特别是数个数据表的连接运算,因此没有优化的语句将会产生巨大的计算量,严重降低响应速度。所以,对于涉及到连接运算的更新操作,如果可以由嵌套 Select语句代替连接运算,就采用嵌套 Select语句形式以减少系统的计算量。

对于删除多个记录的数据表,先整理材料,设置Datadel字段,将删除的记录赋值为“1”,采用 SQL语言描述,以学校数据为例：delete＊ from school where school.Datadel=1。

4.2 采用 ARCGIS软件直接对数据更新,再导入数据库中

该方法是直接对本地备份 Geodadabase数据进行修正,再导入 ORACLE数据库中。Geodadabase数据将所有的空间数据和属性数据直接存储在同一个数据结构中。采用 ArcGIS软件和人工干预方式相结合,对该数据进行更新。

例如,湖北随州市的行政区划发生变更,将原有曾都区按照其管辖区域分割为曾都和随县两个部分,采用 ARCGIS软件将数据库中区县 County_ CODE图层中将原有曾都区域的面状对象删除,将Town_CODE中相应管辖乡镇提取复制到 County_ CODE图层中,按照其管辖区域合并为曾都和随县,同时按照统计局发布的统一编码进行更改随县 I D编码。

同时,为了保证整个数据库的关联性,更新其他所有相关数据 I D编码。以数据库中学校 School数据为例,原属于曾都区现改为随县下属乡镇的学校,就要更改 I D编码的前六位。首先选中 County_ CODE图层中随县对象,处于可编辑状态,再点击工具栏 Selection中 Selection By Location SQL工具,选择包含在“随县”里的学校对象,其描述如下：Select feature from“COUNTY_CODE”that are contained by the feature in this layers“school”.就可以将包含在随县里的学校全部选定,打开其属性表,将已选择的学校数据用“Replace”工具将 I D编码前六位进行更换。

对于其他属性表的数据采用排序的方法,人工选出需变更的数据,再通过“Replace”方法将 I D编码前六位进行更换。

总的来说,点对象数据的修正可按照经纬度添加新的点对象,并赋予其他属性信息;对于面数据或者线数据可采用遥感影像或者地图数据进行配准,然后添加所需要的新的对象,同时附上属性信息。

5 结语

数据更新工作的前提就是做好原有数据的备注和备份工作,每项数据都应有详细的备注,清晰地记录数据来源、数据产生时间、收集时间,录入人名单等;其次,严把数据质量关。数据的好坏是建立空间数据库成败的关键,不管系统的功能如何强大,数据质量问题严重影响整个计算结果,要对新收集的数据进行筛选和整理,不能重复录入相同信息。由于原始数据的生产单位设计较多,行业规范不一致,必须对收集新的数据按照规范进行数据标准化和规范化整合。对于属性数据的更新就是将收集的大量的文本资料和数据进行整理,剔除原有的信息;对于图件资料进行扫描数字化后,完善以前欠缺的地方;其他大量数据需要配准、核实。

全国各省的地震应急指挥技术系统建设完成不到一年就遇到汶川 8.0级地震。整套地震应急指挥系统通过这次实战逐一显示出其价值,各省地震应急基础数据库也充分显示出其重要性,对地震现场灾害损失评估、烈度调查、生命线工程震害调查、地震地质灾害调查等工作有极大的促进作用,同时也暴露了地震应急基础数据库内在质量及应用上需要及时解决的问题[5]：

1)地震应急基础数据库必须及时更新。社会的飞速发展,国家对基础建设力度大大加强,如城市道路、铁路、大型企业等基础性建设都在扩建,如果不及时更新数据就会导致原有数据过时,失去其价值,出现一个个信息孤岛。而且地震发生是个小概率事件,但其破坏程度众人皆知,借助中国地震局地震应急救援司的评比制度,持之以恒地坚持数据库更新工作,保证数据的实时性和有效性。在地震发生时,发挥其最大的潜力资源。

2)数据的共享问题。由于地震的发生往往涉及到很多区域,甚至跨省界、或多个省界交接处,片面的估算一个区域的损失是不科学的,也不准确的。因此要实现不同区域之间多少范围之内的数据共享是非常必要的,有利于今后地震发生时,评估和决策结果的真实可靠性。

逐步改进和完善的地震应急基础数据标准化工作[5],使地震应急工作所需要的各项数据符合其他相关部门的统计要求,这样可以方便地实现基础数据的使用,提高应急基础工作的准备效率。

1 聂高众,等.地震应急基础数据库建设[J].地震,2002,22 (3)：105-112.

2 帅向华,姜立新,王栋梁.国家地震应急指挥软件系统研究[J].自然灾害学报,2009,18(3)：99-104.

3 帅向华.地震应急信息管理技术研究和指挥首长信息查询系统实现[J].地震,2006,26(3)：93-98.

4 刘勇,李成名.城市基础空间数据库更新方法研究[J].测绘科学,2006,31(4)：103-105.

5 段锋,袁志祥,和朝霞.从汶川 8级地震探讨地震应急基础数据在现场工作中的作用[J].华北地震科学,2009,27 (3)：31-34.

6 黄宏生,等.地震现场数据共享标准化研究及其标准起草[J].灾害学,2008,23(4)：134-138.

STUDY ON UPDATING M ECHANISM OF EARTHQUAKE EM ERGENCY BASIC DATABASE

Li Yin1),Wei Yinzhen2),Zhang Yi mei1)and Temuqile1)

（1)Earthquake Adm inistration of Hubei Province,W uhan 430071 2)W uhan Research Institute of Posts and Telecomm unications,W uhan 430074）

The basic database for earthquake emergency is the basis part of earthquake emergency command system.On the basis of the internal linkage rules of the earthquake emergency basis database,both SQL statement and ARCGIS software are used to update the database,and the method developed is fast,si mple and easy to operate and so on.Thus,the key technical problems for updating the basic database for earthquake emergency are solved and the normally running of the earthquake emergency command system can be guaranted.

earthquake emergency;basic database;updatingmechanism;association rules;ARCGIS soft ware

1671-5942(2010)Supp.(Ⅰ)-0144-05

2010-04-15

地震应急青年课题(CEA_EDEM-201010);中国地震局地震研究所所长基金(IS200946085)

李垠,女,助理研究员,硕士,主要从事地震应急技术保障及信息管理.E-mail：yubai1979@163.com

P315.63

A