上海市洪涝灾害损失评估系统的开发

1上海市洪涝灾害损失评估系统的开发王艳艳1陆吉康1郑晓阳2（1.中国水利水电科学研究院防洪减灾研究所2.上海市防汛信息中心）摘要：本文结合上海市洪涝灾害损失评估模型的研制工作，从GIS的应用开发角度，系统阐述了设计和开发上海市洪涝灾害损失评估系统的步骤和技术特征。该系统集基础信息处理、模型运算、结果查询、专题图制作、报表输出等于一体，建立了与洪水数值模型和用户实时添加方案的动态关联，整个系统开放、灵上海市防汛指挥办公室资助项目（HY-2001-3-01）。2活、实用，为上海市防汛决策提供了有力的技术支持。主题词：洪涝灾害；损失评估；GIS（地理信息系统）；上海1引言上海市地处长江三角洲东缘，居太湖流域下游，东面临海、南接钱塘江口，地势低洼，是一个洪积型的冲积平原，属典型的平原感潮河网地区。受潮汐和季风气候的影响，热带风暴、暴雨等灾害性天气时有发生，加之上游太湖流域洪水下泄过境，造成上海市的水灾频繁，损失严重。每次洪涝灾害的发生，都给这座人口密集，经济发达的特大型国际城市造成重大经济损失，严重制约了工农业生产发展，威胁城乡人民生命财产安全。因此，加强城市洪涝灾害成灾机理的研究，建立规范、科学、合理的洪灾损失评估方法和模型，对减轻上海市洪水灾害的影响，保障社会经济可持续发展是十分必要和迫切的。受上海市防汛总指挥办公室委托，我们研制了上海市洪涝灾害损失评估模型，设计开发了能够独立运行的上海市洪涝灾害损失评估系统，并作为上海市防汛信息中心开发的防汛决策支持系统的一个子系统，与大系统的暴雨积水模型、风暴潮模型、河网水动力模型动态关联，快速评估洪涝灾害所造成的经济损失及其分布状况，为防汛抢险与应急指挥提供基础依据。2系统开发的目标、环境2.1开发目标根据项目设计要求，系统开发实现以下具体目标：1）系统具备较好的完整性，符合损失评估的工作流程，从基础数据处理分析到模型运行以及运算结果输出等自成一体。2）整个系统是一个人机交互系统，在模型运行中来自于用户判断、实时输入的内容通过用户和计算机系统反复交互予以实现，因此系统必须具备友好并且充分灵活的人机界面。3）系统的接口设计合理，既保证系统内部各模块之间的数据迅速传递，又实现与外部模型的动态关联，以利于分散开发的大系统各部件在统一环境下有机地集成和顺利运行。4）强调系统功能的实用性，同时还应具备安全性、先进性、可扩展性、可移植性、易于维护等特点。2.2开发环境1）软件环境出于空间地理分析功能的考虑，系统开发选择GIS(地理信息系统)为开发平台。考虑到具体情况，要求所选的GIS软件应具有较强的空间分析与查询功能、较易与外部模型和软件连接、较强的二次开发功能、易于操作、便于维护，我们选定MapInfo桌面地理系统软件作为应用系统的软件开发环境，采用MapBasic与VisualBasic作为开发语言进行二次开发，生成的可执行程序在MapInfo的Runtime运行时间库环境下运行。2)硬件环境目前开发的应用系统是单机运行版。运行主机型号为PII300或以上档次，同时配备高质量的图形显示卡，如AGP8M或16M卡，大容量硬盘，可读写光驱，高精度彩色喷墨或激光打印机，以及其它一些辅助外设。3系统结构与功能3.1系统结构3系统主要由三部分组成：1）基础信息的维护与显示；2）模型运算；3）系统文件管理。基础信息的维护与显示模块展示社会经济数据库、历史雨情、水情以及灾情等内容。模型运算包括洪涝灾害损失评估模型、损失预测模型及运算结果的查询和报表输出等。文件管理模块是为了便于地图分析和文件调用而开发的辅助功能。系统的结构如图1所示。3.2系统功能描述3.2.1社会经济数据库洪灾损失的大小及分布不仅仅由洪灾的自然属性（如淹没水深决定），还与其中人口、经济状况有关，只有将两方面都作为空间变量并分析它们的空间差异，才能真正获取洪灾严重程度的空间分布状况。大多数社会经济统计数据是以行政单元作为统计单位，数据表达了统计单元之间的差异，但其内部的空间定位特征比较弱。基于GIS的空间分析技术，模型研制中用居民地法恢复、重建了统计数据在单元内部的空间差异特征，使每一个空间位置对应一个空间变量的值。为了确保数据信息的准确性与实时性，系统提供了基础信息维护模块，用户可以查询、修改、更新基础数据。同时GIS基于强大的分析和表现数据能力，采用区域分布图、等级图、点密度图、直方图、饼状图等专题图形式，综合运用色彩、填充图案、符号以及用于显示地图数据的专题方法生动直观地体现社会经济信息的分布差异。数据表既与地图对象相关连，又被损失评估模型直接调用，因此用户修改了基础数据后，系统将自动对基础信息，包括基础查询信息，专题图进行更新。对于同样的水情，损失评估运算结果也会不同。3.2.2损失评估模型损失评估模型是系统开发设计的核心内容，它包括参数设置、模型运算、专题图制作和历史数据查询四部分。数据流程如图2。上海市洪涝灾害损失评估系统基础数据库基础信息维护与显示历史水灾情分析损失评估模型损失预测模型报表输出模型运算查询与输出文件管理操作权限管理文件综合管理图1系统结构图41）参数设置损失率的确定是损失评估模型的关键，根据上海市历史灾情现有资料基本确定了损失率与淹没水深和淹没历时的函数关系或等级关系。由于描述洪水流速和风速对损失率影响程度的参数取用需要专家经验确定，系统仅提供了根据国内外相关资料确定的参考值。用户可以根据实际情况，重新设置流速及风速对损失率的修正系数。2）模型运算损失评估模型是在获取水情数据后，结合淹没区的各类财产分布运算财产损失值的。通常通过数值模拟运算、遥感分析或者实地调查获取水情数据。上海市防汛风险信息系统采用数值模型模拟水情，数值模型包括暴雨积水模型、风暴潮模型、河网水动力模型。本系统预留了与这三种模型的接口，并把风暴潮与河网水动力模型的耦合也作为一种选择。对于每一类水情，系统调用不同的损失评估模型。考虑到除数值模拟外，用户了解到的洪涝水情仅限于现场调查或上报资料，且希望尽快了解可能或已经造成的损失情况，系统设计了水情方案实时添加功能，窗口如图3所示。该窗口以上海市县区与乡镇两级行政区划图作为底图。用鼠标点击位于窗口左上方按钮盒中的画图按钮，实时划模型类型选择参数设置调用已有方案划定积水区域输入属性输入完否是存入水情信息临时库否损失评估模型运算受淹资产是否已有方案是否损失值损失率是否保存是报表输出历史查询专题图制作输出否否查询专题图制作报表输出图2损失评估模型数据流程图5定积水区域后，系统将自动弹出积水区域数据添加窗口，要求添加淹没水深、淹没历时、平均流速、平均风速等水情特征，致灾水情类型不同，该窗口需要输入的数据类型也略有所不同。系统调用损失评估模型计算洪灾损失，水情数据及运算结果先存在临时库中。当用户确定要保存这些数据时，系统将其保存在以保存日期为标识的文件夹中，以便用户作历史查询。3）结果查询损失评估模型的输出内容包括积水区域的受淹资产，财产损失以及财产损失率。系统提供了两种查询方式：综合查询和图形查询。每一种查询方式可对三种区域的三种内容进行查询。区域选择包括全市、区县、街镇等三种模式。三类查询内容分别为：财产损失值、财产损失率、受淹财产。每种查询内容按资产种类不同又分为若干类：家庭财产，家庭住宅、工业、商业、农业……。输出方式为列表或统计图。综合查询以对话框的方式和用户进行交互，如图4，用户选择需要查询的区域、查询种类和输出方式，系统将自动给出查询结果的列表或统计图，同时将选择区域进行中心局部放大，并在地图中选择性标识已选中的查询对象。图形查询是以工具栏方式向用户提供的功能强大的一整套损失评估信息规范查询。按钮盒中有区域模式选择、查询项目选择以及经济类型选择三种按钮。用户选取按钮后，只需图3实时添加水情方案界面图4综合查询对话框6在地图中点击任一关心的区域，既可获得该区域（区县、街镇）有关信息（分类损失值、分类损失率、分类受淹财产）的详细列表。根据需要，用户还可以制作统计图，灵活地对查询结果进行保存或清除4）专题图制作为了更清楚、更全面地了解各个行政区划的损失情况，用户不仅关心损失的数值运算结果，也希望全面了解其空间分布，进一步挖掘数值运算结果的潜力。专题图是分析和表现数据的一种强有力的方式，通过将数据图形化，可以清楚地看到在数据列表中几乎不能发现的模式和趋势。鉴于此，系统设计了专题图制作功能，以水情数据表和运算结果表（带有图形数据）为依据，制作各种专题图。点击专题图制作菜单，自动弹出专题图制作窗口，选择需要制作专题图的表后，系统将自动打开该表，用户按步骤进行专题图制作。图5是以各乡镇受淹面积为专题变量制作的专题图。图中用深红——浅黄几种过渡色渲染不同的地区，最深的红色代表受淹面积最大的地区，最浅的黄色代表受淹面积最小的地区。3.2.3报表管理报表管理模块提供两种功能：1）历史数据打印：为了便于用户管理和使用，系统利用VisualBasic和MapBasic混合编程，将洪灾损失评估结果由MapInfo表直接转化为Excel报表打印输出。输出内容为各行政单元（县区和乡镇两种统计尺度）的分类财产的损失值与损失率。2）洪涝灾害报表打印：按照国家防办灾情统计规定的格式和要求，生成相应的表格并打印输出。系统提供的洪涝灾情统计表包括：①洪涝灾害基本情况统计表；②工业交通运输洪涝灾害统计表；③农林牧副渔洪涝灾害统计表；④水利设施洪涝灾害统计表。通过此模块，不仅方便用户填写及管理报表，同时也为进一步研究完善损失评估模型提供基础依据。3.2.4系统安全保护与其他实用功能图5乡镇受淹面积专题图7洪水风险信息系统是在MapInfo环境下用MapBasic语言进行二次开发的专业应用系统。在开发过程中，始终坚持了系统开发的基本原则，使系统具有安全性强（系统设置多级安全密码，如无授权，用户将不能修改和更新基础信息），可扩展（预留可扩展接口），可移植，实用灵活，操作便利以及用户界面友好等优点，为系统的安全运用和维护提供了必要保障。此外系统与MapInfo桌面地理系统相互切换的设计特点，使本系统既保持有一定的独立性，又因为MapInfo桌面地理其他分析功能的加入使其分析处理图表的功能更为强大。4结语本系统的开发为洪水灾害的研究探索出高新技术应用的新途径。基于GIS的应用，数据管理更为开放，信息更为广泛，结果更为直观和全面，在信息的输入、输出、查询以及模型运算过程中设计了多种人机对话界面，用户直接参与模型的运算全过程。整个系统具有较强的实用性、动态性以及操作的便利性。参考文献:[1]万庆等，洪水灾害系统分析与评估，[M]。科学出版社，1999年[2]陈秀万，洪水灾害损失评估系统—遥感与GIS技术应用研究，[M]。中国水利水电出版社，1999[3]陈浩、仇劲卫、王艳艳等，北江大堤保护范围洪水风险信息系统的开发，2001年1月[4]刘俊、徐向阳，苏州市洪涝灾情损失评估系统研究，[J]。灾害学，第14卷，第3期，1999年9月DevelopmentofShanghaiflooddamageassessmentsystemWANGYanyan，LUJikang，ZHENGXiaoyang(Departmentofwaterhazardresearch,IWHR)(ShanghaiFloodRiskInformationcenter)Abstract:BasedonthestudyonShanghaiflooddamageassessmentmodel,thispaper,fromtheangleofGISapplication,systematicallyrepresentstheprocedureofdesigninganddevelopingtheflooddamageassessmentsystemanditstechnicalfeatures.Theapplicationsystemisacomplexbodyincludingdataprocessing,modeloperating,resultinquiring,themat