MAPGIS在北川县“5·12”震后地质灾害调查与评价数据库建设中的应用

董廷旭，陈朝镇，张新合，王建华，刘昊

(绵阳师范学院资源环境信息技术重点实验室，四川绵阳 621000)

MAPGIS在北川县“5·12”震后地质灾害调查与评价数据库建设中的应用

董廷旭，陈朝镇，张新合，王建华，刘昊

(绵阳师范学院资源环境信息技术重点实验室，四川绵阳 621000)

“5·12”汶川特大地震给北川县造成重大灾害损失，在开展震后地质灾害调查与评价项目的制图和建库过程中，存在大量的遥感图像、矢量与栅格图形数据以及属性数据需要采集、编辑、储存、入库、分析、查询和更新。本文以MAPGIS6.7为基础，在GPS与RS技术辅助支持下，系统地进行震后地质灾害空间数据和属性数据地采集、编辑、建库、分析和成果输出;并在此基础上总结了基于MAPGIS的震后地质灾害多源数据建库方法和实现技巧，从而实现地质灾害调查数据库规范化管理，满足了震后地质灾害区划评价、专题地图制作和灾后重建规划等对地质灾害信息的要求，为政府有关部门的灾后重建决策提供技术支持。

“5·12”地震;地质灾害;调查与评价;空间数据库;MAPGIS;北川地震

0 引言

2008年5月12日14 时28分，四川省汶川县映秀镇发生8.0级大地震，地震导致全省12个县严重受损，同时全省以及全国的其他省市不同程度受到损害，其中北川羌族自治县是遭受地震灾害损失特别严重的县之一。大地震导致全县8605人死亡，9693人受伤，数千人失踪(截至2008年6月17日);地质灾害隐患点528个，其中滑坡370个，崩塌71个，泥石流45个，潜在不稳定斜坡42个(截至2008年6月17 日)。滑坡、泥石流、崩塌群在重灾区密集分布，地质灾害影响极为严重，构成重大安全隐患［1］。为此，在进行编制灾后重建规划与实施规划的同时，必须开展北川县极重灾区震后地质灾害调查与灾害区划评价，为震后次生灾害防治和生态恢复重建提供科学依据。

震后地质灾害调查与评价是一项复杂的系统工程，存在大量的空间数据和属性数据需要储存、处理、查询和更新，工作量比较大，查询、处理也比较烦琐，如果处理不当，不仅会使工作出现重复，而且容易出错，从而可能影响到调查评价结果的质量。为此，以MAPGIS6.7为基础，在GPS与RS技术辅助支持下，依据《县(市)地质灾害调查与区划空间数据库系统建设技术要求》［2］，系统地进行震后地质灾害空间数据和属性数据地采集、编辑、建库、分析和成果输出;从而实现地质灾害调查数据库规范化管理，满足了震后地质灾害调查与评价、专题地图制作和报告编写的要求，为政府有关部门的灾后重建决策提供技术支持。

1 震后地质灾害数据库设计

本项目数据库利用MAPGIS软件建立调查区基础地理、次生地质灾害点等空间数据库，能够有效地获取储存、查询和处理，为灾害防治和灾后重建等提供决策服务。该数据库由影像数据库、图形数据库、属性数据库和基础地理数据库组成(图1)。

1.1 设计依据及原则

本数据库设计遵循一般空间数据详细设计的“概念设计、逻辑设计、物理设计(数据库实体建设)”三阶段思路［3］，依据《县(市)地质灾害调查与区划空间数据库系统建设技术要求》(以下简称“要求”)等有关规定进行设计，在设计和建设时应遵循以下几条原则［4－6］:(1)科学性:数据库要保持最小冗余度，对大量的数据体用非冗余结构予以定义;(2)规范性:在国家统一规范和数据格式约束下建立了一个能与国内标准接轨的包括地质灾害各种属性、图形、图像等数据在内的标准数据库;(2)可操作性:在插入、修改和删除数据时，数据结构、相互关系和从属性应保持不变;(3)独立性:数据库要具有独立性，数据存放尽可能地独立于使用它的应用程序;(4)可扩展性:要具有不断扩充和更新的能力。

图1 北川“5·12”震后地质灾害数据库结构图Fig.1 Geological hazard database structure diagram of Beichuan County after‘5·12 Earthquake’

1.2 震后地质灾害数据库的内容

北川县“5·12”震后地质灾害十分发育，通过调查已发现滑坡、崩塌、泥石流和不稳定斜坡等地质灾害点及隐患点528处。因此，震后地质灾害数据库包含的内容主要为以上几种地质灾害类型相关的空间数据、属性数据和相关多媒体数据。

(1)遥感影像数据包括:震前和震后不同比例尺、不同分辨率的遥感影像数据;

(2)图形数据包括:地质灾害分布图、地质灾害防治区划。

(3)属性数据包括:灾害时空数据、气象水文资料、地质地貌资料、灾情信息、灾害防治信息和灾害点多媒体数据等;

(4)基础数据包括:行政区划图、地形图、地貌类型图、地质图、5·12地震烈度图、余震分布图和土地利用类型图及相关文本数据等。

1.3 地质灾害信息的分类编码

地质灾害统一编码是GIS连接空间图元与属性表及外部数据库的唯一性关键字，三者必须保持一致，从而实现灾害信息标准化存储和信息资源共享［6－9］。根据《县(市)地质灾害调查与区划空间数据库系统建设技术要求》，编码时主要遵循兼容性、完整性、可扩充性、稳定性原则实施地质灾害信息分类编码工作［2］。地质灾害信息整体代码包含行政区编码和灾害体本身信息分类编码两部分。前者标志了灾害体所在行政区的具体位置，便于按行政区查询;后者标志了灾害体本身的类型等属性信息，便于按灾害体属性信息条件查询。北川县地质灾害点编码体系如图2所示。

图2 地质灾害点编码体系Fig.2 Coding system of geological hazards points

1.4 地质灾害数据库图层与属性结构设计

为保证图形信息及相应属性信息的独立性，防止图层名重复出现依据“要求”，本项目数据库结构需要考虑两个因素:图形信息的管理、属性信息的管理。因此，数据库结构设计主要包括:图形数据分层，各层数据属性项。主要图类及相应图层编码内容如表1，主要属性数据库结构设计如表2:

表1 北川县“5·12”震后地质灾害空间数据库图层划分说明表Table 1 The division description table of the spatial database layers of geological disasters after “5·12 Earthquake”of Beichuan County

表2 北川县“5.12”震后地质灾害空间数据库属性数据结构表Table 2 The attribute data structure table of the geological disasters spatial database after “5.12 Earthquake”of Beichuan County

1.5 空间数据格式与数学基础设计

空间数据格式定义是空间和非空间地理数据采集、处理规范依据之一。本项目提交数据格式为MAPGIS数据格式，各图层地图数据基础为:(1)坐标系类型:地理坐标系，投影平面直角坐标系;(2)椭球参数:西安80/克拉索夫斯基椭球参数;(3)投影类型:高斯投影;(4)比例尺:1∶25000，1∶50000，1∶100000。

2 数据库集成方法及流程

震后地质灾害数据库的集成主要涉及相关矢量数据、栅格数据和属性数据的采集与输人、编辑与处理、统计与分析、入库与查询等工作，完成这些工作以MAPGIS6.7为平台实现［8－9］，其基本流程如图3所示。

图3 北川县“5·12”震后地质灾害数据库建库流程Fig.3 The construction process of the geological disasters database after“5·12 Earthquake”of Beichuan County

表3 震后地质灾害数据库所需基础数据源Table 3 The data source of the geological disasters database after the earthquake

2.1 基础数据源及预处理

本项目数据库建立所需基础数据源包括图形图像数据、属性数据、多媒体数据和文本数据等四类(表3)。

以上资料收集齐全后按“要求”进行图纸扫描、矢量化编辑、镶嵌配准和误差校正、格式转换和数据更新处理等预处理，其基本要求如下［9］:

(1)图件扫描分辨率不低于300dpi，形成TIF格式光栅文件。

(2)光栅图像镶嵌配准以西安80坐标系高斯—克吕格投影标准图框为参考文件采用二次多项式镶嵌配准，有利于将GPS采集到的地质灾害调查点坐标直接生成点，并且有利于数据更新;

(3)图元输入与编辑采用交互式矢量化方式，矢量化时光栅图像放大到10倍以上，图层、图元参数设置均按“要求”规定执行，水系数字化的方向从上游到下游录入，道路沿中心线录入。灾害调查点利用GPS采集的灾害点中心坐标直接生成点。

(4)采用“自查－互查－抽查”三级误差校检，校检数据精度为10－6，TIC点与理论图框的图幅角点完全吻合。图面线划圆滑，线型表示正确统一，各类灾害点符号正确完整，设色合理美观、压盖关系合理得当，图廓整饰符合规范。

2.2地质灾害体解译

目前国内外利用遥感数据识别地质灾害体方法主要有:遥感影像目视解译和计算机自动识别［10－12］。本项目所采用技术路线主要是通过遥感图像的人机交互目视解译及GPS野外核查来识别地质灾害体，其工作流程如图4:

图4 基于遥感影像的地质灾害点识别工作流程图Fig.4 The flow chart of the disaster-point identification based on remote sensing images

(1)遥感影像镶嵌配准:在MAPGIS图像分析中将1∶2.5万*.tif格式的光栅数据的转换为*.MSI格式并保存，利用MAPGIS图像镶嵌配准功能，分别装入参照线文件(标准图框点线文件)、校正文件(光栅文件)，运用添加控制点方式选择有特征的校正控制点进行采集;校正参数设置:多项式次数一次;重采样方式:最近邻;最后进行图像配准，生成校正文件供灾害体目视解译使用。

(2)地质灾害体信息提取(卫片目视解译):目视解译通过色调、形态、水系、影纹(纹理)、地貌、植被、景观等各种直接解译标志或间接解译标志，对遥感图像上各种地质灾害的类型、性质、分布范围、规模大小等属性或特征进行直观的判译。对遥感图像上特征清楚、标志明显的灾害地质信息，可以直接用传统的目视解译方法进行解译。地质灾害大多具有明显的形态特征，并和背景岩石或地层有一定的色调差异，另外，地貌、植被、水系及景观生态等，也可以为灾害地质的判定提供间接标志。

(3)地质灾害体分布图编辑:将1∶2.5万分幅提取的地质灾害体矢量工程文件利用MAPGIS图形编辑系统在同一坐标系下镶嵌拼接与比例尺变换，形成1∶10万灾害体图元文件;将灾害体图元文件叠加至1 ∶10万北川县地质图上，形成灾害体分布草图供野外核查用。

(4)GPS引导野外核查:根据室内目视解译的都在地质灾害体中心点坐标，在手持GPS导航定位引导下实施野外核查和属性特征调查并填写相关表格。

(5)室内整理:根据《地质灾害野外核查记录手簿》等资料对外业调查图等进行完善和整饰形成调查原图和属性数据表;利用MAPGIS库管理功能实现灾害体空间特征与属性特征的关联。

2.3 震后地质灾害数据库集成

(1)影像数据库:本项目影像数据库是空间定位型关系数据库。它是将卫星遥感影像数据和相关文档扫描数据，经过编辑处理，建成的数据库。采用MAPGIS影像数据库管理功能实现多幅图像管理。主要是通过对文件的查找、连接、处理最后达到显示功能。

(2)图形数据库:图形数据库入库主要是指项目涉及到的GIS矢量图形数据(点、线、面)的准备及其规范化、标准化。即要求这些数据应符合系统提供的矢量数据接口标准，并形成相应的电子数据。本项目将地质图、地质灾害点分布图、区划图等各种格式的矢量数据，经过分类整理和转换，形成统一格式的MPJ文件，利用MAPGIS图形库管理功能分别入库。

(3)属性数据库:北川县地质灾害属性数据库的建立是采用Office Excels数据表和Access数据库管理系统来实现的。首先对地质灾害属性数据按照其对灾害实体所描述的属性和特征进行归类处理，把标志地质灾害空间对象某一属性特征的数据归为一类，使得属性数据层次分明，条理清晰，为建立结构合理的地质灾害属性数据二维表格奠定基础;其次在Access中新建一个数据库，并且命名为BCGHIS. mdb。根据前面属性数据的分类结果，对数据库进行均衡化设计。属性数据库分为:编码初始化表、灾害分布表、灾害规模表、灾害损失表、灾害媒介信息表等多个子表。对二维数据表的结构进行设计，然后进行属性数据更新维护。

(4)基础数据库:本项目基础数据库主要包括行政区划、地形与地质、5·12地震烈度、余震分布等图形数据和文本及多媒体数据。图形数据通过格式转换、镶嵌配准、元数据表建立和图形库生成和导入首先建库;对文本与多媒体数据的录入，为了减少数据库的占用空间，仅以文件路径的形式存储媒介信息。而多媒体数据文件则储存在数据库外的储存介质上。需要时可以通过该路径访问数据库外的媒介信息。

3 基于地质灾害数据库的灾害区划评价

根据自然灾害系统理论，采用基于GIS空间邻域关系区域合并方法进行灾害区划［13－16］。基本思路是:从孕灾环境、致灾因子、承灾体和灾害损失等4个方面从震后地质灾害数据库中选取震后地质灾害区划所需评价指标并建立相应专题数据库;通过GIS空间分析得到了北川县“5·12”地震灾害敏感度、风险度、脆弱度和灾度分布图;采用1.6km×1.8km网格为灾害区划基本单元，在MAPGIS软件中进行叠加分析，采用“自下而上”并结合“自上而下”的空间邻域关系区域合并方法得到四个不同灾害区;然后根据灾害区灾害特征提出灾害治理对策。其基本流程如图5。

4 结语

图5 基于GIS的地震灾害区划评价流程图Fig.5 The flow chart of the earthquake disasters zoning evaluation based on GIS

北川县“5·12”震后地质灾害十分严重，灾后重建对地质灾害信息需求大，在开展震后地质灾害调查与评价工作中，建立震后地质灾害数据库具有十分重要的作用。本文应用MAPGIS完善的空间数据采集、编辑、分析和建库等功能，将项目所需的栅格数据、矢量数据和属性数据进行编辑和误差校正后，分层形成图形文件，将图形文件与属性文件相连接，依托“县(市)地质灾害管理信息系统”建立北川县震后地质灾害调查与评价所需基础地理、地质灾害等空间数据库，为地质灾害评价以及灾后重建规划与建设获取相关灾害信息储存、查询和处理提供服务。实践证明，MAPGIS是一个十分实用的工具型GIS平台，利用MAPGIS进行空间数据编辑处理、专题图件编制和空间数据库集成，大大地提高空间数据处理效率和扩大空间信息服务领域。

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Abstract:“5·12 Wenchuan Earthquake”caused a major disasters loss in Beichuan County.In carrying out the mapping and the database construction of the post-earthquake investigation and evaluation of geological hazard，there are a large number of remote sensing images，vector and raster graphics and attribute data to be collected，edited，stored，warehoused，analyzed，queried and updated.In this paper，it systematically collects，edits，warehouses，analyzes and outputs the spatial and attribute data after the earthquake using MAPGIS6.7 and assisted by GPS and RS technology.On this basis，it summarizes the methods and the implementation techniques of the multi-source data construction database based on MAPGIS.It achieves the standardized management of geological hazards，meets the request of the geological hazards zoning，thematic map production and reconstruction planning and provides the technical support to the decision-making post-disaster reconstruction for the relevant government departments.

Key words:“5·12 Earthquake”;geological hazards;investigation and evaluation;spatial database;MAPGIS; Beichuan County

Application of MAPGIS in the survey and evaluation database construction of geological disasters after“5·12 Earthquake”in Beichuan County

DONG Ting-xu，CHEN Chao-zhen，ZHANG Xin-he，WANG Jian-hua，LIU Hao
(Key Laboratory of REIT，Mianyang Normal University，Mianyang621000，China)

1003-8035(2010)02-0077-07

P694;P628+.4

A

2009-12-28;

2010-03-06

四川省科技厅2008抗震救灾综合专项资金资助项目(07111840)

董廷旭(1965—)，男，副教授，主要从事3S技术应用与景观规划研究。

E-mail:dong3s@163.com