淮河流域行蓄洪区灾害损失评估数据库建设与数据更新

2016-11-18孙中艮蒋淑娜王宇飞

水利经济 2016年5期

关键词：蓄洪区洪灾财产

孙中艮,蒋淑娜,王宇飞

(1.河海大学公共管理学院,江苏南京 211100; 2.南京师范大学地理科学系,江苏南京 210023)

淮河流域行蓄洪区灾害损失评估数据库建设与数据更新

孙中艮1,蒋淑娜1,王宇飞2

(1.河海大学公共管理学院,江苏南京 211100; 2.南京师范大学地理科学系,江苏南京 210023)

以GIS为设计工具,对淮河流域行蓄洪区灾害损失快速评估数据库建设进行设计,研究灾害损失评估数据库的数据采集、加工和更新。研究认为,行蓄洪区灾害损失数据库建设包括数据库内容、数据来源与处理、Geodatabase模型构建,以及数据库管理与整理等关键工作内容;数据库建设完成后的数据采集、加工和更新主体和路径要以淮河流域当前管理体制为依托,以淮河流域当前各项数据统计路径为载体进行。

行蓄洪区;灾害损失;快速评估;数据库;淮河流域

对于洪灾损失,目前学术界大多以GIS为工具进行损失评估。也有学者探讨了SSPPM等评估模型,但受指标体系合理性限制等因素[1]限制,这类方法在行蓄洪区损失快速评估中的应用仍存有一定局限性。笔者以数据处理总体思想为指导,以GIS为设计工具,对淮河流域行蓄洪区灾害损失快速评估数据库建设与数据更新进行了探讨。

1 行蓄洪区灾害损失评估数据库建设

1.1 数据库建设内容

从建设任务来看,行蓄洪区洪灾损失评估数据库的建设内容包括:①行蓄洪区数据管理模型。对行蓄洪区管理和决策支持所涉及的数据进行领域建模,统一规范数据要素的内容结构,以及相互之间的联系;分析数据产生过程和应用模式,建立统一规范的数据流模型和更新机制。②行蓄洪区数据整合。根据项目目标、数据分析和计算要求,对收集的数据资料进行整理[2],建立资料数据与行蓄洪区数据管理模型的映射关系,并进行数据重构和再造,完成数据入库和建库工作[3]。③构建空间属性一体化的数据管理方式。为有效地保障数据的一致性和完整性,采用OracleSpatial+ArcSDE行蓄洪区数据管理模式,将数据统一存储于关系数据库中,构建空间属性一体化数据库,实现空间数据与属性数据的无缝集成。

从具体内容来看,蓄洪灾害损失评估数据库的建设主要包括:数据收集(社会经济、图形、图像数据)、建库数据准备(社会经济数据准备、图形数据准备、图像数据预处理)和数据库建库(数据录入、图形数据构建、土地分类、空间数据集成、存储与管理)。其中,数据收集主要是对于社会经济数据的收集,包括行蓄洪区内的人口、土地、树木、工矿企业、基础设施和公共设施等价值和产值等[4]，这部分数据主要依靠统计手段获得[5];图形数据主要为《基于风险可控行蓄洪区运用决策支持关键技术研究》课题组通过收集、购买等方式获取的行蓄洪区内基础地理数据、DEM数据,以及土地利用数据等；图像数据主要为行蓄洪区内的影像数据,具体包括中分辨率卫星影像(资源三号)及高分辨率卫星影像(Pleiades)数据。

1.2 数据来源与处理原则

1.2.1 数据来源

a. 基础地理数据库。来源于测绘部门的1∶5万国家基本比例尺地形图及矢量数据(包括行政区划、居民点、水系、道路等)和1∶5万数字高程模型(DEM)。

b. 业务数据库。业务数据库主要是与系统相关联的非空间业务数据。根据这些业务数据可以分别生成各类专题地图,以突出某一类业务数据的分布情况。业务数据库主要包括系统参数、用户、图层列表、水文数据表、流率参数表、流率表、淹没点表等系统水文数据和行蓄洪区人口、国内生产总值、资产总值、各产业信息等社会经济数据。

c. 遥感影像数据库。数据库用于存储行蓄洪区范围的遥感影像数据,采用中分辨率卫星影像(资源三号)及高分辨率卫星影像(Pleiades)经辐射校正、集合校正、增强处理和图像镶嵌,按栅格数据集分幅或整幅存储,实现无缝拼接。

d. 最新的1∶1万土地利用二级分布图。包括不同等级的耕地、林地、草地、水域、人工用地等信息。

e. 影音数据库。来自行蓄洪区的影音视频、音频资料。

f. 文本库。存储文件法规、预警预案等文本资料。

g. 工情信息数据库由工情和险情组成。工情指水库、闸坝、堤防等防洪工程的基本情况及实施运行状况信息。

行蓄洪区灾害损失评估研究中所使用的数据种类繁多,来源不同。为了更好更有效地利用这些多源异构数据,笔者按照最小冗余原则、数据共享原则、数据统一原则、数据互通性原则,以及数据无关联性原则对数据库的数据行整理和存储[6]。

1.2.2 数据处理原则

收集的数据大部分属于初始数据,其很多内容需要处理才可归入系统。数据处理的总体原则如下: ①数据文件的命名需具有特定含义。数据文件命名后要让数据使用人员对数据名称下辖数据内容有初步的判断和了解。数据文件名既不能过长也不宜过短。一般情况下采用英文前3个字母或主要英文音节字母组合,或者采用拼音简写(尽可能少用数字)。②采用面向空间数据库(Geodatabase)对数据进行统一存储与管理。③数据属性一般应具有ID和NAME两个字段。其中,NAME用于显示数据时标注图形对象。命名时,有名称数据可直接利用其名称命名，无名称者则利用类型、等级或其他可标识的内容进行描述性命名。④除ID和NAME两个字段外的其他属性一般与前两个字段一起存于数据库表中。对于数据较简单且不会用于查询的数据,可不存入数据库表。⑤采用统一的投影坐标系。⑥根据数据本身的特征与信息量的多少对数据适当分层。对数据进行分层,需要考虑层数与数据量的兼顾问题。 ⑦采用统一的编码标准。

1.3 面向对象空间数据模型(Geodatabase)

笔者将利用Geodatabase建立数据库模型。Geodatabase数据库是ESRI公司ArcInfo引入的一个全新的空间数据模型,是建立在DBMS之上的统一的、智能化的空间数据库。Geodatabase数据模型的体系结构主要由对象类和表、要素类、要素数据集、关系类、几何网络、子类、域、拓扑关系、栅格数据集和元数据组成。借助ArcGIS10.0的ArcCatalog,可以通过建立一个全新地理数据库、移植已经存在的数据到地理数据库,以及利用CASE工具创建地理数据库等3种方法建立新的地理数据库。

由于该系统所需的基础地理信息数据已经处理为Shapefile和Grid格式,且考虑到行蓄洪区灾害损失快速评估及数据本身特点,因此需要通过移植已经存在的数据到地理数据库Geodatabase,进而创建新的地理数据库。新创建的地理数据库用于存储系统需要的数据,以及构建洪水灾害Geodatabase数据库模型[7]。

1.3.1 空间数据构成

数据库中的空间数据使用Geodatabase来组织和管理,每一层对应一个数据表(Table),其主要空间数据图层如表1所示。

表1 图层文件描述

1.3.2 属性数据构成

属性数据除了空间数据库分层对应的属性以外,还有些非空间图层的属性数据。如气象水文数据、社会经济数据与应用系统操作和控制有关的数据和参数等。

1.4 数据库整合

淮河行蓄洪区支持系统数据库建设采取多种数据库并存方式,主要采用Oracle+空间数据库系统,建立包括基础地理数据库、土地利用类型数据库、遥感影像数据库、数字高程模型、水文数据和社会经济统计数据在内的多个数据库。

不同数据库之间的数据需要进行整合。行蓄洪区灾害损失快速评估数据库数据整合具体步骤为:①确定各数据库数据结构、数据内容的详细情况;②建立行蓄洪区数据管理模型,对行蓄洪区管理和决策支持所涉及的数据进行领域建模,统一规范数据要素的内容结构;③构建空间属性一体化的数据管理方式,实现空间与属性数据的紧密集成,有效地保障数据的一致性和完整性;④建立数据映射和交换平台,实现数据同步到目标数据库中,以达到源和目标数据库实时数据同步。通过以上步骤,构建蓄洪灾害损失评估整体数据库。

2 灾害损失信息采集与加工

2.1 信息采集

2.1.1 采集主体

行蓄洪区灾害损失信息采集主体的确定要与我国防洪减灾行政体制紧密结合起来。目前,水利部淮河水利委员会是专门进行淮河水资源管理与水灾害防护的技术主管部门,而地方政府的水利行政部门则对淮河流域内各地水资源管理和防洪减灾进行直接行政负责[8-9]。为此,这样背景下的灾害损失信息采集需要明确两者之间的责任。

水利部淮河水利委员会是水利部在淮河流域和山东半岛区域内的派出机构,代表水利部行使所在流域内的水行政主管职责,是具有行政职能的事业单位。水利部淮河水利委员会负责防治流域内的水旱灾害,承担流域防汛抗旱总指挥部的具体工作；组织、协调、监督、指导流域防汛抗旱工作,按照规定和授权对重要的水工程实施防汛抗旱调度和应急水量调度；组织实施流域防洪论证制度；组织制定流域防御洪水方案并监督实施；指导、监督流域内蓄滞洪区的管理和运用补偿工作；按规定组织、协调水利突发公共事件的应急管理工作。地方政府的省、市、县水利局承担本行政区域内防汛抗旱日常工作,组织、协调、监督、指导行政区域内防洪工作,对主要河道和重要水利工程实施防汛抗旱调度。编制本行政区域防汛抗旱应急预案并组织实施。

从两者的职责来看,其防洪职责既有区别,也有重合。从洪水灾害防范与管理视角来看,两者的关系更多地体现为技术管理与行政管理方面。即:淮河水利委员会代表水利部,对淮河流域防洪工作进行技术管理,而地方水利系统则在水利部领导下行使具体行政职能。基于以上分析,笔者认为淮河流域行蓄洪区的洪灾损失调查责任已经明确，即水利部淮河水利委员会为淮河流域行蓄洪区洪灾损失调查提供技术指导,并负有技术责任;省、市、县水利部门按照淮河水利委员会技术要求,组织实施洪灾损失调查。

2.1.2 采集程序与方法

目前,淮河流域各县已按照要求对本县行蓄洪区内的财产进行登记,对产生的洪灾损失进行调查。现有的财产登记是一种常规性登记。同时,现有的洪灾损失调查也是为补偿提供依据。两者都没有与洪灾损失快速评估产生很强的关联关系。为了便于洪灾损失预测、减少洪灾损失,需要对现有的财产调查和损失登记制度进行改革。依据行蓄洪区损失快速评估技术要求,建议水利部淮河水利委员会作为技术责任部门,按照洪水灾害损失内容和特点等,制定水利部流域内统一的财产登记和洪灾损失登记表。财产登记和洪灾损失登记表制定完毕后,由安徽省水利厅按照行政要求,发给各市、县水利部门,并责成各市、县水利部门按期和按要求登记。水利部淮河水利委员会在财产登记和淹没损失调查中给予技术指导。发给各地的调查和登记表应该包含有财产和洪灾损失财产,与洪水基本特征(淹没历时、淹没水深)进行挂钩,为洪灾损失率计算提供支撑。

以淮河蒙洼行蓄洪区为例，其财产登记和洪灾损失调查的方法很多，如抽样调查法、典型调查法等。目前,淮河各地在历次洪灾后,为明确补偿主体,采取了洪灾损失普查方法；在行蓄洪区财产登记中,采取了逐户登记方法。由于淮河流域行蓄洪区数量众多,如果全部采取普查方法进行财产登记和损失调查,则时间和精力受到严重制约。为此,笔者提出按照年度间隔法进行财产普查,按照洪灾等级进行财产损失调查。年度间隔法是指采用隔年方法对行蓄洪区财产进行普查。相隔年份可以是1 a,也可以是2 a,最长不超过3 a。隔年之间的财产内容,可以按照数理模型进行推算。此外,根据洪灾等级进行财产损失调查。如对于5年一遇的洪灾和对于10年一遇或20年一遇的洪灾,采取相应的普查和典型方法。对于5年一遇的洪灾损失,采取受灾地区典型调查方法进行;对于10年一遇以上的洪灾,采取普查方法进行。

2.2 信息加工

2.2.1 加工原则

行蓄洪区经济社会资料和淹没损失资料是洪灾损失快速评估的基础[10]。这些信息通过抽样调查等多种途径获得。但是,调查出来的数据是原始数据,需要进行加工，加工的目的是为了快速评估。为此,需要遵循以下原则。

a. 易用性。行蓄洪区各种损失的调查和分析,其目的是为了进行快速评估。为此,各种数据信息的加工过程中,需要遵循易用性原则。所谓易用性,是指在数据加工过程中,以快速应用为导向,简便地用于评估。对于部分较为复杂的数据,可以在不损失原有数据承载信息的前提下,科学地进行简化处理。如对于行蓄洪区房屋结构信息,在实际调查中,可能存在钢混、砖混、砖瓦、土瓦、土木,以及简易的草棚等类型。但从便捷和易用性角度考虑,在不损失评估价值的前提下,可以将造价基本相当的土木和土瓦结构进行合并调查和分析,将砖混和砖瓦结构进行合并分析等。

b. 准确性。调查和加工数据的目的是为了损失评估。为此,数据加工的原则是尽可能为评估提供相对准确的信息。在数据加工过程中,不要将有用的信息进行掩盖和删除,以保证数据的相对准确。对于一些比较模糊的数据,可以采取数理方法进行推导和计算，如在数据加工过程中,对于连读多年数据中缺乏某一年的情况,可以采取回归分析等方法进行合理预测和推导。

c. 真实性。真实性是数据处理需要遵循的一个重要原则。真实性原则是指在数据加工过程中,不能为了简便和节约时间等目的对数据进行无原则的加工,导致评估结果不准确,也不能为了评估而人为修改数据,使之符合数学规律。

2.2.2 加工方法

数据加工是为评估服务,是为了快速获得相对准确和合理的数据而进行的数据处理。在实践过程中,数据加工方法因评估需要而产生。实际评估过程中,可能出现数据欠缺、数据冗长、数据类项较多,以及直接数据缺乏等情况。为了规避这类现象出现,需要通过一定的加工方法进行数据处理,使调查数据能够直接用于评估。数据处理方法主要有:

a. 回归法。回归法可以分为多元回归和一元回归2种类型。实际数据加工过程中,可以根据实际需要灵活采用。回归法主要应用于调查数据中的某一年份数据缺失、直接数据缺乏等情况。

b. 专家法。专家法是一种比较简便的数据处理方法。在数据加工过程中,当数学方法不能满足时间、精度、可靠性等要求时,可以采用专家法直接进行数据加工。专家法可以是专家头脑风暴法,也可以是通信评分法。在实际快速评估过程中,按照时间、精度和可靠性原则灵活采用。

c. 主成分分析法。主成分分析法是透过杂乱数据进行主要影响因素识别的方法。在实际应用过程中,对于年份特征较为明显且原始信息较为杂乱的数据,可以采取主成分分析法,提炼合理和主要成分信息,进行预测和评估。

3 灾害损失信息更新

3.1 信息更新内容和方法

根据损失内容,行蓄洪区灾害损失可以按照地区进行区分,即农村和城镇。为此,信息更新内容也可以以此进行区别。

3.1.1 农村地区

农村地区洪灾损失评估内容主要包括农村居民房屋和财产,农业、林业、渔业、畜产养殖业的产值,工业企业、商业企业、事业单位灾前财产产值,基础设施和公共设施的灾前价值等。此外,受灾后的受损值、修复和重建费用等也应纳入数据更新范畴。对于农村居民房屋和财产等,结合淮河现有的普查方法,按照2 a一次普查、1 a抽样调查一次的方法进行数据更新;对于农业、林业、渔业、畜产养殖业产值,工业企业、商业企业、事业单位灾前财产产值,基础设施和公共设施的灾前价值等,按照2 a一次典型调查、3 a一次普查的模式进行更新;对于不同财产和设施等灾害损失情况,结合淮河现有受损财产调查制度,按照历年受损情况,选择典型调查和普查方法进行。

此外,对于农村地区集体经济组织的财产也可以通过农村地区社会经济报表进行更新。如对于某一村集体经济组织内的农业、副业、工业等产值,可以根据该集体经济组织年度经济社会报表获得。该报表由乡镇统计部门按年进行编制。

3.1.2 城镇

城镇社会的洪灾损失类型主要有城镇居民房屋和财产,以及工业、建筑业、商业、交通运输业、邮电业、文教卫生、公共事业等资产和产值。由于城镇社会财产类型广泛、复杂,以及城镇地区人口流动性很大等特征,城镇社会的财产、产值等普查难度很大。部分产值和财产即使通过抽样调查也难以获取。为此,统计部门的调查报告和报表应用是城镇社会信息更新的主要途径。

目前,针对城镇居民家庭户均财产登记,统计部门有城镇居民百户经济社会调查表。洪灾损失快速评估部门可以按照人口与户均及人均值进行预测范围内的数据加工,以获得预测需要数据;针对工业、建筑业、商业、交通运输业、邮电业、文教卫生、公共事业等资产和产值,可以采用统计部门年度编制的统计年鉴进行数据更新。现有的统计年鉴内容涵盖了不同行业的各种财产和产值数据。

3.2 信息更新实施主体

在洪灾损失快速评估信息采集、加工过程中,评估所需信息的采集和更新方式是有差异的。即部分信息是通过抽样调查来更新的,部分信息是通过普查进行更新的,部分是通过专家赋值方法进行采集和更新的,还有的信息是通过统计部门数据查阅进行更新的。

不同类型数据采集方式和对应的工作内容是有差异的。抽样调查和普查数据采集和更新方式需要设计抽样和普查问卷和表格,制定调查方案,拨付专门经费进行实地调查和统计,并进行数据整理和分析等[11];专家赋值方式需要联络行业专家进行会议或通信工作,以此获得相应数据;统计部门数据查阅则相对简单,需要与统计部门进行沟通,获取统计资料并进行数据析出和分析等。

按照水利部淮河水利委员会为淮河流域行蓄洪区洪灾损失调查提供技术指导,并负有技术责任,省、市、县水利部门按照水利部淮河水利委员会技术要求,组织实施洪灾损失调查等数据采集机制,淮河行蓄洪区洪灾损失快速评估数据更新责任主体进行如下约定:水利部淮河水利委员会负责洪灾损失评估数据更新技术路线，抽样或普查表格设计,行业专家意见收集,以及统计资料目录制定等技术工作,省、市、县水利部门根据水利部淮河水利委员会技术要求,按照职责要求落实抽样调查、普查,以及收集与提交统计报表和年鉴等具体工作。