基于Access的海原特大地震黄土地震滑坡数据库的构建

杨元敏， 薄景山，2， 李孝波， 常晁瑜2，， 黄 猛， 李雪玉

(1. 防灾科技学院， 河北 三河 065201； 2. 中国地震局工程力学研究所 中国地震局地震工程与工程振动重点实验室， 黑龙江 哈尔滨 150080)

0 引言

1920年12月16日，我国宁夏海原县境内发生了8.5级特大地震，造成了重大的人员伤亡和财产损失[1]，这次地震诱发了大量的黄土地震滑坡[2-4]，规模巨大的黄土地震滑坡吞噬了房屋建筑，淹没了河流，截断了河流，形成了严重的地震灾害。由于海原及附近地区降雨量少，气候干燥，植被不发育，使得大量黄土地震滑坡的地貌形态保存完好，为滑坡的现场调查提供了方便。自2016年以来，防灾科技学院组织师生对1920年海原特大地震形成的滑坡开展了历时5年的全面系统的野外调查工作，获取了数百个黄土地震滑坡的珍贵调查资料，这些资料对研究黄土地震滑坡的形成条件、机理以及滑坡防治具有重要的学术意义和工程应用价值。为了更好地储存和规范化管理这些宝贵的黄土地震滑坡资料，使其更好地在科学研究和滑坡灾害防治中发挥作用，本文依托“Access 2019”软件平台，建立了黄土地震滑坡数据库。这一数据管理系统具有数据和图像储存、查询、更新、调用和提取的优良性能，实现了黄土地震滑坡特征参数和图像资料的规范化管理。本文建立黄土地震滑坡数据管理系统对开展黄土地震滑坡形成条件、地震诱发黄土滑坡的形成机理、黄土地震古滑坡的地形恢复以及地震场地研究具有重要的科学意义； 对黄土地震滑坡的防治和黄土边坡设计具有重要的工程应用价值； 对黄土防震减灾工作有重要的推动作用； 为从事地震滑坡研究的科技人员提供丰富的数据资源。

1 数据库的资料来源

数据库所采录的数据和图像资料均来自于海原特大地震黄土滑坡的野外实际测量资料。海原特大地震发生在1920年12月16日，宏观震中位于宁夏回族自治区海原县的干盐池附近，震级8.5级，震中的烈度高达Ⅻ度，烈度等值线长轴方向为北西向[1]。这次地震的发震断层以海原断裂带的西、南华山北麓断裂为主，断裂走向为北西西向[5]，形成长达200ikm的地表破裂带[3]。这一地区黄土的厚度分布不均，主要表现为西北部较薄、东南部较厚。因此，在震中的东南地区黄土地震滑坡发育，在地震烈度Ⅷ度和Ⅸ度的区域范围内最为发育，地震滑坡主要分布在西吉县、海原县、静宁县、会宁县和彭阳县等地。图 1是录入数据库的地震滑坡调查点分布图。

图 1 海原特大地震诱发地震滑坡调查点分布图Fig.1 Distribution of survey points of seismic landslide induced by Haiyuan M8.5 earthquake

本文的滑坡调查以野外实地调查为主，卫星资料为辅。按照有关规范要求[6-9]，调查组制定了调查内容并对调查的每一处滑坡均填写地震滑坡野外调查表。数据库录入的黄土地震滑坡的主要内容包括了滑坡的野外编号、点号、滑坡名称、地理坐标、地震烈度、滑坡长度、滑坡宽度、滑坡面积、主滑方向等。同时，在野外调查的过程中也实地拍摄了大量珍贵的地震滑坡图像信息资料。本文从数百个滑坡调查资料中选择了精度较高的568处地震滑坡的调查数据和200处滑坡图像作为本数据库录入的基础数据，其他368处滑坡的图像信息将陆续录入。

2 Access 2019数据库的可行性

数据库是由一个互相关联的数据的集合和一组用于访问这些数据的程序组成，主要用于储存和管理数据，并根据其服务对象的要求提供数据的一个“仓库”[10-11]。不过，这个仓库是存在于计算机存储设备上，同时针对数据的存储格式也有一定的要求。地质灾害数据库起源于20世纪60年代的美国[12]，主要是石油公司需要将钻井的地质资料转换成机器存储形式，存储在磁带或磁盘上。随后美国建立了石油数据库、计算机资源信息库、国家煤炭资源数据系统、全国水文数据存储检索系统等。我国的地质灾害数据库始于20世纪70年代后期[13]，主要是地质矿产部、气象和石油等特殊行业和部门使用，主要用于各类钻孔数据存储、水文数据监测和典型地质灾害数据的监测等。同时，我国也陆续建立了滑坡数据库、应急地理信息数据库、强震地表破裂数据库等[14-16]。

迄今为止，大量的数据库系统被各行业广泛应用，如oracle、DB2、SQL server等。本文建立的海原特大地震黄土地震滑坡数据采用Access 2019数据库系统，该系统全称是Microsoft Office Access 2019，是2018年9月微软发布的由数据库引擎的图形用户界面和软件开发工具结合在一起的新型关系数据库系统，是Microsoft Office的系统程序之一。Access 2019的主要功能体现在两个方面：一是强大的数据分析处理能力，即使有数以万计的数据也可以利用Access的查询功能，快速进行各类数据的汇总、平均等统计，还可以灵活设置统计的条件； 二是用以开发软件系统，Access提供了表生成器、查询生成器、宏生成器和报表设计等许多可视化工具，以及数据库向导、表向导、查询向导、窗体向导、报表向导等多种向导，可以使用户快速建立一个功能完善的数据库系统，满足各类企业生产管理、销售管理、库存管理等需求。

与其他数据库相比，Access 2019只需输入简短的VBA代码即可在短时间内开发出一个过程完全可视、功能强大的专业数据库应用系统。因此，Access 2019数据库系统具有强大的数据处理和统计分析能力，同时该系统界面友好、易学易用、开发简单、接口灵活。其不足是数据的储存文件的大小有上限，不能超过2G字节； Access 2019数据库的安全性也比不上其他类型的数据库。由于本文的数据资料包含大量黄土地震滑坡的调查资料，后续会有针对黄土地震滑坡参数的数据处理和统计分析等需求，同时针对数据库的使用对象，要求该数据库必须要具有通俗易懂、便于操作的功能界面，这些都是Access 2019数据库所能满足的基本要求。因此，本文选择Access 2019数据库建立的海原特大地震黄土地震滑坡数据库系统。

3 黄土地震滑坡数据库的设计

利用Access 2019软件建立黄土地震滑坡灾害数据库，能够有效地进行数据的存储、录入、查询、更新和提取，为地震滑坡研究和灾害防治提供数据服务。因此依据现有资料可将黄土地震滑坡数据库分为属性数据库和图像数据库两个部分，图 2为黄土地震滑坡数据库的结构图。

图 2 黄土地震滑坡数据库结构图Fig.2 The structure of the loess seismic landslide database

3.1 功能设计

根据地震滑坡数据库的建设需求，本文将数据库功能分为4个模块：

(1)用户管理和登录模块：数据库是通过登录模块来识别用户的身份信息，只有通过身份认证才能实现进入数据库系统。而数据库的用户主要分为两类：一类是普通用户，他只有黄土地震滑坡的属性信息和图像信息进行查阅和下载的权限； 一类是系统的管理人员，他除基本的数据查阅和下载权限外，还有对数据的入库和更新、系统功能的调试等操作功能的权限。

(2)属性数据管理模块：地震滑坡的属性数据所储存的是地震滑坡的基本特征，该模块主要用于管理滑坡的属性信息，包括属性数据的储存、查询、更新和下载功能。

(3)图像数据管理模块：地震滑坡的图像信息是滑坡的另一个重要的基本信息，是黄土地震滑坡的重要图像信息。此模块的功能是用户根据自己的需求来查阅和下载滑坡的野外图像。

(4)属性数据与图像信息交叉管理模块：同一处滑坡的属性数据与图像数据是同时存在的，当调取某一处滑坡的属性数据或图像信息时，相应的另一种数据信息也应该有被调取的功能，这就是两种信息的交叉管理。信息交叉管理功能是实现属性数据库和图像数据库的连接。

3.2 统一编码

数据的统一编码是连接属性数据库和图像数据库的唯一性关键词，是实现属性数据与图像信息交叉管理模块的关键，两者须保持一致，才能实现数据的共享。根据中国地质调查局环境监测院编写的《县(市)地质灾害调查与区划空间数据库系统建设技术要求》[17]规定，地质灾害的统一编码由行政区划代码、灾害体类型和灾害点顺序编码三部分组成，前者描述了灾害点的地理位置，分为省、市、县三级共6位编码，可通过行政区划查询； 中间为灾害体类型编码，可分为滑坡、崩塌、泥石流等共2位编码； 最后是灾害体的顺序编号，共3位编码。但是，由于数据库系统所包含的地质灾害有且仅有滑坡一种灾害，未对其他类型的地质灾害进行详细调查； 其次黄土地震滑坡具有明显的集中发育的分布特征，即使是同一个村落也有可能存在多个地震滑坡； 最后黄土地区面积较广，以宁夏回族自治区固原市西吉县为例，总面积达3144ikm2，调查资料显示西吉县地震滑坡多达383处，如果黄土地震滑坡的统一编码仍以省、市、县三级编码划分，将导致数据繁杂，出现滑坡数据交错的错误，影响使用。

表 1 黄土地震滑坡数据库属性表字段结构说明表Tab.1 Field structure description table of attribute table of loess seismic landslide database

表 2 黄土地震滑坡数据库图像信息表字段结构说明表Tab.2 Field structure description table of image information table of loess seismic landslide database

考虑上述现象，本文黄土地震滑坡数据库的统一编码采取行政区划代码和滑坡顺序编码两部分组成，其中行政区划代码细分为省、市、区、乡镇、村5级共12位编码，滑坡顺序编码3位编码，具体如图 3所示。

3.3 数据表设计

数据库设计最重要的部分就是数据表结构的设计[18-19]，数据表的结构直接影响数据库的性能。本数据库依据其主要的功能，设计其主要的属性数据表结构见表 1，主要的图像数据表结构见表 2。

图 3 黄土地震滑坡统一编码规则Fig.3 Unified coding rules for loess seismic landslides

4 数据库系统的建设

数据库系统的建设是涉及相关属性数据和图像数据的收集与整理、编辑、入库、更新、查询和下载等工作，这些工作是以Access 2019为平台实现，其建议流程如图 4所示。

图 4 海原特大地震黄土地震滑坡数据库建库流程图Fig.4 The flowchart of database construction process of loess seismic landslide induced by Haiyuan M8.5 earthquake

4.1 基础数据源及预处理

本文对568处黄土地震滑坡资料和近200处滑坡的图像信息做如下处理：

(1)滑坡经纬度校核。本文采用的校核软件是91卫图，借助91卫图的遥感影像资料，将原始数据的滑坡经纬度落点在影像上，查看落点处是否为滑坡所在点，若滑坡落点处无明显的滑坡特征(如圈椅状后壁，滑坡位置条状纹理突然错位或终止，高程骤减等)，则依据该滑坡的其他属性，将滑坡重新定位。

(2)滑坡名称校核。原始数据中滑坡命名标准不一致，有的滑坡命名详细到村、组，有的滑坡命名可能只包含某县某滑坡，本数据库依照统一编码里的区划规则，将滑坡统一命名为某省某市某县某乡镇某村，再加上滑坡顺序编码对滑坡进行重新命名。

(3)滑坡参数校核。滑坡的长度、宽度以Cruden 和 Varnes[20]给出的方法进行校核； 最大水平距离、最大垂直距离以樊晓一[21]提出的方法进行校核，滑坡的平面形态按半圆形、半椭圆形、矩形(后壁平直且宽，滑坡横向延伸)、舌形(长至少是宽的2倍以上)、三角形、不规则等进行重新梳理。

(4)滑坡图像信息校核。本文利用滑坡的名称、野外编号、滑坡长宽、滑坡面积等数据找到属性信息与图像信息的对应关系，从而实现图像信息的校核工作。

将校核后的原始数据导入设计好的属性表 1和图像信息表 2中，形成本数据库的属性数据库的数据源和图像数据库的数据源。

4.2 数据库系统的实现

本数据库系统主要提供属性数据和图像数据的输入、查询和提取等功能，并设有安全权限[12， 18]。实现的步骤如下：

(1)创建数据库。创建一个空的数据库，将该数据库命名为海原特大地震黄土地震滑坡数据库.accdb。

(2)创建数据表。打开建立的黄土地震滑坡数据库.accdb，根据表 1、表 2创建系统的数据表，将校核后的数据导入数据表，形成了整个数据库的数据源。

(3)创建窗体。窗体是实现数据库和用户的桥梁，本数据库窗体主要用于实现数据的输入、更新、查询和下载等功能。数据录入以滑坡的野外编号、点号、滑坡名称、地理坐标、地震烈度、滑坡长度、滑坡宽度、滑坡面积、主滑方向等为依据设置，该窗体在满足参数录入的同时，也有自动生成滑坡名称以及统一编码的功能。属性数据的查询窗体为两个部分，一是简单条件查询，该查询窗体只要选择需要查询的一个参数，如滑坡区域范围、滑坡形状、滑坡所处烈度区间范围等等，就能得到相应的查询结果； 二是多条件查询，本窗体可以实现输入两个及以上查询条件得到对应的滑坡信息。所有的查询窗体均设置有数据的下载功能，用户可根据自己的需求下载对应的滑坡信息。图像数据的查询窗体为简单查询，输入滑坡所在区域就可以查到该区域的滑坡图像信息。另外，利用属性数据与图形数据之间存在对应关系，查询窗体还设置有交叉查询的功能。同时，由于本系统设置有权限管理系统，因此本数据库还添加了系统登录窗体，只有输入相应的账号密码，才能实现本系统的其他操作功能。

(4)添加VBA代码。上述创建窗体的按钮均没有事件处理过程，因此窗体之间相互独立，只有添加相应的VBA代码才能实现窗体之间的相互转换。

(5)系统封装。系统封装过程是实现数据库的可视化过程，同时也是一种数据库的自我保护机制。在窗体的属性设置中，若将“快捷菜单”设置为“否”，则可避免数据库使用者在使用过程中自主进入数据库的后台工作界面； 若将窗体“关闭按钮”设置为“否”，则可避免在数据库使用时存在非正常退出现象； 若在查询结果栏里，将数据“是否锁定”设置为“是”，则可避免数据源被意外修改； 若在文件-选项-当前数据库的选项里，将“显示导航窗格”设置为不勾选，则可隐蔽导航窗格，从而保护我们建库成果； 若将“显示窗体”设置为“登录模块”，则可以使得系统一开始显示为登陆窗体。将设置保存确认后重启数据库，黄土地震滑坡数据库的建设就已全部完成。

5 结论

1920年海原8.5级特大地震诱发了大量黄土滑坡，其所产生的灾害举世震惊。由于这一地区长期干旱、植被匮乏，使得滑坡地貌保存完整，为滑坡调查提供了极大的方便。防灾科技学院利用近5年的时间开展了海原特大地震黄土地震滑坡的野外调查工作，积累了极为宝贵的资料，这些珍贵的野外调查资料无论对黄土地震灾害的科学研究，还是对黄土地区防灾减灾都是有重要的理论和实际意义。本文初步建立了国内首个针对海原特大地震建立的滑坡灾害数据库，它是防灾科技学院和兰州地震研究所所共同承担的国家自然科学基金重大项目“黄土地震滑坡成灾机理与风险评估”(U1939208)中“黄土高原地震滑坡与强震记录数据库构建”研究内容中的一部分。我们将在继续调查黄土高原历次大地震滑坡灾害的基础上，不断地充实和完善黄土高原地震滑坡数据库的建设，为黄土地区开展地震滑坡研究提供数据支持。