生态应急决策支持数据库战略设计与实施研究

朱建军，陈 翔，魏志祥，张同建

(1. 镇江高等专科学校 医药与化材学院，江苏 镇江 212028；2. 河北工程大学 建筑与艺术学院，河北 邯郸 056038；3. 江苏大学 马克思主义学院，江苏 镇江 212013)

生态应急决策支持数据库战略设计与实施研究

朱建军1，陈 翔2，魏志祥3，张同建3

(1. 镇江高等专科学校 医药与化材学院，江苏 镇江 212028；2. 河北工程大学 建筑与艺术学院，河北 邯郸 056038；
3. 江苏大学 马克思主义学院，江苏 镇江 212013)

生态危机对人类社会形成严重威胁，生态灾害应急被全球所关注。生态应急数据库可为生态灾害应急提供及时的数据支持，实现生态风险控制和防范。我国真正意义上的生态应急数据库尚未建立，无法实现对生态应急决策的有效支持。生态应急数据库建设应在整合现有资源基础上全方位推进。

生态危机；生态应急决策数据库；城市应急；数据库设计

18世纪50年代以来，现代工业文明为人类社会创造了巨量的物质财富和前所未有的舒适生活环境。但在随后的历史进程中，人类盲目陶醉于对自然的征服，严重破坏了自然环境，致使人与自然的关系严重失衡，人类不得不面对生态危机。

1 生态应急决策支持数据库的内涵及功能

生态危机是工业化和全球化“双刃剑”效应中负面效应的集中爆发，严重颠覆和阻碍了人类社会的发展。以水资源为例，据2006年联合国评估报告，全球每年有300万至400万人死于疾病，预计至2025年，水危机将蔓延至48个国家和地区，35亿人为水所困。在过去的50 a，因水资源引起冲突507起，其中37起属于暴力事件，21起演变为军事冲突。20世纪以来，生态危机频发，人类社会越来越依赖生态应急决策支持系统。1995年日本神户大地震、1998年台湾大地震，政府均因救灾反应不力受到民众抨击。但1994年洛杉矶地震、2001年华盛顿地震中应急系统发挥了重要作用，为政府救灾提供了技术支持，有效减少了灾害损失。

生态应急决策支持数据库是生态应急决策支持系统得以运行的前提。我国生态灾害救助中各类生态应急数据匮乏，无法保障决策的准确性、合理性、有效性。生态应急数据分为历史数据、观测数据、预测数据三大类型，涉及大气、地形、海洋、空间、城市等领域，包括纹理、图像、地图、图表、属性、描述符、观察资料、三维模型等信息。

生态应急决策支持数据库是指当生态灾害发生后或生态灾害发布后，存储开展生态救助所需的天气、环境、人口、交通、经济、物资、应急方案等信息的综合性数据库。各项数据在生态救助过程中发挥关键性决策功能，具有综合性、关联性、空间性。生态应急决策数据库一般由基础信息数据库、专题数据库组成。国际上，应急基础数据布局分为两类：一类是以美国为代表的分散式管理模式，利用网络联结的分布式数据库存储应急基础数据；一类是以日本为代表的集中式管理模式，日本东京防灾中心集中管理应急基础数据。两种数据布局各有利弊。

生态应急决策支持数据库的网络联通包括内网、外网和专网，分别执行不同的服务任务。内网是政府各部门间应急信息的交换环境，需要较高的保密度。外网是社会公众间应急信息的交换环境，对外界公开。专网负责内网和外网间的数据交换。

生态应急决策支持数据库具备如下功能： 1) 地图基本操作，具有浏览、缩放、图层控制、查询定位和可视化功能。2) 数据输入和输出，将基础信息数据库和专题数据库中的数据进行格式转换和坐标系转换，导入数据库，同时实现数据的分发、打印、图表生成等输出功能。3) 数据检查，自动检查各类数据间的拓扑关系、规范性和完整性。4) 数据更新，包括各类信息的自取和过滤、新旧数据的融合、数据质量检查等。5) 数据交换管理，实现各类数据库的共享和切换。

2 生态应急决策支持数据库相关研究与评述

我国目前没有真正意义上的生态应急决策支持数据库，但存在诸多类似或相关功能的数据库，为生态应急决策支持数据库的建设奠定了基础。

数据库技术是信息技术的核心之一，为生态应急决策支持数据库创造了有利条件。蒙智敏、熊伟(2010)研究了分布式空间数据库的集成访问技术，探讨了空间数据类型转换、空间数据集成、空间操作函数扩展、空间数据查询流程等技术[1]。徐爱萍、宋先明(2015)研究了分布式异构数据库集成问题，设计了基于Web Service技术的数据共享平台[2]。1993年，张洪岩、王文卿关注我国生态数据库建设问题，但仅限于生态经济信息，未考虑生态风险与生态应急问题[3]。随后的生态环境数据库结构与应用的研究仍未涉及生态风险和应急。王文杰、李雪(1999)研究了国家级环境数据库系统的建立与应用开发，介绍了中国环境监测总站的环境数据库标准化建设、环境数据库组织与管理等[4]。杜培军、郭达志(1999)研究了环境数据库中的知识发现，分析了环境数据库中知识发现的可能性与必要性[5]。吴明礼、杨小燕(2015)研究了多数据库系统下环境数据库的监控与管理技术，实现对多个位于不同数据库服务器上的数据库系统进行监控[6]。

如表1所示，目前一些研究涉及生态信息、生态环境、自然环境、城市应急、泥沙灾害、自然灾害、地震应急、海洋环境、水环境、洪涝灾害、地质灾害、应急资源、应急联动等，与生态应急决策支持数据库存在相关性。生态应急决策支持数据库就是这些数据库中生态性数据的共享与整合。

表1 生态应急决策支持数据库相关内容研究

现有研究有极少数涉及自然灾害数据库设计与建设。自然灾害与生态灾害内涵不同，前者可能由人为因素或纯自然因素引发，而后者由人为因素引发，不包括纯自然因素。地震、海啸、火山喷发是地质运动的结果，暂时与人类活动无关。

现有研究探讨了应急联动数据库，但它与生态应急决策支持数据库有区别。应急联动数据库是整合了地理空间数据、属性数据、遥感数据、地震数据、水利数据、卫生统计数据、社会经济数据、气象数据、安全生产数据等数据类型的数据库，目的是实现应急联动指挥系统的风险分析、信息报告、监测监控、预测预警、辅助决策、综合评判等功能。

相对而言，对城市应急数据库的研究较多，但生态应急和城市应急是两个不同的概念，前者指由生态灾害所引发的应急，后者指由与城市相关的突发事件所引起的应急，两者存在交汇领域。在当今社会环境下，由暴恐、政变、谣言等人为因素引起的社会应急不属于生态应急。当然，不是所有的生态应急都会引发城市应急，有些远离人类居住中心的生态灾害对城市的影响较小。

迄今为止，我国不存在真正意义上的生态风险数据库或生态应急决策支持数据库，针对生态风险和生态灾害防控进行数据库设计与实现的研究很少。地震、城市、水环境、海洋环境、地质灾害数据库与生态应急决策支持数据库存在共性，但不能代替生态应急决策支持数据库的特定功能和作用。

3 生态应急决策支持数据库战略设计与实施的方向

生态应急决策支持数据库不仅是生态应急决策支持系统的基础，也是生态风险管理或生态安全管理的瓶颈。设计和实施生态应急决策支持数据库，要吸收、融合先进的生态管理理念和方法；整合现有的地震、地质灾害、洪涝、水文等数据库中的生态要素，实现数据共享；吸收数据库技术的最新成果，提高异构数据库的共享力度； 补充生态灾害数据信息，尤其是城市生态灾害数据信息。

1) 以生态风险控制为主题，构建生态应急数据库。目前，我国需要在现有的各类灾害数据库基础上构建专门的生态应急数据库。其中，以城市生态应急为重心，但不包括突发事件所引起的应急。在生态应急数据库构建中，可以整合现有的地震应急数据库、城市应急数据库、水质量数据库、紧急灾害数据库、海洋环境数据库、洪涝灾害数据库、泥沙灾害数据库，补充其他类型的灾害数据库。

2) 数据库设计与管理应以灾害预防和监测为主题，而不是以事后应急为主题。由于各种负面因素的影响，我国生态风险管理“重应急，轻预防”。数据库的设计要充分体现灾害预防和监测的系统支持功能，加大原始数据收集、信息查询、数据过滤等建设力度，摒弃纯粹为应急而应急的思想。

3) 注重知识发现，提高生态应急数据库的质量。近年来，在人工智能、机器学习、Internet等技术的支持下，知识发现(Knowledge Discovery in Database，KDD)技术发展较快，常用方法包括统计分析、空间分析、神经网络、人工智能专家系统等，可以系统地分析生态应急数据库，挖掘有价值的知识，如环境状况与质量、环境要素的空间分布规律、环境演变趋势、环境污染模式、环境治理效果等。

4) 与国际灾害数据库共享，实现与国际生态风险管理同步。目前，世界上不同级别的灾害数据库可以为我国生态应急提供数据支持。其中，紧急灾难数据库(Emergency Events Database，EM-DAT)是国际上重要的灾害数据资源之一，于1988年由灾后流行病研究中心创建，得到了比利时政府和世界卫生组织的大力支持，主旨是为灾害应急做出合理化决策，实施灾害脆弱性评估，优先配置救灾资源。

5) 开发分布式数据库集成访问技术，实现数据共享。集成数据的存储具有多样性，如关系数据库存储、文件数据库存储、网络数据库存储等，同时，各个数据库中的表结构不统一，同一指标的字段名称、类型、长度不一致，因此，数据格式转换需要提供开放和易于扩展的异构数据集成能力。若要实现目前城市安全、地震、地质灾害、洪涝灾害、环境信息等数据库共享，则需要解决不同通讯协议、不同系统结构、不同操作系统、不同数据库所带来的异构性问题，需要统一的数据类型。

6) 大力开发网格技术，解决数据库异构性问题。网格是在网络之上运行的以实现资源共享和协作为目标的软件基础设施，可以为数据库提供一种集成的资源和服务环境。网格技术具有高性能计算、资源共享、互操作性、服务管理、高可靠性、安全性等特性，为分布式空间信息的访问和操作提供了新思路。开放网格服务框架OGSA(Open Grid Service Architecture)是以服务为中心的框架结构，在网格体系结构中具有广泛的影响力。OGSA的分布式查询处理器OGSA-DQP可以解决一般数据的分布式异构问题。OGSA-DQP用JAVA语言实现，需要将SQL数据类型转换成为统一的JAVA数据类型。

7) 采用中间件技术，解决数据库的异构数据集成问题。中间件技术可以保证访问接口的开放性，使前端用户访问后端异构数据透明化，也可以实现异构数据源的兼容性。中间件可以完成从源数据库到目的数据库的导入交换，即连接两个异构数据源，从源数据库中读取需要交换的数据，写入目的数据库，此时要保证写入格式正确。对于二维表数据而言，源数据库的表和目的数据库的表可能有不同的列，要做好列名影射。

8) 灵活地配置数据交换模式，提高异构数据库的数据交换效率。数据交换的基本架构分为集中式、分布式、混合式。集中式交换是将共享信息集中存储在统一的数据库，通过访问数据库实现信息共享。分布式交换是将信息分布存储于专题信息库，通过交换节点提供的交换服务实现信息资源的定向传送。混合式交换是集中式交换和分布式交换的组合，可通过共享信息库或中心交换结点实现信息交换。集中式交换适合于信息共享程度高、信息一致性要求高的数据共享。分布式交换适合于信息性能、信息一致性要求不高的数据共享。混合式交换可灵活运用于以上两种情形。

[1] 蒙智敏,熊伟,陈宏盛,等.分布式空间数据库集成访问技术[J].微型机与应用,2010,29(24):12-15.

[2] 徐爱萍,宋先明,徐武平.分布式异构数据库集成系统研究与实现[J].计算机工程与科学,2015,37(10):1909-1916.

[3] 张洪岩,王文卿.生态经济信息数据库的建立与应用：以黑龙江省依兰县先锋林场为例[J].东北师大学报(自然科学版),1993(4):98-104.

[4] 王文杰,李雪.国家级环境数据库系统的建立与应用开发[J].中国环境监测,1999,15(3):14-16.

[5] 杜培军,郭达志.环境数据库中的知识发现[J].上海环境科学,1999,18(3):109-111.

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[21] 井悦.应急预案和应急资源数据库管理系统研究与实现[J].煤炭经济研究,2010,30(7):92-94.

[22] 仝贵来.应急联动数据库系统设计[J].电脑编程技巧与维护,2012(12):45-47.

〔责任编辑： 卢 蕊〕

StrategicdesignandimplementationresearchofecologicalemergencydecisionsupportdatabaseinChina

ZHU Jianjun1,CHEN Xiang2,WEI Zhixiang3,ZHANG Tongjian3

(1. School of Medicine and Chemical Ergineering, Zhenjiang College, Zhenjiang 212028, China; 2. College of Architecture and Art, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China; 3. School of Marxism, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)

The ecological crisis has become a serious threat to the human society, and the ecological disaster emergency is of global concern. The ecological emergency database can provide timely data support for the ecological disaster emergency, which may achieve a reasonable decision on the ecological risk control and prevention. The ecological emergency database of our country in real meaning has not yet been established, so we cannot achieve effective support for ecological emergency decision. The construction of ecological emergency database should be promoted in full range on the basis of combining existing resources.

ecological crisis; ecological emergency decision-making database; urban emergency; database design

TP311.138

A

1008-8148(2017)04-0046-04

2017-06-13

国家社科基金项目(14BJY022)

朱建军(1969—)，男，江苏海安人，教授，主要从事生态安全研究；陈 翔(1978—)，女，河北邯郸人，副教授，博士，主要从事生态风险管理研究。