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一種多尺度災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)地圖中的儲(chǔ)層承災(zāi)體制圖綜合方法
第四,評(píng)估報(bào)告明確指出,世界變化對(duì)人類社會(huì)的影響不僅廣泛,而且根深蒂固。這些影響的影響,如氣候變化和環(huán)境破壞,以及影響所有生命系統(tǒng)的氣候變化,對(duì)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和宇宙生活系統(tǒng)的巨大風(fēng)險(xiǎn)。比利時(shí)流行病與災(zāi)害研究中心(CRED)的全球?yàn)?zāi)害數(shù)據(jù)(EM-DAT),以及來自瑞士再保險(xiǎn)公司(SwissRe)和慕尼黑再保險(xiǎn)公司(Munich-Re)的歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)均表明,在過去20a間,災(zāi)害發(fā)生頻率呈上升趨勢(shì)。如何繪制不同區(qū)域尺度高質(zhì)量的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖一直是人們面對(duì)的一大難題。制圖綜合是地圖在變換比例尺的過程中,為了保持地圖內(nèi)容詳細(xì)性與表達(dá)清晰性的對(duì)立統(tǒng)一、幾何精確性與地理適應(yīng)性的對(duì)立統(tǒng)一,把空間信息中主要的、本質(zhì)的數(shù)據(jù)提取后聯(lián)系在一起,形成的新的概念。Shea認(rèn)為,制圖綜合是地圖數(shù)據(jù)處理所面臨的最富智慧與技術(shù)性挑戰(zhàn)的問題之一。制圖綜合在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)地圖中的運(yùn)用顯得尤為迫切,目前人們對(duì)風(fēng)險(xiǎn)地圖的表達(dá)多停留在風(fēng)險(xiǎn)本身的評(píng)估,因比例尺或地圖用途發(fā)生變化的特定區(qū)域,對(duì)風(fēng)險(xiǎn)地圖內(nèi)容進(jìn)行綜合和概括的研究比較薄弱,而制圖綜合對(duì)我國地域遼闊、災(zāi)害繁多的基本國情有著更為重要的現(xiàn)實(shí)意義。1綜合評(píng)價(jià)體系圖的理論構(gòu)建1.1金融體系承災(zāi)體地理信息處理區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系是由孕災(zāi)環(huán)境(E)、致災(zāi)因子(H)、承災(zāi)體(S)復(fù)合組成的,即D=E∩H∩S。區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)理論認(rèn)為,致災(zāi)因子、承災(zāi)體與孕災(zāi)環(huán)境在災(zāi)害系統(tǒng)中的作用具有同等重要性,即在一個(gè)特定的孕災(zāi)環(huán)境條件下,致災(zāi)因子與承災(zāi)體之間的相互作用功能集中體現(xiàn)在區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)中致災(zāi)因子危險(xiǎn)性(H)與承災(zāi)體脆弱性(V)和恢復(fù)性(Ri)之間的相互轉(zhuǎn)換機(jī)制方面。其中承災(zāi)體(S)包括人類本身及生命線系統(tǒng)、各種建筑物及生產(chǎn)線系統(tǒng)以及各種自然資源。在承災(zāi)體中,除人類本身外,其他部分也可劃分為不動(dòng)產(chǎn)與動(dòng)產(chǎn)兩部分。點(diǎn)狀承災(zāi)體在地理信息處理中可以假設(shè)分布在空間連續(xù)的曲面上,設(shè)函數(shù)z=f(x,y)的定義域?yàn)镈,對(duì)于任意取定的P(x,y)∈D,對(duì)應(yīng)的函數(shù)值為z=f(x,y)。以x為橫坐標(biāo)、y為縱坐標(biāo)、z為豎坐標(biāo),在空間確定一點(diǎn)M(x,y,z),當(dāng)(x,y)取遍D上一切點(diǎn)時(shí),得一個(gè)空間點(diǎn)集{(x,y,z)|z=f(x,y),(x,y)∈D},如圖1所示。以確定的坐標(biāo)點(diǎn)M(x,y,z)進(jìn)行定位并指代定位點(diǎn)上相關(guān)地理事物的性質(zhì)特征或某種量值,是點(diǎn)狀地圖符號(hào)的重要特征。這個(gè)點(diǎn)集常用來表示地理空間中一些點(diǎn)狀地物,如居民點(diǎn)、氣象站、水文站、軍事要點(diǎn)、通訊塔、大地控制點(diǎn)、礦井、泉眼以及成群分布的島點(diǎn)等。1.2基礎(chǔ)學(xué)—點(diǎn)狀承災(zāi)體制圖綜合的理論框架災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究和制圖的對(duì)象是地理環(huán)境與人地系統(tǒng),地域分異理論是區(qū)域地理學(xué)的基本理論,區(qū)域?yàn)?zāi)害是區(qū)域地理的重要組成部分。因此,災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)制圖綜合必須以地理學(xué)的一些理論為指導(dǎo)。為此,要突出顯示區(qū)域?yàn)?zāi)害時(shí)空分異規(guī)律,必須以地域分異理論為基礎(chǔ)。在空間尺度轉(zhuǎn)換時(shí),必須客觀反映區(qū)域?yàn)?zāi)害總體規(guī)律、表達(dá)災(zāi)害系統(tǒng)內(nèi)部相互關(guān)系、揭示災(zāi)害組合及災(zāi)情程度的地域分異等,因此,地理學(xué)、災(zāi)害學(xué)與地圖學(xué)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)是災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)制圖綜合的關(guān)鍵,關(guān)系到災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)地圖表達(dá)的科學(xué)性、明辨性和藝術(shù)性。地理特征自動(dòng)制圖綜合是一個(gè)高度智能化和創(chuàng)造性的作業(yè)過程。由于不同的地理特征所體現(xiàn)的空間特征和屬性特征存在著很大的差別,相應(yīng)的對(duì)綜合方法的制約和影響也有很大不同。本文依據(jù)災(zāi)害系統(tǒng)理論,在GIS數(shù)字環(huán)境下,結(jié)合地理學(xué)和地圖學(xué)知識(shí),探討了點(diǎn)狀承災(zāi)體的制圖綜合問題,針對(duì)各種孕災(zāi)環(huán)境及致災(zāi)因子的可能情況,抽象概括了重要性(ImG)、特殊性(SG)、鄰近性(NG)、條件性(CG)、完整性(InG)、隨機(jī)性綜合(RG)6種點(diǎn)狀承災(zāi)體的制圖綜合方法,并在充分揭示災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)明辨性、邏輯一致性和結(jié)構(gòu)整體性的前提下,給出了各種可能綜合類型技術(shù)實(shí)現(xiàn)的參考算法(圖2)。其中空間數(shù)據(jù)挖掘的研究對(duì)象主要是空間數(shù)據(jù)庫,它不僅存儲(chǔ)了空間對(duì)象的屬性數(shù)據(jù)和幾何屬性,而且存儲(chǔ)了空間對(duì)象之間的空間關(guān)系(拓?fù)潢P(guān)系、度量關(guān)系、方位關(guān)系等);空間數(shù)據(jù)綜合問題雖然復(fù)雜,但歸納起來只有3個(gè):是否需要綜合、如何綜合、綜合的實(shí)施。就自然災(zāi)害空間數(shù)據(jù)挖掘與綜合而言,簡(jiǎn)單地說,就是從災(zāi)害空間數(shù)據(jù)庫中提取符合災(zāi)害發(fā)生規(guī)律、遵循地理分布特征、用戶感興趣的空間和非空間的模式、一般特征、規(guī)則和知識(shí)的過程。2分散壓力體設(shè)計(jì)的全面研究2.1防災(zāi)材料尺度轉(zhuǎn)換重要性綜合是指點(diǎn)狀承災(zāi)體的取舍主要取決于要素屬性及要素分布區(qū)的孕災(zāi)環(huán)境及致災(zāi)因子等,如承災(zāi)體分布區(qū)的致災(zāi)強(qiáng)度發(fā)生概率、承災(zāi)體脆弱性、行政級(jí)別以及對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用等,都是決定點(diǎn)狀承災(zāi)體取舍的重要因素。如洪泛區(qū)的居民點(diǎn)是洪水災(zāi)害防范的重點(diǎn)區(qū)域(圖3);欠發(fā)達(dá)地區(qū)由于其自身的抗災(zāi)能力差,因而在同樣致災(zāi)強(qiáng)度下災(zāi)情會(huì)放大;在行政區(qū)劃單元內(nèi)省會(huì)城市、地級(jí)市、縣級(jí)市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地的行政級(jí)別依次降低,因而可以在尺度轉(zhuǎn)換過程中優(yōu)先保留高級(jí)別的城市點(diǎn)位;在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中,經(jīng)濟(jì)增長對(duì)區(qū)域的影響力大,在制圖綜合過程中,應(yīng)予以優(yōu)先表達(dá)。2.2排污液的選擇特殊性綜合是指點(diǎn)狀承災(zāi)體因其所處的孕災(zāi)環(huán)境特殊、功能特殊或具有非物質(zhì)文化內(nèi)涵等而對(duì)區(qū)域有特殊意義,在制圖綜合中予以優(yōu)先考慮保留的一種方法。如干旱區(qū)中的泉眼(圖4中的三角)、水井等,由于其對(duì)區(qū)域B的水源供給極其重要,因而不能因其一般意義上的“小”而在制圖綜合過程中被刪除(圖4);特定地區(qū)的軍事要點(diǎn)、醫(yī)院、消防設(shè)施等由于其特殊性,在制圖綜合過程中也應(yīng)特殊處理;還有一些比如歷史文化遺產(chǎn)點(diǎn)、國家文物保護(hù)點(diǎn)等在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理中需要重點(diǎn)防范和管理的保護(hù)點(diǎn)。2.3gis的緩沖帶分析鄰近性綜合是基于地理要素之間的距離分析來發(fā)現(xiàn)要素之間空間關(guān)系的一種綜合方法,取舍的對(duì)象是落在距指定要素(點(diǎn)、線、面)一定范圍之內(nèi)(之外),或者是與指定要素相鄰的要素,一般指距離主要城市、公路、河流、湖泊等的范圍。在GIS中可以通過緩沖區(qū)分析來實(shí)現(xiàn)(圖5)。以點(diǎn)的鄰近分析為例,設(shè)點(diǎn)X0=(x0,y0)為中心,以δ為半徑的圓內(nèi)部點(diǎn)的全體稱為X0的δ鄰域,記作∪(X0,δ):∪(X0,δ)={(x,y)|(x?x0)2+(y?y0)2?????????????????√<δ}∪(X0,δ)={(x,y)|(x-x0)2+(y-y0)2<δ}矩形鄰域:∪(X0,δ)={(x,y);|x?x0|<a,|y?y0|<b}∪(X0,δ)={(x,y);|x-x0|<a,|y-y0|<b}同理,可以分析線、面的鄰近綜合。2.4專題地圖的表達(dá)條件性綜合是指點(diǎn)狀承災(zāi)體的取舍主要基于制圖者、用戶或者專題圖屬性的需求而進(jìn)行的一種取舍方法。制圖者、用戶可以根據(jù)自己的需求或者知識(shí)推理來發(fā)現(xiàn)要素之間的空間關(guān)系。根據(jù)專題地圖要表達(dá)的內(nèi)容,從數(shù)據(jù)庫中選取點(diǎn)狀承災(zāi)體的屬性數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的查詢可以分為屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的查詢,通過人機(jī)交互的方式選取數(shù)據(jù)圖層、字段名稱,然后輸入查詢條件或選取空間圖形查詢方式,對(duì)所選的點(diǎn)狀承災(zāi)體的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾,突出筆者要表達(dá)的主題內(nèi)容,反映區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的各種需求。輸入查詢的方式可以是執(zhí)行SQL語句,也可以是通過輸入空間條件選定特定區(qū)域,還可以通過組合的方式執(zhí)行查詢條件(圖6)。條件性查詢是最為靈活的一種方式,但同時(shí)也最要求制圖者具備相應(yīng)的背景知識(shí),以便在條件篩選時(shí)作出準(zhǔn)確的判斷。2.5基于聚類分析的類型判別方法完整性綜合是指通過空間數(shù)據(jù)的屬性描述,識(shí)別點(diǎn)狀承災(zāi)體的類別組成或結(jié)構(gòu)特征,從而在制圖綜合過程中保證要素類型和結(jié)構(gòu)的完整性。在保證制圖表達(dá)的相對(duì)清晰、統(tǒng)一、規(guī)范的基礎(chǔ)上,點(diǎn)狀承災(zāi)體的屬性(結(jié)構(gòu)、類型)完整性對(duì)實(shí)際的減災(zāi)和防災(zāi)更有指導(dǎo)意義,在類型的確定中我們除了通過固有屬性的表述(如植被類型、城市類型等)外,在未知要素具體類型的情況下,還可以通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)某一屬性作類型判別,如聚類分析(圖7)、判別分析、模糊聚類等方法。完整性既指點(diǎn)狀承災(zāi)體自身類型、結(jié)構(gòu)的完整,也包括其所處孕災(zāi)環(huán)境類型、結(jié)構(gòu)的完整,完整性判別使區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防范更具針對(duì)性和全面性。2.6隨機(jī)性綜合的特征隨機(jī)性綜合是指點(diǎn)狀承災(zāi)體要素的取舍無需考慮任何與其相關(guān)的屬性而隨機(jī)進(jìn)行的一種取舍方法,即所有要素都是等同的,沒有隸屬關(guān)系,也沒有相對(duì)重要性的區(qū)分等,只需要在制圖綜合過程中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。隨機(jī)取舍的方法很多,可以是完全主觀的。本文為了體現(xiàn)災(zāi)害的破壞性及風(fēng)險(xiǎn)存在的有無,在隨機(jī)性綜合中側(cè)重考慮了點(diǎn)狀承災(zāi)體要素空間分布的均勻性特征,即隨機(jī)性綜合的最終目標(biāo)要實(shí)現(xiàn)要素在一定尺度下的最優(yōu)化均勻分布。本文基于Voronoi圖進(jìn)行了隨機(jī)性綜合的探討?;綱oronoi圖的定義,設(shè)P={p1,p2,…,pn}(n≥3)是歐氏平面上的一個(gè)離散的點(diǎn)集,p為平面上的任意一點(diǎn),d(p,pi)表示p和pi(pi∈P,且i=1,2,…,n)之間的歐氏距離,定義所有到pi(i=1,2,…,n)的距離最小的點(diǎn)p的集合為V(pi)={p|d(p,pi)≤d(p,pj),j≠i,j=1,2,…,n},該集合為pi的Voronoi區(qū)域(或多邊形)。最后得到的多邊形集合V(P)={V(p1
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