劉合香，陳建偉

(廣西師范學(xué)院數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院，廣西南寧 530023)

基于Web的熱帶氣旋災(zāi)害信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用*

劉合香，陳建偉

(廣西師范學(xué)院數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院，廣西南寧 530023)

用基于Web的頁面顯示、業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)訪問的B/S三層結(jié)構(gòu)，在Microsoft SQL Server 2000和Microsoft Visual Studio 2005環(huán)境下設(shè)計開發(fā)了熱帶氣旋災(zāi)害數(shù)據(jù)庫信息管理系統(tǒng)。對不同類型的數(shù)據(jù)，采用多對多的數(shù)據(jù)映射關(guān)系，并以不同的方式進行不同的數(shù)據(jù)管理。為了將沒有統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式的熱帶氣旋災(zāi)害信息源數(shù)據(jù)，能夠正確地導(dǎo)入到SQL Server數(shù)據(jù)庫中，編寫了專門的C++程序?qū)?shù)據(jù)格式化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的BNF定義，同時，在系統(tǒng)的設(shè)計中，融入災(zāi)害評價方法模型供用戶選擇使用，并采取多項行之有效的措施以防止SQL注入式攻擊。

熱帶氣旋;災(zāi)害信息;數(shù)據(jù)庫;SQL Server 2000;Visual Studio 2005

中國政府在《國家綜合減災(zāi)“十一五”規(guī)劃》［1］中明確提出，“十一五”期間(2006-2010年)中國減災(zāi)的主要任務(wù)之一是:加強自然災(zāi)害風(fēng)險隱患和信息管理能力建設(shè)。要求建立完善自然災(zāi)害風(fēng)險隱患數(shù)據(jù)庫，編制全國災(zāi)害高風(fēng)險區(qū)及重點區(qū)域災(zāi)害風(fēng)險圖等等。熱帶氣旋是發(fā)生在熱帶洋面上逆時針急速旋轉(zhuǎn)(北半球)并向前移動的大氣渦旋。源于西北太平洋的熱帶氣旋在為我們帶來豐沛降水的同時，也給我們造成了如狂風(fēng)、暴雨、洪澇、巨浪和風(fēng)暴潮等自然災(zāi)害。隨著熱帶氣旋災(zāi)害造成的影響越來越大，人們越來越重視通過采取各種減災(zāi)行動對災(zāi)害進行風(fēng)險管理。建立一個綜合多種數(shù)據(jù)源的熱帶氣旋災(zāi)害信息數(shù)據(jù)庫，把涉及到熱帶氣旋災(zāi)害領(lǐng)域的多種數(shù)據(jù)整合一起，通過管理、分析相關(guān)數(shù)據(jù)來達(dá)到對熱帶氣旋災(zāi)害進行風(fēng)險防范的目的［2-3］。本文在分析熱帶氣旋災(zāi)害數(shù)據(jù)特點的基礎(chǔ)上，以Visual Studio 2005為開發(fā)工具，在Net Framework平臺上建立熱帶氣旋災(zāi)害信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)熱帶氣旋災(zāi)害數(shù)據(jù)的信息管理。

1 熱帶氣旋災(zāi)害數(shù)據(jù)庫信息管理系統(tǒng)的需求分析

根據(jù)熱帶氣旋災(zāi)害信息數(shù)據(jù)庫的特點，在系統(tǒng)的需求分析中，主要分析普通用戶、VIP用戶(科研人員)和系統(tǒng)管理員之間的功能。

(1)為了方便普通用戶了解任意一個熱帶氣旋的災(zāi)情統(tǒng)計資料，系統(tǒng)給用戶提供注冊及登陸、更改個人資料和密碼、最新的相關(guān)網(wǎng)站鏈接和熱帶氣旋災(zāi)情信息，查詢(檢索)任意時段的地面觀測、災(zāi)情統(tǒng)計的數(shù)值資料和圖形資料，有興趣還可以進一步查詢?yōu)那閳蟮谰C述。

(2)防災(zāi)減災(zāi)的科學(xué)研究者的目標(biāo)是對災(zāi)害的一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)序列、地面觀測數(shù)據(jù)、空間柵格數(shù)據(jù)等進行分析和研究，對相應(yīng)的熱帶氣旋災(zāi)害做評估和對未來的熱帶氣旋災(zāi)害做預(yù)測。因此，系統(tǒng)為VIP用戶(科研人員)提供的功能有可查詢重要的熱帶氣旋災(zāi)害統(tǒng)計數(shù)據(jù)及其序列、熱帶氣旋災(zāi)害過程雨量數(shù)據(jù)圖、熱帶氣旋大風(fēng)災(zāi)害數(shù)據(jù)圖、熱帶氣旋災(zāi)情的遙感影像圖和數(shù)字柵格圖，查詢(檢索)任意時段的地面觀測等數(shù)據(jù)資料、受災(zāi)區(qū)劃圖形資料，還可以進一步查詢地面觀測和空間柵格等數(shù)據(jù)的綜述。

(3)系統(tǒng)管理員的主要任務(wù)是要維護系統(tǒng)的正常運行，因此，管理員除了有管理網(wǎng)站如公告、留言板、服務(wù)條款等基本信息的功能外，還擁有和普通用戶、VIP用戶同樣的功能，并且具有數(shù)據(jù)庫的備份和還原數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫管理功能和對災(zāi)害數(shù)據(jù)進行補充、修正等功能。

2 熱帶氣旋災(zāi)害數(shù)據(jù)庫信息管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的功能設(shè)計

根據(jù)對熱帶氣旋災(zāi)害信息數(shù)據(jù)庫的需求分析，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、顯示、查詢(檢索)添加、修改、刪除、批量導(dǎo)出導(dǎo)入、管理和維護，需要進行系統(tǒng)前臺與后臺的功能設(shè)計。系統(tǒng)功能如圖1所示。

圖1 熱帶氣旋災(zāi)害信息管理系統(tǒng)功能圖

2.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過對系統(tǒng)需求、業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)層的分析，本系統(tǒng)采用Web三層結(jié)構(gòu)進行設(shè)計開發(fā)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 熱帶氣旋災(zāi)害信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 網(wǎng)站的安全防范設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是熱帶氣旋災(zāi)害信息管理的核心部分，網(wǎng)站中所有的數(shù)據(jù)都保存在數(shù)據(jù)庫中。計算機軟硬件故障、口令泄密、黑客攻擊等因素，都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不能正常運轉(zhuǎn)，造成大量數(shù)據(jù)信息丟失，數(shù)據(jù)被惡意篡改，甚至使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)崩潰。為增強系統(tǒng)的安全，建立良好的賬號管理制度，首先，使用aspnet_regiis.exe注冊工具加密web配置文件。其次，為防止SQL注入式攻擊，主要采取以下措施:①刪除SQL語句中的敏感字符;②利用參數(shù)來使用存儲過程;③不提供IIS的執(zhí)行權(quán)限;④提供public權(quán)限訪問數(shù)據(jù)庫，不提供sa的權(quán)限。

2.4 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理設(shè)計

由于熱帶氣旋災(zāi)害數(shù)據(jù)中，某些災(zāi)情統(tǒng)計數(shù)據(jù)具有多元性和一定的模糊性、不完備性，增加了數(shù)據(jù)庫設(shè)計的復(fù)雜性，為了實現(xiàn)對熱帶氣旋災(zāi)害多種數(shù)據(jù)進行綜合管理，一方面，利用模糊信息優(yōu)化處理技術(shù)［4］，挖掘盡可能多的有用信息，彌補信息的缺失。另一方面，采取多對多的映射關(guān)系，使某個熱帶氣旋災(zāi)害對應(yīng)多個不同的數(shù)據(jù)，包括屬性數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)等。某個數(shù)據(jù)也可以對應(yīng)多個熱帶氣旋，比如查詢到災(zāi)情區(qū)劃圖中的某個受災(zāi)區(qū)域，可能對應(yīng)與多個不同的熱帶氣旋。

(1)熱帶氣旋的屬性數(shù)據(jù) 如災(zāi)情發(fā)生的時段、災(zāi)情發(fā)生的區(qū)域、農(nóng)作物受災(zāi)面積、房屋倒塌間數(shù)、死亡人數(shù)、水利設(shè)施損失、直接經(jīng)濟損失等等，是熱帶氣旋災(zāi)害信息數(shù)據(jù)庫的基本組成部分，采用SQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的格式化屬性表進行存儲管理。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)各類數(shù)據(jù)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)建立關(guān)系表，并對各關(guān)系表建立索引，提高檢索效率。

(2)熱帶氣旋的統(tǒng)計分析數(shù)據(jù) 如歷年農(nóng)作物受災(zāi)面積統(tǒng)計、農(nóng)作物成災(zāi)面積統(tǒng)計、農(nóng)作物成災(zāi)面積占受災(zāi)面積的百分比，歷年直接經(jīng)濟損失統(tǒng)計、社會生產(chǎn)總值統(tǒng)計、直接經(jīng)濟損失占社會生產(chǎn)總值的百分比，50年來影響某區(qū)域的熱帶氣旋中形成災(zāi)害的個數(shù)統(tǒng)計，熱帶氣旋災(zāi)害過程平均雨量和平均風(fēng)速統(tǒng)計等等，是進一步對熱帶氣旋災(zāi)害的評估進行數(shù)學(xué)建模和預(yù)測的重要參考依據(jù)。為了方便數(shù)值、直方圖或折線圖形式的數(shù)據(jù)與相關(guān)是空間數(shù)據(jù)進行比較分析，先將其處理成空間數(shù)據(jù)，然后按照空間數(shù)據(jù)中的柵格數(shù)據(jù)存儲管理。

(3)熱帶氣旋的空間數(shù)據(jù) 包括熱帶氣旋災(zāi)情的遙感影像圖和數(shù)字柵格圖，災(zāi)情實況區(qū)劃圖、災(zāi)情過程雨量圖、災(zāi)情風(fēng)速風(fēng)向圖、這些數(shù)據(jù)既是高效的災(zāi)害監(jiān)測手段，又對及時救災(zāi)和災(zāi)后重建起到重要的參考作用。ESRI提供的ArcSDE是一個連續(xù)的空間數(shù)據(jù)模型，可以提供對空間、非空間數(shù)據(jù)進行等效率的操作和數(shù)據(jù)服務(wù)，采用客戶/服務(wù)器的計算體系結(jié)構(gòu)，既支持矢量型空間數(shù)據(jù)，也支持柵格型的空間數(shù)據(jù)［5-6］。因此對于空間數(shù)據(jù)應(yīng)用ArcSDE進行空間數(shù)據(jù)管理。

2.5 格式化源數(shù)據(jù)的設(shè)計

由于熱帶氣旋災(zāi)害信息的源數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，無法正確的導(dǎo)入到SQL Server數(shù)據(jù)庫中［7］。因此，需要專門編寫C++程序進行數(shù)據(jù)的格式化，下面為數(shù)據(jù)格式的BNF定義。

(1)輸入信息

輸入數(shù)據(jù):: =〈數(shù)據(jù)〉eof

數(shù)據(jù)::={〈記錄〉}

記錄::={〈數(shù)據(jù)項〉}

數(shù)據(jù)項::=［〈數(shù)據(jù)項〉］［無用數(shù)據(jù)項］行結(jié)束符

數(shù)據(jù)項::=［無用數(shù)據(jù)項］［〈數(shù)據(jù)項〉］行結(jié)束符

無用數(shù)據(jù)項::=space tab其他非文字?jǐn)?shù)據(jù)

(2)格式化輸出信息

輸出數(shù)據(jù):: =〈數(shù)據(jù)〉eof

數(shù)據(jù)::={〈記錄〉}

記錄::={〈數(shù)據(jù)項〉}

數(shù)據(jù)項::=〈數(shù)據(jù)項〉tab 〈數(shù)據(jù)項〉cr

其中，“::=”表示定義為，“{}”表示重復(fù)，“［］”表示任選，“|”表示或者，“〈〉”表示非終結(jié)符，英文符號表示終結(jié)符。數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換程序使用C++語言進行編程，其中，主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義為:

2.6 系統(tǒng)中評價方法模型的設(shè)計

通過編程實現(xiàn)目前較為成熟的通用的數(shù)學(xué)綜合評價模型和災(zāi)害預(yù)測模型，系統(tǒng)根據(jù)評價對象和評價內(nèi)容給出默認(rèn)的評價方法，并允許用戶選擇其他評價方法以便于進行各方法之間評價結(jié)果的對比。評價方法模型基于模塊化的思想設(shè)計，便于增加新的評價方法，有利于系統(tǒng)的更新和維護。主要的評價方法模型包括層次分析(AHP)法、模糊綜合評判法、主成分分析法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法、遺傳-模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等［8-13］。

3 熱帶氣旋災(zāi)害數(shù)據(jù)庫信息管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)及運行環(huán)境

為了能夠在Internet上訪問熱帶氣旋災(zāi)情數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)采用B/S的模式進行開發(fā)，并且在設(shè)計時充分考慮到系統(tǒng)擴充的各種因素。系統(tǒng)采用三層構(gòu)架進行設(shè)計開發(fā)，使得本系統(tǒng)有良好的擴展性，系統(tǒng)的開發(fā)運行環(huán)境如下:

(1)操作系統(tǒng):Windows 2003 server;

(2)數(shù)據(jù)庫:Microsoft SQL Server 2000;

(3)開發(fā)工具:Microsoft Visual Studio 2005;

(4)開發(fā)語言及平臺:C#，.Net Framework;

(5)Web服務(wù)器:IIS 6.0。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)的主要代碼

(1)信息查詢頁面代碼

(2)后臺管理代碼

4 結(jié)語

災(zāi)害信息數(shù)據(jù)管理是熱帶氣旋災(zāi)害進行風(fēng)險管理的重要技術(shù)基礎(chǔ)。由于熱帶氣旋災(zāi)害信息數(shù)據(jù)具有多元性、模糊性和不完備性，本文在分析用戶和管理員功能的前提下，采用基于web的頁面顯示、業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)訪問三層結(jié)構(gòu)，在Microsoft SQL Server 2000和Microsoft Visual Studio 2005環(huán)境下設(shè)計開發(fā)了熱帶氣旋災(zāi)害信息管理數(shù)據(jù)庫。為了網(wǎng)站的安全和防止SQL注入式攻擊，采取了多項行之有效的措施。對不同類型的數(shù)據(jù)，提出利用模糊信息優(yōu)化處理技術(shù)挖掘更多有用的數(shù)據(jù)，采用多對多的數(shù)據(jù)映射關(guān)系，并以不同的方式進行不同的數(shù)據(jù)管理。為了將沒有統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式的熱帶氣旋災(zāi)害信息源數(shù)據(jù)，能夠正確地導(dǎo)入到SQL Server數(shù)據(jù)庫中，采用專門編寫的C++程序?qū)?shù)據(jù)格式化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的BNF定義，同時，在系統(tǒng)的設(shè)計中，還融入災(zāi)害評價方法模型供用戶選擇使用。本系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)合理簡單實用，占用資源少，擴展性好，易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺上熱帶氣旋災(zāi)害信息的綜合管理。

［1］ 國家綜合減災(zāi)“十一五”規(guī)劃［EB/OL］.(2007-09-26)［2009-06-01］.http://www.sdpc.gov.cn/fzgh/ghwb/ 115zxgh/P020070926535097977029.pdf.

［2］ 趙林，武建軍.災(zāi)害風(fēng)險防范數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與開發(fā)［J］.自然災(zāi)害學(xué)報，2008，17(1):44-48.

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［11］李靖華，郭耀煌.主成分分析用于多指標(biāo)評價的方法研究——主成分評價［J］.管理工程學(xué)報，2002，16(1):39-43.

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Design and Application of A Web-based Information Management System for Tropical Cyclone Disaster

Liu Hexiang and Chen Jianwei
(College of Mathematics Science，Guangxi Teachers Education University，Nanning 530023，China)

Based on a B/S three-tier structure of user interface，business logical and data access，an information management system for tropical cyclone disaster is designed and developed under the environment of Microsoft SQL Server 2000 and Microsoft Visual Studio 2005.As to different types of data，many-to-many data mapping relation are adopted，and managements in different ways are conducted.In order to make tropical cyclone disaster information source data of no unified data format import SQL Server database correctly，special C++ program to format the data is made，and BNF definition of data format is implemented.At the same time，during the process of system design，a model of disaster evaluate method is provided for users to select and use，and many effective measures are taken to prevent SQL's injection attacks.

tropical cyclone;disaster information;database;SQL Server 2000;Visual Studio 2005

P444

A

1000-811X(2010)03-0110-04

2009-11-10

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目“防災(zāi)減災(zāi)與應(yīng)用示范”(桂科攻0993002-4);廣西教育廳面上項目(200911MS151);

中國氣象局新技術(shù)推廣項目(CMATG2008M49)

劉合香(1962-)，女，副教授，山東茌平人，主要從事數(shù)學(xué)模型、災(zāi)害風(fēng)險評估研究.E-mail:hx_post@126.com