防灾减灾知识服务系统

第1章 绪论 1.1 研究背景 在全球气候变化和人类活动的双重影响下，近年来自然灾害发生的频率和强度不断增高，给人类社会造成了巨大的生命和财产损失。2020年10月12日，在第31个国际减灾日到来之际，联合国减少灾害风险办公室发布了Human Cost of Disasters 2000-2019（UNDRR，2020）。该报告指出，全球自然灾害总数在21世纪前20年大幅攀升，特别是气候相关灾害数量出现“令人震惊”的增长：2000年至2019年期间，全球共记录7348起自然灾害，造成123万人死亡，受灾人口总数高达40亿，给全球造成经济损失高达2.97万亿美元。与之相比，全球在1980年至1999年间报告自然灾害4212起，造成119万人死亡，受灾总人口超过30亿，经济损失总额达1.63万亿美元；其中，气候相关灾害数量激增是造成灾害总数上升的主要因素。比利时灾害流行病学研究中心（Centre for Research on the Epidemiology of Disasters，CRED）发布的《2016年度灾害统计报告》（Guha-Sapir et al.，2017）表明，2006～2016年期间，全球发生的灾害事件多达3764起，造成全球范围内约698270人丧生，灾害损失达到2241亿美元。其中仅2016年就发生自然灾害342起，导致8733人丧生，5.694亿人的生活受到影响，造成损失估计高达154亿美元，比2006～2015年的平均值高出12%，是2006年以来的*高值。CRED发布的《2017年自然灾害统计报告》（2018）中统计数据表明，2017年自然灾害造成的死亡/受灾人数均低于2007～2016年的平均值，但其带来的经济损失是过去十年的2～3倍，具体情况如表1.1所示。由表1.1可知，灾害造成损失大幅增加的全球局面仍没有改观。 表1.1 2007～2017年自然灾害情况 近年来，中国、美国、印度、印度尼西亚和菲律宾是发生自然灾害*频繁的五个国家。2016年中国发生自然灾害34起，比2006～2015年全球平均值（29.5起）高出15.3%（中华人民共和国民政部，2018）。民政部、国家减灾委员会发布2017年全国自然灾害基本情况，指出2017年各类自然灾害共造成我国1.4亿人次受灾、881人死亡、98人失踪及525.3万人次紧急转移安置和170.2万人次需紧急生活救助；15.3万间房屋倒塌，31.2万间严重损坏，126.7万间一般损坏；农作物受灾面积1847.81万hm2，其中绝收182.67万hm2；直接经济损失3018.7亿元。灾害损失日益加剧，严重阻碍实现可持续发展的进程，灾害的减除和预防已经成为全球共同面临的紧迫课题。 灾害数据作为世界各国进行防灾减灾的基础支撑资源之一，挖掘其潜在价值，对防灾减灾策略的制定和有效实施具有至关重要的作用。随着观测技术、传感网技术等信息采集和传输技术的快速发展，灾害数据日趋多元化，由单一数据源向多源、异构、高复杂度的方向快速发展；并且灾害发生后观测数据量呈指数级增长，专题灾害数据和信息产品逐渐积累，为今后的防灾减灾提供更多基础。然而，与数据获取能力和数据量呈鲜明对比的是，灾害数据的治理能力低下，数据的处理应用与数据的获取能力之间出现严重失衡（Innerebner et al.，2016）。数据处理应用仍然停留在“数据到数据”的阶段，在“数据到知识”的转化上明显不足，对灾害数据的利用率低，仍存在“大数据、小知识”的悖论（李德仁等，2014）。 目前，全球范围内已应时而生了许多国际级、国家*和区域级的灾害数据库，分别在防灾减灾研究和应用的不同领域提供了不同程度的数据和信息服务。同时网络舆情数据中存储了大量的灾害相关信息，能够从中挖掘出有价值的灾害数据。这些灾害数据有体量大、类型繁多、价值密度低、速度快、时效强的特点，其组织、管理、利用和共享成为数据资源管理者和使用者*关注的问题，具体表现如下。 （1）缺乏标准化的灾害资源描述方式。随着灾害数据日益向海量、异构、多源、动态和爆发式增长的方向发展，传统的目录形式已不能有效地支撑大数据量级的灾害数据资源信息的描述、发布和共享，在灾害数据共享方面的瓶颈尤为突显。 （2）缺乏有效的灾害数据管理工具。灾害资源具有综合性和分散性，这些数据以各种不同的形式分散存储，表现为分布在国内外现有的数据中心、野外监测台站、科学家个人以及参差不齐的各类数据库中。这些灾害数据或数据库系统间缺乏一致的数据管理工具，难以实现数据的共享和互操作。 （3）缺乏快捷的灾害知识服务手段。现阶段国际上为公众提供灾害数据知识服务的研究还处于初级探索阶段，缺乏有效的方法来实现灾害数据信息的有效组织和利用。这需要有快捷简便的技术手段支持，以实现灾害知识和产品的快速发现与获取。 1.2 国内外研究进展 1.2.1 灾害数据平台研究进展 灾害数据是指与灾害损失发生相关的各类灾害科学数据的总称，包括观测数据、监测数据、评估模拟数据、统计报告等各种形式的数据，涉及灾害发生前、进行中和发生后整个灾害周期的相关信息（张红月，2018）。灾害数据具有体量（volume）大、种类（variety）多、时效（velocity）强、真伪（veracity）难辨和潜在价值（value）大的“5V”特征，因此也可称为灾害大数据（仇林遥，2017）。灾害数据是防灾减灾政策制定和措施实施的关键依据，而灾害数据管理能够为更好地挖掘其潜在价值奠定基础，其中灾害数据平台是灾害数据管理的主要手段之一。 1.国际灾害数据平台 联合国灾害管理与应急响应空间信息平台设有“Links and Resources”栏，汇聚了包括美国国家航空航天局（NASA）、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）、美国地质调查局（USGS）等多个机构的灾害数据及软件工具链接。USGS地震数据库记录了全球所发生的地震灾害事件及相关数据，提供部分数据资源下载。火灾信息资源管理系统提供NASA地球观测数据中的火灾数据浏览与下载。EM-DAT是在世界卫生组织和比利时政府支持下创建的历史灾害数据库，记载有1900年至今世界上22000多起大规模灾害发生和影响的基本核心数据，用户可以免费下载灾害相关文献资料。国际山地综合发展中心（ICIMOD）是一个跨区域的政府间知识共享中心，为兴都库什喜马拉雅地区的八个成员国（阿富汗、孟加拉国、不丹、中国、印度、缅甸、尼泊尔和巴基斯坦）提供服务，内容包括历史自然灾害相关信息及科研文献。全球减灾与恢复基金是一个帮助发展中国家更好地了解自然灾害和气候变化及减少面对自然灾害和气候变化脆弱性的国际组织，为脆弱国家提供技术援助、能力建设和分析工作，以帮助提高恢复力和减少风险。全球风险数据平台（PREVIEW）共享有关全球自然灾害风险的空间数据信息，包括历史灾害数据和自然灾害风险指数数据。该平台按灾害类型对数据进行可视化处理，并允许用户下载和提取。GAR数据风险平台共享有关全球自然灾害风险的空间数据信息，主要以可视化的方式，对全球各类灾害数据进行展示，并提供数据下载。DesInventar是一个对公众开放的数据库，采用系统管理方式对不同类型的灾害数据，特别是从全球到各个国家尺度上的灾害特征、影响进行收集，并加以分析。瑞士再保险公司数据库Sigma部分数据对公众开放，包含自1970年以来约9000起灾情的灾害数据，来源于报纸、直接保险和再保险期刊、出版物及报告。慕尼黑再保险公司灾害数据库Natcat主要记录了从1980年开始的约28000起全球性的灾损信息，主要来源于保险业、研究机构、政府、联合国、非政府组织等。 2.国内行业部门灾害数据平台 我国的灾害数据库建设始于20世纪90年代，这个阶段建设的灾害数据库大多具有灾点查询、灾害分布、文献检索、灾情数据统计等功能。目前，我国初步形成覆盖各灾种的科技创新平台体系，形成了南北地震带、天山地震带公里网格地震应急专门数据库，西部部分省份地质灾害数据库，较为完备的气象观测资料集，依托水文监测站网和干旱监测技术系统的数据集，全国山洪灾害及重点地区洪水风险数据库（张磊等，2019）。国家减灾委主办的国家减灾网建有灾害遥感专题平台，提供灾情分布、灾害监测、应急监测等遥感影像数据的可视化浏览。中国地震台网中心建立有地震台网平台，实时更新地震灾害数据，并以谷歌地图、百度地图和天地图为底图对数据进行可视化展示。2002年启动的地震科学数据共享项目，建立了集数据整合、共享服务功能于一体的国家地震科学数据中心。该平台数据按地震探测、监测、调查、实验等分类。中国地震局建立的中国地震科普网以视频、图片等多媒体方式提供实时地震灾害信息及知识科普。中国地质调查局建有地质云平台，设有地质灾害图件栏目。该平台全部资源按图件、科普资料、地质资料、出版物、标准、专利软件等分类共享。水利部建有全国水雨情信息平台，提供全国热点水情图，对洪水、干旱、台风、暴雨等灾害信息实时更新及可视化展示；并设有水情查询栏目，用户可对大江大河、大型水库、重点雨水情等信息进行搜索查看。中国气象局主办的中国兴农网设有灾害预防专栏，提供实时气象灾害信息和气象灾害预警。水利部建有防汛防台知识专栏，为用户提供与洪水和台风灾害相关的知识科普。 3.国内灾害知识服务专业平台 国际工程科技知识中心建有防灾减灾知识服务平台（韩雪华等，2018；王玉洁等，2018）。该平台持续集成整合中国及周边国家地震、洪水、干旱等自然灾害相关的数据资源，为用户提供数据在线浏览与下载、实时灾害信息和历史灾害事件可视化、防灾减灾经验分享等各类专题应用服务。中国工程科技知识中心建有地震科学专业知识服务系统、地质专业知识服务系统和气象科学专业知识服务系统。地震科学专业知识服务系统汇集整理地震相关文献资料及地震科学数据，为用户提供数据浏览下载及地震知识科普等服务。地质专业知识服务系统下有地质灾害知识服务应用平台，对地质灾害数据进行了可视化，用户可以自定义年份、地区、地质灾害类别进行检索浏览。气象科学专业知识服务系统汇聚了气象领域基础资料、服务产品、标准规范、前沿资讯、科技文献、领域专家、科普百科等数据资源，为用户提供“一带一路”气象、暴雨灾害、干旱灾害、台风灾害等专题数据访问与服务。 4.政府综合性数据平台 European Data Portal获取欧洲国家公共数据门户上的公共部门信息元数据，该平台共收集有超过84.3万个数据集的元数据信息，其中与灾害（disaster and hazard）相关的数据集（2927）占比约为0.3%。Australia Government Data Portal发布来自于澳大利亚各级政府的公共数据，该平台目前有超过3万个数据集，其中与灾害相关的数据集（384）占比约为1%。America Government Data Portal发布来自美国政府的公共数据，该平台目前收集约30.3万个数据集，其中与灾害相关的数据集（10978）占比约为3%。综合来说，国家政府综合性数据平台中灾害数据量占比较小，灾害数据资源不够丰富。 1.2.2 灾害元数据研究进展 1.自然灾害综合元数据标准 澳大利亚地球科学局参考《地理信息元数据》《Geographic Information-Metadata》（ISO 19115）中定义的约300个元数据元素，选出部分元素进行扩展，形成澳大利亚地学元数据（geoscience Australia metadata）（Bastrakova et al.，2013），并被用于面向社会搜集灾情数据。美国国家航空航天局（NASA）社会经济数据与应用中心（Socioeconomic Data and Applications Center，SEDAC）构建了针对自然灾害热点服务的42个