1、財產保險防災減損研究技術報告目 錄 TOC o 3-3 h z t 標題 1,1,標題 2,2 HYPERLINK l _Toc60215852 第一章專題背景 PAGEREF _Toc60215852 h 1 HYPERLINK l _Toc60215853 1.1 專題目標 PAGEREF _Toc60215853 h 1 HYPERLINK l _Toc60215854 1.2 專題研究內容 PAGEREF _Toc60215854 h 2 HYPERLINK l _Toc60215855 1.3 專題考核指標 PAGEREF _Toc60215855 h 3 HYPERLINK l _

2、Toc60215856 第二章災害背景分析 PAGEREF _Toc60215856 h 3 HYPERLINK l _Toc60215857 2.1 災害背景分析的意義 PAGEREF _Toc60215857 h 3 HYPERLINK l _Toc60215858 2.2 中國自然災害的概況 PAGEREF _Toc60215858 h 4 HYPERLINK l _Toc60215859 2.2.1 氣象災害 PAGEREF _Toc60215859 h 5 HYPERLINK l _Toc60215860 2.2.2 洪澇災害 PAGEREF _Toc60215860 h 6 HYP

3、ERLINK l _Toc60215861 2.2.3 海洋災害 PAGEREF _Toc60215861 h 6 HYPERLINK l _Toc60215862 2.2.4 地震災害 PAGEREF _Toc60215862 h 8 HYPERLINK l _Toc60215863 2.2.5 地質災害 PAGEREF _Toc60215863 h 9 HYPERLINK l _Toc60215864 2.2.6 農作物生物災害 PAGEREF _Toc60215864 h 9 HYPERLINK l _Toc60215865 2.2.7 森林災害 PAGEREF _Toc60215865

4、 h 10 HYPERLINK l _Toc60215866 2.3 中國洪澇災害的概況 PAGEREF _Toc60215866 h 10 HYPERLINK l _Toc60215867 2.3.1 中國洪澇災害的成因和致災因素 PAGEREF _Toc60215867 h 11 HYPERLINK l _Toc60215868 2.3.2 中國洪澇災害基本情況與主要成災特點 PAGEREF _Toc60215868 h 15 HYPERLINK l _Toc60215869 第三章專題技術方案 PAGEREF _Toc60215869 h 17 HYPERLINK l _Toc60215

5、870 3.1 系統總體結構 PAGEREF _Toc60215870 h 17 HYPERLINK l _Toc60215871 3.2 靜態模型 PAGEREF _Toc60215871 h 23 HYPERLINK l _Toc60215872 3.2.1 圖層介紹 PAGEREF _Toc60215872 h 24 HYPERLINK l _Toc60215873 3.2.2 外部數據導入方法 PAGEREF _Toc60215873 h 27 HYPERLINK l _Toc60215874 3.2.3 數據庫的設計 PAGEREF _Toc60215874 h 30 HYPERLI

6、NK l _Toc60215875 3.3 動態模型 PAGEREF _Toc60215875 h 30 HYPERLINK l _Toc60215876 3.3.1 災情預測模型 PAGEREF _Toc60215876 h 31 HYPERLINK l _Toc60215877 3.3.2 損失評估模型 PAGEREF _Toc60215877 h 52 HYPERLINK l _Toc60215878 3.3.3 預案和快速反應方案 PAGEREF _Toc60215878 h 62 HYPERLINK l _Toc60215879 3.3.4 GPS的重要作用 PAGEREF _Toc

7、60215879 h 66 HYPERLINK l _Toc60215880 第四章原型系統運行環境 PAGEREF _Toc60215880 h 66 HYPERLINK l _Toc60215881 第五章專題完成情況 PAGEREF _Toc60215881 h 67 HYPERLINK l _Toc60215882 第六章主要創新點 PAGEREF _Toc60215882 h 69 HYPERLINK l _Toc60215883 第七章下一步的工作 PAGEREF _Toc60215883 h 76專題背景為了防止自然災害和減少自然災害對財產保險造成的損失，國內外不少保險公司都在不

8、同程度上開展了財產保險防災減損技術研究。為了減少國內財產保險在自然災害下的損失，進一步提高保險公司的經營效益，中國人民保險公司申請了十五國家科技攻關計劃“金融信息化關鍵技術及應用示范”項目中課題“保險業信息化示范工程”所屬專題“財產保險防災減損技術研究”項目。1.1 專題目標根據中國人民保險公司對財產保險防災減損的具體需求，該專題研究的目標為：根據保險業當前和未來財產保險防災減損的需要，建立管理系統模型，提高保險業在防災減損方面的科學決策能力；綜合利用遙感、地理信息系統和全球定位系統集成方法，提高對災害預測與評估研究的科學性和可靠性；結合不同地域自然環境的差異性和自然災害的特點，構建財產保險自

9、然災害損失評估模型和自然災害預測和預報模型；與其它相關部門或機構合作，逐步建立重點城市災害數據庫，本課題將以多年水災災情數據庫建設為重點，通過建立信息共享模型，實現與其它單位的信息共享。1.2 專題研究內容在充分的調研和大量理論研究后，確定了該專題的主要研究內容為：利用GIS技術將基礎災害信息和空間信息分層表現在圖層上，并可以交互查詢和動態更新。利用遙感衛星提供的多時相，全天候遙感圖像來獲取不同時期的洪澇災害的專題數據。在遙感圖像解譯系統下，通過對遙感圖像進行圖像增強、濾波、特征提取和分類、網格數據到矢量數據的變換、投影變換、坐標變換、幾何糾正、圖形并貼、比例尺統一等一系列的遙感圖像預處理過程

10、，形成矢量數據庫，它轉換成地理信息系統數據輸出或者直接進入GIS空間和屬性數據庫。利用GPS測量系統可獲取災情發生區域的大地測量的動態數據，經標準化后進入GIS系統。利用地理信息系統的空間分析功能，對不同時期的數據進行解析，建立監測與評估模型。把遙感影像（遙感時空數據庫），圖形圖像（地理空間數據和GPS獲取的動態觀測數據）、以及保險公司提供的保險責任信息經過校正和標準化后疊加在一起，并利用這些復合信息進行災情監測與財產損失評估。利用以上獲取的數據建立財產保險防災減損決策支持模型。1.3 專題考核指標在課題結束后，“財產保險防災減損技術研究”要提交以下成果：提交能夠在財產保險領域逐步推廣與應用的

11、“財產保險防災減損”原型系統，并在一個典型地區示范應用；提交“災情預測模型”和“財產保險損失評估”模型庫；提交“國內財產保險防災減損”合作方法研究報告；在國內外核心刊物上發表5篇以上有關“災情預測模型”和“財產保險損失評估模型”的應用學術論文。災害背景分析2.1 災害背景分析的意義保險業是經營風險的行業，在諸多風險中，自然災害風險最為嚴重，自然災害風險一方面給保險公司每年都造成巨額賠付，另一方面也給保險業的發展帶來了機遇和效益，同時為國家抗災救災和支援災民安定生活，恢復生產做出了很大的貢獻。我國是個多災的國家，初估受災財產總值達數十萬億元，每年自然災害直接經濟損失達一千億元以上。為了減輕自然災

12、害，僅靠政府的努力是不夠的，必須推動減災社會化，其中發展災害保險，不僅為受災對象提供了恢復正常生活和生產活動的基本條件，而且對穩定社會、促進社會可持續發展起到了重要作用。另一方面，由于保險風險主要源于自然災害，所以自然災害的活動程度和風險程度及減災力度又直接制約著保險業的發展。因此，為了保險業的發展， 需要對自然災害的風險和基于自然災害風險的財產保險防災減損重大技術進行深入的研究。保險是一門涉及方面極多的科學，為了最大限度地回避保險風險，就需要研究自然災害，首先需要了解我國自然災害的特點、規律、自然災害風險的時空分布和發展趨勢。由于我國地域廣闊，自然環境復雜多變，因此自然災害地區分布極不平衡，

13、因此如像對待家財保險、汽車保險等那樣不分地區的實行一攬子保險責任和統一費率，與各地自然災害風險程度的實際情況不完全相符，最終必將使保險業受到損失。國外因自然災害使保險公司倒閉的實例并不鮮見。由于世界上平均每年造成500億美元以上的保險損失（2003年達到600億美元），如何評估與化解自然災害風險已成為世界保險界一項重要的前沿性科研課題。為了減少國內財產保險在自然災害下的損失，進一步提高保險公司的經營效益，中國人民保險公司申請了“十五”國家科技攻關計劃“金融信息化關鍵技術及應用示范”項目中課題“保險業信息化示范工程”所屬專題“財產保險防災減損技術研究”項目。2.2 中國自然災害的概況中國是個多災

14、的國家，主要災害有氣象災害、洪澇災害、海洋災害、地震災害、地質災害、農作物生物災害和森林災害等。2.2.1 氣象災害旱災指由于干旱缺水造成的災害。旱災是對我國影響面最大，社會發展影響最深的自然災害。我國平均每年受旱農作物面積667萬公頃以上，重災年達2667公頃以上，損失糧食幾百萬至幾千萬噸。暴雨災害由強度很大的降雨所造成的災害。我國氣象上規定，24小時降水量為50毫米或以上的雨稱為“暴雨”。熱帶氣旋災害指發生在熱帶或副熱帶海洋上的氣旋性渦旋及其引發的暴雨、風暴潮等所造成的災害。世界氣象組織規定，根據氣旋中心附近最大風力大小將熱帶氣旋劃分為4級：即熱帶低壓、熱帶風暴、強熱帶風暴、臺風。1997

15、年8月18日，9711號熱帶氣旋襲擊浙江、福建、江蘇、安徽等8省沿海地區，使291個縣（市）的6460萬人、600萬公頃農田受災，死亡261人，倒塌房屋52萬間，直接經濟損失達509億元。風雹災害在對流性天氣控制下，積雨云中凝結生成的冰塊從空中降落而造成的災害。雹災除破壞農作物，危害農業生產外，有時還造成不同程度的人口傷亡和房屋破壞。低溫冷凍災害低溫冷凍災害主要是來自極地的強冷空氣及寒潮侵入，使氣溫在12天內急劇下降810C或以上，造成農作物的生理機能損傷或死亡，導致減產。這是短期天氣突變而形成的災害。主要包括倒春寒、夏季低溫、寒露風、霜凍和冷凍害等。其它氣象災害如龍卷風、沙塵暴、黑風、雪災、

16、雷暴等災害多是由中短期和短時天氣過程的激烈變化而引起的，也造成了一定的損失。2.2.2 洪澇災害洪澇災害是由陸地水超常增加引發的各種災害，包括洪水災害與澇災、漬災。（詳情見2.3節）2.2.3 海洋災害沿海地區是我國城鎮、人口、財產密度最高、社會經濟最發達的地區。所以盡管海洋災害危害范圍不如洪水、旱災那樣廣闊，但對人民生命財產和社會經濟發展仍具有重要影響。特別是近幾十年來，不但沿海地區社會經濟持續高速發展，而且海上運輸、資源開發等蓬勃興起，因此一方面海洋災害的破壞作用越來越廣泛，造成的危害越來越嚴重，另一方面，由于人類活動影響，海洋污染和海洋環境的異常變化加劇，導致赤潮等災害日趨嚴重。在這種情

17、況下，海洋災害已成為破壞損失增長最快，對未來社會經濟發展影響最大的自然災害之一。風暴潮災害風暴潮災害是由強烈大氣擾動引起的海面異常升降而造成的災害。根據誘發風暴潮的大氣擾動特點，把風暴潮分為由熱帶氣旋引起的臺風風暴潮和由溫帶氣旋引起的溫帶風暴潮兩大類。根據增水高度將風暴潮分為風暴增水、弱風暴潮、強風暴潮、特強風暴潮4個等級。風暴潮是破壞強烈的海洋災害。我國地處太平洋西岸，兩類風暴潮都很頻繁，是世界上風暴潮災害特別嚴重的國家。不但發生頻次高，災害分布廣，而且強度比較大，常造成大量人口傷亡和經濟損失。風暴潮不但損毀般只，而且破壞房屋、農田、海堤以及碼頭、港口等工程設施，并造成不同程度的人員傷亡。新

18、中國成立以來，到1990年，全國平均每年受災人口340萬，死亡665人，倒塌房屋19萬間，損壞船只1778艘，潰決海堤438千米，受災農作物119萬公頃。風暴海浪災害指由海上大風引起的波高6米以上海浪造成的災害。災害性海浪常造成嚴重人員傷亡和財產損失。據統計，19821990年，中國近海因災害性臺風海浪翻沉各類船只14345艘，損壞9468艘，死亡和失蹤4734人，受傷約4萬人，平均每年沉損船只2600多艘，520人。最嚴重的1985年翻沉船只4236艘，死亡和失蹤1030人；1986年翻沉船只4102艘，死亡889人；1990年翻沉船只3300艘，死亡876人。海嘯災害海嘯在濱海區域的表現形

19、式是海水陡漲，并以排山倒海之勢向海岸推進，瞬時涌入陸地，吞沒城鎮、村莊、田地，然后海水又迅速退去，或先退后漲，有時反復多次，造成巨大損失，甚至毀滅性破壞，但對我國影響不大。赤潮災害 因海洋中某一種或多種浮游生物在一定環境下暴發性增殖或聚集而造成的災害。赤潮多發生在春季和夏季，在熱帶或亞熱帶海域冬季也有發生。赤潮覆蓋面積從幾十平方千米到幾千平方千米不等。赤潮嚴重破壞海洋生態環境，直接危害海洋漁業和養殖業，并威脅人類健康和生命安全。如1989年8月5日至10月14日，渤海西部發生赤潮，面積達1300平方千米，使黃驊、滄州、天津、濰坊、萊州對蝦減產，損失2億元以上。2.2.4 地震災害中國受歐亞地震

20、帶和環太平洋地震帶控制，地震活動頻繁而又強烈，是世界上大陸地震最活躍、地震災害最嚴重的國家之一。據統計，20世紀中國發生6級以上地震650多次；其中Ms7級的地震100次，約占世界的1/10；8級以上地震10次;全球共發生Ms8.5級的特大地震4次,其中2次發生在中國分別是1920年寧夏海原8.5級地震和1950年西藏察隅墨脫8.6級地震。由于中國大部分地震震源淺，房屋和工程建筑抗震性能差，所以震災十分嚴重。據統計，19491997年，中國大陸發生5級和5級以上地震1210次，造成人員死亡和萬元以上經濟損失的災害性地震710多次，共造成278000多人死亡，約85萬人受傷，11000萬間民房、

21、170萬間工業和公共建筑、5500多座橋梁、近900座水庫毀壞，直接經濟損失460億元（1990年不變價）。2.2.5 地質災害指在地殼表層由地殼物質運動變異或其它地質作用形成的災害。主要包括崩塌災害、滑坡災害、泥石流災害、地裂縫災害、火山災害、地面沉降災害、地面塌陷災害、礦山地質災害、水土流失災害、土地沙漠化災害、土地鹽堿化災害、海水入侵災害等。我國構造運動強烈，地貌復雜，地質環境人為破壞嚴重是世界上地質災害最嚴重的國家之一。2.2.6 農作物生物災害農作物生物災害指因病菌、病毒、害蟲、鼠、雜草等有害生物暴發或流行使農作物不能正常生長發育，甚至死亡，因此導致減產、絕收的現象。我國農業生物災害

22、種類繁多，從總體上可分為病害、蟲害、草害、鼠害4大類。對我國農業生產造成嚴重危害的生物災害有1648種，其中病害724種、蟲害838種、惡性雜草64種、鼠害22種。農作物病害、蟲害、草害、鼠害嚴重危害農業生產，20世紀90年代以后，估計每年因災損失糧食200億公斤、棉花400萬擔，并嚴重降低水果、蔬菜、油料和其它經濟作物的產量和品質，每年因此造成的經濟損失100億元以上。2.2.7 森林災害對森林或林木造成破壞的有害生物昆蟲5020種、病害2918種、鼠害160余種。每年平均發生森林病蟲害面積在700萬公頃以上，減少林木生長量約1700萬立方米，因災枯死森林面積約30萬公頃。我國森林火災每年平

23、均發生1.43萬次，面積82.2萬公頃，損失10億元以上。以上各種自然災害隨著我國社會經濟的增長，絕對損失都有可能增長，從長遠來看都是重要的保險對象，然而就目前情況而言，保險公司最關心的還是洪澇災害，因此下面將對洪澇災害進行較詳細的分析論述。2.3 中國洪澇災害的概況洪澇災害是由陸地水在一些地區超常增加而引發的各種災害，包括洪水災害與澇災、漬災。其中洪水災害指由降雨、融雪（冰）、堤壩潰決等原因引起江、河、湖、庫及沿海水量增加、水位上漲而泛濫以及山洪暴發等所造成的災害。主要包括山洪、暴雨洪水、融雪洪水、冰凌洪水、水利工程失事洪水、潰壩洪水、潰堤洪水等。澇災指因積水過多而造成的災害。漬災指在低洼地

24、區因地下水位過高，土壤水分長期處于飽和狀態而造成的災害。實際上，洪水、澇災和漬災三者多數情況下很難截然分開，故常統稱為洪澇災害，亦泛稱水災。20世紀前半期，我國水災尤其嚴重，平均每年全國有168個縣受災；不同年份災害輕重差異很大，輕災年受災縣數不足100個，最輕為43個（1927年），重災年受災縣在250個以上，最重達592個（1931年）。20世紀后半期，我國每年都有不同程度和范圍的水災發生，累計共造成25.9萬人死亡，平均每年死亡5300人，累計倒塌房屋1.1億間，平均每年220萬間，平均每年受災農作物913萬公頃，分別占耕地面積的10%和5%左右，年均直接經濟損失幾百億元。重災年死亡人數

25、超過1萬人，倒塌房屋500萬間以上，受災農作物1300萬公頃以上，成災農作物650萬公頃以上，直接經濟損失1000億元以上。 洪澇災害損失嚴重，也是保險賠付最多、防災減損最為重視的災種。2.3.1 中國洪澇災害的成因和致災因素洪澇災害是洪水和雨澇災害的統稱。洪水災害是由于暴雨或急驟的冰雪融化及水利工程失事等原因形成大量的急劇地表徑流或者江河水量迅速增加，水位急劇上漲，沖出天然水道或人工堤壩所造成的災害。根據成因，成災洪水可分為三類；降雨洪水包括暴雨洪水、持續性大雨洪水、風暴潮洪水等；融水性洪水包括高山冰雪融水洪水、季節性及雪融水洪水、河道冰凌阻塞性洪水等；工程失事洪水包括潰壩洪水、決堤洪水等。

26、雨澇是指因大雨、暴雨或持續降雨造成低洼地區被淹沒、漬水，而形成的災害。洪澇災害是地球氣圈和水圈的異常變化對人類社會經濟所產生的破壞。洪澇的成災程度一方面受自然條件的控制，隨著災害變異程度的提高而加劇，另一方面又受人類自身保護能力的制約，隨防災水平的提高而削弱。分析這些因素，對于認識洪澇災害的危險程度是十分必要的。這些因素包括：氣候因素降水特征（降水量及降水分布）是控制洪澇災害的基礎條件，它決定了洪澇災害能否發生以及發生的時間、地點、強度。我國為典型的季風氣候。降水多寡懸殊，平均降水量最高超過2000mm,最低不足10mm。區域變化規律是自西北內陸向東南沿海增多。在發生區域變化的同時，又出現復雜

27、的地區變化，形成許多局部性高降水區。我國降水的時間分布也十分不均。最突出的特點是具有強烈的季節變化，受季風氣候控制，每年冬去春來之時，大陸冬季風逐漸衰弱，濕潤的熱帶海洋氣流自東南沿海向內陸擴展，4-6月江南地區開始多雨，6-7月主雨帶擴展到長江中下游地區，7-8月盛夏季節，進一步擴展到華北、東北和西北的部分地區，9月入秋以后，夏季風南退，主雨帶由西北向東南退移，全國范圍的降雨不斷減少，逐漸進入少雨季節。伴隨上述變化，全年降水主要集中在6-9月，其水量約占全年的60%-80%。我國降水的年際變化比較復雜。基本規律是豐枯交替，形成不同尺度的豐水期和枯水期。據統計資料，新中國成立以來的幾十年中，50

28、年代和60年代早期為相對豐水期；70年代和80年代為相對枯水期；80年代末期以來為相對豐水期。我國季風氣候決定了我國降水的豐枯程度和時空變化，由此進一步控制了洪澇災害的成災程度和發生時間與地域分布。地形地貌和江河水系我國大陸自西向東傾斜，形成三個階梯，第一階梯的大部分地區，降水貧乏，海拔高程大，為江河的源頭或上游，地表徑流稀少，洪澇災害輕微。第二階梯的大部分地區，降水量亦比較小，海拔高程大，為江河的上游或中上游，地表徑流較少，一般洪澇災害較輕。第三階梯的大部分地區，降水比較多，海拔高程較小，為江河的下游或中下游，地表徑流較多，洪澇災害比較嚴重。我國陸地江河水系總計有數十個，洪澇災害主要發生在東

29、部的外流水系流域，其中黑龍江、松花江、遼河、海河、黃灌、淮河、長江、珠江等水系流域面積較大，流域內人口、財產相對集中，洪澇災害最為嚴重。陸地水分布受氣候、地形地貌的綜合影響，我國陸地水分布十分不均。年徑流從不足5mm到最大3000mm以上。基本變化規律是由北向南或由西北向東南不斷加大；在這種區域背景下，還有許多地區性或局部性的高低異常變化。年徑流系數最低小于5%，最高大于80%，變化特點與年徑流深度基本相同。標準面積（1000km2）最大流量從小于100m3/s到大于8000m3/s，其中高流量分布在中國東部區域，以遼寧、河北、河南、安徽、山東、浙江、四川、海南、臺灣等省的部分地區流量最高。洪

30、水淹沒地區主要集中在江河中下游地區。陸地水是直接導致洪澇災害的物質來源，而主要洪澇災害均發生在豐水地區。人類經濟活動與防災工程隨著社會經濟的迅速發展和生產力水平的不斷提高，人類經濟活動和防災工程對洪澇災害的影響越來越大。人類對災害的影響具有正負兩方面作用即人類的某些活動助長了洪澇災害，加劇了災害的活動強度和損失規模；人類的防災救災工程擬制或減輕了災害，減少了災害損失。導致洪澇災害加劇的人類活動主要是過度的資源開發和不科學的工程建設。隨著我國人口增長和經濟發展，許多地區土地資源、森林植被資源、水資源等的需求急劇增加，一些地區毀林開荒、圍湖造田、與河爭地，甚至亂砍濫伐、河道設障、侵占行滯洪區等，因

31、此加劇了水土流失，造成河道淤積，湖泊萎縮，降低了河湖行洪蓄洪能力，加劇了洪澇災害。此外一些水庫、堤防設計標準低或老化失修，發生漫頂潰決，導致嚴重的洪澇災害。人類對洪澇災害的抑制和防范主要來自于全社會抗災能力的提高和防災工程的不斷擴大。從宏觀上，隨著社會的進步，各地區的經濟實力和科學技術水平不斷提高，人類抵御洪澇以及其它自然災害的能力相應地得到了提高。這種現象集中體現在水土環境治理和水利工程的投入不增加，對防治洪澇災害發揮了重要作用。區域環境治理主要是涵養水土資源，控制和治理水土流失，削弱洪澇災害的基礎。水利工程主要包括水庫、堤防、分滯洪區建設、排澇工程等，它們對限制或排導洪流，減輕洪澇災害發揮

32、了直接作用。2.3.2 中國洪澇災害基本情況與主要成災特點中國洪澇災害活動頻繁，危害嚴重，直接經濟損失居各種自然災害之首。由于松花江、遼河、海河、黃河、淮河、長江、珠江七大江河流域不僅是我國人口密集，經濟很發達的地區，而且是洪澇災害最頻繁、最強烈的地區，所以洪澇災害成為我國直接經濟損失最大的災害。洪澇災害活動頻繁，影響廣泛。它除了沖毀農田，淹沒農作物，造成大面積農作物減產、絕收外，還沖毀房屋，淹沒城鎮、村莊、鐵路、公路、橋梁及其它工程設施，嚴重危害人民生活和生產活動，并常常造成不同程度的人口傷亡。一次特大洪水造成的受災面積可達數十萬平方公里，受災人口達幾千萬，直接經濟損失達幾百億元，其對社會經

33、濟的破壞作用居各種自然災害之首，因此成為歷代政府和千百萬人民群眾的心腹之患。我國是世界上洪澇災害特別嚴重的國家。據不完全統計，從公元前206年到1949年的2155年間，全國發生較大洪澇災害1092次，平均大約每2年就發生一次。新中國成立以后，共產黨和各級政府把抗御水患放在十分重要的位置，特別加強洪澇災害的防災抗災工作，但由于我國地域遼闊，洪澇成災條件復雜，所以洪澇災害的威脅遠沒能根除。近50年來，不但中小災害頻繁發生，而且發生多次重大災害。據統計，每年全國洪澇災害的受災農作物面積200-2500萬公頃，多數年份700-1500萬公頃，重災年達1500萬公頃以上，特重災年超過2000萬公頃。如

34、1954年4-9月，我國東部地區連降暴雨，21個省（市、自治區）的1600萬公頃農作物受災，其中長江中下游和淮河、海河流域的皖、鄂、湘、贛、豫、冀7省受災近1400萬公頃，倒塌房屋1000多萬間，死亡14400多人，減產糧食80多億公斤，棉花400多萬擔，受災人口6000多萬，其中重災災民約4000萬。又如1991年全國洪澇受災面積達2460萬公頃，災害主要發生在淮河流域和長江中下游地區，受災最重的安徽、江蘇兩省，農作物受災面積1000萬公頃，絕收184萬公頃，受災人口8514萬，死亡1163人，倒塌房屋350萬間，直接經濟損失484億元人民幣。我國災害分布廣泛，但災情區域分布和地區差異巨大。

35、我國地域遼闊，受氣候、地形、水文以及社會經濟等條件影響，不同地區洪澇災害的輕重程度有明顯差異。從區域分布看，全國大致分為兩大區域：大興安嶺陰山賀蘭山六盤山四川盆地苗嶺以西，災害活動較輕，形成的破壞損失輕微，為輕災區；以東地區洪澇災害活動比較頻繁，形成的破壞損失比較嚴重，是我國主要洪澇災害分布區。洪澇災害除上述區域變化外，還發生復雜的地區變化，這主要表現在東部區域。洪水和雨澇災害的空間分布除具有上述共同特點外，它們的地區分布還略有差異。洪水災害的空間分布還表現出強烈的流域特征，重災地區集中分布在主要江河接近下游和部分湖泊。雨澇災害雖然受江河水系控制，但地形、地貌條件具有比洪水更強烈的作用，廣東深

36、圳為洪澇多發區，因此我們模型系統的建立便以此為示范區。專題技術方案3.1 系統總體結構根據對自然災害危險性和災害損失研究的最新成果，結合財產保險的需求，在充分利用保險理賠過程中積累的保險損失數據的基礎上，專題組建立了能夠在財產保險領域逐步推廣與應用的“財產保險防災減損”原型系統。原型系統的總體結構簡圖如圖3.1所示。在圖3.1中可以看到，系統通過對災害因子和環境因素（F）的分析，采用一些預測或實測的方法，結合3S(GIS、GPS和RS)技術，將預測或實測(P1)結果以災害圖層(D)的形式表現出來；同時，在保險理賠數據(C)分析得出的損失系數(P3)的基礎上，保險公司的保險責任(I)也以保險責任

37、圖層的形式體現出來；采用一些數學方法對圖層(D)和圖層(I)相互作用的結果進行運算，就可以對承災體由于災害產生的損失進行評估(P2)，得到財產損失評估結果(E)，最后，根據損失評估結果使用防災減損功能(P4)進行防災減損決策支持(DM)。圖3.1 系統總體結構簡圖對系統總體結構簡圖進行初步細化，得到系統總體結構圖3.2。如圖3.2所示，系統中包括7個數據源或數據模塊：GIS圖層、災害因子、災害圖層、保險責任數據、損失評估結果、保險理賠數據和決策支持。其中GIS圖層是基礎，災害圖層、保險責任數據和損失評估結果需要與GIS圖層相結合，以圖層的形式展現。GIS圖層上包括點狀信息、線狀信息和面狀信息三

38、種圖層，如城市政府機構、金融機構、企事業單位、公檢法機構等圖層屬于點狀信息圖層；城市道路、等高線、河流等圖層屬于線狀信息圖層；行政區劃、綠地、湖泊等圖層屬于面狀信息圖層。將這些包含城市基本信息的圖層按照地理坐標系進行配準，然后按照一定的順序進行疊加，就形成了基礎地理信息圖層，它反映的是事物的基本空間屬性。GIS圖層信息將從電子地圖供應商處獲得。F災害因子包括致災因子和環境因素。所謂致災因子是指導致災害發生的觸發因素。洪澇災害的致災因子是致澇水量，以及與致澇水量有關的致災因素如降水量、降水歷時、河流水情要素等。這里定義模型涉及到的致災因子為降水量、災害持續時間等；環境因素又可以稱為孕災環境，指災

39、害作用的環境，包括地表特征（植被、建筑物分布）、地形指數（高度、寬度、坡度、坡向）和排水能力等。這里，降水量、災害持續時間可以從氣象部門的氣象數據中獲取，地表特征和排水能力從示范地區的遙感圖和地下管網數據中提取，地形指數從DEM數據中獲取。D災害圖層是致災因子作用于環境因素上產生的結果，包括洪水淹沒區域、洪水淹沒水深、洪水淹沒時間、災害強度和模式。模式是對災情的劃分，專題研究的模式包括典型模式(5年一遇的降雨、10年一遇的降雨等)、暴雨模式、臺風模式、暴雨臺風復合模式4種。I保險責任數據包括保單數據和標的損失系數，其中保單數據來自保險公司業務庫中的承保數據，而標的損失系數則是通過對C保險理賠數

40、據進行統計分析的結果。標的信息和標的損失系數構成了系統中的承災因子（承災因子就是當災害發生時在致災因子影響下發生明顯變化而表現出的災害特征的人文或自然要素）。C保險理賠數據來自保險公司業務庫中的歷史理賠數據。災害圖層和保險責任數據相結合，通過損失評估模型運算，得到E損失評估結果，對應災害區域中各受損標的的損失情況，有兩種展現形式：以保單為中心和以客戶為中心。DM在決策支持部分課題組根據對防災減損的一系列研究和原型系統實際運用的情況生成了水災風險圖、防洪預案或臨災快速反應方案，它具體的給出了防災減損的措施。圖3.2 系統總體結構圖進一步的系統結構框架細化圖如圖3.3所示。圖3.3系統總體結構細化

41、圖通過對系統結構框架的細化，可以進一步將系統分解成為靜態模型和動態模型兩個部分，分別執行不同的功能，下面將對靜態模型部分和動態模型部分進行闡述。3.2 靜態模型系統的模型架構如圖3.4所示。其中，致災因子作用在環境（基礎圖層）上，系統通過基于DEM模型的預測方法，生成災害圖層；然后通過損失評估方法將災害圖層和保險責任數據結合進行分析，得到損失評估結果。圖中圈內的區域就是靜態模型，由其可見，靜態模型反映財產保險防災減損系統的靜態結構，它是系統模型框架的基礎，是實施預測和評估的前提。圖3.4 系統模型框架3.2.1 圖層介紹財產保險防災減損靜態模型主要包括三種圖層，對應一個數據庫。三種圖層是基礎圖

42、層、責任圖層和災害圖層，如圖3.5所示。對應的是保險公司防災減損中間數據庫。圖3.5 財產保險防災減損靜態模型基礎圖層對應模型框架的第一層中的環境因素部分，它的主要來源是國家測繪機構提供的不同比例尺的基礎地理圖層，為其它兩個圖層提供了基準信息。基礎地理圖層上包括點狀信息、線狀信息和面狀信息三種圖層，如城市政府機構、金融機構、企事業單位、公檢法機構等圖層屬于點狀信息圖層，城市道路、等高線等圖層屬于線狀信息圖層，城市水系、行政區劃等圖層屬于面狀信息圖層。將這些包含城市基本信息的圖層按照地理坐標系進行配準，然后按照一定的順序進行疊加，就形成了基礎地理信息圖層，反映的是事物的基本空間屬性。圖3.6 基

43、礎圖層圖3.6顯示的就是深圳羅湖區的基礎圖層的一角，可以選擇顯示各點狀、線狀、面狀信息，如圖中以不同的圖標顯示了羅湖區的政府機關、加油站、等高線等信息。可以通過點擊左面的復選框隱藏對應的信息。責任圖層對應的是模型框架中的保險責任數據，它是保險責任信息與地理信息的關聯圖層，它反映保險責任等與保險責任有關信息的地理分布情況。責任分布圖層主要是點狀信息圖層，如財產保險標的的位置，客戶的分布情況等。圖層上的信息點與防災減損中間庫中的業務數據相聯結，通過點擊信息點，可以查詢保險責任情況，如保險標的名稱，所保的險類和險種，承保的單位以及保額、保費等保單基本信息。圖3.7 責任圖層圖3.7顯示的是與圖3.6

44、相同區域的責任圖層，從左欄中可以看出，圖中顯示的包括理賠信息、承保信息、客戶信息和標的信息點。圖3.8 責任圖層與基礎圖層的結合圖3.8顯示的是責任圖層與基礎圖層的結合，它有效的將理賠信息、承保信息、標的信息等保險責任數據與基礎圖層結合了起來。災害圖層反映水災、風災等災害的地理分布情況。災害圖層主要是面狀信息圖層，如各個歷史年度水災分布情況等。這個圖層主要根據預測的或實際的災情信息進行計算，經過處理形成面狀信息后，通過幾何校正和處理與基礎地理信息圖層進行匹配和校準后，與基礎地理圖層進行疊加。圖3.9 災害圖層、基礎圖層、責任圖層的疊加圖3.9顯示的是3種圖層的疊加，其中深藍色的區域就是1993

45、年水災淹沒的部分區域，顯然，落在這片區域中的黑色圖標代表的標的就是遭受損失的標的。3.2.2 外部數據導入方法為了達到防災減損的目的，系統需要與各合作方進行數據傳遞、接收和處理的工作。這些數據包括保險公司提供的保險數據、電子地圖供應商提供的電子地圖數據、遙感數據供應商提供的遙感數據、氣象局信息服務中心提供的氣象數據、水務局提供的水務數據、城管辦排水處提供的雨水排水管線數據以及各支公司提供的防災減損數據等。具體的外部數據導入方法框架圖如下圖所示：圖3.10 外部數據導入方法一、保險數據保險公司提供保險數據：包括保險業務數據和保險客戶數據，這些數據存放在Informix數據庫中，通過SQL-Ser

46、ver的DTS轉換工具進行自動數據轉換，把保險業務數據和保險客戶數據表導入到防災減損中間庫中。二、電子地圖數據電子地圖數據由電子地圖供應商提供。電子地圖有兩種形式：圖層文件形式（sdf，shp，dwg格式文件，包含圖層數據和屬性數據）和數據表形式（數據表中包含各點坐標及其屬性信息）。通過Map工具，對圖層文件進行坐標配準或選擇適當的數據源（數據表形式），形成一個電子地圖圖層（點狀圖層、線狀圖層或面狀圖層），疊加到基礎電子地圖上。三、遙感數據遙感供應商提供遙感圖像，對遙感圖像的處理包括兩個部分：一個是通過Map工具對遙感圖像進行坐標配準，疊加到基礎電子地圖上；另外一個是通過對遙感圖像進行信息提取

47、，獲取地形數據，存入防災減損中間庫中。四、氣象數據氣象局信息服務中心以文本文件的格式提供氣象數據。系統通過DTS轉換工具提取各個氣象站的氣象信息到數據庫中，然后根據泰森多邊形降雨模型得到各個地區的氣象信息，存入預測模型的參數數據表中，供模型建立和模型運算使用。五、水務數據水務局為系統提供水務數據，包括歷史災情信息和防洪堤垸屬性。其中歷史災情信息以sdf格式的圖層文件形式提供，通過Map工具，對圖層文件進行坐標配準，形成一個電子地圖圖層（面狀圖層），疊加到基礎電子地圖上，供模型驗證使用。從水務局得到的防洪堤垸屬性信息是文字資料，由管理員手動錄入，存入數據庫中。六、雨水排水管線數據雨水排水管線數據

48、由城管辦排水處提供。管線數據以shp格式的圖層文件形式提供，通過Map工具，對圖層文件進行坐標配準，形成一個電子地圖圖層（線狀圖層），疊加到基礎電子地圖上。通過使用排水模型，分析雨水排輸管線分布情況，得到地圖上特定區域的排水能力系數。七、支公司防災減損數據支公司的防災減損數據，包括市支公司領導分片定點信息、指揮系統信息和協同信息等，這些信息都以表格形式存在。系統提供錄入界面，供管理員錄入表格信息，并存入數據庫中。3.2.3 數據庫的設計系統使用SQL Server 2000作為中間數據庫，其中存放了客戶基本信息，業務基本信息，災害基本信息，基本地理信息等，中間庫中的數據來源包括業務系統，客戶關

49、系管理系統、地理信息資料和可以得到的災害實時或歷史信息等。具體的數據庫表設計和更詳細的有關靜態模型的說明請參見PICCFZJS-1-004-系統靜態模型說明書。3.3 動態模型原型系統的動態模型反映財產保險防災減損系統的動態過程，體現了原型系統功能實現的過程。動態模型的結構如圖3.11所示，它包括災情預測模型、損失評估模型、預案及應急方案三個部分。圖3.11動態模型基本框架3.3.1 災情預測模型作為防災減損原型系統的可擴展智能處理子系統中的其中關鍵之一，災情預測模型的基本方法就是根據GIS系統提供的地理圖層，以及通過各種途徑獲取的災情參數和其他災情信息，預測災害到來時的淹沒區域、淹沒水深和災

50、害強度等。災情預測需要從外部項取得數據，這些外部項包括電子地圖供應商、氣象部門、水務部門和遙感數據提供部門等。在處理方法中，系統按照不同種類的災害模式進行分類研究，這樣的研究結果更有針對性，也更加準確。系統最后生成不同模式下的災害圖層，供保險公司防災減損工作參考，同時為損失評估輸入必要的參數。3.3.1.1 技術路線災情預測的技術路線如圖3.12所示。大體上分為兩步，運用DEM預測模型進行初步預測，得到中間結果采用神經網絡修正模型進行中間結果修正，得到預測結果圖3.12 災害預測模型技術路線3.3.1.2 DEM預測模型根據氣象、水文、水利等專業知識，利用GIS的空間分析技術，結合城市地理數據

51、庫和災害數據庫，建立城市洪災預測模型。城市洪災預測模型是一個集城市地面高程模型、降雨模型、產匯流模型、排水模型和GIS的空間分析應用模塊為一體的綜合模型。數字高程模型(DEM)用于模擬城市地面的高低起伏，該模型是城市洪災預測計算的基礎；降水模型用于模擬和計算城市降雨的空間和時間分布；產匯流模型用于模擬地面徑流的生成過程和匯積過程；排水模型則是根據城市地面排水方式計算城市排水量。DEM預測模型的框架如圖3.13所示。圖3.13 DEM預測模型框架圖與其框架相對應，其預測的步驟如下所示。將等高線數據與遙感影像相結合，建立規則格網DEM(500m500m)根據氣象觀測站的地理分布建立降雨分布模型根據

52、遙感影像提取下墊面和植被分布狀況建立產匯流模型根據地下管網數據，建立管網排水模型采用多流向的D8方法和基于GIS的“體積法”計算淹沒情況一、將等高線數據與遙感影像相結合，建立規則格網DEMDEM數據主要由示范區域的高程數據（包括等高線數據和高程點數據）轉化而來。課題組對高程數據進行了處理，使之轉化為系統要求的規則格網型DEM數據。為了更直觀地顯示三維地表狀況，系統采用了遙感影像配準技術。整個數據處理流程如圖3.14所示。圖3.14 DEM生成示意圖按照圖3.14所描述的步驟，經過等高線生成TIN、TIN轉化為規則格網DEM、遙感影像與DEM配準以及DEM預處理4步，生成的DEM如圖3.15所示

53、。圖3.15經處理配準的DEM圖二、降雨分布模型降雨量是模型中的主要驅動變量，是城市洪災預測模型計算中最重要的輸入數據。城市的降雨量隨著降雨歷時的長短而發生變化，具有時間上的不均勻性，而且同一時刻各地的降雨強度也不盡相同，表現了降雨空間分布的不均勻性。因此，在構建城市的降雨模型時，必須考慮降雨的空間和時間分布問題。城市洪災大部分情況下是因暴雨形成的，因此為了體現降雨時間上的變化，本模型采用按時段預測，以小時為單位，可以根據某一時段內(如1小時或2小時)的降雨量預測可能產生的淹沒區域。為了體現降雨空間上的變化，本模型根據示范區24個雨量觀測站數據，采用泰森多邊形插值方法，計算出各個規則單元的降雨

54、量。(荷蘭氣候學家AHThiessen提出的一種根據離散分布的氣象站的降雨量來計算平均降雨量的方法，即將所有相鄰氣象站連成三角形，作這些三角形各邊的垂直平分線，于是每個氣象站周圍的若干垂直平分線便圍成一個多邊形。用這個多邊形內所包含的一個唯一氣象站的降雨強度來表示這個多邊形區域內的降雨強度，并稱這個多邊形為泰森多邊形。) 如圖3.16所示，藍點代表雨量觀測站, 藍點所在的多邊形為該雨量站所代表的泰森多邊形，該多邊形內的柵格元素值代表雨量觀測站記錄的降雨量。設第i站代表的面積為 , 雨量為, 則該法計算流域平均雨量的公式為 - 第i站代表面積占格網單元總面積的比值，稱權重。圖3.16雨量站生成的

55、泰森多邊形圖三、根據遙感影像提取下墊面和植被分布狀況建立產匯流模型所謂產流，是指地表上各種徑流成分的生成過程。地表上一個基本的水文單元的徑流過程是由降雨、植被截留、地表下滲和管網排水的組合來控制。因此，從降雨開始到任一個時刻的產流過程可用下式表示： 其中為在t時刻地面徑流深，為降雨強度，是植被截留率， f是下滲率，p是城市管網排水能力。降雨是形成徑流的必要條件，沒有降雨就不會有徑流。但有了降雨，是否會形成徑流還要取決于植被截留、下滲和管網排水能力等因素。在城市洪災預測模型中，針對每一規則格網單元，如果 ，（，分別指該單元的降雨強度、植被截留率、下滲率和管網排水能力），則會產生徑流，反之則沒有。

56、城市地面產生徑流后，各徑流單元的出口斷面匯集的過程稱為匯流。模型采用多流向的D8方法確定各格網的水流方向，然后用“GIS”的體積法確定各單元匯積的水量。四、根據地下管網數據，建立管網排水模型城市排水系統是一個包含人工水力設施和天然排水網絡的雙重排水系統。該模型所用的數據集包括：地下排水管網、天然排水網絡、透水和不透水面數據、植被分布。1. 下水管網城市的下水管網由雨水口、支管、干管、檢查井及出水口等部分組成。排水能力主要取決于干管形狀和直徑大小。城市排水工程常用原形管道，采用曼寧方程計算下水管道的排水能力。城市的排水管道圖如圖3.17所示。 式中，為管壁粗糙率，、分別為過水斷面面積、水力半徑和

57、管底坡度。圖3.17深圳市下水管網圖(局部)2. 植被截留從遙感影像上提取植被分布信息，如圖3.18所示。將植被分布圖轉化為相應柵格圖，提取每一格網單元的NDVI(規一化植被指數)值。圖3.18植被分布圖植被截流采用下面的公式計算： c:為經驗常數，取5，k為經驗常數取23. 地表下滲從遙感影像中提取透水面和不透水面信息，如圖3.19所示。考慮地表下滲情況，針對每一格網單元，如果屬于透水區，則其地表下滲情況按下式計算，反之，則可忽略其地表下滲情況。圖3.19透水和不透水面圖 式中：為初始下滲率，取10，為穩定下滲率，取5，k為經驗常數，取2。綜合考慮管網排水、植被截流、地表下滲，每一格網單元的

58、排水能力采用下式計算。五、采用多流向的D8方法和基于GIS的“體積法”計算淹沒情況城市地面產生徑流后，各徑流單元的出口斷面匯積的過程稱為匯流。模型采用多流向的D8方法確定各格網的水流方向，然后用“GIS”的體積法確定各單元匯積的水量。具體的方法描述如下：D8方法：（1）對所有的DEM邊緣網格，賦予指向邊緣的方向值（2）對（1）中未賦方向值的格網，計算對周圍8鄰域格網的距離權落差值（高程差/格網間距離）（3）確定具有最大落差值m的格網a、if m=0 and m只有1個，則用對應此最大值的方向值作為中心格網處的方向值。c、if m0 and m數量1，則在邏輯上以查表方式確定水流方向。d、if

59、m=0 and m數量1，則以這些0值所對應的方向值相加。（4）對沒有賦以負值，0，1，2，4，128的每個格網，檢查對中心格網有最大落差的鄰域格網。如果鄰域格網的水流方向值為1，2，4，128，且此方向沒有指向中心格網，則此格網的方向值作為指向中心格網的方向值。（5）重復（4），直至沒有任何格網能被賦以方向值，對方向值不為1，2，3，128的格網賦以負值。多流向的D8方法：D8方法假設格網的水只流向鄰域格網中距離權落差最大的一個，與實際情況不符，多流向D8方法則按照梯度比分配從較高格網到相鄰較低格網的流量。其中表示從格網i分配到格網j的流量部分 是無量綱常數表示從格網i到格網j的方向坡度（其

60、中x，y是格網的平面直角坐標）Z是格網單元的高程基于GIS的“體積法”該法首先找出DEM數據中的所有洼地，同時記錄各個洼地的所有邊界點，將各洼地的邊界點的最小值點作為豁口點，根據地面徑流由高向低流動的重力特性和地形起伏情況，分別填充各洼地，當洼地點水位到達豁口點時，考慮其鄰近洼地，當鄰近洼地水位還沒達到豁口點時，其水位不再上漲，直到鄰近水位上漲到豁口點時，其水位才開始繼續上漲，每次上漲高度為設定的步長，對于每一洼地重復上述操作，計算各點的淹沒高度。這種方法是根據徑流總量與地面匯流區域的積水量相等的原理來模擬匯流的區域(即淹沒區)和區域內每一點的淹沒高度。 具體的求算公式用(*)式： (*)其中