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GIS在城(chéng)市應急平台建設中的應用研究

1 引言
上世紀後半葉,随着人(rén)口激增、資源短(duǎn)缺、生(shēng)态破壞、環境惡化和恐怖主義的盛行,人(rén)類面臨日(rì)益嚴峻的公共安全問(wèn)題。進入新世紀,自(zì)然災害、事(shì)故災難、公共衛生(shēng)、社會安全等突發公共事(shì)件(jiàn)對人(rén)類的侵襲更有愈演愈烈之勢。2001年(nián)美國(guó)911恐怖襲擊事(shì)件(jiàn),2003年(nián)驚心動魄的SARS疫情,2004年(nián)巴拉圭超市特大(dà)火(huǒ)災事(shì)件(jiàn),2004年(nián)—2005年(nián)的印度洋海嘯事(shì)件(jiàn),這些事(shì)件(jiàn)帶給人(rén)類的除了傷亡、疾病,還(hái)有無法磨滅的記憶和傷痛。我國(guó)每年(nián)由公共安全問(wèn)題造成的非正常死亡約20萬人(rén),傷殘約200萬人(rén),造成的經濟損失約爲GDP總量的5%。未來(lái)20年(nián)是我國(guó)經濟社會發展的重要戰略機(jī)遇期,城(chéng)市化、新型工(gōng)業化以及全球化進程将進一步加快(kuài),公共安全問(wèn)題發生(shēng)頻度将進一步增加。我國(guó)政府高度重視對突發公共事(shì)件(jiàn)的預防和處置工(gōng)作(zuò),2006年(nián)1月8日(rì)國(guó)務院公布了《國(guó)家突發公共事(shì)件(jiàn)總體(tǐ)應急預案》,2006年(nián)出台的《國(guó)務院關于全面加強應急管理(lǐ)工(gōng)作(zuò)的意見(jiàn)》把“推進國(guó)家應急平台體(tǐ)系建設”列爲“加強應對突發公共事(shì)件(jiàn)的能力建設”的首要工(gōng)作(zuò),明确指出“加快(kuài)國(guó)務院應急平台建設,完善有關專業應急平台功能,推進地方人(rén)民(mín)政府綜合應急平台建設,形成連接各地區和各專業應急指揮機(jī)構、統一高效的應急平台體(tǐ)系”,公共安全應急平台建設作(zuò)爲實施預案的工(gōng)具,成爲應急管理(lǐ)的一項重要基礎性工(gōng)作(zuò)。
GIS出現于20世紀60年(nián)代,經過40多年(nián)的發展,逐漸形成了其理(lǐ)論和技術(shù)體(tǐ)系,GIS已被廣泛應用于自(zì)然、社會、經濟、人(rén)文等衆多領域的建模和決策支持,因爲其固有的優勢,應急管理(lǐ)工(gōng)作(zuò)的許多業務需求可(kě)以甚至必須在GIS的支持下才能實現。近年(nián)來(lái),雖然各級政府應急平台建設的工(gōng)作(zuò)已先後展開,然而對GIS在應急平台中的應用尚缺乏系統的研究,鑒于此,本文鑒于應急平台的地位和作(zuò)用,結合GIS的功能,系統研究了GIS對應急平台建設的支持。此外,本文還(hái)基于當前新軟件(jiàn)工(gōng)程技術(shù)及主流GIS軟件(jiàn)提供的設計(jì)和開發方法,闡述了GIS在應急平台上的集成。通過典型案例,展示了GIS在城(chéng)市應急平台建設中的應用。文章(zhāng)後對GIS在公共安全應急中的應用現狀和趨勢進行了總結和展望。

2 GIS與應急管理(lǐ)


2.1 GIS的主要功能

GIS(Geographic Information System)是地理(lǐ)信息系統的簡稱,它是由計(jì)算機(jī)硬件(jiàn)、軟件(jiàn)和不同方法組成的系統,該系統設計(jì)用來(lái)支持空間數據采集、管理(lǐ)、處理(lǐ)、分(fēn)析、建模和顯示,以便解決複雜的規劃和管理(lǐ)問(wèn)題。GIS是20世紀60年(nián)代在迅速發展的計(jì)算機(jī)技術(shù)的推動下出現的一項地理(lǐ)學研究技術(shù),它是地理(lǐ)學、測繪學、地圖學、計(jì)算機(jī)科(kē)學等多種學科(kē)交叉的産物。近年(nián)來(lái),受日(rì)益廣泛的應用需求驅動并得(de)益于計(jì)算機(jī)科(kē)學的飛速發展,GIS無論在理(lǐ)論研究還(hái)是實際應用方面均獲得(de)了迅速的發展。許多計(jì)算機(jī)領域的新技術(shù),如(rú)Internet技術(shù)、面向對象的數據庫技術(shù)、三維可(kě)視化技術(shù)、圖像處理(lǐ)和人(rén)工(gōng)智能技術(shù)都(dōu)被先後應用到GIS中。


2.2 應急管理(lǐ)中的GIS
與遙感和GPS測量技術(shù)結合,GIS可(kě)以爲監測監控提供支持。遙感具有大(dà)範圍、快(kuài)速、多頻次、經濟地獲取空間數據的優勢,GPS則能用于高精度定位,遙感和GPS作(zuò)爲GIS的重要數據源,結合GIS的數據收集、處理(lǐ)和管理(lǐ)的能力,可(kě)以獲取各種監測監控數據。爲風(fēng)險分(fēn)析和評估提供數據支持。
GIS技術(shù)具有管理(lǐ)和分(fēn)析多源空間數據的能力。而風(fēng)險隐患辨識、分(fēn)析和評估涉及到各種風(fēng)險源、防護目标以及相(xiàng)關應急資源、救援力量,各類自(zì)然、社會、經濟等因素的綜合處理(lǐ)分(fēn)析,GIS強大(dà)的空間分(fēn)析功能,如(rú)疊加分(fēn)析、緩沖區分(fēn)析等能爲其提供支持。如(rú)通過GIS的緩沖區分(fēn)析功能,可(kě)以識别出明顯或潛在的重大(dà)危險源和重點防護目标等信息,再結合人(rén)口密度、街道、管線、電力線等其它地圖數據,使用疊加統計(jì)、空間關聯分(fēn)析等基礎的空間分(fēn)析功能,開展風(fēng)險分(fēn)析和評估。二、三維可(kě)視化技術(shù),如(rú)空間數據符号化展示,統計(jì)圖表,三維地形模型、空間對象模型等是GIS提供的豐富的展示功能。在風(fēng)險表達中,可(kě)以綜合使用GIS的可(kě)視化技術(shù)和圖表功能,将風(fēng)險隐患辨識、分(fēn)析和評估的結果制作(zuò)爲二、三維專題圖的形式,不僅具有豐富的效果,更便于信息的傳遞、理(lǐ)解和應用。
在接收到突發公共事(shì)件(jiàn)信息時,通過GIS可(kě)以進行突發公共事(shì)件(jiàn)定位、按比例尺查詢顯示事(shì)發地周邊環境信息,進行地圖标繪,制作(zuò)事(shì)件(jiàn)接報專題圖。
通過GIS的空間查詢、空間數據編輯、區域統計(jì)等功能,可(kě)以對監控點、各類應急資源進行查詢檢索和維護管理(lǐ),保證監測監控的有效性和現勢性,全面掌控資源狀态,及時更新應急資源信息。

在災後恢複和重建時,恢複期内,可(kě)以用手持設備、GPS定位毀壞的設施,确定損失情況,排出優先級;配給中心按人(rén)口和每個地區遭受的損失程度,給安置點發放(fàng)水、食物、藥品、衣被等生(shēng)活物資。重建期内,可(kě)以用GIS來(lái)跟蹤和顯示重建的計(jì)劃和進展,輔助重建資金的預算、分(fēn)配和記錄。


3 GIS與應急平台的集成
随着軟件(jiàn)工(gōng)程技術(shù)的發展,面向對象和面向服務的設計(jì)和開發方法日(rì)益成熟,并在實際中獲得(de)了巨大(dà)的成功,當前主流的GIS軟件(jiàn)也提供了對這些設計(jì)和開發技術(shù)的支持。因此,爲了與GIS軟件(jiàn)無縫集成,獲得(de)佳應用效果,應急平台的架構設計(jì)亦應該遵循平台化、構件(jiàn)化的設計(jì)思想,采用統一的數據交換、統一的接口标準、統一的安全保障。
GIS與應急平台的集成基于先進的多層架構模型和SOA (Service-Oriented Architecture)架構模型。多層架構可(kě)以搭建松散耦合、易于複用、可(kě)擴展性強的應用,除了方便軟件(jiàn)開發的組織和實施外,亦便于日(rì)後系統的維護和擴展。而SOA架構模型則可(kě)以更好地滿足系統的組件(jiàn)化、互操作(zuò)、模塊化、可(kě)伸縮等特性,實現當前或今後應急信息化建設中更多的資産重用,快(kuài)速響應業務需求變化,SOA架構具有的規範統一性和高度的開放(fàng)性可(kě)以保證應急領域信息化建設的兼容性。
将GIS功能封裝成組件(jiàn)及發布成Web服務,定義統一的接口,界定輸入、輸出參數,通過C/S或B/S模式與應急平台集成,爲應急平台各系統提供基礎的GIS功能(圖1)。

圖 1 GIS與應急平台的集成架構

由圖1可(kě)見(jiàn),GIS與應急平台的集成架構由三層組成。


1)數據層
該層爲GIS基礎構件(jiàn)層提供數據支持,主要包括:空間數據庫,網絡地圖服務(WMS,Web Map Service)、網絡要素服務(WFS,Web Feature Service)和各類型空間數據文件(jiàn)。
2)基礎構件(jiàn)層
該層分(fēn)爲兩部分(fēn),一部分(fēn)是以GIS服務形式(Web Service)提供的基礎構件(jiàn),這些基礎構件(jiàn)用于B/S應用開發,支持分(fēn)布式和集中式部署,可(kě)在大(dà)型組織内以及Internet用戶間發布和共享地理(lǐ)信息:除了爲客戶端提供地圖和數據服務,GIS服務器還(hái)可(kě)在共享的中心服務器上支持GIS工(gōng)作(zuò)站(zhàn)的所有功能。另一部分(fēn)是以GIS組件(jiàn)形式(如(rú)COM、CORBA)提供的基礎構件(jiàn),主要是滿足面向組件(jiàn)的應用開發需要,适合于C/S模式的應用開發。
3)業務應用層
應急平台包括B/S和C/S兩種模式的應用,B/S模式通過調用GIS提供的服務,實現運行于局域或廣域網環境下的應用,而C/S模式則直接通過調用組件(jiàn)來(lái)構建基于功能需求更複雜、性能要求更高的應用,如(rú)二維标繪,三維展示等。
4 案例展示
爲應對快(kuài)速城(chéng)市化進程中日(rì)益突出的公共安全問(wèn)題,從(cóng)2006年(nián)起,昆山(shān)市政府啓動了突發公共事(shì)件(jiàn)應急平台建設項目,北京市辰安偉業科(kē)技有限公司負責了該項目的研發工(gōng)作(zuò)。經過近2年(nián)的努力,目前昆山(shān)市應急平台已正式上線運行。昆山(shān)市應急平台采用了美國(guó)ESRI公司的ArcGIS基礎軟件(jiàn)平台,許多應急業務功能都(dōu)是在該軟件(jiàn)平台的基礎上,通過二次開發技術(shù)實現的。
在昆山(shān)市應急平台中,GIS與應急平台的集成采用了B/S和C/S兩種模式,其中B/S模式主要是實現基于Web的地圖信息浏覽、發布等應用,而C/S模式則主要是針對模型分(fēn)析和空間決策支持等複雜空間分(fēn)析需求,而實現的基于桌面的應用。
針對昆山(shān)市典型突發事(shì)件(jiàn)特征,在昆山(shān)市應急平台上實現了數十種突發事(shì)件(jiàn)預測分(fēn)析模型,這些模型均基于GIS基礎平台開發,GIS基礎平台爲這些模型提供空間數據輸入、空間數據處理(lǐ)分(fēn)析及模型運行結果展示等功能支持。圖 2爲各種模型運行界面截圖。

圖 2 各種突發公共事(shì)件(jiàn)預測模拟運行示意圖


基于ArcGIS Server提供的網絡地圖操作(zuò)功能,昆山(shān)市應急平台建立了應急Web GIS系統,實現了突發事(shì)件(jiàn)信息網絡報告、突發事(shì)件(jiàn)信息的網上适時發布等功能(圖 3)。便利了突發公共事(shì)件(jiàn)應急管理(lǐ)中地理(lǐ)相(xiàng)關信息的傳輸、交換與共享。


圖 3 昆山(shān)市應急平台上Web GIS的實現和運行示意圖


5 結論和展望
公共安全是關系到公衆生(shēng)命和财産安全、經濟發展、社會穩定的大(dà)問(wèn)題。GIS對空間數據的獲取、存儲和操縱能力及其強大(dà)的空間分(fēn)析功能, 使其能爲公共安全體(tǐ)系提供強大(dà)的技術(shù)支持, 對公共安全事(shì)業的發展有着十分(fēn)重要的意義。目前,各級政府、企事(shì)業單位等應急相(xiàng)關機(jī)構應急平台建設工(gōng)作(zuò)開展得(de)如(rú)火(huǒ)如(rú)荼,GIS的諸多功能也逐漸得(de)到發掘和應用。GIS在應急平台建設中取得(de)初步成功的同時,也還(hái)存在許多需要解決的問(wèn)題,主要體(tǐ)現在以下方面:
1)GIS強大(dà)分(fēn)析功能的進一步深入挖掘。目前,雖然一些常用的空間分(fēn)析功能在應急平台及應急相(xiàng)關系統建設中獲得(de)了成功的應用,而許多複雜、高級的分(fēn)析功能,還(hái)沒有得(de)到充分(fēn)、有效的利用。
2)空間智能決策技術(shù)在應急平台的集成和應用。基于人(rén)工(gōng)智能的技術(shù)已經有深入的研究,但(dàn)在應急領域還(hái)沒有得(de)到充分(fēn)利用。應急平台的科(kē)學性和智能化的提高,還(hái)需要這些技術(shù)的強有力支持。
3)三維可(kě)視化和虛拟現實技術(shù)的應用。三維可(kě)視化和虛拟現實技術(shù)是GIS研究的前沿領域,目前在該領域已經取得(de)了一些重要的成果,将這些新的技術(shù)應用于應急領域,必将進一步增加人(rén)類應對突發公共事(shì)件(jiàn)的能力。

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