GIS在城市應急平台建設中(zhōng)的應用(yòng)研究
1 引言
上世紀後半葉,随着人口激增、資源短缺、生态破壞、環境惡化和恐怖主義的盛行,人類面臨日益嚴峻的公(gōng)共安(ān)全問題。進入新(xīn)世紀,自然災害、事故災難、公(gōng)共衛生、社會安(ān)全等突發公(gōng)共事件對人類的侵襲更有(yǒu)愈演愈烈之勢。2001年美國(guó)911恐怖襲擊事件,2003年驚心動魄的SARS疫情,2004年巴拉圭超市特大火災事件,2004年—2005年的印度洋海嘯事件,這些事件帶給人類的除了傷亡、疾病,還有(yǒu)無法磨滅的記憶和傷痛。我國(guó)每年由公(gōng)共安(ān)全問題造成的非正常死亡約20萬人,傷殘約200萬人,造成的經濟損失約為(wèi)GDP總量的5%。未來20年是我國(guó)經濟社會發展的重要戰略機遇期,城市化、新(xīn)型工(gōng)業化以及全球化進程将進一步加快,公(gōng)共安(ān)全問題發生頻度将進一步增加。我國(guó)政府高度重視對突發公(gōng)共事件的預防和處置工(gōng)作(zuò),2006年1月8日國(guó)務(wù)院公(gōng)布了《國(guó)家突發公(gōng)共事件總體(tǐ)應急預案》,2006年出台的《國(guó)務(wù)院關于全面加強應急管理(lǐ)工(gōng)作(zuò)的意見》把“推進國(guó)家應急平台體(tǐ)系建設”列為(wèi)“加強應對突發公(gōng)共事件的能(néng)力建設”的首要工(gōng)作(zuò),明确指出“加快國(guó)務(wù)院應急平台建設,完善有(yǒu)關專業應急平台功能(néng),推進地方人民(mín)政府綜合應急平台建設,形成連接各地區(qū)和各專業應急指揮機構、統一高效的應急平台體(tǐ)系”,公(gōng)共安(ān)全應急平台建設作(zuò)為(wèi)實施預案的工(gōng)具(jù),成為(wèi)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年代,經過40多(duō)年的發展,逐漸形成了其理(lǐ)論和技(jì )術體(tǐ)系,GIS已被廣泛應用(yòng)于自然、社會、經濟、人文(wén)等衆多(duō)領域的建模和決策支持,因為(wèi)其固有(yǒu)的優勢,應急管理(lǐ)工(gōng)作(zuò)的許多(duō)業務(wù)需求可(kě)以甚至必須在GIS的支持下才能(néng)實現。近年來,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(zhōng)的應用(yòng)尚缺乏系統的研究,鑒于此,本文(wén)鑒于應急平台的地位和作(zuò)用(yòng),結合GIS的功能(néng),系統研究了GIS對應急平台建設的支持。此外,本文(wén)還基于當前新(xīn)軟件工(gōng)程技(jì )術及主流GIS軟件提供的設計和開發方法,闡述了GIS在應急平台上的集成。通過典型案例,展示了GIS在城市應急平台建設中(zhōng)的應用(yòng)。文(wén)章後對GIS在公(gōng)共安(ān)全應急中(zhōng)的應用(yòng)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(néng)
GIS(Geographic Information System)是地理(lǐ)信息系統的簡稱,它是由計算機硬件、軟件和不同方法組成的系統,該系統設計用(yòng)來支持空間數據采集、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)問題。GIS是20世紀60年代在迅速發展的計算機技(jì )術的推動下出現的一項地理(lǐ)學(xué)研究技(jì )術,它是地理(lǐ)學(xué)、測繪學(xué)、地圖學(xué)、計算機科(kē)學(xué)等多(duō)種學(xué)科(kē)交叉的産(chǎn)物(wù)。近年來,受日益廣泛的應用(yòng)需求驅動并得益于計算機科(kē)學(xué)的飛速發展,GIS無論在理(lǐ)論研究還是實際應用(yòng)方面均獲得了迅速的發展。許多(duō)計算機領域的新(xīn)技(jì )術,如Internet技(jì )術、面向對象的數據庫技(jì )術、三維可(kě)視化技(jì )術、圖像處理(lǐ)和人工(gōng)智能(néng)技(jì )術都被先後應用(yòng)到GIS中(zhōng)。
2.2 應急管理(lǐ)中(zhōng)的GIS
與遙感和GPS測量技(jì )術結合,GIS可(kě)以為(wèi)監測監控提供支持。遙感具(jù)有(yǒu)大範圍、快速、多(duō)頻次、經濟地獲取空間數據的優勢,GPS則能(néng)用(yòng)于高精(jīng)度定位,遙感和GPS作(zuò)為(wèi)GIS的重要數據源,結合GIS的數據收集、處理(lǐ)和管理(lǐ)的能(néng)力,可(kě)以獲取各種監測監控數據。為(wèi)風險分(fēn)析和評估提供數據支持。
GIS技(jì )術具(jù)有(yǒu)管理(lǐ)和分(fēn)析多(duō)源空間數據的能(néng)力。而風險隐患辨識、分(fēn)析和評估涉及到各種風險源、防護目标以及相關應急資源、救援力量,各類自然、社會、經濟等因素的綜合處理(lǐ)分(fēn)析,GIS強大的空間分(fēn)析功能(néng),如疊加分(fēn)析、緩沖區(qū)分(fēn)析等能(néng)為(wèi)其提供支持。如通過GIS的緩沖區(qū)分(fēn)析功能(néng),可(kě)以識别出明顯或潛在的重大危險源和重點防護目标等信息,再結合人口密度、街(jiē)道、管線(xiàn)、電(diàn)力線(xiàn)等其它地圖數據,使用(yòng)疊加統計、空間關聯分(fēn)析等基礎的空間分(fēn)析功能(néng),開展風險分(fēn)析和評估。二、三維可(kě)視化技(jì )術,如空間數據符号化展示,統計圖表,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(néng)。在風險表達中(zhōng),可(kě)以綜合使用(yòng)GIS的可(kě)視化技(jì )術和圖表功能(néng),将風險隐患辨識、分(fēn)析和評估的結果制作(zuò)為(wèi)二、三維專題圖的形式,不僅具(jù)有(yǒu)豐富的效果,更便于信息的傳遞、理(lǐ)解和應用(yòng)。
在接收到突發公(gōng)共事件信息時,通過GIS可(kě)以進行突發公(gōng)共事件定位、按比例尺查詢顯示事發地周邊環境信息,進行地圖标繪,制作(zuò)事件接報專題圖。
通過GIS的空間查詢、空間數據編輯、區(qū)域統計等功能(néng),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(yǒu)效性和現勢性,全面掌控資源狀态,及時更新(xīn)應急資源信息。
在災後恢複和重建時,恢複期内,可(kě)以用(yòng)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(zhōng)心按人口和每個地區(qū)遭受的損失程度,給安(ān)置點發放水、食物(wù)、藥品、衣被等生活物(wù)資。重建期内,可(kě)以用(yòng)GIS來跟蹤和顯示重建的計劃和進展,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
随着軟件工(gōng)程技(jì )術的發展,面向對象和面向服務(wù)的設計和開發方法日益成熟,并在實際中(zhōng)獲得了巨大的成功,當前主流的GIS軟件也提供了對這些設計和開發技(jì )術的支持。因此,為(wèi)了與GIS軟件無縫集成,獲得佳應用(yòng)效果,應急平台的架構設計亦應該遵循平台化、構件化的設計思想,采用(yòng)統一的數據交換、統一的接口标準、統一的安(ān)全保障。
GIS與應急平台的集成基于先進的多(duō)層架構模型和SOA (Service-Oriented Architecture)架構模型。多(duō)層架構可(kě)以搭建松散耦合、易于複用(yòng)、可(kě)擴展性強的應用(yòng),除了方便軟件開發的組織和實施外,亦便于日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(zhōng)更多(duō)的資産(chǎn)重用(yòng),快速響應業務(wù)需求變化,SOA架構具(jù)有(yǒu)的規範統一性和高度的開放性可(kě)以保證應急領域信息化建設的兼容性。
将GIS功能(néng)封裝(zhuāng)成組件及發布成Web服務(wù),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,為(wèi)應急平台各系統提供基礎的GIS功能(néng)(圖1)。
圖 1 GIS與應急平台的集成架構
由圖1可(kě)見,GIS與應急平台的集成架構由三層組成。
1)數據層
該層為(wèi)GIS基礎構件層提供數據支持,主要包括:空間數據庫,網絡地圖服務(wù)(WMS,Web Map Service)、網絡要素服務(wù)(WFS,Web Feature Service)和各類型空間數據文(wén)件。
2)基礎構件層
該層分(fēn)為(wèi)兩部分(fēn),一部分(fēn)是以GIS服務(wù)形式(Web Service)提供的基礎構件,這些基礎構件用(yòng)于B/S應用(yòng)開發,支持分(fēn)布式和集中(zhōng)式部署,可(kě)在大型組織内以及Internet用(yòng)戶間發布和共享地理(lǐ)信息:除了為(wèi)客戶端提供地圖和數據服務(wù),GIS服務(wù)器還可(kě)在共享的中(zhōng)心服務(wù)器上支持GIS工(gōng)作(zuò)站的所有(yǒu)功能(néng)。另一部分(fēn)是以GIS組件形式(如COM、CORBA)提供的基礎構件,主要是滿足面向組件的應用(yòng)開發需要,适合于C/S模式的應用(yòng)開發。
3)業務(wù)應用(yòng)層
應急平台包括B/S和C/S兩種模式的應用(yòng),B/S模式通過調用(yòng)GIS提供的服務(wù),實現運行于局域或廣域網環境下的應用(yòng),而C/S模式則直接通過調用(yòng)組件來構建基于功能(néng)需求更複雜、性能(néng)要求更高的應用(yòng),如二維标繪,三維展示等。
4 案例展示
為(wèi)應對快速城市化進程中(zhōng)日益突出的公(gōng)共安(ān)全問題,從2006年起,昆山(shān)市政府啓動了突發公(gōng)共事件應急平台建設項目,北京市辰安(ān)偉業科(kē)技(jì )有(yǒu)限公(gōng)司負責了該項目的研發工(gōng)作(zuò)。經過近2年的努力,目前昆山(shān)市應急平台已正式上線(xiàn)運行。昆山(shān)市應急平台采用(yòng)了美國(guó)ESRI公(gōng)司的ArcGIS基礎軟件平台,許多(duō)應急業務(wù)功能(néng)都是在該軟件平台的基礎上,通過二次開發技(jì )術實現的。
在昆山(shān)市應急平台中(zhōng),GIS與應急平台的集成采用(yòng)了B/S和C/S兩種模式,其中(zhōng)B/S模式主要是實現基于Web的地圖信息浏覽、發布等應用(yòng),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(yòng)。
針對昆山(shān)市典型突發事件特征,在昆山(shān)市應急平台上實現了數十種突發事件預測分(fēn)析模型,這些模型均基于GIS基礎平台開發,GIS基礎平台為(wèi)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(néng)支持。圖 2為(wèi)各種模型運行界面截圖。
圖 2 各種突發公(gōng)共事件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(néng),昆山(shān)市應急平台建立了應急Web GIS系統,實現了突發事件信息網絡報告、突發事件信息的網上适時發布等功能(néng)(圖 3)。便利了突發公(gōng)共事件應急管理(lǐ)中(zhōng)地理(lǐ)相關信息的傳輸、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(gōng)共安(ān)全是關系到公(gōng)衆生命和财産(chǎn)安(ān)全、經濟發展、社會穩定的大問題。GIS對空間數據的獲取、存儲和操縱能(néng)力及其強大的空間分(fēn)析功能(néng), 使其能(néng)為(wèi)公(gōng)共安(ān)全體(tǐ)系提供強大的技(jì )術支持, 對公(gōng)共安(ān)全事業的發展有(yǒu)着十分(fēn)重要的意義。目前,各級政府、企事業單位等應急相關機構應急平台建設工(gōng)作(zuò)開展得如火如荼,GIS的諸多(duō)功能(néng)也逐漸得到發掘和應用(yòng)。GIS在應急平台建設中(zhōng)取得初步成功的同時,也還存在許多(duō)需要解決的問題,主要體(tǐ)現在以下方面:
1)GIS強大分(fēn)析功能(néng)的進一步深入挖掘。目前,雖然一些常用(yòng)的空間分(fēn)析功能(néng)在應急平台及應急相關系統建設中(zhōng)獲得了成功的應用(yòng),而許多(duō)複雜、高級的分(fēn)析功能(néng),還沒有(yǒu)得到充分(fēn)、有(yǒu)效的利用(yòng)。
2)空間智能(néng)決策技(jì )術在應急平台的集成和應用(yòng)。基于人工(gōng)智能(néng)的技(jì )術已經有(yǒu)深入的研究,但在應急領域還沒有(yǒu)得到充分(fēn)利用(yòng)。應急平台的科(kē)學(xué)性和智能(néng)化的提高,還需要這些技(jì )術的強有(yǒu)力支持。
3)三維可(kě)視化和虛拟現實技(jì )術的應用(yòng)。三維可(kě)視化和虛拟現實技(jì )術是GIS研究的前沿領域,目前在該領域已經取得了一些重要的成果,将這些新(xīn)的技(jì )術應用(yòng)于應急領域,必将進一步增加人類應對突發公(gōng)共事件的能(néng)力。
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