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GIS在城(chéng)市應急平台建設中的應用(yòng)研究

1 引言
上(shàng)世紀後半葉，随着人口激增、資源短缺、生态破壞、環境惡化和(hé)恐怖主義的盛行，人類面臨日益嚴峻的公共安全問題。進入新世紀，自(zì)然災害、事(shì)故災難、公共衛生、社會(huì)安全等突發公共事(shì)件對(duì)人類的侵襲更有愈演愈烈之勢。2001年美(měi)國911恐怖襲擊事(shì)件，2003年驚心動魄的SARS疫情，2004年巴拉圭超市特大(dà)火災事(shì)件，2004年—2005年的印度洋海嘯事(shì)件，這(zhè)些(xiē)事(shì)件帶給人類的除了(le)傷亡、疾病，還有無法磨滅的記憶和(hé)傷痛。我國每年由公共安全問題造成的非正常死亡約20萬人，傷殘約200萬人，造成的經濟損失約爲GDP總量的5%。未來(lái)20年是我國經濟社會(huì)發展的重要戰略機遇期，城(chéng)市化、新型工(gōng)業化以及全球化進程将進一步加快(kuài)，公共安全問題發生頻度将進一步增加。我國政府高(gāo)度重視(shì)對(duì)突發公共事(shì)件的預防和(hé)處置工(gōng)作(zuò)，2006年1月8日國務院公布了(le)《國家突發公共事(shì)件總體應急預案》，2006年出台的《國務院關于全面加強應急管理(lǐ)工(gōng)作(zuò)的意見》把“推進國家應急平台體系建設”列爲“加強應對(duì)突發公共事(shì)件的能(néng)力建設”的首要工(gōng)作(zuò)，明(míng)确指出“加快(kuài)國務院應急平台建設，完善有關專業應急平台功能(néng)，推進地方人民政府綜合應急平台建設，形成連接各地區(qū)和(hé)各專業應急指揮機構、統一高(gāo)效的應急平台體系”，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(xiàn)于20世紀60年代，經過40多年的發展，逐漸形成了(le)其理(lǐ)論和(hé)技術體系，GIS已被廣泛應用(yòng)于自(zì)然、社會(huì)、經濟、人文(wén)等衆多領域的建模和(hé)決策支持，因爲其固有的優勢，應急管理(lǐ)工(gōng)作(zuò)的許多業務需求可以甚至必須在GIS的支持下(xià)才能(néng)實現(xiàn)。近年來(lái)，雖然各級政府應急平台建設的工(gōng)作(zuò)已先後展開(kāi)，然而對(duì)GIS在應急平台中的應用(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(hé)作(zuò)用(yòng)，結合GIS的功能(néng)，系統研究了(le)GIS對(duì)應急平台建設的支持。此外(wài)，本文(wén)還基于當前新軟件工(gōng)程技術及主流GIS軟件提供的設計(jì)和(hé)開(kāi)發方法，闡述了(le)GIS在應急平台上(shàng)的集成。通過典型案例，展示了(le)GIS在城(chéng)市應急平台建設中的應用(yòng)。文(wén)章後對(duì)GIS在公共安全應急中的應用(yòng)現(xiàn)狀和(hé)趨勢進行了(le)總結和(hé)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(jì)算(suàn)機硬件、軟件和(hé)不同方法組成的系統，該系統設計(jì)用(yòng)來(lái)支持空(kōng)間數據采集、管理(lǐ)、處理(lǐ)、分析、建模和(hé)顯示，以便解決複雜(zá)的規劃和(hé)管理(lǐ)問題。GIS是20世紀60年代在迅速發展的計(jì)算(suàn)機技術的推動下(xià)出現(xiàn)的一項地理(lǐ)學研究技術，它是地理(lǐ)學、測繪學、地圖學、計(jì)算(suàn)機科學等多種學科交叉的産物。近年來(lái)，受日益廣泛的應用(yòng)需求驅動并得益于計(jì)算(suàn)機科學的飛(fēi)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(le)迅速的發展。許多計(jì)算(suàn)機領域的新技術，如Internet技術、面向對(duì)象的數據庫技術、三維可視(shì)化技術、圖像處理(lǐ)和(hé)人工(gōng)智能(néng)技術都被先後應用(yòng)到(dào)GIS中。

2.2 應急管理(lǐ)中的GIS
與遙感和(hé)GPS測量技術結合，GIS可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(kōng)間數據的優勢，GPS則能(néng)用(yòng)于高(gāo)精度定位，遙感和(hé)GPS作(zuò)爲GIS的重要數據源，結合GIS的數據收集、處理(lǐ)和(hé)管理(lǐ)的能(néng)力，可以獲取各種監測監控數據。爲風(fēng)險分析和(hé)評估提供數據支持。
GIS技術具有管理(lǐ)和(hé)分析多源空(kōng)間數據的能(néng)力。而風(fēng)險隐患辨識、分析和(hé)評估涉及到(dào)各種風(fēng)險源、防護目标以及相關應急資源、救援力量，各類自(zì)然、社會(huì)、經濟等因素的綜合處理(lǐ)分析，GIS強大(dà)的空(kōng)間分析功能(néng)，如疊加分析、緩沖區(qū)分析等能(néng)爲其提供支持。如通過GIS的緩沖區(qū)分析功能(néng)，可以識别出明(míng)顯或潛在的重大(dà)危險源和(hé)重點防護目标等信息，再結合人口密度、街道(dào)、管線、電力線等其它地圖數據，使用(yòng)疊加統計(jì)、空(kōng)間關聯分析等基礎的空(kōng)間分析功能(néng)，開(kāi)展風(fēng)險分析和(hé)評估。二、三維可視(shì)化技術，如空(kōng)間數據符号化展示，統計(jì)圖表，三維地形模型、空(kōng)間對(duì)象模型等是GIS提供的豐富的展示功能(néng)。在風(fēng)險表達中，可以綜合使用(yòng)GIS的可視(shì)化技術和(hé)圖表功能(néng)，将風(fēng)險隐患辨識、分析和(hé)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(hé)應用(yòng)。
在接收到(dào)突發公共事(shì)件信息時(shí)，通過GIS可以進行突發公共事(shì)件定位、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)件接報(bào)專題圖。
通過GIS的空(kōng)間查詢、空(kōng)間數據編輯、區(qū)域統計(jì)等功能(néng)，可以對(duì)監控點、各類應急資源進行查詢檢索和(hé)維護管理(lǐ)，保證監測監控的有效性和(hé)現(xiàn)勢性，全面掌控資源狀态，及時(shí)更新應急資源信息。

在災後恢複和(hé)重建時(shí)，恢複期内，可以用(yòng)手持設備、GPS定位毀壞的設施，确定損失情況，排出優先級；配給中心按人口和(hé)每個地區(qū)遭受的損失程度，給安置點發放(fàng)水(shuǐ)、食物、藥品、衣被等生活物資。重建期内，可以用(yòng)GIS來(lái)跟蹤和(hé)顯示重建的計(jì)劃和(hé)進展，輔助重建資金(jīn)的預算(suàn)、分配和(hé)記錄。

3 GIS與應急平台的集成
随着軟件工(gōng)程技術的發展，面向對(duì)象和(hé)面向服務的設計(jì)和(hé)開(kāi)發方法日益成熟，并在實際中獲得了(le)巨大(dà)的成功，當前主流的GIS軟件也(yě)提供了(le)對(duì)這(zhè)些(xiē)設計(jì)和(hé)開(kāi)發技術的支持。因此，爲了(le)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(jì)亦應該遵循平台化、構件化的設計(jì)思想，采用(yòng)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(hé)SOA (Service-Oriented Architecture)架構模型。多層架構可以搭建松散耦合、易于複用(yòng)、可擴展性強的應用(yòng)，除了(le)方便軟件開(kāi)發的組織和(hé)實施外(wài)，亦便于日後系統的維護和(hé)擴展。而SOA架構模型則可以更好(hǎo)地滿足系統的組件化、互操作(zuò)、模塊化、可伸縮等特性，實現(xiàn)當前或今後應急信息化建設中更多的資産重用(yòng)，快(kuài)速響應業務需求變化，SOA架構具有的規範統一性和(hé)高(gāo)度的開(kāi)放(fàng)性可以保證應急領域信息化建設的兼容性。
将GIS功能(néng)封裝成組件及發布成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(néng)（圖1）。

圖 1 GIS與應急平台的集成架構

由圖1可見，GIS與應急平台的集成架構由三層組成。

1）數據層
該層爲GIS基礎構件層提供數據支持，主要包括：空(kōng)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(hé)各類型空(kōng)間數據文(wén)件。
2）基礎構件層
該層分爲兩部分，一部分是以GIS服務形式（Web Service）提供的基礎構件，這(zhè)些(xiē)基礎構件用(yòng)于B/S應用(yòng)開(kāi)發，支持分布式和(hé)集中式部署，可在大(dà)型組織内以及Internet用(yòng)戶間發布和(hé)共享地理(lǐ)信息：除了(le)爲客戶端提供地圖和(hé)數據服務，GIS服務器還可在共享的中心服務器上(shàng)支持GIS工(gōng)作(zuò)站(zhàn)的所有功能(néng)。另一部分是以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(kāi)發需要，适合于C/S模式的應用(yòng)開(kāi)發。
3）業務應用(yòng)層
應急平台包括B/S和(hé)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，實現(xiàn)運行于局域或廣域網環境下(xià)的應用(yòng)，而C/S模式則直接通過調用(yòng)組件來(lái)構建基于功能(néng)需求更複雜(zá)、性能(néng)要求更高(gāo)的應用(yòng)，如二維标繪，三維展示等。
4 案例展示
爲應對(duì)快(kuài)速城(chéng)市化進程中日益突出的公共安全問題，從(cóng)2006年起，昆山市政府啓動了(le)突發公共事(shì)件應急平台建設項目，北京市辰安偉業科技有限公司負責了(le)該項目的研發工(gōng)作(zuò)。經過近2年的努力，目前昆山市應急平台已正式上(shàng)線運行。昆山市應急平台采用(yòng)了(le)美(měi)國ESRI公司的ArcGIS基礎軟件平台，許多應急業務功能(néng)都是在該軟件平台的基礎上(shàng)，通過二次開(kāi)發技術實現(xiàn)的。
在昆山市應急平台中，GIS與應急平台的集成采用(yòng)了(le)B/S和(hé)C/S兩種模式，其中B/S模式主要是實現(xiàn)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(duì)模型分析和(hé)空(kōng)間決策支持等複雜(zá)空(kōng)間分析需求，而實現(xiàn)的基于桌面的應用(yòng)。
針對(duì)昆山市典型突發事(shì)件特征，在昆山市應急平台上(shàng)實現(xiàn)了(le)數十種突發事(shì)件預測分析模型，這(zhè)些(xiē)模型均基于GIS基礎平台開(kāi)發，GIS基礎平台爲這(zhè)些(xiē)模型提供空(kōng)間數據輸入、空(kōng)間數據處理(lǐ)分析及模型運行結果展示等功能(néng)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)，昆山市應急平台建立了(le)應急Web GIS系統，實現(xiàn)了(le)突發事(shì)件信息網絡報(bào)告、突發事(shì)件信息的網上(shàng)适時(shí)發布等功能(néng)（圖 3）。便利了(le)突發公共事(shì)件應急管理(lǐ)中地理(lǐ)相關信息的傳輸、交換與共享。

圖 3 昆山市應急平台上(shàng)Web GIS的實現(xiàn)和(hé)運行示意圖

5 結論和(hé)展望
公共安全是關系到(dào)公衆生命和(hé)财産安全、經濟發展、社會(huì)穩定的大(dà)問題。GIS對(duì)空(kōng)間數據的獲取、存儲和(hé)操縱能(néng)力及其強大(dà)的空(kōng)間分析功能(néng), 使其能(néng)爲公共安全體系提供強大(dà)的技術支持, 對(duì)公共安全事(shì)業的發展有着十分重要的意義。目前，各級政府、企事(shì)業單位等應急相關機構應急平台建設工(gōng)作(zuò)開(kāi)展得如火如荼，GIS的諸多功能(néng)也(yě)逐漸得到(dào)發掘和(hé)應用(yòng)。GIS在應急平台建設中取得初步成功的同時(shí)，也(yě)還存在許多需要解決的問題，主要體現(xiàn)在以下(xià)方面：
1）GIS強大(dà)分析功能(néng)的進一步深入挖掘。目前，雖然一些(xiē)常用(yòng)的空(kōng)間分析功能(néng)在應急平台及應急相關系統建設中獲得了(le)成功的應用(yòng)，而許多複雜(zá)、高(gāo)級的分析功能(néng)，還沒有得到(dào)充分、有效的利用(yòng)。
2）空(kōng)間智能(néng)決策技術在應急平台的集成和(hé)應用(yòng)。基于人工(gōng)智能(néng)的技術已經有深入的研究，但(dàn)在應急領域還沒有得到(dào)充分利用(yòng)。應急平台的科學性和(hé)智能(néng)化的提高(gāo)，還需要這(zhè)些(xiē)技術的強有力支持。
3）三維可視(shì)化和(hé)虛拟現(xiàn)實技術的應用(yòng)。三維可視(shì)化和(hé)虛拟現(xiàn)實技術是GIS研究的前沿領域，目前在該領域已經取得了(le)一些(xiē)重要的成果，将這(zhè)些(xiē)新的技術應用(yòng)于應急領域，必将進一步增加人類應對(duì)突發公共事(shì)件的能(néng)力。

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