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GIS在城市應急平台建設中的(de)應用研究

1 引言
上世紀後半葉，随着人口激增、資源短(duǎn)缺、生态破壞、環境惡化和(hé)恐怖主義的(de)盛行，人類面臨日益嚴峻的(de)公共安全問題。進入新世紀，自(zì)然災害、事故災難、公共衛生、社會安全等突發公共事件對人類的(de)侵襲更有愈演愈烈之勢。2001年(nián)美國(guó)911恐怖襲擊事件，2003年(nián)驚心動魄的(de)SARS疫情，2004年(nián)巴拉圭超市特大火災事件，2004年(nián)—2005年(nián)的(de)印度洋海嘯事件，這些事件帶給人類的(de)除了傷亡、疾病，還有無法磨滅的(de)記憶和(hé)傷痛。我國(guó)每年(nián)由公共安全問題造成的(de)非正常死亡約20萬人，傷殘約200萬人，造成的(de)經濟損失約為(wèi)GDP總量的(de)5%。未來20年(nián)是我國(guó)經濟社會發展的(de)重要戰略機遇期，城市化、新型工業化以及全球化進程将進一(yī)步加快，公共安全問題發生頻度将進一(yī)步增加。我國(guó)政府高(gāo)度重視(shì)對突發公共事件的(de)預防和(hé)處置工作，2006年(nián)1月8日國(guó)務院公布了《國(guó)家突發公共事件總體應急預案》，2006年(nián)出台的(de)《國(guó)務院關于全面加強應急管理(lǐ)工作的(de)意見》把“推進國(guó)家應急平台體系建設”列為(wèi)“加強應對突發公共事件的(de)能力建設”的(de)首要工作，明确指出“加快國(guó)務院應急平台建設，完善有關專業應急平台功能，推進地(dì)方人民政府綜合應急平台建設，形成連接各地(dì)區和(hé)各專業應急指揮機構、統一(yī)高(gāo)效的(de)應急平台體系”，公共安全應急平台建設作為(wèi)實施預案的(de)工具，成為(wèi)應急管理(lǐ)的(de)一(yī)項重要基礎性工作。
GIS出現于20世紀60年(nián)代，經過40多年(nián)的(de)發展，逐漸形成了其理(lǐ)論和(hé)技術體系，GIS已被廣泛應用于自(zì)然、社會、經濟、人文等衆多領域的(de)建模和(hé)決策支持，因為(wèi)其固有的(de)優勢，應急管理(lǐ)工作的(de)許多業務需求可(kě)以甚至必須在GIS的(de)支持下才能實現。近年(nián)來，雖然各級政府應急平台建設的(de)工作已先後展開，然而對GIS在應急平台中的(de)應用尚缺乏系統的(de)研究，鑒于此，本文鑒于應急平台的(de)地(dì)位和(hé)作用，結合GIS的(de)功能，系統研究了GIS對應急平台建設的(de)支持。此外，本文還基于當前新軟件工程技術及主流GIS軟件提供的(de)設計和(hé)開發方法，闡述了GIS在應急平台上的(de)集成。通過典型案例，展示了GIS在城市應急平台建設中的(de)應用。文章(zhāng)後對GIS在公共安全應急中的(de)應用現狀和(hé)趨勢進行了總結和(hé)展望。

2 GIS與應急管理(lǐ)

2.1 GIS的(de)主要功能

GIS(Geographic Information System)是地(dì)理(lǐ)信息系統的(de)簡稱，它是由計算機硬件、軟件和(hé)不同方法組成的(de)系統，該系統設計用來支持空間數據采集、管理(lǐ)、處理(lǐ)、分析、建模和(hé)顯示，以便解決複雜的(de)規劃和(hé)管理(lǐ)問題。GIS是20世紀60年(nián)代在迅速發展的(de)計算機技術的(de)推動下出現的(de)一(yī)項地(dì)理(lǐ)學(xué)研究技術，它是地(dì)理(lǐ)學(xué)、測繪學(xué)、地(dì)圖學(xué)、計算機科學(xué)等多種學(xué)科交叉的(de)産物。近年(nián)來，受日益廣泛的(de)應用需求驅動并得益于計算機科學(xué)的(de)飛(fēi)速發展，GIS無論在理(lǐ)論研究還是實際應用方面均獲得了迅速的(de)發展。許多計算機領域的(de)新技術，如(rú)Internet技術、面向對象的(de)數據庫技術、三維可(kě)視(shì)化技術、圖像處理(lǐ)和(hé)人工智能技術都被先後應用到GIS中。

2.2 應急管理(lǐ)中的(de)GIS
與遙感和(hé)GPS測量技術結合，GIS可(kě)以為(wèi)監測監控提供支持。遙感具有大範圍、快速、多頻次、經濟地(dì)獲取空間數據的(de)優勢，GPS則能用于高(gāo)精度定位，遙感和(hé)GPS作為(wèi)GIS的(de)重要數據源，結合GIS的(de)數據收集、處理(lǐ)和(hé)管理(lǐ)的(de)能力，可(kě)以獲取各種監測監控數據。為(wèi)風險分析和(hé)評估提供數據支持。
GIS技術具有管理(lǐ)和(hé)分析多源空間數據的(de)能力。而風險隐患辨識、分析和(hé)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(zì)然、社會、經濟等因素的(de)綜合處理(lǐ)分析，GIS強大的(de)空間分析功能，如(rú)疊加分析、緩沖區分析等能為(wèi)其提供支持。如(rú)通過GIS的(de)緩沖區分析功能，可(kě)以識别出明顯或潛在的(de)重大危險源和(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(dì)圖數據，使用疊加統計、空間關聯分析等基礎的(de)空間分析功能，開展風險分析和(hé)評估。二、三維可(kě)視(shì)化技術，如(rú)空間數據符号化展示，統計圖表，三維地(dì)形模型、空間對象模型等是GIS提供的(de)豐富的(de)展示功能。在風險表達中，可(kě)以綜合使用GIS的(de)可(kě)視(shì)化技術和(hé)圖表功能，将風險隐患辨識、分析和(hé)評估的(de)結果制作為(wèi)二、三維專題圖的(de)形式，不僅具有豐富的(de)效果，更便于信息的(de)傳遞、理(lǐ)解和(hé)應用。
在接收到突發公共事件信息時，通過GIS可(kě)以進行突發公共事件定位、按比例尺查詢顯示事發地(dì)周邊環境信息，進行地(dì)圖标繪，制作事件接報專題圖。
通過GIS的(de)空間查詢、空間數據編輯、區域統計等功能，可(kě)以對監控點、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(de)有效性和(hé)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(hé)重建時，恢複期內(nèi)，可(kě)以用手持設備、GPS定位毀壞的(de)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(dì)區遭受的(de)損失程度，給安置點發放水、食物、藥品、衣被等生活物資。重建期內(nèi)，可(kě)以用GIS來跟蹤和(hé)顯示重建的(de)計劃和(hé)進展，輔助重建資金的(de)預算、分配和(hé)記錄。

3 GIS與應急平台的(de)集成
随着軟件工程技術的(de)發展，面向對象和(hé)面向服務的(de)設計和(hé)開發方法日益成熟，并在實際中獲得了巨大的(de)成功，當前主流的(de)GIS軟件也提供了對這些設計和(hé)開發技術的(de)支持。因此，為(wèi)了與GIS軟件無縫集成，獲得佳應用效果，應急平台的(de)架構設計亦應該遵循平台化、構件化的(de)設計思想，采用統一(yī)的(de)數據交換、統一(yī)的(de)接口标準、統一(yī)的(de)安全保障。
GIS與應急平台的(de)集成基于先進的(de)多層架構模型和(hé)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(de)應用，除了方便軟件開發的(de)組織和(hé)實施外，亦便于日後系統的(de)維護和(hé)擴展。而SOA架構模型則可(kě)以更好地(dì)滿足系統的(de)組件化、互操作、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(de)資産重用，快速響應業務需求變化，SOA架構具有的(de)規範統一(yī)性和(hé)高(gāo)度的(de)開放性可(kě)以保證應急領域信息化建設的(de)兼容性。
将GIS功能封裝成組件及發布成Web服務，定義統一(yī)的(de)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(de)GIS功能（圖1）。

圖 1 GIS與應急平台的(de)集成架構

由圖1可(kě)見，GIS與應急平台的(de)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(dì)圖服務（WMS，Web Map Service）、網絡要素服務（WFS，Web Feature Service）和(hé)各類型空間數據文件。
2）基礎構件層
該層分為(wèi)兩部分，一(yī)部分是以GIS服務形式（Web Service）提供的(de)基礎構件，這些基礎構件用于B/S應用開發，支持分布式和(hé)集中式部署，可(kě)在大型組織內(nèi)以及Internet用戶間發布和(hé)共享地(dì)理(lǐ)信息：除了為(wèi)客戶端提供地(dì)圖和(hé)數據服務，GIS服務器還可(kě)在共享的(de)中心服務器上支持GIS工作站的(de)所有功能。另一(yī)部分是以GIS組件形式(如(rú)COM、CORBA)提供的(de)基礎構件，主要是滿足面向組件的(de)應用開發需要，适合于C/S模式的(de)應用開發。
3）業務應用層
應急平台包括B/S和(hé)C/S兩種模式的(de)應用，B/S模式通過調用GIS提供的(de)服務，實現運行于局域或廣域網環境下的(de)應用，而C/S模式則直接通過調用組件來構建基于功能需求更複雜、性能要求更高(gāo)的(de)應用，如(rú)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日益突出的(de)公共安全問題，從2006年(nián)起，昆山市政府啓動了突發公共事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該項目的(de)研發工作。經過近2年(nián)的(de)努力，目前昆山市應急平台已正式上線運行。昆山市應急平台采用了美國(guó)ESRI公司的(de)ArcGIS基礎軟件平台，許多應急業務功能都是在該軟件平台的(de)基礎上，通過二次開發技術實現的(de)。
在昆山市應急平台中，GIS與應急平台的(de)集成采用了B/S和(hé)C/S兩種模式，其中B/S模式主要是實現基于Web的(de)地(dì)圖信息浏覽、發布等應用，而C/S模式則主要是針對模型分析和(hé)空間決策支持等複雜空間分析需求，而實現的(de)基于桌面的(de)應用。
針對昆山市典型突發事件特征，在昆山市應急平台上實現了數十種突發事件預測分析模型，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)分析及模型運行結果展示等功能支持。圖 2為(wèi)各種模型運行界面截圖。

圖 2 各種突發公共事件預測模拟運行示意圖

基于ArcGIS Server提供的(de)網絡地(dì)圖操作功能，昆山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(de)網上适時發布等功能（圖 3）。便利了突發公共事件應急管理(lǐ)中地(dì)理(lǐ)相關信息的(de)傳輸、交換與共享。

圖 3 昆山市應急平台上Web GIS的(de)實現和(hé)運行示意圖

5 結論和(hé)展望
公共安全是關系到公衆生命和(hé)财産安全、經濟發展、社會穩定的(de)大問題。GIS對空間數據的(de)獲取、存儲和(hé)操縱能力及其強大的(de)空間分析功能, 使其能為(wèi)公共安全體系提供強大的(de)技術支持, 對公共安全事業的(de)發展有着十分重要的(de)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作開展得如(rú)火如(rú)荼，GIS的(de)諸多功能也逐漸得到發掘和(hé)應用。GIS在應急平台建設中取得初步成功的(de)同時，也還存在許多需要解決的(de)問題，主要體現在以下方面：
1）GIS強大分析功能的(de)進一(yī)步深入挖掘。目前，雖然一(yī)些常用的(de)空間分析功能在應急平台及應急相關系統建設中獲得了成功的(de)應用，而許多複雜、高(gāo)級的(de)分析功能，還沒有得到充分、有效的(de)利用。
2）空間智能決策技術在應急平台的(de)集成和(hé)應用。基于人工智能的(de)技術已經有深入的(de)研究，但在應急領域還沒有得到充分利用。應急平台的(de)科學(xué)性和(hé)智能化的(de)提高(gāo)，還需要這些技術的(de)強有力支持。
3）三維可(kě)視(shì)化和(hé)虛拟現實技術的(de)應用。三維可(kě)視(shì)化和(hé)虛拟現實技術是GIS研究的(de)前沿領域，目前在該領域已經取得了一(yī)些重要的(de)成果，将這些新的(de)技術應用于應急領域，必将進一(yī)步增加人類應對突發公共事件的(de)能力。

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