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GIS在城(chéng)市(shì)應急平台建設中的應用研究

1 引言
上(shàng)世紀後半葉，随著(zhe)人口激增、資源短缺、生(shēng)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共安全問題。進入新世紀，自(zì)然災害、事(shì)故災難、公共衛生(shēng)、社會(huì)安全等突發公共事(shì)件(jiàn)對人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(shì)特大火災事(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(nián)是我國(guó)經濟社會(huì)發展的重要戰略機(jī)遇期，城(chéng)市(shì)化、新型工(gōng)業(yè)化以及全球化進程将進一(yī)步加快，公共安全問題發生(shēng)頻度将進一(yī)步增加。我國(guó)政府高(gāo)度重視對突發公共事(shì)件(jiàn)的預防和處置工(gōng)作，2006年(nián)1月(yuè)8日國(guó)務院公布了《國(guó)家突發公共事(shì)件(jiàn)總體應急預案》，2006年(nián)出台的《國(guó)務院關于全面加強應急管理工(gōng)作的意見(jiàn)》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(shì)件(jiàn)的能(néng)力建設”的首要工(gōng)作，明确指出“加快國(guó)務院應急平台建設，完善有關專業(yè)應急平台功能(néng)，推進地方人民(mín)政府綜合應急平台建設，形成連接各地區和各專業(yè)應急指揮機(jī)構、統一(yī)高(gāo)效的應急平台體系”，公共安全應急平台建設作為(wèi)實施預案的工(gōng)具，成為(wèi)應急管理的一(yī)項重要基礎性工(gōng)作。
GIS出現于20世紀60年(nián)代，經過40多(duō)年(nián)的發展，逐漸形成了其理論和技(jì)術(shù)體系，GIS已被廣泛應用于自(zì)然、社會(huì)、經濟、人文等衆多(duō)領域的建模和決策支持，因為(wèi)其固有的優勢，應急管理工(gōng)作的許多(duō)業(yè)務需求可以甚至必須在GIS的支持下(xià)才能(néng)實現。近年(nián)來，雖然各級政府應急平台建設的工(gōng)作已先後展開(kāi)，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用，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，本文還(hái)基于當前新軟件(jiàn)工(gōng)程技(jì)術(shù)及主流GIS軟件(jiàn)提供的設計和開(kāi)發方法，闡述了GIS在應急平台上(shàng)的集成。通(tōng)過典型案例，展示了GIS在城(chéng)市(shì)應急平台建設中的應用。文章後對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

2.1 GIS的主要功能(néng)

GIS(Geographic Information System)是地理信息系統的簡稱，它是由計算(suàn)機(jī)硬件(jiàn)、軟件(jiàn)和不同方法組成的系統，該系統設計用來支持空間數據采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決複雜(zá)的規劃和管理問題。GIS是20世紀60年(nián)代在迅速發展的計算(suàn)機(jī)技(jì)術(shù)的推動下(xià)出現的一(yī)項地理學研究技(jì)術(shù)，它是地理學、測繪學、地圖學、計算(suàn)機(jī)科學等多(duō)種學科交叉的産物(wù)。近年(nián)來，受日益廣泛的應用需求驅動并得益于計算(suàn)機(jī)科學的飛(fēi)速發展，GIS無論在理論研究還(hái)是實際應用方面均獲得了迅速的發展。許多(duō)計算(suàn)機(jī)領域的新技(jì)術(shù)，如Internet技(jì)術(shù)、面向對象的數據庫技(jì)術(shù)、三維可視化技(jì)術(shù)、圖像處理和人工(gōng)智能(néng)技(jì)術(shù)都被先後應用到(dào)GIS中。

2.2 應急管理中的GIS
與遙感和GPS測量技(jì)術(shù)結合，GIS可以為(wèi)監測監控提供支持。遙感具有大範圍、快速、多(duō)頻次、經濟地獲取空間數據的優勢，GPS則能(néng)用于高(gāo)精度定位，遙感和GPS作為(wèi)GIS的重要數據源，結合GIS的數據收集、處理和管理的能(néng)力，可以獲取各種監測監控數據。為(wèi)風險分析和評估提供數據支持。
GIS技(jì)術(shù)具有管理和分析多(duō)源空間數據的能(néng)力。而風險隐患辨識、分析和評估涉及到(dào)各種風險源、防護目标以及相(xiàng)關應急資源、救援力量，各類自(zì)然、社會(huì)、經濟等因素的綜合處理分析，GIS強大的空間分析功能(néng)，如疊加分析、緩沖區分析等能(néng)為(wèi)其提供支持。如通(tōng)過GIS的緩沖區分析功能(néng)，可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、街道、管線、電(diàn)力線等其它地圖數據，使用疊加統計、空間關聯分析等基礎的空間分析功能(néng)，開(kāi)展風險分析和評估。二、三維可視化技(jì)術(shù)，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，可以綜合使用GIS的可視化技(jì)術(shù)和圖表功能(néng)，将風險隐患辨識、分析和評估的結果制作為(wèi)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、理解和應用。
在接收到(dào)突發公共事(shì)件(jiàn)信息時，通(tōng)過GIS可以進行突發公共事(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，制作事(shì)件(jiàn)接報(bào)專題圖。
通(tōng)過GIS的空間查詢、空間數據編輯、區域統計等功能(néng)，可以對監控點、各類應急資源進行查詢檢索和維護管理，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；配給中心按人口和每個(gè)地區遭受的損失程度，給安置點發放(fàng)水(shuǐ)、食物(wù)、藥品、衣被等生(shēng)活物(wù)資。重建期内，可以用GIS來跟蹤和顯示重建的計劃和進展，輔助重建資金的預算(suàn)、分配和記錄。

3 GIS與應急平台的集成
随著(zhe)軟件(jiàn)工(gōng)程技(jì)術(shù)的發展，面向對象和面向服務的設計和開(kāi)發方法日益成熟，并在實際中獲得了巨大的成功，當前主流的GIS軟件(jiàn)也提供了對這些設計和開(kāi)發技(jì)術(shù)的支持。因此，為(wèi)了與GIS軟件(jiàn)無縫集成，獲得佳應用效果，應急平台的架構設計亦應該遵循平台化、構件(jiàn)化的設計思想，采用統一(yī)的數據交換、統一(yī)的接口标準、統一(yī)的安全保障。
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)層架構可以搭建松散耦合、易于複用、可擴展性強的應用，除了方便軟件(jiàn)開(kāi)發的組織和實施外，亦便于日後系統的維護和擴展。而SOA架構模型則可以更好地滿足系統的組件(jiàn)化、互操作、模塊化、可伸縮等特性，實現當前或今後應急信息化建設中更多(duō)的資産重用，快速響應業(yè)務需求變化，SOA架構具有的規範統一(yī)性和高(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(jiàn)及發布成Web服務，定義統一(yī)的接口，界定輸入、輸出參數，通(tōng)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可見(jiàn)，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(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
該層分為(wèi)兩部分，一(yī)部分是以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(kāi)發，支持分布式和集中式部署，可在大型組織内以及Internet用戶間發布和共享地理信息：除了為(wèi)客戶端提供地圖和數據服務，GIS服務器(qì)還(hái)可在共享的中心服務器(qì)上(shàng)支持GIS工(gōng)作站的所有功能(néng)。另一(yī)部分是以GIS組件(jiàn)形式(如COM、CORBA)提供的基礎構件(jiàn)，主要是滿足面向組件(jiàn)的應用開(kāi)發需要，适合于C/S模式的應用開(kāi)發。
3）業(yè)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(tōng)過調用GIS提供的服務，實現運行于局域或廣域網環境下(xià)的應用，而C/S模式則直接通(tōng)過調用組件(jiàn)來構建基于功能(néng)需求更複雜(zá)、性能(néng)要求更高(gāo)的應用，如二維标繪，三維展示等。
4 案例展示
為(wèi)應對快速城(chéng)市(shì)化進程中日益突出的公共安全問題，從(cóng)2006年(nián)起，昆山市(shì)政府啓動了突發公共事(shì)件(jiàn)應急平台建設項目，北(běi)京市(shì)辰安偉業(yè)科技(jì)有限公司負責了該項目的研發工(gōng)作。經過近2年(nián)的努力，目前昆山市(shì)應急平台已正式上(shàng)線運行。昆山市(shì)應急平台采用了美國(guó)ESRI公司的ArcGIS基礎軟件(jiàn)平台，許多(duō)應急業(yè)務功能(néng)都是在該軟件(jiàn)平台的基礎上(shàng)，通(tōng)過二次開(kāi)發技(jì)術(shù)實現的。
在昆山市(shì)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析和空間決策支持等複雜(zá)空間分析需求，而實現的基于桌面的應用。
針對昆山市(shì)典型突發事(shì)件(jiàn)特征，在昆山市(shì)應急平台上(shàng)實現了數十種突發事(shì)件(jiàn)預測分析模型，這些模型均基于GIS基礎平台開(kāi)發，GIS基礎平台為(wèi)這些模型提供空間數據輸入、空間數據處理分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功能(néng)，昆山市(shì)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(bào)告、突發事(shì)件(jiàn)信息的網上(shàng)适時發布等功能(néng)（圖 3）。便利了突發公共事(shì)件(jiàn)應急管理中地理相(xiàng)關信息的傳輸、交換與共享。

圖 3 昆山市(shì)應急平台上(shàng)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(dào)公衆生(shēng)命和财産安全、經濟發展、社會(huì)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析功能(néng), 使其能(néng)為(wèi)公共安全體系提供強大的技(jì)術(shù)支持, 對公共安全事(shì)業(yè)的發展有著(zhe)十分重要的意義。目前，各級政府、企事(shì)業(yè)單位等應急相(xiàng)關機(jī)構應急平台建設工(gōng)作開(kāi)展得如火如荼，GIS的諸多(duō)功能(néng)也逐漸得到(dào)發掘和應用。GIS在應急平台建設中取得初步成功的同時，也還(hái)存在許多(duō)需要解決的問題，主要體現在以下(xià)方面：
1）GIS強大分析功能(néng)的進一(yī)步深入挖掘。目前，雖然一(yī)些常用的空間分析功能(néng)在應急平台及應急相(xiàng)關系統建設中獲得了成功的應用，而許多(duō)複雜(zá)、高(gāo)級的分析功能(néng)，還(hái)沒有得到(dào)充分、有效的利用。
2）空間智能(néng)決策技(jì)術(shù)在應急平台的集成和應用。基于人工(gōng)智能(néng)的技(jì)術(shù)已經有深入的研究，但在應急領域還(hái)沒有得到(dào)充分利用。應急平台的科學性和智能(néng)化的提高(gāo)，還(hái)需要這些技(jì)術(shù)的強有力支持。
3）三維可視化和虛拟現實技(jì)術(shù)的應用。三維可視化和虛拟現實技(jì)術(shù)是GIS研究的前沿領域，目前在該領域已經取得了一(yī)些重要的成果，将這些新的技(jì)術(shù)應用于應急領域，必将進一(yī)步增加人類應對突發公共事(shì)件(jiàn)的能(néng)力。

上(shàng)一(yī)篇：沒有了

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