孫 穎,張新長,阮 明,黃全義,康停軍

(1.中山大學遙感與地理信息系統(tǒng)系,廣東廣州 510275;2.廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院,廣東廣州 510510; 3.南寧市勘測院,廣西南寧 530001;4.清華大學公共安全研究中心工程物理系,北京 100084)

基于 ArcGIS Server的城市公共安全預警研究

孫 穎1,2,張新長1,阮 明3,黃全義4,康停軍1

(1.中山大學遙感與地理信息系統(tǒng)系,廣東廣州 510275;2.廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院,廣東廣州 510510; 3.南寧市勘測院,廣西南寧 530001;4.清華大學公共安全研究中心工程物理系,北京 100084)

城市公共安全是影響人類生存、生活的重要因素,建立一套行之有效的綜合性的預警體系具有重要意義。以ArcGIS Server平臺為基礎(chǔ),將WebGIS融合于城市公共安全中,設(shè)計出B/S模式的城市公共安全預警系統(tǒng),并介紹系統(tǒng)的特色功能,最后展示系統(tǒng)的運行效果和努力方向。

城市公共安全;預警;ArcGIS Server;WebGIS

一、引 言

道薩迪亞斯(C.A.Doxiadis)指出：“一個城市必須在保證自由、安全的條件下,為每個人提供最好的發(fā)展機會,這是人類城市的一個目標”。隨著城市規(guī)模的增大和功能的增強,人口和各種工業(yè)危險源越來越集中在城市。城市中突發(fā)公共事件的隱患越來越大,造成的危害之大、損失之巨令人觸目驚心[1-3]。鑒于城市公共安全的緊迫性,國內(nèi)外已陸續(xù)建立起城市公共安全預警系統(tǒng),以及時、準確地發(fā)布城市公共安全預警及信息。目前,預警系統(tǒng)主要是 C/S(Client/Server)結(jié)構(gòu),但隨著 Internet技術(shù)的發(fā)展,其局限性開始不斷表現(xiàn)出來。相對于C/S來講,B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)的操作模式不需要在客戶端安裝大量的專業(yè)軟件,用戶操作更加簡單,維護和升級只需在服務器端進行,更重要的是可以面向廣泛的大眾用戶,以更大程度地發(fā)揮該預警系統(tǒng)的作用。因此,B/S結(jié)構(gòu)的預警系統(tǒng)將成為城市公共安全預警的一個重要發(fā)展趨勢。本文以大型服務器端 GIS軟件 ArcGIS Server為平臺,開發(fā)了B/S模式的城市公共安全預警系統(tǒng)。

二、城市公共安全預警系統(tǒng)設(shè)計

1.系統(tǒng)概述

(1)系統(tǒng)需求分析

城市公共安全預警系統(tǒng)是以相關(guān)的預警科學為核心,以信息、通信技術(shù)為支撐,軟硬件相結(jié)合的突發(fā)公共事件預警系統(tǒng)。預警系統(tǒng)要服務于城市公共安全的預警及應急救援,為日常消防演練提供便捷平臺,并能在事件突發(fā)時及時預測預警和輔助決策指揮。因此,通過網(wǎng)絡對公安消防、衛(wèi)生環(huán)保等政府各職能部門及城市應急辦的孤立資源進行整合[4],就顯得尤其重要。本系統(tǒng)根據(jù)需求將以應急辦為中心,其他部門輔助進行應急響應,與已有預警平臺不同之處在于作為城市主人的廣大市民也將參與進來。系統(tǒng)中,日常值班用戶 (一般為城市應急辦的職員)進行事件的接警、登記和上報,同時對事件實時監(jiān)控并發(fā)布相關(guān)預警信息。決策指揮用戶 (一般由政府、應急辦領(lǐng)導、專家小組、各職能部門等組成)負責事件的調(diào)查評估和決策處理。廣大市民則可通過地圖導向、預警發(fā)布和查詢統(tǒng)計了解城市安全信息,并可以進行突發(fā)事件的網(wǎng)絡及電話報警。

(2)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

城市公共安全預警系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)層、業(yè)務層和表現(xiàn)層三層體系結(jié)構(gòu) (如圖 1所示)。相比傳統(tǒng)的兩層結(jié)構(gòu),其最大特征是業(yè)務層相對獨立,提高了業(yè)務層的可復用性。

數(shù)據(jù)層,由空間數(shù)據(jù)庫和非空間數(shù)據(jù)庫組成,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取與存儲操作及事務處理。

業(yè)務層,包括Web服務器和應用服務器,負責邏輯業(yè)務處理。應用服務器采用 ArcGIS Server,負責處理所有 GIS業(yè)務,可以快速定制和發(fā)布WebGIS服務,如地圖的網(wǎng)絡發(fā)布、各種空間分析等[5-6];Web服務器采用 IIS5.1,負責處理非 GIS業(yè)務,如預警接報、非空間信息查詢統(tǒng)計等。

表現(xiàn)層,即為用戶界面,主要接收用戶輸入的各種信息,向業(yè)務層發(fā)送處理請求,并將處理結(jié)果返回用戶。

圖 1 城市公共安全預警系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2.數(shù)據(jù)庫設(shè)計

城市公共安全預警系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)庫軟件采用Oracle 9i存放空間地理數(shù)據(jù)和其他各類數(shù)據(jù),通過ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎對其進行訪問。系統(tǒng)中共包括四類空間數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)字典兩類獨立表。

1)城市基本信息庫,包括行政區(qū)劃、地理位置、地形地質(zhì)特征、人口經(jīng)濟狀況、道路交通狀況、氣象水文狀況等。

2)基礎(chǔ)地理信息庫,主要包括 1∶10 000、1∶5 000、 1∶2 000三種比例尺的城市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、地名地址信息、路網(wǎng)地理信息、地下管網(wǎng)信息、土地房屋地理信息等。主要數(shù)據(jù)類型包括各種比例尺的數(shù)字線劃圖(DLG)、數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字正射影像(DOM),各類型數(shù)據(jù)疊加將使地圖數(shù)據(jù)更加直觀和逼真。另外該子庫還使用 1∶1 000和 1∶500的大比例尺地形圖作為不同尺度的背景地圖,以最大限度地反映實地情況。

3)公共安全信息庫,該子庫主要包括與安全密切相關(guān)的地理及屬性數(shù)據(jù),主要分為重大危險源、救援力量、數(shù)據(jù)監(jiān)測站、防護目標等。

4)模型庫,包括各種工程化模型,為輔助決策提供科學依據(jù)。城市公共安全預警中,對事故或災害進行預測的一種方法就是建立模擬事故發(fā)生發(fā)展的模型,這些模型亦可為后續(xù)同類事故的發(fā)生提供參考或依據(jù)。主要有水災淹沒預測模型、水污染預測模型、地震災害危險性分析模型、火災危險性分析模型、危險化學品泄漏危險性分析模型等。隨著研究的深入,預警模型將不斷更新。

5)系統(tǒng)管理表,主要記錄授權(quán)用戶和用戶使用日志。

6)數(shù)據(jù)字典,即元數(shù)據(jù),是對上述各類數(shù)據(jù)的描述,包括數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。

3.系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計

系統(tǒng)具備地圖導向、事件監(jiān)控、預警發(fā)布、決策指揮、查詢統(tǒng)計、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理等功能(見圖 2)。

圖2 系統(tǒng)各功能模塊

地圖導向模塊主要是對地圖進行視圖操作,控制圖層的可見和鷹眼導航。

事件監(jiān)控模塊負責事件的接警、上報,監(jiān)控信息的實時獲取,支持全方位無障礙危險源探測監(jiān)測與精確定位,其數(shù)據(jù)主要來源于城市布控的探測監(jiān)測系統(tǒng)和其他輔助監(jiān)測手段。包括接警、事件登記、信息上報和事件跟蹤。突發(fā)事件通常持續(xù)時間長,信息反饋頻繁,事件跟蹤通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集,解決絕大部分現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)和圖像的需求問題,為指揮人員提供最新的事件發(fā)展動態(tài),以提高系統(tǒng)對突發(fā)公共事件的監(jiān)測監(jiān)控、預測預警和高效處置的能力。

預警發(fā)布為本系統(tǒng)的重要特色功能,可以提供多尺度動態(tài)預測與快速預警。包括預警模擬和信息發(fā)布：①預警模擬有兩方面的應用,充分體現(xiàn)系統(tǒng)平戰(zhàn)結(jié)合的特點。一方面是在平時,通過假設(shè)某事件發(fā)生的可能環(huán)境,借助預警模型,運用模擬計算分析突發(fā)事件可能的影響區(qū)域、人員等,并在地圖上模擬事件發(fā)展。該功能主要用于平時的演練培訓。另一方面是在事發(fā)時,系統(tǒng)通過現(xiàn)場實際獲得的各種環(huán)境參數(shù),利用模型進行實時快速計算,在地圖上動態(tài)模擬事件發(fā)展,并通過強大的空間分析功能和地理統(tǒng)計功能分析突發(fā)事件可能會影響的區(qū)域、人員等指標,從而為決策指揮人員提供決策依據(jù)。②信息發(fā)布負責公共安全信息的發(fā)布,其數(shù)據(jù)來源主要是接警個人報告,國家應急體系中上下級應急系統(tǒng)和相關(guān)部門的報告。數(shù)據(jù)內(nèi)容主要有公共安全信息、突發(fā)預警信息和應急指揮信息等。

決策指揮承載應急決策指揮數(shù)據(jù)指令的下達和上傳,實行分級式?jīng)Q策指揮是系統(tǒng)的目標所在。系統(tǒng)通過基于危險性的分析,提供優(yōu)化決策與救援處置方案。各級協(xié)同指揮,合理地救援組織和調(diào)度配置人員物資,并可制作救援專題圖對事件進行評估及總結(jié)。

查詢統(tǒng)計模塊的功能為空間查詢、非空間信息查詢、統(tǒng)計分析,可方便快捷地在大量數(shù)據(jù)里查找到應急指揮所需的信息,并對雜亂無章的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,以圖表的方式展現(xiàn)給應急人員。

數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)管理模塊負責基本數(shù)據(jù)的安全、管理和維護,以及系統(tǒng)自身的管理維護。

4.系統(tǒng)業(yè)務流程

城市公共安全突發(fā)事件眾多、特點各異,本系統(tǒng)遵循“流程相同、模型各異”的原則,預警的流程為：接收事件的影響因子參數(shù),初步確定預警等級,通過預警模擬獲取影響范圍,在此基礎(chǔ)上開展事故的決策指揮工作,同時根據(jù)事件監(jiān)控的信息實時更新受災范圍與決策部署;根據(jù)查詢統(tǒng)計的受災情況,進行救援部署、物資調(diào)度及預警等級和信息發(fā)布。業(yè)務流程如圖 3所示。

三、應用實例

將本系統(tǒng)應用在日常演練中,假定某種環(huán)境下的?；沸孤┦鹿拾l(fā)生,應用結(jié)果如圖 4～圖 7所示。其中,圖 4為值班人員登錄系統(tǒng)后的主頁;圖 5為接到事故報警后,進行定位并居中顯示事發(fā)地點;圖 6是基于該?；沸孤┠Ｐ?利用預警模擬功能進行動態(tài)模擬的效果;圖 7則為統(tǒng)計得出的事故波及區(qū)域中的受影響單位和人數(shù)。實踐表明,系統(tǒng)很好地滿足了多尺度、多元異構(gòu)海量空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)的管理以及城市應急和消防部門的需求。同時,系統(tǒng)使用的分框架模式和Ajax技術(shù),使得局部頁面的更新不會使整個頁面一起刷新,達到了與C/S架構(gòu)一樣的視覺效果。

圖3 系統(tǒng)業(yè)務流程

圖 4 城市公共安全預警系統(tǒng)首頁

圖5 事故發(fā)生地點定位

圖6 某?；沸孤┠Ｐ偷目梢暬?/p>

圖 7 事故波及區(qū)域中的單位及人員統(tǒng)計

四、結(jié)束語

我國作為一個世界大國,城市公共安全預警的意義和價值是不言而喻的,本文以大型服務器端 GIS軟件ArcGIS Server為平臺,開發(fā)了B/S結(jié)構(gòu)的城市公共安全預警系統(tǒng)。將事故和災害的定量模擬應用于系統(tǒng)中,以達到及時預警和信息發(fā)布的目的,避免了應急的盲目性,使得決策指揮更加具有合理性和針對性。實踐證明,該系統(tǒng)在某市的消防演練中大大提高了應急響應的速度,對提高城市防災預警等城市救援能力,保障人民生命和財產(chǎn)安全起到了十分積極的作用。城市公共安全涉及范圍大領(lǐng)域廣,預警模型的完善和更新以及多學科技術(shù)融合則成為下一步研究的重點。

[1] 董曉峰,王莉,游志遠,等.城市公共安全研究綜述[J].城市問題,2007(11)：71-72.

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[3] 孫弘宇,關(guān)賢軍.構(gòu)建城市公共安全體系[J],工業(yè)建筑,2006,36(Z1)：157-158.

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The Study of EarlyWarning for Urban Public Security Based on ArcGIS Server

SUN Ying,ZHANG Xinchang,RUAN Ming,HUANGQuanyi,KANG Tingjun

0494-0911(2010)08-0047-04

P208

B

2010-03-30

國家自然科學基金資助項目(40971216)

孫 穎(1983—),女,山東臨沂人,博士生,主要從事地理信息系統(tǒng)的教學與研究。