潘英英,李 東,曹世彭

（云南省測繪資料檔案館（云南省基礎(chǔ)地理信息中心），云南昆明 650034）

基于三維GIS地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

潘英英,李 東,曹世彭

（云南省測繪資料檔案館（云南省基礎(chǔ)地理信息中心），云南昆明 650034）

本文以skyline三維地理信息平臺(tái)為基礎(chǔ)，整合云南省基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、民政民生數(shù)據(jù)等各類信息資源，針對(duì)地災(zāi)應(yīng)急救援工作的突發(fā)性和緊迫性的要求，建立了云南省三維GIS地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮平臺(tái)。該平臺(tái)建設(shè)的主要目的是解決地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場應(yīng)急救援工作的盲目性和不確定性，是一個(gè)量級(jí)輕、攜帶方便、功能全、實(shí)用性好的三維GIS平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急救援線路的快速設(shè)計(jì)、應(yīng)急安置點(diǎn)規(guī)劃、災(zāi)害擴(kuò)散分析、水域淹沒分析、救援土石方量計(jì)算等三維分析功能，能較好地解決以往多次地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急救援實(shí)踐中的困難和問題，在應(yīng)急部署和實(shí)地救援工作中起著較大的作用和幫助。

三維GIS；地質(zhì)災(zāi)害；應(yīng)急救援

0 引言

云南省是自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的省份之一，不僅災(zāi)害種類多、分布廣，而且發(fā)生頻率高、損失嚴(yán)重，尤其是近幾年發(fā)生的盈江地震、彝良地震、鎮(zhèn)雄山體滑坡、迪慶香格里拉地震、魯?shù)榈卣?、景谷地震等自然?zāi)害中，地理信息應(yīng)急保障服務(wù)工作接受了一次次巨大考驗(yàn)，更加突出了應(yīng)急救災(zāi)測繪保障工作的重要性和迫切性。傳統(tǒng)的應(yīng)急工作存在應(yīng)急突發(fā)區(qū)域通訊障礙、應(yīng)急各部門對(duì)接不暢、相關(guān)應(yīng)急測算數(shù)據(jù)獲取不及時(shí)等問題（許兆軍等，2015；師帥一，2012；廖野翔等，2011），通過建立三維GIS地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮平臺(tái)，可將基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、各種專業(yè)數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等各種信息應(yīng)用三維虛擬可視化技術(shù)（冷小鵬等，2012），以數(shù)字化的形式進(jìn)行綜合集成管理，以動(dòng)態(tài)的、形象的、多視角的、多層次的方式展示和應(yīng)用，為政府應(yīng)急部門及時(shí)提供應(yīng)急區(qū)域真實(shí)的地形地貌三維可視化平臺(tái)，使各種專業(yè)數(shù)據(jù)在平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)用，是測繪部門在應(yīng)急保障服務(wù)中的重要基礎(chǔ)性工作。

1 平臺(tái)建設(shè)

1.1 建設(shè)思路

1.2 開發(fā)環(huán)境

為保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性，本系統(tǒng)為C/S架構(gòu)，應(yīng)用三維GIS技術(shù)，基于Microsoft的XML 語言，在Microsoft.net的服務(wù)平臺(tái)上，將地理信息系統(tǒng)的空間圖形與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)屬性數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，生成三維可視化的生動(dòng)表達(dá)形式的三維GIS地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮系統(tǒng)。

1.3 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

為了保證系統(tǒng)建設(shè)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)建設(shè)中所用的坐標(biāo)為：平面坐標(biāo)2000國家大地坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)為：1985國家高程基準(zhǔn)。

具體格式為：①DLG、DEM、DOM數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用2000國家大地坐標(biāo)系地理坐標(biāo)。②DLG數(shù)據(jù)采用SHP格式；對(duì)于矢量數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)GeoDatabase模型中的數(shù)據(jù)集（FeatureDataset）劃分為居民地、交通、水系等圖層，按點(diǎn)、線、面實(shí)體的特征分各縣存儲(chǔ)為129個(gè)區(qū)域。③DEM數(shù)據(jù)采用IMG格式。④DOM數(shù)據(jù)采用IMG格式。

1.4 系統(tǒng)架構(gòu)

從圖1可以看出，整個(gè)系統(tǒng)從邏輯上分為數(shù)據(jù)服務(wù)層、應(yīng)用平臺(tái)層、核心業(yè)務(wù)層和應(yīng)用表現(xiàn)層來組織。數(shù)據(jù)服務(wù)層包括各類元數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)表數(shù)據(jù)等，該層實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)訪問接口具有通用性的特點(diǎn)。核心業(yè)務(wù)層是實(shí)現(xiàn)整個(gè)應(yīng)用的基礎(chǔ)和框架，除提供方便的開發(fā)模式外，還提供基本的業(yè)務(wù)分析和空間數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用功能模塊，以大大提高應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率。應(yīng)用表現(xiàn)層是直接與用戶交互的系統(tǒng)功能層，根據(jù)用戶需求的不同構(gòu)建和開發(fā)不同的交互界面，充分展現(xiàn)三維系統(tǒng)的強(qiáng)大和直觀感受，應(yīng)用表現(xiàn)層的各應(yīng)用將主要根據(jù)需求內(nèi)容實(shí)現(xiàn)用戶界面設(shè)計(jì)和完成界面元素驅(qū)動(dòng)下層功能組件的邏輯。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 System architecture diagram

1.5 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性，采用SQLite數(shù)據(jù)庫，SQLite數(shù)據(jù)庫是一款輕型的數(shù)據(jù)庫，它占用資源非常的低，能夠支持Windows/Linux/Unix等主流的操作系統(tǒng)，同時(shí)能夠跟很多程序語言相結(jié)合。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)總體上分為兩大部分：基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)庫?；A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫包括：數(shù)字地面高程數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、系列比例尺矢量地圖數(shù)據(jù)、系列比例尺光柵數(shù)據(jù)、大比例尺規(guī)劃矢量地圖數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)庫包含避難場所數(shù)據(jù)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、救援物資、救援力量、專家?guī)?、擴(kuò)展分析與處理數(shù)據(jù)、應(yīng)急事件處理記錄等（余納新等，2013）。

2 主要功能

系統(tǒng)主要由7大模塊組成，即：基本工具模塊，查詢定位模塊，空間分析模塊，專題分析模塊，資源管理模塊，應(yīng)急救援模塊，氣象信息模塊。模塊間可相互調(diào)用，互相協(xié)作完成指定分析功能。

（1）基本工具

徐昭法，名枋，江南長洲人。父汧，為明少詹事，明亡，沉水死。昭法少舉于鄉(xiāng)，既遭變，遂遁跡山中。居靈巖之上沙，布衣草履，終身不入城市。時(shí)上靈巖，謁繼起禪師問佛法。家貧，往往絕糧，繼起饋之粟，受之。非繼其弗受也。湯文正為巡撫，屏騶從，訪之，不得見，徘徊嘆息而去。晚歲，志道益篤，宣城沈麟生詒之書，頌其志節(jié)之美，復(fù)書曰：“缊袍不恥，是道何臧？學(xué)問之幾，不舍一息。區(qū)區(qū)陳跡，猶然見詡，吾滋懼矣?！闭逊z，孤孫方幼，不克葬，故人戴冠自山陰來，賣字吳門，每紙得百錢。積二年，乃葬昭法于青芝山下。［4］卷一九《儒行述》，457

平臺(tái)的基本工具菜單欄主要包含基本瀏覽、選擇、量算等功能。量算包括水平距離、垂直距離、空間距離、面積等，實(shí)時(shí)顯示量算結(jié)果。

（2）查詢定位

查詢定位菜單欄主要包括經(jīng)緯度查詢、地名地址查詢、興趣點(diǎn)增刪等功能。

（3 ）空間分析

平臺(tái)的空間分析功能主要包括剖面分析、視域分析、通視分析。

剖面分析：能夠在重點(diǎn)區(qū)域，選取指定點(diǎn)進(jìn)行剖面分析，通過剖面分析可以對(duì)所在區(qū)域基本地形信息有所了解，有利于應(yīng)急指揮中心快速了解事件發(fā)生點(diǎn)或者周邊地形信息。

圖2 視域分析圖Fig.2 View analysis map

視域分析：了解某一點(diǎn)對(duì)周圍一定視野范圍內(nèi)的可視區(qū)域，綠色表示可視，紅色表示不可視（圖2）。

通視分析： 確定兩點(diǎn)之間是否通視，為復(fù)雜地形條件下設(shè)立觀察哨崗選址提供支持，或者可以評(píng)定當(dāng)前設(shè)置的崗哨是否符合要求。

（4）專題分析

針對(duì)災(zāi)害等應(yīng)急情況下的專題分析功能，可分析地震在空間的影響范圍、地震前后地形變化分析、水域的淹沒分析。

地震影像范圍分析：可分析地震點(diǎn)在三維空間中的影響范圍，快速了解地震的波及區(qū)域見圖3。

圖3 地震影響范圍分析圖Fig.3 Earthquake inf l uence scope analysis map

DEM對(duì)比分析：提取高程發(fā)生的變化情況，可根據(jù)預(yù)先設(shè)置的閾值方案進(jìn)行兩期DEM的對(duì)比，分析結(jié)果以不同高程值進(jìn)行配色區(qū)分，結(jié)合地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)，最終得到變化面積及具體變化高程值，一目了然的看到區(qū)域DEM的變化情況。

淹沒分析：分為靜態(tài)淹沒分析和動(dòng)態(tài)淹沒分析，輸入坐標(biāo)值、淹沒半徑、水面升速、時(shí)間等參數(shù)后可自動(dòng)模擬水位變化及對(duì)周邊影響范圍情況，并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前水位的高程、時(shí)間、高度及淹沒面積信息。便于快速了解當(dāng)水災(zāi)發(fā)生時(shí)，在一定時(shí)間下的水位變化情況。

（5）資源管理

資源管理主要包括對(duì)應(yīng)急救援資源、監(jiān)測站等信息進(jìn)行資源搜索和統(tǒng)計(jì)等，包括對(duì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的搜索和統(tǒng)計(jì)、重大歷史災(zāi)害查詢等；便于管理者快速應(yīng)急準(zhǔn)備，對(duì)曾經(jīng)發(fā)生過歷史重大災(zāi)害的區(qū)域要重點(diǎn)部署救援措施。

（6）應(yīng)急指揮

平臺(tái)的應(yīng)急指揮功能包括應(yīng)急標(biāo)注、周邊查詢、地圖出圖等。

應(yīng)急標(biāo)注：通過自由線、折線、多邊形、箭頭、模型等編輯、修改工具。在應(yīng)急救援指揮會(huì)商討論時(shí)，可以在系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)急需要在三維場景中規(guī)劃、設(shè)計(jì)、標(biāo)繪地物、符號(hào)以及3D模型來模擬真實(shí)的場景，快速的標(biāo)注應(yīng)急救援線路，直觀的示意應(yīng)急安置點(diǎn)以供應(yīng)急救援指揮時(shí)提供幫助，其效果見圖4。

圖4 應(yīng)急標(biāo)注圖Fig.4 Emergency marking map

周邊查詢：據(jù)應(yīng)急救援位置和確定的范圍可查詢周邊的地震監(jiān)測站、地震應(yīng)急避難場所和醫(yī)療機(jī)構(gòu)，并可以查詢相關(guān)的屬性信息。

地圖出圖：對(duì)于不同分辨率的地圖以及帶有應(yīng)急標(biāo)注的應(yīng)急救援指揮討論內(nèi)容，系統(tǒng)可以提供地圖出圖功能，將三維地形窗口的影像保存為bmp、jpg 等格式的圖片，便于打印、分析和分發(fā)。

（7）氣象信息

氣象信息模塊接入氣象數(shù)據(jù)，展現(xiàn)當(dāng)前最新氣象信息，同時(shí)可手動(dòng)聯(lián)網(wǎng)更新，接入氣象信息后的效果見圖5。

圖5 氣象信息圖Fig.5 Weather information map

3 結(jié)論

在當(dāng)今科研條件下，人類尚無法控制地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生也不能在災(zāi)害發(fā)生前進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，為了減輕災(zāi)害帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失，只有在災(zāi)害發(fā)生后的緊急救援過程中和應(yīng)急響應(yīng)方面采取高效的措施。經(jīng)驗(yàn)證明，通過對(duì)轄區(qū)范圍的地理環(huán)境的充分了解、對(duì)相關(guān)資源進(jìn)行有效快速的可視化管理、查詢、統(tǒng)計(jì)，并對(duì)相關(guān)，災(zāi)區(qū)進(jìn)行的準(zhǔn)確的快速評(píng)估就可以提高地震應(yīng)急救援的綜合能力，很大程度上可以減輕災(zāi)害對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)帶來的損失。

三維GIS應(yīng)急指揮平臺(tái)的建立，可大大提高應(yīng)急服務(wù)的響應(yīng)速度，提升應(yīng)急現(xiàn)場辦公能力，實(shí)時(shí)處理應(yīng)急現(xiàn)場第一手地理信息資料，解決了應(yīng)急突發(fā)區(qū)域通訊障礙，應(yīng)急各部門對(duì)接不暢、相關(guān)應(yīng)急測算數(shù)據(jù)獲取不及時(shí)等傳統(tǒng)應(yīng)急工作中存在的問題。為給各級(jí)應(yīng)急指揮部門的現(xiàn)場指揮調(diào)度，提供準(zhǔn)確直觀的空間參考的決策支持信息?；谌S平臺(tái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)查詢，國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展情況等統(tǒng)計(jì)功能可為應(yīng)急工作部署，災(zāi)后恢復(fù)重建等工作提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，也可在應(yīng)急服務(wù)之外，為政府管理者和決策者以及專業(yè)研究人員，進(jìn)行專業(yè)分析提供支持。

許兆軍，鄒蒲，賀秋華，2015. 湖南省突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害遙感應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建設(shè)[J]. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，26(1)：87-91.

余納新，韓傳峰，2013. 基于層次分析法的城市災(zāi)害應(yīng)急管理指標(biāo)分析[J]. 災(zāi)害學(xué)，28(3)：152-157.

師帥一，2012. 論測繪應(yīng)急保障體系的建立與完善[J]. 北京測繪，(3)：10-13.

冷小鵬，苗放，楊文暉，等，2012. 基于G/S模式的三維GIS監(jiān)測系統(tǒng)研究[J]. 廣西大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，37(2)：317-322.

廖野翔，占遼芳，彭穎霞，等，2011. 基于GIS的省級(jí)地質(zhì)災(zāi)害信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 測繪與空間地理信息，34(4)：147-152.

The Research and Implementation of Geological Disaster Emergency Command Platform Based on 3D GIS in Yunnan Province

PAN Yingying, LI Dong, CAO Shipeng

(Yunnan Provincial Archives of Surveying and Mapping (Yunnan Provincial Geomatics Center), Kunming, 650034)

In this paper, based on the Skyline 3D GIS platform, integrating the basic geographic data, geological disaster data, social economic data, civil affairs and other information resources in Yunnan Province, the “Geological Disaster Emergency Command Platform of Yunnan Province” was established. The platform was a 3D GIS platform with light weight, portability, full function and good practicability and the main purpose was to solve the blindness and uncertainty of the geological disaster site emergency rescue work . It can realize the rapid design of emergency rescue routes, emergency resettlement planning, disaster diffusion analysis, submerged analysis and rescue earthwork calculation . It can well solve the problems in the practice of emergency rescue in the past many geological disasters and has played an important role in the emergency deployment and fi eld rescue work.

3D GIS; Disaster; Emergency rescue

A

1007-1903（2017）03-0105-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.03.021

云南省2016年預(yù)防和處置地震災(zāi)害能力建設(shè)10項(xiàng)重點(diǎn)工程

潘英英（1987- ），女，碩士，工程師，主要研究三維地理信息的應(yīng)用以及地理大數(shù)據(jù)的挖掘與分析。E-mail：191269904@qq.com