基于 ArcGIS Server的城市公共安全預(yù)警研究

孫 穎,張新長,阮 明,黃全義,康停軍

(1.中山大學(xué)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(xué)院,廣東廣州 510510; 3.南寧市勘測院,廣西南寧 530001;4.清華大學(xué)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(yù)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(xué)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(xué)院,廣東廣州 510510; 3.南寧市勘測院,廣西南寧 530001;4.清華大學(xué)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(yù)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(yù)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(yù)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(biāo)”。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(yù)警系統(tǒng),以及時、準(zhǔn)確地發(fā)布城市公共安全預(yù)警及信息。目前,預(yù)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(wù)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(yù)警系統(tǒng)的作用。因此,B/S結(jié)構(gòu)的預(yù)警系統(tǒng)將成為城市公共安全預(yù)警的一個重要發(fā)展趨勢。本文以大型服務(wù)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(yù)警系統(tǒng)。

二、城市公共安全預(yù)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(yù)警系統(tǒng)是以相關(guān)的預(yù)警科學(xué)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(yù)警系統(tǒng)。預(yù)警系統(tǒng)要服務(wù)于城市公共安全的預(yù)警及應(yīng)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(yù)測預(yù)警和輔助決策指揮。因此,通過網(wǎng)絡(luò)對公安消防、衛(wèi)生環(huán)保等政府各職能部門及城市應(yīng)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(yīng)急辦為中心,其他部門輔助進行應(yīng)急響應(yīng),與已有預(yù)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(yīng)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(yù)警信息。決策指揮用戶 (一般由政府、應(yīng)急辦領(lǐng)導(dǎo)、專家小組、各職能部門等組成)負(fù)責(zé)事件的調(diào)查評估和決策處理。廣大市民則可通過地圖導(dǎo)向、預(yù)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(luò)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(yù)警系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)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(wù)層相對獨立,提高了業(yè)務(wù)層的可復(fù)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(wù)處理。

業(yè)務(wù)層,包括Web服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器,負(fù)責(zé)邏輯業(yè)務(wù)處理。應(yīng)用服務(wù)器采用 ArcGIS Server,負(fù)責(zé)處理所有 GIS業(yè)務(wù),可以快速定制和發(fā)布WebGIS服務(wù),如地圖的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、各種空間分析等[5-6];Web服務(wù)器采用 IIS5.1,負(fù)責(zé)處理非 GIS業(yè)務(wù),如預(yù)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(wù)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(yù)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(yù)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(biāo)等。

4)模型庫,包括各種工程化模型,為輔助決策提供科學(xué)依據(jù)。城市公共安全預(yù)警中,對事故或災(zāi)害進行預(yù)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(zāi)淹沒預(yù)測模型、水污染預(yù)測模型、地震災(zāi)害危險性分析模型、火災(zāi)危險性分析模型、危險化學(xué)品泄漏危險性分析模型等。隨著研究的深入,預(yù)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(dǎo)向、事件監(jiān)控、預(yù)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(dǎo)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(dǎo)航。

事件監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)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(yù)測預(yù)警和高效處置的能力。

預(yù)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(yù)測與快速預(yù)警。包括預(yù)警模擬和信息發(fā)布：①預(yù)警模擬有兩方面的應(yīng)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(yù)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(xùn)。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(biāo),從而為決策指揮人員提供決策依據(jù)。②信息發(fā)布負(fù)責(zé)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(yīng)急體系中上下級應(yīng)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(yù)警信息和應(yīng)急指揮信息等。

決策指揮承載應(yīng)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(biāo)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(yīng)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(yīng)急人員。

數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)管理模塊負(fù)責(zé)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(wù)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(yù)警的流程為：接收事件的影響因子參數(shù),初步確定預(yù)警等級,通過預(yù)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(zāi)范圍與決策部署;根據(jù)查詢統(tǒng)計的受災(zāi)情況,進行救援部署、物資調(diào)度及預(yù)警等級和信息發(fā)布。業(yè)務(wù)流程如圖 3所示。

三、應(yīng)用實例

將本系統(tǒng)應(yīng)用在日常演練中,假定某種環(huán)境下的危化品泄漏事故發(fā)生,應(yīng)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是基于該危化品泄漏模型,利用預(yù)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(yīng)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(wù)流程

圖 4 城市公共安全預(yù)警系統(tǒng)首頁

圖5 事故發(fā)生地點定位

圖6 某危化品泄漏模型的可視化

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(yù)警的意義和價值是不言而喻的,本文以大型服務(wù)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(yù)警系統(tǒng)。將事故和災(zāi)害的定量模擬應(yīng)用于系統(tǒng)中,以達到及時預(yù)警和信息發(fā)布的目的,避免了應(yīng)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(yīng)急響應(yīng)的速度,對提高城市防災(zāi)預(yù)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(yù)警模型的完善和更新以及多學(xué)科技術(shù)融合則成為下一步研究的重點。

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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(xué)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(xué)與研究。