WebGIS技術在景區(qū)生態(tài)預警系統(tǒng)的應用研究

胡伏湘

（長沙民政職業(yè)技術學院，湖南長沙 410004）

WebGIS技術在景區(qū)生態(tài)預警系統(tǒng)的應用研究

胡伏湘

（長沙民政職業(yè)技術學院，湖南長沙 410004）

從景區(qū)生態(tài)預警系統(tǒng)需求分析和建設目標入手，以軟件工程和生態(tài)學理論為依據(jù)，提出了景區(qū)預警系統(tǒng)的設計原則，規(guī)劃了體系結(jié)構(gòu)，運用WebGIS和空間數(shù)據(jù)庫技術，設計了景區(qū)生態(tài)預警系統(tǒng)的評估指標體系和功能模塊，較好地實現(xiàn)了景區(qū)生態(tài)信息的實時收集、警情調(diào)度、信息發(fā)布和網(wǎng)站輸出功能。

WebGIS；旅游景區(qū)；預警系統(tǒng)；生態(tài)；空間數(shù)據(jù)庫

旅游業(yè)素有“無煙產(chǎn)業(yè)”之美譽，隨著我國物質(zhì)生活水平的提高，旅游越來越成為人們休閑的重要方式［1］，景區(qū)數(shù)量和旅游人數(shù)直線上升，所產(chǎn)生的收入在GDP中所占比重逐年提高。但由于缺乏先進的管理手段，導致了一系列的問題，如不加限制的游客涌入而導致的擁擠踩踏、忽略天氣因素而導致的游客滯留、指示牌不明確而導致的游客迷路、垃圾未能及時清理而引發(fā)的生態(tài)環(huán)境破壞、食品中毒事件、森林火災等突發(fā)事情也時有發(fā)生［2-3］，建立景區(qū)生態(tài)預警系統(tǒng)已經(jīng)成為提升旅游品質(zhì)的當務之急。

1.景區(qū)生態(tài)預警系統(tǒng)需求分析

1.1 景區(qū)生態(tài)預警系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

預警是一個軍事術語，指用來對付突然襲擊的防范措施，是組織的一種信息反饋機制，后來逐步引申到現(xiàn)代政治、經(jīng)濟、技術、醫(yī)療、災變、生態(tài)、治安等自然和社會領域［4］。生態(tài)預警是預警技術在生態(tài)領域中的應用，用以對指定區(qū)域的生態(tài)狀況如水質(zhì)、環(huán)境、人群、氣象、土地、火災等指標進行監(jiān)控、警情調(diào)度和管理，常用的預警技術包括人工預警、生物預警［5］、機械預警和計算機預警。計算機預警系統(tǒng)集實時數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計、智能分析功能于一體，具有警情監(jiān)測、報警處理、調(diào)度出警、警情發(fā)布、統(tǒng)計匯總等功能。

在預警系統(tǒng)理論研究方面，不少專家學者進行了嘗試，沈紅心等探索了礦產(chǎn)資源開發(fā)預警系統(tǒng)［6］（2005），牛志毅設計了廣州市森林生態(tài)經(jīng)濟預警系統(tǒng)［7］（2006）、趙艷萍設計了農(nóng)田生態(tài)預警系統(tǒng)［8］（2007）、劉永強進行了新疆融雪洪水預警探討［9］（2007）、任運河設計了綠色農(nóng)業(yè)評價和預警指標體系［10］（2006）、李芬等對黃土丘陵區(qū)紙坊溝流域農(nóng)業(yè)生態(tài)安全進行了預警分析［11］（2008），這些成果為本研究提供了較好的借鑒方案，在景區(qū)生態(tài)預警系統(tǒng)方面的研究目前還很少。

1.2 景區(qū)生態(tài)預警系統(tǒng)建設目標

景區(qū)生態(tài)預警系統(tǒng)是對旅游景區(qū)的生態(tài)狀況進行實時監(jiān)測、預警和出警調(diào)度的計算機系統(tǒng)，其建設目標是：

（1）生態(tài)數(shù)據(jù)實時監(jiān)測：運用電子門票、PDA（個人數(shù)字助理）、3S（地理信息系統(tǒng)GIS、全球?qū)Ш较到y(tǒng)GPS、衛(wèi)星遙感RS）等手段即時收集景區(qū)游客數(shù)據(jù)及分布情況、水文氣象數(shù)據(jù)、環(huán)境狀況資料、突發(fā)性自然災害和森林火災信息，及時傳輸?shù)较到y(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

（2）歷史數(shù)據(jù)的錄入與統(tǒng)計：景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是一個以自然為主但人工干預影響明顯的復合生態(tài)系統(tǒng)，歷年的生態(tài)數(shù)據(jù)對分析景區(qū)容量、關鍵景點流量控制、監(jiān)控點布局都有重要參考價值。

（3）警情指示與報警：沒有警情出現(xiàn)時，系統(tǒng)能夠顯示景區(qū)各項生態(tài)指標的警級情況并用不同的顏色表示。當接收到報警信息時，根據(jù)記錄相關信息并進入警情調(diào)度程序。

（4）決策與調(diào)度：先根據(jù)警情確定警源，警情主要有兩類：一類是正常警情，如景區(qū)環(huán)境污染、連續(xù)低溫造成的路面結(jié)冰；另一類是突發(fā)警情，如火災、人員傷亡。然后根據(jù)警級或現(xiàn)場勘察制定出警方案，調(diào)度相關資源并通過責任人員，安排警力，排除警情。

（5）警情管理：這是預警系統(tǒng)最重要的功能，用于保存景區(qū)生態(tài)歷史資料，動態(tài)記錄當前報警和出警數(shù)據(jù)，及時管理警情處理結(jié)果，不斷完善數(shù)據(jù)庫，提供全方位信息查詢和報表輸出，為下一次警情處理提供參照。

（6）趨勢預測

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和近期狀態(tài)信息，利用統(tǒng)計分析模型、預測算法和專家知識庫，及時發(fā)布景區(qū)生態(tài)狀況通告，以圖表方式顯示趨勢走向，并提出相應的對策，為景區(qū)管理人員和游客提供優(yōu)化方案。

1.3 WebGIS技術在景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的應用情況

WebGIS是基于網(wǎng)絡平臺、客戶端應用軟件采用網(wǎng)絡協(xié)議、運用在Internet上的地理信息系統(tǒng)（GIS），通過互聯(lián)網(wǎng)對地理空間數(shù)據(jù)進行發(fā)布和應用，以實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享和互操作。WebGIS是利用Internet技術來擴展和完善GIS的一項新技術，其核心是在GIS中嵌入HTTP標準的應用體系，實現(xiàn)Internet環(huán)境下的空間信息管理和發(fā)布。WEBGIS可采用多主機、多數(shù)據(jù)庫進行分布式部署，通過Internet/Intranet實現(xiàn)互聯(lián)，是一種瀏覽器服務器（B/S）結(jié)構(gòu)，服務器端向客戶端提供信息和服務，瀏覽器（客戶端）具有獲得各種空間信息和應用的功能，它是以測繪測量和地理空間數(shù)據(jù)為基礎、以數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)儲存和使用的數(shù)據(jù)源、運用系統(tǒng)工程和信息科學的理論、科學管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)、以提供管理、決策所需信息、以軟件為平臺的全球空間即時分析技術。

景區(qū)生態(tài)預警系統(tǒng)既包括基礎，也包含大量的空間和地理位置信息，運用WebGIS技術監(jiān)控景區(qū)的生態(tài)現(xiàn)狀和突發(fā)事件，具有覆蓋面廣、信息報告準時、檢索方便等優(yōu)勢，應用于地質(zhì)勘探、數(shù)字城市建設、交通管理、園林景觀設計等方面取得了一些可喜成果［12,13］，應用于景區(qū)生態(tài)預警無疑是一種理想的方案。

2.系統(tǒng)設計

2.1 設計原則

設計基于GIS的景區(qū)預警系統(tǒng)需要遵循以下原則：

（1）系統(tǒng)性原則：系統(tǒng)由監(jiān)控設備、計算機及網(wǎng)絡、通信設備、預警處理設備、軟件和專業(yè)人員構(gòu)成，既能夠進行歷史數(shù)據(jù)的分析，也能夠進行應急事件的處理，各組成部分需要圍繞共同的目標來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

（2）規(guī)范化原則：預警監(jiān)測是一項長期性的工作，所獲取的數(shù)據(jù)和資料無論在時間上還是空間上都應具有可比性，所采用的指標，其內(nèi)容和方法等必須做到統(tǒng)一規(guī)范，盡可能采用可比性強的指標，以呈現(xiàn)狀態(tài)走向。

（3）現(xiàn)實性原則：預警系統(tǒng)一方面需要硬件和軟件的投資，另一方面需要在景區(qū)布置盡可能少的監(jiān)控點，使有線和無線監(jiān)控的覆蓋范圍達到100%，更重要的是管理成本的投入，如RFID（Radio Frequency Identification-射頻識別）電子門票，需要優(yōu)化設計方案，用盡可能少的投入實現(xiàn)盡可能完善的功能。

（4）可操作原則：系統(tǒng)數(shù)據(jù)有三個來源：歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)和輸入數(shù)據(jù)。無論哪種數(shù)據(jù)都應該明確無誤，處理及輸出均可以在系統(tǒng)操作完成。

2.2 警級設計

根據(jù)景區(qū)生態(tài)狀況，假定將生態(tài)最佳狀態(tài)定義為10，可以將警級設為五個等級［14］：分別用黑、紅、黃、藍、綠5種指示燈表示，如表1所示：

表1 生態(tài)預警警級

2.3 指標體系和數(shù)據(jù)表設計

構(gòu)建合理的評價指標體系是系統(tǒng)設計的前提和基礎，指標的科學性直接影響評價結(jié)果是否符合實際情況。按照主導性、全面性和獨立性原則，根據(jù)PSR（壓力-狀態(tài)-響應）模型和AHP（層次分析）法，構(gòu)建預警評價指標體系［15］，數(shù)據(jù)庫中預警分類表如表2所示：

表2 數(shù)據(jù)庫表的設計

在設計表時，還應該根據(jù)預警各類型再進一步設計相應的子表，子表中每個字段要求能夠數(shù)值化，便于從系統(tǒng)采集端接收數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)庫，運用公式算出結(jié)果，供進一步查詢或統(tǒng)計輸出。

3.系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的建立

系統(tǒng)采用B/S網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，分為兩部分：一是外圍網(wǎng)絡，從景區(qū)系統(tǒng)外部接收到的信息經(jīng)過防火墻和路由器后進入數(shù)據(jù)庫進行處理，并利用Internet和網(wǎng)站平臺對外發(fā)布；二是內(nèi)部網(wǎng)絡，從各監(jiān)測點獲得的數(shù)據(jù)以及景區(qū)各管理部門之間數(shù)據(jù)直接利用光纜或雙絞線傳送，速度快。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可以分為四個層次：輸出層、應用層、數(shù)據(jù)管理層和接口層。輸出層用于將運算結(jié)果向景區(qū)內(nèi)部和外部輸出，應用層包括監(jiān)控、分析、預測和報警等模塊，實現(xiàn)功能的應用，數(shù)據(jù)管理層用于保存各個功能模塊所需要的數(shù)據(jù)并發(fā)送到中心數(shù)據(jù)庫，接口層用于從景區(qū)外部接收信息，直接送往中心數(shù)據(jù)庫。

3.2 數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫是預警系統(tǒng)的重要組成部分，負責保存歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)控數(shù)據(jù)和臨時數(shù)據(jù)，也是預警分析和信息輸出的依據(jù)。常用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有MSSQLServer、Oracle、DB2、Sybase等，它們各有優(yōu)勢。預警系統(tǒng)在選擇數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時必須符合兩個原則：一是功能強大，既能保存普通數(shù)字化數(shù)據(jù)，同時也能保存地形地圖等空間數(shù)據(jù)，另一個是性能好，即查詢速度要快，因為預警系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量極大，實時性強，數(shù)據(jù)庫往往會成為系統(tǒng)瓶頸之一。基于以上兩點原因，最好采用Oracle大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)［16,17］，其記錄儲存量大，支持空間數(shù)據(jù)庫，檢索速度快，管理方便，與開發(fā)平臺兼容性好，是預警系統(tǒng)的理想選擇。

數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的基本方法是：利用GIS將所得到的地理位置、地圖、區(qū)域等空間數(shù)據(jù)經(jīng)過預處理規(guī)范化后保存Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)庫中，并與監(jiān)控得到的動態(tài)信息、歷史數(shù)據(jù)一道傳送給DBMS中心數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過處理形成顯示、發(fā)布、預警和報警所需要的圖表信息，傳遞給相關部門和管理人員。如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

3.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)實現(xiàn)

系統(tǒng)分為六個功能模塊：系統(tǒng)管理模塊、信息采集模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊、輸出查詢模塊、報警處理模塊、決策分析模塊。

系統(tǒng)管理模塊用于設置系統(tǒng)參數(shù)、輸入基礎數(shù)據(jù)、用戶管理、個性化方案定義等內(nèi)容，是系統(tǒng)應用的基礎性工作。

信息采集模塊用于建立歷史數(shù)據(jù)和收集實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，氣候、水文、交通、環(huán)境保護、排污處理等歷史數(shù)據(jù)通過操作員從終端錄入，而通過電子門票、手持終端、現(xiàn)場監(jiān)測設備所獲得的數(shù)據(jù)直接進入數(shù)據(jù)庫，通過GIS、GPS等收集的屬性數(shù)據(jù)先經(jīng)空間數(shù)據(jù)庫Oracle Spatial處理后才傳遞給景區(qū)數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)監(jiān)控模塊用于景區(qū)內(nèi)各種設施的運行狀況、游客分布情況及特殊人群的位置、交通流量、環(huán)境狀況，以無線或者有線的方式將信息發(fā)送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，為人員分流、交通疏導、應急處理提供依據(jù)。

輸出查詢模塊用于發(fā)布信息、顯示景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)。系統(tǒng)調(diào)用有關算法將運行結(jié)果以新聞、消息的形式發(fā)布在網(wǎng)絡上，也可以用圖形或者報表的方式供景區(qū)各管理部門查詢顯示，打印輸出。

報警處理模塊一方面能夠接收緊急報警信息并進行調(diào)度處理，另一方面，能夠?qū)皡^(qū)當前生態(tài)系統(tǒng)狀況進行評價，將運算結(jié)果按照警級顯示相應的顏色，一旦達到出警要求，則產(chǎn)生警情記錄輸出給相關責任人員。

決策分析模塊是系統(tǒng)中最難實現(xiàn)的功能，需要利用專家系統(tǒng)和知識庫，添加統(tǒng)計預測模型，將歷史數(shù)據(jù)進行分析，得出景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的趨勢預測走向圖表，為景區(qū)規(guī)劃設計提供決策科學的依據(jù)。

4.結(jié)語

基于WebGIS的旅游景區(qū)生態(tài)預警系統(tǒng)綜合運用了軟件工程、生態(tài)學、GIS、預警學的相關理論，可為景區(qū)管理者和游客提供生態(tài)狀況的有關信息，具有動態(tài)顯示、應急報警和出警調(diào)度等功能。將WebGIS技術和軟件技術引入到景區(qū)生態(tài)預警領域，能夠促進旅游景區(qū)管理的科學化和規(guī)范化。但構(gòu)建景區(qū)生態(tài)預警系統(tǒng)需要良好的預測模型、評價算法以及規(guī)則庫，而這些尚不十分成熟，需要不斷完善，這也是本研究的主要努力方向。

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TP315

B

1671-5136（2011） 04-0116-04

2011-12-06

湖南省科技計劃項目（2010GK3063）資助。

胡伏湘（1967-），男，湖南沅江人，長沙民政職業(yè)技術學院軟件學院教授、研究員、博士研究生。研究方向：信息工程、生態(tài)信息系統(tǒng)。