地圖及位置服務在地質災害管理中的應用研究

陳米思

地圖及位置服務在地質災害管理中的應用研究

陳米思

福建省基礎地理信息中心

福建省地質災害預警信息系統是一個基于“天地圖”在線地圖服務的地質災害預警平臺，該文結合該項目的開展，總結了地圖服務及位置服務在地質災害預警管理中的應用方式，提出了地圖及位置服務在地質災害管理中以及相關領域中的應用思路。

地圖服務 天地圖 位置服務 地質災害

0 引言

福建省由于受到多山、多臺風等復雜自然因素的影響，全省地質災害分布點多面廣[1]。我省出臺了《福建省“十二五”防災減災專項規劃》，規劃要求，持續開展縣（市、區）地質災害調查，查清地質災害隱患情況，進一步評估地質災害易發區成災風險，修編省、市、縣地質災害防治規劃；不斷完善村（居）汛期地質災害防御和群眾轉移預案，強化基層地質災害應急能力建設，建成規模適度、裝備齊全、訓練有素的地質災害專業技術支撐隊伍；進一步完善地質災害綜合管理信息與預警預報系統，推進省、市、縣、鄉四級地質災害防治管理數據集成，形成“一張圖、一體化”[2]。

目前，傳統的地質災害監測方法明顯存在著不足：一是數據采集主要由人工完成，周期長，需要人員多，上報發布慢；二是數據采集沒有基于一個完整權威的地理信息數據，每次采集還需重新測圖；三是沒有將各種監測方法的數據采集、傳輸、處理與分析組成一個完整的系統[3]。因此,常規監測方法無法對地質災害實施連續、實時、動態的監測,不能滿足自動化的要求。而地理信息服務、衛星定位技術、移動通信技術、互聯網等技術的發展為地質災害信息的管理提供了一條新的解決途徑。因此，我們可以充分利用這些新技術實現災情數據的快速采集、傳輸和管理，為各級領導和專家提供遠程會商、應急指揮和決策支持等信息服務[4-5]。

福建省地質災害預警與管理信息系統是基于“天地圖”的在線地圖服務，為福建省國土資源廳提供基于位置服務的地質災害信息采集、預警、監控、統計和發布的地質災害應急管理平臺。

1 地圖及位置服務概述

在福建省地質災害預警信息系統建設中，地圖和位置服務是地質災害管理的地理空間基礎，地圖和位置服務解決了地質災害點在采集和監控過程中空間分布管理的問題，是地質災害數據形成“一張圖、一體化”的數據和技術基礎。

1.1 在線地圖服務

為了解決Web地圖服務互操作的困難，實現互操作接口機制的開放性和標準性，作為全球最主要的地理信息互操作規范的制訂者和提倡者，OGC開發了一系列基于公共接口、編碼和模式的Web地圖方法。如基于Web地圖服務的互操作規范WMS，基于Web要素服務的互操作規范WFS，基于Web層服務的互操作規范WCS等。

“天地圖”是我國測繪部門提供地理信息公共服務的主要運行形態與手段， “天地圖”基于OGC標準集成了多種類多尺度的基礎地理信息資源。“天地圖·福建”是“天地圖”在福建的省級節點。“天地圖·福建”提供了地圖數據服務和地圖功能服務。數據提供了滿足OGC標準的WMS服務、WMTS服務、WFS服務和WFS-G服務等數據，所有的服務都采用GCS-2000的地心坐標系。其中WFS服務、WMS服務主要涉及道路、水系等要素類型，WFS-G服務為全省的地名地址服務，WMTS服務提供矢量、影像和暈渲三種類型的服務。地圖功能服務都以Web Service方式發布提供。在本系統中，“天地圖·福建”為災點采集子系統、災害監控子系統提供了矢量和影像電子地圖瓦片服務。以上服務的內容通過地圖API可以直接調用。

1.2 位置服務

位置服務 (Location Based Service，LBS)是建立在定位基礎上的服務。LBS 是衛星導航技術、GIS 技術和無線通信網絡技術等相集成的產物, 它實現了互聯網與各類定位終端之間點對點、端對端的互動應用, LBS定義了未來地理空間信息(含定位信息) 移動服務的藍圖, 即當用戶與現實世界的一個模型交互時, 在不同時間、不同地點, 這個模型會動態地向不同用戶提供不同的基于位置的信息服務[6-7]。

位置服務中心負責災點采集子系統的移動終端與地災監控子系統之間通訊，解析移動終端發出的信息并支持監控子系統管理移動終端設備。位置服務中心由信息通訊、數據管理、運維管理等模塊構成。其中，信息通訊模塊，實現通訊報文接收、解析、分發等工作；數據管理模塊，實現海量、高并發定位數據的存儲管理，并提供快速查詢檢索等功能；運維管理模塊，實現用戶和終端注冊、審核以及移動終端系統的運行許可，為“位置服務中心”的擴展應用提供統一的運行維護接口[8]，如圖1所示。

圖1 位置服務邏輯結構圖

2 系統總體架構

福建省地質災害預警信息系統融合了包括GIS、Flex、Web2.0技術、數據庫技術等多種技術，構建三層結構SOA應用模式。系統分為三個層次：數據層、服務層、應用層。邏輯上包括災點采集子系統和地災監控子系統，如圖2所示。

數據層：包含災害專題數據和基礎地理數據。災害專題數據具體包含：災害點數據、群測群防數據、其他專題數據；基礎地理數據具體包含：電子地圖數據、實體數據等。其中災害點數據由位置服務中心解析存儲，電子地圖數據和實體數據由天地圖·福建以服務方式在線提供。

服務層：包含位置服務以及“天地圖”在線地圖服務。位置服務負責將災點采集子系統數據接收、解析，并向地災監控系統轉發；在線地圖服務提供符合OGC標準的矢量電子地圖、影像電子地圖和地圖操作分析等功能服務。

應用層：包括災點采集子系統和地災監控子系統。災點采集子系統通過GPS或手機基站采集位置信息，根據實地調查情況采集屬性和其它附屬信息，通過無線或有線網絡將數據傳輸到位置服務中心，解析后轉發至地災監控子系統。地災監控子系統的數據庫服務器和應用服務器對數據進行存儲、處理、查詢和分析等（如圖2所示）。

圖2 系統架構圖

3 系統設計實現

系統功能的實現過程主要體現在服務層和應用層之間的交互。從服務層的角度出發，問題集中體現在如何將地理信息和位置信息進行發布從而為應用服務。從應用層的角度出發，問題集中在如何降低系統建設成本，以最小的代價和最便捷的方式獲取可利用的地理信息資源。

福建省地質災害預警與管理信息系統主要由四個部分組成：災點采集子系統、地災監控子系統、位置服務中心、“天地圖·福建”地理信息服務平臺。

災點采集子系統:采集地質災害點位置和屬性信息，并通過GPRS或3G網絡經位置服務中心解析后發往地災監控子系統。

地災監控子系統:對災情進行存儲、分析、管理、生成預警信息進行發布。

位置服務中心：與災點采集子系統通訊，接收災點信息并解析轉發至地災監控子系統。

“天地圖·福建” 地理信息服務平臺：在線發布地圖服務，供災點采集子系統和地災監控子系統坐地理空間參考。

災點采集子系統和地災監控子系統為系統應用層。位置服務中心和“天地圖·福建”為系統服務層。它們之間關系如圖3所示。

圖3 應用層和服務層的邏輯結構

災點采集子系統與位置服務的關系：災點采集子系統通過GPRS或3G網絡連接到位置服務中心，采集的災點位置信息和屬性數據，按位置服務制定的協議組包，通過Socket上傳至位置服務中心，位置服務中心解析后轉發至監控系統。

災點采集子系統與在線地圖服務的關系：災點采集子系統通過GPRS或3G網絡連接到天地圖，獲取地圖服務，輔助GPS定位，對災點位置進行修正校準，同時可實現基于移動端的地圖瀏覽。

地災監控子系統與位置服務的關系：地災監控子系統通過Internet網絡與位置服務中心連接，并通過Socket接收到位置服務中心轉發的災點數據包，按照協議解析后存儲至災點數據庫。

地災監控子系統與在線地圖服務的關系：地災監控子系統通過Internet網絡與天地圖連接，獲取地圖服務，為災點落圖提供地理空間基礎，并提供地圖操作、搜索定位、空間分析等功能。

3.1 災點采集子系統

災點采集子系統部署于智能手機終端，用戶為野外采集人員。災點采集終端需部署地圖服務，可實時在線瀏覽地圖；需確定系統的通訊方式和通訊協議，保證監控中心得到及時完整的災害信息，并考慮節約GPRS流量。系統選擇Esri的ArcGIS Mobile作為手機地圖支撐平臺，設計在線和離線兩種方式實現對地圖數據的集成展示[9]。

災點采集子系統能夠實現地圖瀏覽、地名查詢定位、地質災害點信息的采集等功能。其中，采集的災點數據內容包括空間信息、屬性信息、現場照片等，通過GPRS無線網絡實時/定時地傳輸至位置服務中心，如圖4所示。

圖4 災點采集子系統界面

3.2 地災監控子系統

地災監控子系統是負責所有采集數據的接收、處理和統計。系統設計為B/S結構，采用Microsoft SQL Server作為數據服務器，提供地圖操作、數據管理、查詢定位、統計分析、預測預報等功能。客戶端采用ArcGIS Server Flex作為地圖容器，使用AS腳本語言構建用戶界面，采用IIS構建Web服務。野外采集的數據通過GPRS或3G無線網絡實時/定時地傳輸至監控中心，地災監控子系統實時接收災點采集子系統上傳的數據，將多災種監測數據融合到基礎地圖服務中，并實現數據管理。在此基礎上，結合歷史氣象、水文數據等專題信息庫，做出地質災害的預測預報，并通過生成形象的趨勢圖、形勢圖等二維、三維地理信息圖表，完成地質災害信息的發布，如圖5所示。

圖5 地災監控系統界面

4 結束語

隨著越來越多的行業和部門對地理信息需求的不斷增強，測繪部門傳統的服務方式正在悄然改變，由原來傳統提供文件和數據方式向提供在線服務的方式轉變。本文通過福建省地質災害預警信息系統的建設，不僅為地質災害的應急管理和預警提出一個解決方案，同時也探索出一條基于地圖和位置服務的GIS應用系統解決方案，有很好的推廣應用價值。

[1] 肖和平, 潘芳喜. 地質災害與防御[M]. 北京: 地震出版社, 2000.

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