自然災害地理信息發布系統的設計與實現

張 翔，曹振宇，龔 競，宋志豪，劉思源

（1.中科院成都信息技術股份有限公司，四川 成都 610041；2.國家測繪地理信息局四川基礎地理信息中心，四川 成都 610041；3.西南交通大學 地球科學與環境工程學院，四川 成都611756）

自然災害地理信息發布系統的設計與實現

張 翔1，曹振宇2，龔 競2，宋志豪3，劉思源3

（1.中科院成都信息技術股份有限公司，四川 成都 610041；2.國家測繪地理信息局四川基礎地理信息中心，四川 成都 610041；3.西南交通大學 地球科學與環境工程學院，四川 成都611756）

針對自然災害信息服務范圍廣、數據種類多的問題，設計了一種多源多維自然災害地理信息快速發布機制；并綜合利用WebGIS、RIA、三維GIS等技術，基于天地圖開發了自然災害地理信息發布系統，實現了多源多維自然災害數據的快速發布與集成展示。

自然災害；WebGIS；地理信息發布

我國發生的自然災害具有災害種類多，發生頻率高，持續時間長，時空分布不均勻，影響范圍廣，損失重等特點。社會大眾對自然災害的時空分布、強度與頻度、災害發生地的社會經濟狀況、災害評估、災害應急救助措施與預案等基本信息越來越關心。因此，越來越多的在線服務系統提供了災害地理信息發布與展示方面的功能[1-3]，具有了面向社會公眾發布災害地理信息的能力。隨著3S技術、計算機存儲技術、網絡技術、移動通信技術的飛速發展，災情地理信息的數據源越來越豐富（如遙感影像、DEM、照片、全景數據、街景、視頻等）。眾多的數據資源是全方位展示與分析災情的良好數據基礎[4]。目前很多災情地理信息系統都是針對特定的災害類型，如地震信息發布系統[5]、地質災害預警預報信息發布系統[6]、防洪GIS平臺[7]等。這些系統所發布的數據種類不夠豐富，且沒有將不同災害類型、多源多維的地理信息數據進行統一的管理、發布與集成展示。本文以多源多維的自然災害地理信息快速發布機制、數據調度交互、Web應用中的集成展示為研究重點，并基于天地圖設計開發了自然災害地理信息發布系統。

1 系統總體框架

系統采用B/S的3層結構設計，包括數據層、服務層和表現層（圖1）。

數據層的基礎地理信息以天地圖為主，加載自然災害數據和多媒體數據、地圖切片數據和配置文件。服務層提供一系列基于標準規范、傳輸協議和通用數據格式的數據接口和數據轉換服務，通過Web服務訪問各種異質異構的數據源[8]。本系統Web服務包括用于基礎地理信息展示、查詢和分析的 “天地圖·四川”服務，用于災害數據編輯查詢的災害數據服務和用于災后DEM、遙感影像更新的地圖服務。表現層主要用Flex開發，通過http協議與Web服務器進行通信，提供災害數據的可視化、查詢等功能，三維可視化部分將Active控件嵌入HTML頁面，由Javascript調用。Flex和HTML頁面通過Adobe公司提供的Flex-Ajax Bridge技術進行相互通信，以實現地圖的二三維聯動展示。

圖1 系統體系結構圖

2 關鍵技術

2.1 自然災害地理信息快速發布機制

1）多源多維自然災害地理數據組織管理。本文以災害事件為邏輯，組織多源多維的自然災害空間數據，并利用開源的PostGIS數據庫進行管理。災害事件以事件編碼為主鍵，以點要素形式存儲于空間數據庫中，點要素的位置一般為災害發生點（如地震的震源經緯度）或災害區域的中心點；同時記錄災害類型、發生時間、災情描述等屬性信息。與災害事件相關聯的次生災害數據、多媒體點數據、DEM、遙感影像、專題地圖、三維模型都以事件編碼為外鍵與各空間數據表關聯。對于DEM、遙感影像，進行地圖切片處理，采用文件管理的方式進行管理，URL字段記錄地圖服務的地址。數據庫設計如圖2所示。

圖2 自然災害數據庫物理數據模型

2）自然災害地理數據發布流程。次生災害數據由外業人員調查采集獲取或由內業人員根據影像解譯獲取，解譯結果可能為災害點（如房屋倒塌、損毀等）、災害面（如山體滑坡、泥石流范圍等）和災害線（如道路阻塞等）；再用GIS軟件對空間數據和屬性數據進行數字化。多媒體數據由移動設備現場拍攝獲取，專題地圖和三維模型數據由內業人員制作，DEM和遙感影像由無人機航測快速獲取。將獲取的各類災害數據與災害事件相關聯，編輯空間數據和屬性數據，存儲為shapefile或Excel文件后導入數據庫，并發布為數據服務。將DEM和遙感影像制作成切片后發布為WMTS地圖服務。發布流程如圖3所示。

圖3 災害數據發布流程圖

2.2 數據調度交互設計

各類災害數據在網絡客戶端展示具有網絡數據傳輸量較大、可視化呈現方式多樣、交互操作不同等特點。客戶端與服務器的數據調度、多源多維數據的集成顯示需要良好的交互設計來實現。本系統客戶端的災害數據主要以災害事件為邏輯進行調度，以用戶交互控制信息展示（圖4）。在數據調度方面，由于用戶往往更關心近期發生的或緊密相關的自然災害，因此客戶端并不需要加載全部災害數據。頁面初始化時，客戶端下載并解析災害事件配置文檔（．xml），同時向服務器異步請求需要初始化展示的災害事件數據和與之相關的災害數據。用戶也可利用災害查詢模塊設置查詢條件篩選出災害事件列表，單擊某一災害事件加載相應的災害數據（如果已初始化則不需再向服務器請求）。在信息展示方面，地圖在小比例尺級別時只顯示災害事件圖層，當縮放到大比例尺級別時才顯示災害數據圖層。點擊災害數據符號時，災害點數據將彈出窗體顯示詳細信息；多媒體數據、DEM、遙感影像數據，則通過url請求相應資源在側欄進行多媒體展示或分屏進行二三維聯動、歷史影像對比展示。

圖4 數據調度與交互設計圖

2.3 多維多源數據的集成顯示

1）RIA技術。用于自然災害數據展示的數據內容豐富，尤其是全景、視頻、街景等資源，用戶界面和交互操作相對復雜、多樣，而RIA技術提供了多種數據模型來處理客戶端的復雜數據操作，多種界面元素來集成顯示多媒體資源，相對于傳統的HTML能為用戶提供更好的使用體驗。RIA現有的支持技術有Flex、Silverlight、HTML5、Ajax等。本系統利用Flex技術，基于Flex Viewer模塊化應用程序框架進行開發。該框架設計了一套模塊的標準接口，負責協調各模塊間的通信，控制頁面布局，以配置文件組織功能模塊[9]，利于Web客戶端的快速定制開發和部署。

2）三維WebGIS技術。基于互聯網的大規模地形、高分辨率航測DEM、影像的三維場景展示，有利于應急救援搶險時全方位了解和研判災情。三維WebGIS的客戶端技術有ActiveX插件、Java3D、RIA技術、WebGL技術等[10]。本系統利用ActiveX插件封裝的OSGEarth控件進行三維場景的客戶端交互與可視化。OSGEarth是基于OSG開發的一款開源的實時地形模型加載和渲染工具，支持WMS、WCS、TMS等多種地圖服務，利用場景裁剪、細節層次節點動態調度、數據緩存等三維可視化技術，實現大規模三維場景的漫游與交互[11]。

3 系統實現

本系統以PostgreSQL 9．0+PostGIS 1．5為數據庫，Apache為Web服務器進行部署；實現了包括地圖的瀏覽、交互操作，地名地址查詢，路徑分析，空間距離、面積量算以及二三維聯動操作等基本GIS可視化和交互功能。災害數據的查詢和信息可視化模塊是系統的重點功能。在該系統上可根據災害事件查詢相應的災害數據和信息，實現了專題數據的符號化展示，災害現場采集的照片、全景數據（．swf）、視頻（．flv）等多媒體數據的綜合展示以及分屏聯動的街景展示。在三維場景中可進行災害發生前后DEM疊加高分辨率遙感影像的對比展示以及與二維地圖的分屏聯動展示。在搶險救援中，用戶可進行文字標繪和態勢符號標繪，在地圖上反映災情擴散、應急救援等情況的發展態勢，為應急救援和災情展示提供有效信息。系統部分功能如圖5所示。

4 結 語

本文研究了包括災害點、多媒體數據、DEM、遙感影像等多源多維數據的組織管理和發布流程；設計了客戶端與服務器的數據調度流程；并利用Flex、3DGIS等技術實現了多源多維數據在Web端的一體化綜合展示，基于天地圖開發了自然災害地理信息發布系統。該系統的實現與應用，對于快速發布自然災害地理信息，使公眾全面了解災情，維護社會穩定，展開應急救援具有極其重要的意義。但本文研究更多的是在客戶端進行可視化和交互的集成，下一步可以考慮更加深入地研究多源多維災害數據間的數據結構和相互聯系，在數據管理和Web服務層面實現多源多維數據的融合。

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P208

B

1672-4623（2016）09-0068-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.09.022

張翔，碩士研究生，研究方向為地圖學與地理信息系統。

2015-03-10。

項目來源：四川省測繪地理信息局科技支撐資助項目（J2013CX04）；國家測繪地理信息局基礎測繪科技資助項目。