基于三維GIS地質災害應急指揮平臺設計與實現

潘英英,李 東,曹世彭

（云南省測繪資料檔案館（云南省基礎地理信息中心），云南昆明 650034）

基于三維GIS地質災害應急指揮平臺設計與實現

潘英英,李 東,曹世彭

（云南省測繪資料檔案館（云南省基礎地理信息中心），云南昆明 650034）

本文以skyline三維地理信息平臺為基礎，整合云南省基礎地理數據、地質災害數據、社會經濟數據、民政民生數據等各類信息資源，針對地災應急救援工作的突發性和緊迫性的要求，建立了云南省三維GIS地質災害應急指揮平臺。該平臺建設的主要目的是解決地質災害現場應急救援工作的盲目性和不確定性，是一個量級輕、攜帶方便、功能全、實用性好的三維GIS平臺，實現了應急救援線路的快速設計、應急安置點規劃、災害擴散分析、水域淹沒分析、救援土石方量計算等三維分析功能，能較好地解決以往多次地質災害應急救援實踐中的困難和問題，在應急部署和實地救援工作中起著較大的作用和幫助。

三維GIS；地質災害；應急救援

0 引言

云南省是自然災害最為嚴重的省份之一，不僅災害種類多、分布廣，而且發生頻率高、損失嚴重，尤其是近幾年發生的盈江地震、彝良地震、鎮雄山體滑坡、迪慶香格里拉地震、魯甸地震、景谷地震等自然災害中，地理信息應急保障服務工作接受了一次次巨大考驗，更加突出了應急救災測繪保障工作的重要性和迫切性。傳統的應急工作存在應急突發區域通訊障礙、應急各部門對接不暢、相關應急測算數據獲取不及時等問題（許兆軍等，2015；師帥一，2012；廖野翔等，2011），通過建立三維GIS地質災害應急指揮平臺，可將基礎地理信息數據、各種專業數據、社會經濟數據等各種信息應用三維虛擬可視化技術（冷小鵬等，2012），以數字化的形式進行綜合集成管理，以動態的、形象的、多視角的、多層次的方式展示和應用，為政府應急部門及時提供應急區域真實的地形地貌三維可視化平臺，使各種專業數據在平臺中實現平滑調用，是測繪部門在應急保障服務中的重要基礎性工作。

1 平臺建設

1.1 建設思路

1.2 開發環境

為保證系統數據安全性，本系統為C/S架構，應用三維GIS技術，基于Microsoft的XML 語言，在Microsoft.net的服務平臺上，將地理信息系統的空間圖形與地質災害相關屬性數據有機結合，生成三維可視化的生動表達形式的三維GIS地質災害應急指揮系統。

1.3 數學基礎

為了保證系統建設符合國家標準，系統建設中所用的坐標為：平面坐標2000國家大地坐標系，高程系統為：1985國家高程基準。

具體格式為：①DLG、DEM、DOM數據統一采用2000國家大地坐標系地理坐標。②DLG數據采用SHP格式；對于矢量數據，對應GeoDatabase模型中的數據集（FeatureDataset）劃分為居民地、交通、水系等圖層，按點、線、面實體的特征分各縣存儲為129個區域。③DEM數據采用IMG格式。④DOM數據采用IMG格式。

1.4 系統架構

從圖1可以看出，整個系統從邏輯上分為數據服務層、應用平臺層、核心業務層和應用表現層來組織。數據服務層包括各類元數據、空間數據、文本數據和業務表數據等，該層實現的數據訪問接口具有通用性的特點。核心業務層是實現整個應用的基礎和框架，除提供方便的開發模式外，還提供基本的業務分析和空間數據處理和應用功能模塊，以大大提高應用系統的開發效率。應用表現層是直接與用戶交互的系統功能層，根據用戶需求的不同構建和開發不同的交互界面，充分展現三維系統的強大和直觀感受，應用表現層的各應用將主要根據需求內容實現用戶界面設計和完成界面元素驅動下層功能組件的邏輯。

圖1 系統架構圖Fig.1 System architecture diagram

1.5 數據庫建設

考慮到系統穩定性，采用SQLite數據庫，SQLite數據庫是一款輕型的數據庫，它占用資源非常的低，能夠支持Windows/Linux/Unix等主流的操作系統，同時能夠跟很多程序語言相結合。本系統數據總體上分為兩大部分：基礎地理信息數據庫和業務信息數據庫。基礎地理信息數據庫包括：數字地面高程數據、遙感影像數據、系列比例尺矢量地圖數據、系列比例尺光柵數據、大比例尺規劃矢量地圖數據。業務信息數據庫包含避難場所數據、醫療機構、救援物資、救援力量、專家庫、擴展分析與處理數據、應急事件處理記錄等（余納新等，2013）。

2 主要功能

系統主要由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，應急救援模塊，氣象信息模塊。模塊間可相互調用，互相協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，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，頌其志節之美，復書曰：“缊袍不恥，是道何臧？學問之幾，不舍一息。區區陳跡，猶然見詡，吾滋懼矣。”昭法歾，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，實時顯示量算結果。

（2）查詢定位

查詢定位菜單欄主要包括經緯度查詢、地名地址查詢、興趣點增刪等功能。

（3 ）空間分析

平臺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：能夠在重點區域，選取指定點進行剖面分析，通過剖面分析可以對所在區域基本地形信息有所了解，有利于應急指揮中心快速了解事件發生點或者周邊地形信息。

圖2 視域分析圖Fig.2 View analysis map

視域分析：了解某一點對周圍一定視野范圍內的可視區域，綠色表示可視，紅色表示不可視（圖2）。

通視分析： 確定兩點之間是否通視，為復雜地形條件下設立觀察哨崗選址提供支持，或者可以評定當前設置的崗哨是否符合要求。

（4）專題分析

針對災害等應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：可分析地震點在三維空間中的影響范圍，快速了解地震的波及區域見圖3。

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

DEM對比分析：提取高程發生的變化情況，可根據預先設置的閾值方案進行兩期DEM的對比，分析結果以不同高程值進行配色區分，結合地理國情監測數據，最終得到變化面積及具體變化高程值，一目了然的看到區域DEM的變化情況。

淹沒分析：分為靜態淹沒分析和動態淹沒分析，輸入坐標值、淹沒半徑、水面升速、時間等參數后可自動模擬水位變化及對周邊影響范圍情況，并實時顯示當前水位的高程、時間、高度及淹沒面積信息。便于快速了解當水災發生時，在一定時間下的水位變化情況。

（5）資源管理

資源管理主要包括對應急救援資源、監測站等信息進行資源搜索和統計等，包括對災害隱患點的搜索和統計、重大歷史災害查詢等；便于管理者快速應急準備，對曾經發生過歷史重大災害的區域要重點部署救援措施。

（6）應急指揮

平臺的應急指揮功能包括應急標注、周邊查詢、地圖出圖等。

應急標注：通過自由線、折線、多邊形、箭頭、模型等編輯、修改工具。在應急救援指揮會商討論時，可以在系統根據應急需要在三維場景中規劃、設計、標繪地物、符號以及3D模型來模擬真實的場景，快速的標注應急救援線路，直觀的示意應急安置點以供應急救援指揮時提供幫助，其效果見圖4。

圖4 應急標注圖Fig.4 Emergency marking map

周邊查詢：據應急救援位置和確定的范圍可查詢周邊的地震監測站、地震應急避難場所和醫療機構，并可以查詢相關的屬性信息。

地圖出圖：對于不同分辨率的地圖以及帶有應急標注的應急救援指揮討論內容，系統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。

（7）氣象信息

氣象信息模塊接入氣象數據，展現當前最新氣象信息，同時可手動聯網更新，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 結論

在當今科研條件下，人類尚無法控制地質災害的發生也不能在災害發生前進行準確的預報，為了減輕災害帶來的直接經濟損失，只有在災害發生后的緊急救援過程中和應急響應方面采取高效的措施。經驗證明，通過對轄區范圍的地理環境的充分了解、對相關資源進行有效快速的可視化管理、查詢、統計，并對相關，災區進行的準確的快速評估就可以提高地震應急救援的綜合能力，很大程度上可以減輕災害對社會和經濟帶來的損失。

三維GIS應急指揮平臺的建立，可大大提高應急服務的響應速度，提升應急現場辦公能力，實時處理應急現場第一手地理信息資料，解決了應急突發區域通訊障礙，應急各部門對接不暢、相關應急測算數據獲取不及時等傳統應急工作中存在的問題。為給各級應急指揮部門的現場指揮調度，提供準確直觀的空間參考的決策支持信息。基于三維平臺的社會經濟數據查詢，國民經濟和社會發展情況等統計功能可為應急工作部署，災后恢復重建等工作提供數據支持。同時，也可在應急服務之外，為政府管理者和決策者以及專業研究人員，進行專業分析提供支持。

許兆軍，鄒蒲，賀秋華，2015. 湖南省突發性地質災害遙感應急監測數據庫建設[J]. 中國地質災害與防治學報，26(1)：87-91.

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

師帥一，2012. 論測繪應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監測系統研究[J]. 廣西大學學報：自然科學版，37(2)：317-322.

廖野翔，占遼芳，彭穎霞，等，2011. 基于GIS的省級地質災害信息管理系統的設計與實現[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年預防和處置地震災害能力建設10項重點工程

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