應急測繪地理信息服務組合技術及應用

豁 輝

（河南測繪職業學院，鄭州 45000）

應急測繪作為國家突發事件應急救援體系的重要組成部分，能夠為突發事件的現場救援提供必要的支持，有助于降低災害損失。但是傳統的應急測繪在面對突發事件時無法準確預測災害的發展趨勢，并且應急測繪數據處理過度依賴于人工，缺乏快速反應的能力，最終的分析結果也不夠準確。鑒于此，可以將集成建模技術應用到應急測繪工作中，通過應急地理信息集成建模的方式，在快速生成空間集成建模方案的基礎上，保證該方案得以順利執行，從而為救災工作提供輔助參考。探究應急地理信息集成建模框架系統的構建方法和應用效果，成為現階段應急測繪領域的一項重要研究課題。

1 基于案例驅動的應急服務組合技術

1.1 基于案例驅動的應急服務組合流程

在應急測繪任務中，要想實現對數據的快速處理，必須要向用戶提供一種更為高效的集成建模方法。而目前的空間信息服務組合技術，大多需要領域專家的參與，并不能直接將領域專家的經驗映射為服務組合方案。針對這一弊端，本文設計了一種基于可計算案例驅動求解服務組合需求的方案，其原理：在出現新的服務組合需求后，系統會結合用戶需求檢索應急測繪案例庫，從中匹配到與當前需求最為顯示的案例；提取該案例后，將案例形式化表達為服務鏈，并提供給用戶。該方案可以做到專家經驗的復用，從而使得最終的建模方案更加可靠，在節省建模時間、降低空間集成建模難度等方面有顯著優勢[1]。基于案例驅動的應急服務組合流程如圖1 所示。

圖1 應急服務組合

服務鏈是應急服務組合功能實現的關鍵部分，具體又可分為抽象服務鏈、物理服務鏈2 種類型。將待組合服務的唯一標識碼綁定到BPMN 和Service Task 節點中，即可建立起抽象服務鏈，此時模型服務中調用的信息、輸入輸出的參數信息，均按照服務節點ID 分類保存到集合中；物理服務鏈可由服務解析器解析BPMN 中當前執行節點，并在自定義節點坐標后得到服務鏈。在服務鏈建成以后，還需要針對服務鏈中的各個服務節點配置相應的輸入、輸出參數。本文在設計服務鏈時選擇“一對一”的耦合配置方式，可以在應急案例庫不斷擴充條件下，仍然保證檢索精度。

1.2 應急測繪模型耦合校驗方法

由于應急測繪模型的輸入和輸出對象具有時間、空間屬性，為了提高集成建模的高效性、建模方案的可靠性，本文選擇空間、時間、語義這3 個維度，對建立起來的應急測繪模型進行耦合自動校驗。具體校驗方法如下。

1）空間的兼容性校驗。該操作的目的是判斷模型耦合操作中源節點與匯節點的地理網格對象是否兼容。如果源地理網格對象的地理范圍等于或超出匯地理網格的地理范圍，則判定為兼容，反之為不兼容。在確保空間兼容性的基礎上，可以讓源節點的輸出數據，與匯節點的數據在地理位置、空間尺度上保持一致性，為應急測繪模型的構建提供了參考[2]。

2）時間的兼容性校驗。該操作的目的是判斷源節點與匯節點在時間尺度、時鐘分辨率上是否兼容。如果源時鐘對象的時間區段、時間步長（時鐘分辨率）與匯時鐘對象保持一致，則判定為兼容，反之為不兼容。在確保時間兼容性的基礎上，實現了源節點產生數據的時間與匯節點創建數據的時間具有同一性，提高了應急測繪模型的繪制精度。

3）語義的兼容性校驗。本文選擇OCF（開放概念框架）這種表達模型變量語義關系的方法，在模型的多個變量之間構建起映射關系，從而判斷是否滿足語義兼容性要求。在語義兼容的前提下，源節點、匯節點的關聯變量之間有著相同的物理指向，為應急測繪模型的校驗提供了依據。

2 應急地理信息集成建模框架系統的設計

2.1 應急地理信息大數據管理模塊

本文設計的應急地理信息集成框架系統，以大數據技術為支撐，圍繞應急測繪工作的實際需求，以及應急地理信息數據多源、異構的特點，提供數據導入與存儲、在線制圖及數據可視化等一系列功能。

2.2 應急測繪案例庫模塊

應急案例庫可以根據應急事件的類型，對系統接收到的應急案例進行分類，然后快速集成建模。應急測繪案例圖的界面如圖2 所示。

圖2 應急測繪案例庫界面

應急測繪案例庫中保存的數據信息主要有3 種類型：第一種是突發事件的基本屬性，如突發事件的名稱、發生時間與地點、響應級別等；第二種是突發事件的空間屬性，如中心點坐標、空間范圍等；第三種是突發事件的應急測繪屬性，如應急測繪時間、應急測繪手段（現場采集、無人機遙測）和采集的產品等。

應急測繪案例庫支持對所有案例數據的統一管理，包括目錄的展示、案例數據的瀏覽、編輯與查詢等。以案例數據查詢為例，根據查詢內容的不同，又可分為空間查詢、屬性查詢2 種類型。案例數據的空間查詢主要涵蓋了地名查詢、坐標查詢和模糊查詢等。例如可以輸入某個地市的名字，然后在該范圍內運用相交、相切、包含等空間運算關系查詢案例數據；案例數據的屬性查詢則以屬性字段查詢為主。

2.3 領域分析模型集成與服務框架模塊

該模塊的主要功能是提供應急突發事件專業分析模型的服務管理和運行環境，并支持模型的封裝、查詢等功能，保證在面對不同災害的情況下，可以發揮災損評估、輔助救援決策的作用。領域分析模塊集成與服務框架的管理界面如圖3 所示。

圖3 服務管理界面

由于突發事件的發生時間、地點和響應級別等方面存在差異，因此構建的突發事件領域分析模型也不盡相同。但是為了提高應急地理信息集成建模框架的實用效果，在具體設計時要求所有突發事件領域分析模型都必須遵循統一的服務標準完成封裝[3]。對于封裝后的模型，在框架中同步注冊，并由框架進行集中管理、統一調度。本文設計的鄰域分析模型集成與服務框架，主要包含了模型服務的封裝發布、注冊、耦合、瀏覽查詢、運行管理與刪除等一系列功能。部分功能的具體實現方式如下。

1）模型服務封裝與發布。參考Restful 標準服務對模型進行封裝，此時模型可獲得基本的啟停、運行等操作功能。經封裝后的模型服務可以在平臺注冊后予以發布。

2）模型該服務注冊。平臺提供可視化界面進行模型服務注冊，用戶可以在該界面上填寫服務器名稱、服務器地址、服務器關鍵字，以及設置接口參數等。在模型服務類別一項中，有物資分配模型、應急救援分配模型和受損統計分析模型等選項。其中，在事件空間分析模型下又包含了社會安全事件、公共衛生事件和突發自然災害等選項。

3）服務集成建模。服務模塊下包括應急救援服務、基礎服務和行業信息服務等部分，在服務集成建模中，支持不同服務間的耦合，從而得到組合模型服務。例如將數據服務與應急救援服務耦合，可以根據數據分析規劃應急疏散的最佳路線，將該組合方案發布后，可以為應急救援提供參考。在建模流程上提供人性化服務，用戶可以在界面左側的任務欄中選定服務選項，然后單擊選中并拖拽至界面右側，完成組合方案的繪制[4]。生成的組合方案可以發布為服務，也可作為新案例保存到應急測繪案例庫中。

3 應急地理信息集成建模框架系統的應用案例

3.1 試驗區數據

選擇J 市作為試驗區域，探究應急地理信息集成建模框架系統的應用情況。試驗區的數據內容及來源見表1。

表1 試驗區數據信息

3.2 系統功能的實現

基于危險化學品泄露應急響應過程中對于地理信息的需求，以上文介紹的領域分析模型集成與服務框架為基礎，同時融合應急地理信息大數據平臺，建立起了應用示范系統。該系統除了支持空間分析外，還能在城市突發事件發生以后快速、準確地完成應急測繪。該系統可實現的功能如下。

①精確劃定危險區域。該系統的數據庫中包含了J 市的基礎地理信息數據，以及近20 年以來的專題災害數據，在此基礎上借助于GIS 空間分析技術，調用數據庫中的海量數據建立突發事件空間分析模型，完成對各類突發事件影響范圍、危害后果的分析與計算。根據計算結果，完成對突發時間危險等級的劃分，并在電子地圖上劃定對應的危險區域。②估算受災人口。系統根據劃定的危險區域，以及該區域內的人口分布和人口密度，估算發生危險化學品泄露時受影響的人口數量。③分析疏散路線。該系統支持道路通行分析，結合衛星遙感影像解譯數據和城市基礎道路數據，提供災害區域內部與周邊的公路、鐵路情況，為災后救援工作的開展、災區人群的疏散及相關物資的配送等提供必要的路網參考信息[5]。④應急資源分析。該系統綜合應用城市基礎地理信息和組織機構信息，構建應急資源分布地形圖，可以在突發事故發生以后，根據劃定的危險區域提供該區域附近的醫院、消防及其他相關單位的位置信息，為災后救援工作的開展提供資源支持。在救災資源空間分析的基礎上，保證了應急決策的科學性和救援工作的及時性。⑤危險源分析。該系統結合城市基礎地理信息和組織機構信息等數據，在劃定危險區域后，提供該區域周邊危險化工企業的位置信息，同時在電子地圖上進行標記，并向這些危險源發送提醒信息，為躲避危險源、避免事故影響范圍的進一步擴散提供有益的幫助。

3.3 系統運行結果

在化工企業突發危險化學品泄露事故后，可以利用應急地理信息集成建模框架系統，對突發事件涉及到的應急測繪數據分析任務進行集成建模。同時調用系統的應急案例庫，匹配與當前事故相同或相似的事故案例。然后對當前事故的地理位置、災害等級、影響范圍和疏散路線等作出相應的分析。根據分析結果建立組合模型，為J 市化工廠危險化學品泄露事故應急分析任務調用，為事故應急處理和災后救援提供必要的決策參考。危險化學品泄露事故的分析結果如圖4 所示。

圖4 分析結果

從應用效果來看，本文介紹的應急地理信息集成建模框架系統相比于傳統的應急測繪數據分析系統，具有應急響應速度快、災害區域劃定結果和災害危害等級評估更加精確等一系列優勢，在輔助決策方面應用價值更高，有助于最大程度上降低突發事故的災害損失。另外，新的突發事故處理完畢后，可以作為新的案例加入到系統的應急案例庫中，這樣就可以保證案例不斷的更新、豐富，對提高系統的實用價值和適用范圍也有積極幫助。

4 結束語

基于案例驅動的應急測繪地理信息服務組合技術，以既有的事故案例作為輔助，同時人工手動構建服務鏈，在提高集成建模效率的基礎上，實現了應急服務組合的半自動化。在該技術的支持下構建應急地理信息集成建模框架系統，可精確劃定危險區域、計算受災人口、規劃最佳疏散路線和標記周邊危險源，在應急指揮和災后救援方面發揮了不容忽視的重要作用。當然，該系統在應用中還有一些不足，下一步應重點從提高集成建模方案的執行效率、減少應急服務組合中的人工參與等方面作出進一步的優化，從而壓縮應急響應決策時間，確保第一時間組織開展事故救援活動。