公共应急服务地理信息平台建设与示范应用

刘纪平 徐胜华 张福浩 王勇 范荣双朱翊

（中国测绘科学研究院， 北京市海淀区北太平路16号 100039）

摘要：公共应急服务地理信息平台是以各种空间信息为基础，用于对应急事件的科学动态分析、判断、预测与危险性评价，进而作为整个应急指挥系统决策的“控制台”，是实现应急服务、应急决策和指挥以及空间规划的前提和基础。本文首先分析公共应急服务与地理信息、空间信息技术的关系，探讨了公共应急服务地理信息平台的概念、组成和体系结构，接着归纳了应急地理信息平台在应急服务过程中的作用，并重点阐述了公共应急服务地理信息平台建设关键技术；最后以汶川地震综合灾情地理信息服务系统和西部测图安全监控系统为例，介绍了公共应急服务地理信息平台的示范应用情况。

关键词：应急服务；GIS；地理信息平台；空间分析

1.  引言

2001年的“9.11”事件、2003年初的SARS病毒的传播、2004年的禽流感、印尼地震引发的印度洋海啸、2008年初的中国南方雨雪冰冻灾害、汶川地震等使我们真实地感受到各种突发事件对人类造成的巨大威胁和危害。胡锦涛总书记在2008年两院院士大会上的讲话中明确指出“要加快遥感、地理信息系统、全球定位系统、网络通信技术的应用以及防灾减灾高技术成果转化和综合集成，建立国家综合减灾和风险管理信息共享平台，完善国家和地方灾情监测、预警、评估、应急救助指挥体系。”，因此，建设公共应急服务地理信息平台，对于建设国家应急体系、实现科学减灾救灾具有十分重要的意义。

在国际上，为了有效处理突发事件，很多学者都做了大量基础研究工作。Renschler等^[1]运用GIS模型模拟了火山爆发预测的尺度和不确定性。Heo等^[2]研究了运用Weibull模型模拟洪水淹没的频率及范围。Derekenaris等^[3]人介绍了希腊的救护车管理和紧急事故处理系统。除此之外Konosu等^[4]重构分析了汽车——行人事故；Choi 等^[5]以核电站事故为例提出了基于神经网络的混合事故模拟理论。随着灾害科学与计算机技术的发展，计算机模拟成为灾害模拟和应急管理的重要手段，Morin等^[6]认为计算机模拟不仅可以辅助决策者不仅掌握灾害的总体情况，而且所提供的细节有利于探求其中关键因素之间的相互作用。Kwan等^[7]提出了基于三维GIS的智能危机响应系统，以对恐怖袭击做出多层次结构的快速反应。

在国内，相关研究起步较晚。同济大学秦效启等^[8]在汕头市综合防灾对策示范研究中，提出了汕头市综合防灾减灾系统基本框架体系。中国地震局工程力学研究所杨玉成等^[9]在鞍山市城市综合防灾系统的示范研究知识工程总体设计中，建立了城市房屋建筑和地质灾害信息管理系统。史健勇等^[10]研究了出现紧急事态时的高层建筑人员疏散模型研究，并在理论研究的基础上实现了一些计算机仿真的研究与分析。张建华等^[11]将基于案例推理与基于规则推理两种人工智能技术相结合，引入到紧急预案信息系统的系统设计中建立了一套科学高效的紧急预案信息系统，增强突发事件中的组织抢险和快速反应能力，大大减少人民的生命财产损失，具有重要的经济价值和社会意义。

不难发现，目前针对公共应急服务地理信息平台的研究，大多集中于定性研究，从系统角度进行研究还未取得实质性的成果，导致这些研究成果应用性较差。本文以公共应急服务为研究对象，运用应急管理、3S技术等相关理论成果，借鉴国内外理论和实践经验，就构建公共应急服务地理信息平台的关键技术及方法进行了研究。

2.  应急服务与地理空间数据、空间信息技术的关系

3S技术即地理信息系统(Geographical Information System，GIS)、遥感(Remote Sensing，RS)和全球定位系统(Globa1 Positioning System，GPS)3项空间技术的统称，3S在全球变化研究、资源与环境动态监测、灾害监测与防治等国际关注的热点问题研究中越来越受到重视。地理信息不仅是突发事件应急响应的重要信息资源，也是整合各种突发事件的相关信息的基础和框架，空间信息技术是应急响应不可缺少的重要支撑。之间的关系如图1所示，具体体现在以下几个方面：

图1 应急服务与地理空间数据、空间信息技术的关系图

(1)    快速、精准、全面、权威的空间数据支持。提供权威、全面、快速、准确的地理空间信息，这些空间信息在应急管理和突发事件快速响应过程中，为准确定位、了解周边、掌握现场、跟踪过程、资源调度及事后评估等关键业务起着信息支撑的作用。在紧急关头，空间数据即是服务。

(2)   空间数据和相关属性数据的快速存取、管理与互动查询。应急管理业务过程需要快速处理大量空间、属性数据, GIS 提供高速的空间、属性数据一体化处理、管理与查询能力, 能满足突发事件空间信息的快速空间定位、查询、统计、模拟分析和预测评价的需要。

(3)   丰富、直观、动态的可视化表现功能。可直观地将突发事件的发生位置、历史过程、现场信息、发展趋势等信息以图形化的方式进行直观的表达；同时，可结合信息分层管理的强大功能，实现多种要素的叠加显示，便于领导和业务人员掌控现场、跟踪态势；GIS提供的标绘与推演功能，为应急处置人员提供了基于二维或三维地理环境的强大的交互式研判工具。

(4)    提供空间、属性数据一体化的统计及相关分析功能。如可对与突发事件相关的各类信息进行分类统计和分析功能，如进行相关分析或聚类分析，便于发现规律。

(5)   提供强大的空间分析功能。提供包括邻接分析、叠加/穿越分析、淹没分析、通视分析、缓冲分析、最短路径、资源优化布局等在内的强大的空间分析功能。如应用GIS 图形叠加分析, 如河流水系与污染源分布图的叠加, 可确定污染的扩散方向。由查询结果并结合评价分析结果可制作各种专题图，给应急处置人员提供直观的决策依据。此外, 在污染事故的救护过程中, 最佳路径分析可用于确定距离最近的医院, 缓冲区分析可以分析污染事故周围地区的污染程度, 评价污染结果等。

(6)  与其他专业模型相结合。除上述GIS 的基本功能外，GIS 还可与各专业模型相结合, 生成有效的决策支持信息。

3.  应急地理信息平台的概念与组成

地理空间数据、空间信息技术单独难于在应急相应中发挥作用，需要与通讯、计算网络、数据库、决策支持、信息安全等技术集成，构成完整的应急响应总体技术体系。应急地理信息平台地理信息平台是以各种空间信息为基础，实现各种突发事件空间信息获取、整合、处理、分析与预测预警综合空间信息系统,是实现公共安全应急指挥、决策和空间规划的前提和基础。如图2所示，平台主要有数据库群、应急地理信息基础平台和应急地理信息应用支撑工具组成。

空间数据库群（“1+7”）是以基础地理空间数据为基础和信息整合框架,建立应急管理系统的基础数据群，可以实现集中式的管理，也可以按照部门的行政划分，实现分布式部署。包括基础空间数据库、应急专题数据库、社会经济环境背景数据库、预案数据库、案例数据库、应急管理资源数据库、应急模型数据库、突发事件现场信息数据库等。应急地理信息基础平台主要包括GIS\RS\GPS\MIS\OA\DSS组件群，用于对公共应急事件的科学动态预测与危险性分析、判断，进而作为整个应急指挥系统决策的“控制台”，逐步落实应急预案，调整决策和救援措施等，实现科学决策和高效处置。应急地理信息应用支撑工具主要包括基于PDA应急现场空间信息采集工具、应急事件标图与制图工具、移动目标监控与可视化工具和应急空间分析工具。

图 2 公共应急服务地理信息平台体系结构

4.  应急地理信息平台应急服务功能

从国际和国内的研究和建设成果来看，一般将应急管理活动分为四个或五个阶段：美国把应急管理的活动贯穿到四个基本领域，即缩减、准备、反应和恢复（缩减和准备是灾难发生之前的行为, 反应是灾难发生过程中的行为，而恢复则是灾后的行为）^[12]；天津大学的王文俊教授^[13]认为，“应急管理系统涵盖监测监控、预测预警、应急准备/规划/保障、应急响应指挥、恢复评估分析五个过程”，而“应急指挥则只涵盖其中的第四阶段，包括报警、接警、处警（调度）和指挥、现场处置、处置结束等环节”。

空间信息服务的支撑性作用体现在在应急管理业务中从灾前、直至灾中和灾后的全部过程中。从表1中我们可以看出，基于空间数据支持的空间定位、空间查询、二三维地理空间可视化、空间统计和空间分析功能在所有的业务模块中都有广泛的应用。

l     灾前阶段：在监测监控、预测预警和应急规划与保障等业务模块中，二维电子地图、三维可视化、空间统计、空间分析等功能是使用最为频繁的GIS功能。

l     灾中阶段：在应急响应与指挥业务中，几乎所有的GIS功能均发挥中重要作用，尤其是空间定位、现场跟踪、二三维地理信息可视化、标绘与推演、空间分析、与专业模型结合等功能，更是扮演着不可获却的重要角色。

l     灾后阶段：灾后的恢复评估与分析业务过程中，基本不需要现场跟踪、空间信息更新、标绘与推演等功能，但空间统计、空间分析、与专业模型结合等又成为不可或缺的功能。

5.  公共应急服务地理信息平台建设关键技术

公共应急服务地理信息平台建设的关键技术主要包括各种数据信息的快速交换、整合与管理、3S技术与通讯\MIS\OA\DSS集成、空间分析技术与预测预警等。

5.1 各种数据信息的快速交换、整合与管理

突发事件处理的数据来源多、非常复杂，涉及民政、水利、国土、地震、环境保护、海洋、农业、林业等部门的多种数据，这些来自不同行业、部门的地理信息数据往往具有多类型、多尺度、多分辨率、多时态、多坐标系等特点，结构复杂、语义差距大，造成了数据不一致、不连续等严重问题，通过对各种数据信息的快速交换、整合与管理，形成支持多部门、多类型、多版本和规范统一的灾情应急地理信息数据库，从而实现地理信息的高效管理与持续更新，为实现跨地区、跨部门灾情地理信息集成服务提供技术保障。

5.2 3S技术与通讯\MIS\OA\DSS集成

借助地理空间数据和3S技术可以快速准确地确定突发事件的发生地点、事件周围的自然环境、人口分布和影响范围等。GIS已成为应急响应的重要分析工具，通过数据的共享、分析和图形表达可以加快对事件的了解和应急处置过程，同时可以在直观地理信息环境上对灾情预测、灾情评估、指挥调度环节提供技术保障；RS技术是灾害监测的重要手段，由卫星遥感、航空遥感、图像处理与分析及灾害监测评估组成遥感监测系统已可以形成了对台风、暴雨、洪涝、旱灾、森林与草原火灾等重大灾害的监测能力；GPS不仅可以对突发事件快速定位，往往与通讯技术集成，可实现对移动目标管理与监控，是形成应急指挥空间化定位的重要保证。通讯技术能为用户提供应急通讯服务、定位服务等；OA作为决策者工作流的操作平台，在公共应急服务中为决策者提供图文一体化的日常工作平台；MIS作为应急业务信息管理平台，主要提供空间与业务数据综合管理、空间分析与决策一体化的业务信息管理平台；3S技术与通讯、MIS、OA的集成应用为应急管理部门提供一体化的日常工作平台，提供应急业务管理与决策支撑的平台。3S技术与DSS集成，可以结合软件工程和方法学、数据仓库技术、面向对象技术、超文本与超媒体、网络和远程通讯技术、数据挖掘和知识发现技术等先进手段，在发挥DSS原有功能的基础上，加强空间数据、模型分析和表示能力，使得决策行为更加科学化、可视化和直观化。集成后的系统增加了对空间数据的处理、分析和决策能力，特别是在涉及有大量空间信息的决策过程中，有着更完善的分析、预测、决策和可视化表达能力。

表1 应急地理信息平台在应急服务中功能