省级应急平台体系基础地理信息平台的设计研究

刘  斌1，刘正军2，辛海强1，骆成凤2

（1.新疆基础地理信息中心，新疆 乌鲁木齐 830002；2.中国测绘科学研究院，北京 100039）

摘要：基础地理信息平台是综合应急系统不可或缺的组成部分，是整个应急平台体系的核心，本文通过研究提出了适合省级区域特点的应急基础地理信息平台的设计方案，主要介绍了包括平台的总体结构设计、技术路线、数据库设计、平台软件开发、信息标准与运行机制建设等方面的内容，并在实践中进行了应用。

关键词：应急指挥系统；基础地理信息平台；数据库；信息服务；标准规范；设计

The Designing and Study of Foundation Geography Information Platform for

Xinjiang Meeting Emergency Platform System

LIU Bin1，LIU Zheng-jun2，XIN Hai-qiang1，LUO Cheng-feng2

(1.Xinjiang Geomatics Center , Xinjiang Urumq 830002; 2. The Science Academe of China Surveying and Mapping, Beijing 100039)

一、引言

省级突发事件应急指挥体系由计算机骨干网络、数据库、计算机辅助调度系统、空间信息系统、无线调度通信系统、无线联动数据传输系统及应用软件、监控及大屏幕显示系统、卫星现场图像实时传送系统、集中监控系统、辅助决策系统等多个子系统组成，各个子系统高度集成，形成统一整体[1]。平台体系的第一层面是信息接收、传输、事件监测、信息服务和应急指挥调度层面，这是接收和发送信息的对外服务窗口，用于收发信息、模拟输出、协同调度、统一指挥；第二层面是进行信息处理、信息综合、信息分析，为领导提供决策支持的核心统一处置指挥平台层面；第三层面是应急数据支撑层面，它与底层的网络通讯技术平台组成系统的支撑部分[2]。

在应急信息管理和分析的过程中，空间数据将是最重要的信息，必须使用GIS来完成，一旦空间信息与各种危险信息结合，国家安全管理者就可以对防灾、准备、应急反应和恢复重建等进行知识建模，从而可以快速、高效地完成公共安全工作。突发事件应急基础地理信息平台是整个应急指挥体系统一处置指挥平台的核心，该平台可集成各子系统及专题信息，并使各种信息充分展示、定位在基础地理信息平台上。它与组成突发事件系统的其它系统密切相关[3]，并融合在联动处理的各个环节，随时为省级政府应急指挥提供空间基础地理信息服务，因此基础地理信息平台的设计显得尤为重要。

二、平台的总体结构设计

1. 在省级应急平台体系中基础地理信息平台处于核心位置

在图1省级应急平台体系总体框架中，粗黑框所示的即是基础地理信息平台建设所涉及的主要内容。 

图1  省级应急平台体系总体框架

2. 省级应急基础地理信息平台设计的目标

（1）总目标

平台设计的总目标是运用空间信息技术，结合现代化通信手段和计算机技术，以1∶5万及更大比例尺基础地理信息产品为基础，集成重点类型突发事件专题信息，构建省级应急平台体系基础地理信息平台，实现地理信息数据共建共享、典型类型突发事件各类专题信息的综合分析和集成服务，为省政府领导处置突发事件提供空间信息服务和辅助决策支持。

（2）建设目标

根据总目标的要求，面向省应急管理办公室应急处理业务和省政府领导突发事件决策指挥需求，具体进行以下几个方面的建设∶

1)  建立省级重点类型突发事件数据库；

2)  建成省级突发事件应急基础地理信息平台；

3)  专业应急应用示范；

4)  信息标准与运行机制建设。

系统建设要立足基础，面向用户，平战结合。根据各省的具体情况，结合省政府应急办处置突发公共事件预案的实际需求，在平时加强各类基础信息的收集整理，危险源和关键基础设施的辨识、监测和保护，应急预案的完善、应急基础地理信息平台的维护和完善，在战时才能充分利用信息、合理调配资源和快速进行指挥决策。另外，应急基础地理信息平台可以随时为省政府提供空间基础地理信息服务，辅助支持政府决策。

3. 省级应急基础地理信息平台总体结构体系

基础地理信息平台与省级应急平台体系的其他子系统，如底层网络通讯技术平台，应急指挥调度子系统等有机组成统一整体。它是对基础地理信息和相关专题信息进行处理、信息综合分析、信息模拟，为领导提供决策支持的核心平台层面，其总体结构体系如图2所示。

按照平台总体结构，省级应急平台体系基础地理信息平台主要由下列几部分构成∶

1. 突发事件数据库：通过计算机网络技术建立一个安全可靠数据库系统，为本系统以及其它应用系统提供数据服务基础。

2. 数据交换平台：数据交换平台是数据交换节点服务端进行数据配置与业务设置的工具。

3. 基础地理信息应急服务平台：基础地理信息应急服务平台对基础地理空间数据进行管理、分析、模拟和显示，实时提供空间和动态的地理环境信息，并服务于辅助决策。它是突发事件应急基础地理信息平台的核心组成部分。

4. 应急应用示范：主要包括构建于应急指挥系统基础地理信息平台基础之上，通过集成各专业业务分析及管理功能而开发的专业应急示范应用，如地震应急系统、煤炭安全生产应急系统、食品安全应急系统等等。

5. 平台信息标准与运行机制：主要是定义规范的信息处理流程、明确操作规范和责任、定义各系统内部和系统之间的接口协议。

三、平台构建的总体技术路线

基础地理信息平台建设采用先进的理念和最新的技术，平台构建的技术路线主要为以下一些方面：

1. 系统开发设计遵循开放性框架体系结构，全面支持B/S模式开发，使决策者可以通过统一集成界面来辅助进行紧急事件处置指挥。

2. 采用大型关系数据库Oracle以及ArcSDE对数据进行分布式存储、维护和管理，将相关的信息资源存储于关系型数据库中，提供统一的数据存取接口，建立智能化数据发布、交换与访问机制，实现系统编程与数据库平台无关性。

3. 采用地理信息系统技术作为应用系统开发的基础平台和支撑技术，可实现多种空间、非空间信息资源的有效整合[4]，并能以二维或三维图形化的方式表述事件发生的时空分布及演变状况，便于进行紧急事件的处置指挥调度。

4. 系统设计将突发事件应急基础地理信息平台与网络通讯技术平台、应急指挥应用系统区隔开来，为它们提供公共服务接口，可使其它系统、平台全面无缝集成基础地理信息平台所提供的功能，同时还能增强系统的灵活性、可重用性和扩展性。此外，也便于空间信息服务平台的开发和实现。

5. 将系统整体结构层次化、模块化，便于按照总体设计、分步实施的原则有步骤、有重点地实施项目开发，实现边建设边使用，在使用中不断完善和改进。

6. 系统开发尽可能采用标准规范技术，除了与地震部门合作建设示范应用系统外，鼓励专业部门依据基础地理信息平台提供的标准接口结合专业应急需求独立开发应用系统。

四、平台数据库系统的设计

为了全面、有效地反映突发事件的发生情况、对周围的影响，为领导提供及时、准确的突发事件专题信息以及相关的空间位置信息、周围环境信息、社会经济统计信息等，需要建立与突发事件处置指挥相关的空间数据库与专题数据库。

1. 数据存储逻辑设计

根据地理空间数据的结构特征和使用特点，在数据组织上采用如下方法∶

（1）空间数据、与位置相关的非空间数据统一采用大型关系（Oracle等）数据库存储。

（2）地理空间数据采用政府部门应用的数据模型，实现多尺度海量空间数据和多类型关联数据的管理。

（3）非空间数据库（国民经济统计数据、文本、影像、多媒体、专业图形）采用关系数据库存储，按树状结构建立索引，通过地理编码使空间数据与非空间数据连接。

（4）通过GML文件实现外部动态数据集成。

（5）采用分布与集中相结合的数据存储方式，在每层数据库服务器中，存放本地数据，同时将本地区的数据上传到上级单位。这种存储方式可以体现专业部门的自主性，减少网络流量，提高系统响应能力，同时由于数据冗余存储保证数据的安全性[5]。

（6）利用三维空间地理坐标的唯一性建立相应的数据库，将属性信息与地理空间信息相对应，实现在三维漫游的同时对目标的属性进行查询、检索与管理。

2.     数据库集成设计

突发事件处理具有全局性、综合性的特点，因此必须把相关数据库进行集成，但这些存储在不同数据库中的不同类型的数据存在时态差异、不同的数据编码体系、不同的地图投影，以及不同的空间抽象程度，因此需要对这些数据进行协调处理与集成。数据库集成与整合的流程如图3所示，大致包括数据结构分析、数据提取、数据转换和数据入库与更新。

图3 数据库集成与整合流程

3.     数据库建设内容

省级突发事件数据库具体建设内容包括：

（1） 全省基础地理空间数据库：包括全省1∶5万、1∶10万与1∶25万基础地理信息数据库。

（2） 全省中高分辨率遥感正射影像数据库：包括全省ETM或SPOT5等中高分辨率遥感正射影像数据建库。

（3） 重点城市基础地理信息数据库：包括1∶1万数字线划、数字高程模型、数字正射影像库，以及1米或更高分辨率的遥感正射影像数据建库。

（4） 全省地形三维模型建设：建立基于中高分辨率正射影像和1∶5万数字高程模型的全省地形三维模型。

（5） 重点类型突发事件专题信息数据库：包括自然灾害、事故灾难、公共卫生事件、社会安全事件等历史数据库。

（6） 重点类型突发事件相关背景数据库：包括地质数据、地貌数据、森林覆盖数据、气候气象数据、社会经济统计数据、人口分布数据等。

（7） 重点类型突发事件实时监测数据库：将采集到的反映事件发生、发展状况的各种监测数据，如位置数据，现场的多媒体数据等集成到数据库中。

（8） 重点类型信息接报处置数据库：包括与信息接报处置相关的各种数据建库。

五、平台软件的开发

省级应急平台体系基础地理信息平台软件的开发一般主要包括两大部分，数据交换平台的开发和基础地理信息应急服务平台的开发。

1. 数据交换平台的开发设计

数据交换中心管理平台是数据交换节点服务端进行数据配置与业务设置的工具，操作员可以进行任务的设定、任务的切换、数据的预处理以及数据备份及数据的异常处理和数据恢复等。整个数据交换平台的流程如图4所示。

图4 数据交换平台总体流程图

数据交换平台的主要性能如下：

（1）  智能化数据交换：用户定义模版后，无须干预数据交换，系统定时自动执行交换程序。

（2）  超强容错性：对于前后执行交换的数据结构不一致时，系统会有一定的容错性，修复早期的数据结构，使程序照常进行。

（3）  安全恢复数据：对于用户的误操作，数据交换失败时，系统会恢复数据交换前的状态，保证数据的绝对安全性。

（4）  支持数据类型全面：数据交换系统支持GIS中多数数据类型，有非空间数据类型Access、Excel、Word，空间数据类型的Shape、GML、E00文件，支持SQL Server 数据库和Oracle数据库。

（5）  界面友好：数据自动交换系统界面友好、简单、易于操作，能够实时跟踪程序的执行情况。

（6）  操作完整性：数据自动交换系统，提供执行完数据交换后的文件处理，保证系统高效性和安全性。

（7）  支持时态数据：考虑到交换入数据库的数据有可能带有时态性，因此需要一个时态处理模块，该模块在后台运行，由程序控制触发，对用户透明。时态处理主要包括创建上下文、重建时态性、保持与当前数据的一致性等。

数据交换平台的主要功能如下：

（1）  基本功能：主要包括登陆连接、任务管理、系统管理、日志管理等内容。

（2）  交换中心任务执行、切换以及数据传输监控：能够实时监控交换中任务的数据交换情况，能够进行“手动交换”和“自动交换”的状态切换，实时地了解包括交换数据流量、系统资源以及交换服务的各种属性值，还提供支持数据异常处理、数据恢复和全程实时监控。

2. 基础地理信息应急服务平台技术框架

基础地理信息应急服务平台是以地理空间数据库为基础，综合地、动态地对地理空间数据进行管理、分析、模拟和显示，实时提供空间和动态的地理环境信息，并服务于辅助决策的应急服务平台。基础地理信息应急服务平台的技术框架如图5所示。

图5 基础地理信息应急服务平台的技术框架

3. 基础地理信息应急服务平台功能设计

基础地理信息应急服务平台是以GIS空间分析、全球定位、宽带传输、海量信息处理和信息安全等技术手段为支撑构建的平台，其功能设计遵循如下原则。

（1）  较低的开发和应用管理成本：基础地理信息应急服务平台遵循开放性框架体系结构，利用组件技术，可根据实际需求选择需要的控件，最大限度地降低了开发成本[6]。

（2）  真正的信息共享：与数据交换平台有良好的接口，本身提供对不同级别不同部门多源分布式数据的连接共享功能，使得使用者能方便地获取所需的信息。

（3）  良好的可扩展性：采用的GIS 和WEB技术所基于的标准是开放的、非专用的，这就为平台的进一步扩展提供了极大的发挥空间，使得基础地理信息应急服务平台很容易与政府内网中的其他信息服务进行无缝集成，建立功能丰富的具体GIS应用。

（4）  跨平台支持：传统的GIS软件都是针对不同操作系统的，对不同的操作系统分别要使用相应的GIS应用软件。基础地理信息应急服务平台则能做到跨平台运行，真正发挥跨平台的技术优势。

基础地理信息应急服务平台主要功能如下，见图6。

（1）多用户权限角色管理

（2）多源同构分布式地理空间数据共享

（3）基础地理信息显示与查询

（4）三维地形显示及分析

（5）统计分析

（6）空间分析

（7）综合分析与模拟

（8）移动目标监控跟踪

图6 基础地理信息应急服务平台主要功能

六、信息标准与运行机制建设

省级应急平台体系基础地理信息平台建设是一项长期复杂的系统工程，必须形成一套切实有效的机制，以保障系统建设以及系统随着时间推移不断完善、更新、升级。基础地理信息平台信息标准与运行机制建设要以现有国家、行业标准为基础，尽量在它们的基础上进行扩充，充分利用已形成的有效运行机制；在此基础上，结合公共突发事件应急处置的需求制定相关的标准与运行机制[7]。

针对政府处理突发事件的业务需求和应急预案，制定指导数据库建设与数据整合的规范，建立信息集成与共享机制，构筑空间信息系统运行服务模式，具体内容包括∶

u   地理空间数据交换格式规范制定

u   基础地理数据与突发事件专业空间数据整合规程

u   非空间数据地理编码规程

u   信息保密与使用规定

七、结束语

建立应急指挥基础地理信息平台是指在统一的基础地理信息科学框架基础上，实现各种应急指挥信息的可视化显示、综合查询分析，并提供高效的辅助决策功能。在应急指挥中，地理信息平台的价值和作用就在于对各种信息，如地形、人口、设施等的集成和可视化表达，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。在应急管理的几个阶段，即风险评估和预防、应急准备和预案、应急响应和指挥以及灾后恢复与重建中，都需要地理空间信息和地理信息平台的支持。地理信息平台是综合应急系统不可或缺的组成部分，要应付紧急事故和灾难，没有比建立地理信息平台、相关数据库并建立完善的共享机制更有意义的了[8]，通过建立应急地理信息平台避免了各个业务部门的重复建设，实现了信息共享，为应急综合指挥调度奠定坚实的基础。

参考文献：

[1] 范维澄. 突发公共事件应急信息系统总体方案构思[R]. 北京：第二届中国政府电子政务论坛突发公共事件应急信息系统建设与应用论文集, 2005：48-55

[2] 王文俊．突发公共事件应急信息系统及其技术体系[J]．信息化建设，2005，（9）：15．

[3] 石丽红，张清浦，刘纪平，等．面向突发事件的防范应急GIS系统的设计与实现[J]．测绘科学，2005，30（1）：66-68．

[4] 翟宝辉，等．城市综合防灾[M]．北京：中国发展出版社，2007．

[5] 张书亮，闾国年，李秀梅，姜永发．网络地理信息系统[M]．北京：科学出版社，2005．

[6] 沈百玲. 用NET构建和部署ArcGIS Server应用[R]．北京:ESRI中国（北京）有限公司，2004．

[7] 黄以宽．突发公共事件应急信息系统应用标准建设[J].信息化建设，2005，（9）：21-23．

[8] ESRI ArcGIS社会公共安全与应急服务解决方案[R]．北京:ESRI中国（北京）有限公司，2008．