1 引言

上世紀(jì)后半葉，隨著人口激增、資源短缺、生態(tài)破壞、環(huán)境惡化和恐怖主義的盛行，人類面臨日益嚴(yán)峻的公共安全問題。進(jìn)入新世紀(jì)，自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生、社會安全等突發(fā)公共事件對人類的侵襲更有愈演愈烈之勢。2001年美國911恐怖襲擊事件，2003年驚心動魄的SARS疫情，2004年巴拉圭超市特大火災(zāi)事件，2004年—2005年的印度洋海嘯事件，這些事件帶給人類的除了傷亡、疾病，還有無法磨滅的記憶和傷痛。我國每年由公共安全問題造成的非正常死亡約20萬人，傷殘約200萬人，造成的經(jīng)濟(jì)損失約為GDP總量的5%。未來20年是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，城市化、新型工業(yè)化以及全球化進(jìn)程將進(jìn)一步加快，公共安全問題發(fā)生頻度將進(jìn)一步增加。我國政府高度重視對突發(fā)公共事件的預(yù)防和處置工作，2006年1月8日國務(wù)院公布了《國家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》，2006年出臺的《國務(wù)院關(guān)于全面加強(qiáng)應(yīng)急管理工作的意見》把“推進(jìn)國家應(yīng)急平臺體系建設(shè)”列為“加強(qiáng)應(yīng)對突發(fā)公共事件的能力建設(shè)”的首要工作，明確指出“加快國務(wù)院應(yīng)急平臺建設(shè)，完善有關(guān)專業(yè)應(yīng)急平臺功能，推進(jìn)地方人民政府綜合應(yīng)急平臺建設(shè)，形成連接各地區(qū)和各專業(yè)應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)、統(tǒng)一高效的應(yīng)急平臺體系”，公共安全應(yīng)急平臺建設(shè)作為實(shí)施預(yù)案的工具，成為應(yīng)急管理的一項重要基礎(chǔ)性工作。

GIS出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過40多年的發(fā)展，逐漸形成了其理論和技術(shù)體系，GIS已被廣泛應(yīng)用于自然、社會、經(jīng)濟(jì)、人文等眾多領(lǐng)域的建模和決策支持，因?yàn)槠涔逃械膬?yōu)勢，應(yīng)急管理工作的許多業(yè)務(wù)需求可以甚至必須在GIS的支持下才能實(shí)現(xiàn)。近年來，雖然各級政府應(yīng)急平臺建設(shè)的工作已先后展開，然而對GIS在應(yīng)急平臺中的應(yīng)用尚缺乏系統(tǒng)的研究，鑒于此，本文鑒于應(yīng)急平臺的地位和作用，結(jié)合GIS的功能，系統(tǒng)研究了GIS對應(yīng)急平臺建設(shè)的支持。此外，本文還基于當(dāng)前最新軟件工程技術(shù)及主流GIS軟件提供的設(shè)計和開發(fā)方法，闡述了GIS在應(yīng)急平臺上的集成。通過典型案例，展示了GIS在城市應(yīng)急平臺建設(shè)中的應(yīng)用。文章最后對GIS在公共安全應(yīng)急中的應(yīng)用現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行了總結(jié)和展望。

2 GIS與應(yīng)急管理

2.1 GIS的主要功能

GIS(Geographic Information System)是地理信息系統(tǒng)的簡稱，它是由計算機(jī)硬件、軟件和不同方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計用來支持空間數(shù)據(jù)采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題。GIS是20世紀(jì)60年代在迅速發(fā)展的計算機(jī)技術(shù)的推動下出現(xiàn)的一項地理學(xué)研究技術(shù)，它是地理學(xué)、測繪學(xué)、地圖學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等多種學(xué)科交叉的產(chǎn)物。近年來，受日益廣泛的應(yīng)用需求驅(qū)動并得益于計算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展，GIS無論在理論研究還是實(shí)際應(yīng)用方面均獲得了迅速的發(fā)展。許多計算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù)，如Internet技術(shù)、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫技術(shù)、三維可視化技術(shù)、圖像處理和人工智能技術(shù)都被先后應(yīng)用到GIS中。

2.2 應(yīng)急管理中的GIS

與遙感和GPS測量技術(shù)結(jié)合，GIS可以為監(jiān)測監(jiān)控提供支持。遙感具有大范圍、快速、多頻次、經(jīng)濟(jì)地獲取空間數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，GPS則能用于高精度定位，遙感和GPS作為GIS的重要數(shù)據(jù)源，結(jié)合GIS的數(shù)據(jù)收集、處理和管理的能力，可以獲取各種監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)。為風(fēng)險分析和評估提供數(shù)據(jù)支持。

GIS技術(shù)具有管理和分析多源空間數(shù)據(jù)的能力。而風(fēng)險隱患辨識、分析和評估涉及到各種風(fēng)險源、防護(hù)目標(biāo)以及相關(guān)應(yīng)急資源、救援力量，各類自然、社會、經(jīng)濟(jì)等因素的綜合處理分析，GIS強(qiáng)大的空間分析功能，如疊加分析、緩沖區(qū)分析等能為其提供支持。如通過GIS的緩沖區(qū)分析功能，可以識別出明顯或潛在的重大危險源和重點(diǎn)防護(hù)目標(biāo)等信息，再結(jié)合人口密度、街道、管線、電力線等其它地圖數(shù)據(jù)，使用疊加統(tǒng)計、空間關(guān)聯(lián)分析等基礎(chǔ)的空間分析功能，開展風(fēng)險分析和評估。二、三維可視化技術(shù)，如空間數(shù)據(jù)符號化展示，統(tǒng)計圖表，三維地形模型、空間對象模型等是GIS提供的豐富的展示功能。在風(fēng)險表達(dá)中，可以綜合使用GIS的可視化技術(shù)和圖表功能，將風(fēng)險隱患辨識、分析和評估的結(jié)果制作為二、三維專題圖的形式，不僅具有豐富的效果，更便于信息的傳遞、理解和應(yīng)用。

在接收到突發(fā)公共事件信息時，通過GIS可以進(jìn)行突發(fā)公共事件定位、按比例尺查詢顯示事發(fā)地周邊環(huán)境信息，進(jìn)行地圖標(biāo)繪，制作事件接報專題圖。

通過GIS的空間查詢、空間數(shù)據(jù)編輯、區(qū)域統(tǒng)計等功能，可以對監(jiān)控點(diǎn)、各類應(yīng)急資源進(jìn)行查詢檢索和維護(hù)管理，保證監(jiān)測監(jiān)控的有效性和現(xiàn)勢性，全面掌控資源狀態(tài)，及時更新應(yīng)急資源信息。

在災(zāi)后恢復(fù)和重建時，恢復(fù)期內(nèi)，可以用手持設(shè)備、GPS定位毀壞的設(shè)施，確定損失情況，排出優(yōu)先級；配給中心按人口和每個地區(qū)遭受的損失程度，給安置點(diǎn)發(fā)放水、食物、藥品、衣被等生活物資。重建期內(nèi)，可以用GIS來跟蹤和顯示重建的計劃和進(jìn)展，輔助重建資金的預(yù)算、分配和記錄。

3 GIS與應(yīng)急平臺的集成

隨著軟件工程技術(shù)的發(fā)展，面向?qū)ο蠛兔嫦蚍?wù)的設(shè)計和開發(fā)方法日益成熟，并在實(shí)際中獲得了巨大的成功，當(dāng)前主流的GIS軟件也提供了對這些設(shè)計和開發(fā)技術(shù)的支持。因此，為了與GIS軟件無縫集成，獲得最佳應(yīng)用效果，應(yīng)急平臺的架構(gòu)設(shè)計亦應(yīng)該遵循平臺化、構(gòu)件化的設(shè)計思想，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換、統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的安全保障。

GIS與應(yīng)急平臺的集成基于先進(jìn)的多層架構(gòu)模型和SOA (Service-Oriented Architecture)架構(gòu)模型。多層架構(gòu)可以搭建松散耦合、易于復(fù)用、可擴(kuò)展性強(qiáng)的應(yīng)用，除了方便軟件開發(fā)的組織和實(shí)施外，亦便于日后系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展。而SOA架構(gòu)模型則可以更好地滿足系統(tǒng)的組件化、互操作、模塊化、可伸縮等特性，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前或今后應(yīng)急信息化建設(shè)中更多的資產(chǎn)重用，快速響應(yīng)業(yè)務(wù)需求變化，SOA架構(gòu)具有的規(guī)范統(tǒng)一性和高度的開放性可以保證應(yīng)急領(lǐng)域信息化建設(shè)的兼容性。

將GIS功能封裝成組件及發(fā)布成Web服務(wù)，定義統(tǒng)一的接口，界定輸入、輸出參數(shù)，通過C/S或B/S模式與應(yīng)急平臺集成，為應(yīng)急平臺各系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的GIS功能（圖1）。

圖 1 GIS與應(yīng)急平臺的集成架構(gòu)

由圖1可見，GIS與應(yīng)急平臺的集成架構(gòu)由三層組成。

1）數(shù)據(jù)層

該層為GIS基礎(chǔ)構(gòu)件層提供數(shù)據(jù)支持，主要包括：空間數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)（WMS，Web Map Service）、網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)（WFS，Web Feature Service）和各類型空間數(shù)據(jù)文件。

2）基礎(chǔ)構(gòu)件層

該層分為兩部分，一部分是以GIS服務(wù)形式（Web Service）提供的基礎(chǔ)構(gòu)件，這些基礎(chǔ)構(gòu)件用于B/S應(yīng)用開發(fā)，支持分布式和集中式部署，可在大型組織內(nèi)以及Internet用戶間發(fā)布和共享地理信息：除了為客戶端提供地圖和數(shù)據(jù)服務(wù)，GIS服務(wù)器還可在共享的中心服務(wù)器上支持GIS工作站的所有功能。另一部分是以GIS組件形式(如COM、CORBA)提供的基礎(chǔ)構(gòu)件，主要是滿足面向組件的應(yīng)用開發(fā)需要，適合于C/S模式的應(yīng)用開發(fā)。

3）業(yè)務(wù)應(yīng)用層

應(yīng)急平臺包括B/S和C/S兩種模式的應(yīng)用，B/S模式通過調(diào)用GIS提供的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行于局域或廣域網(wǎng)環(huán)境下的應(yīng)用，而C/S模式則直接通過調(diào)用組件來構(gòu)建基于功能需求更復(fù)雜、性能要求更高的應(yīng)用，如二維標(biāo)繪，三維展示等。

4 案例展示

為應(yīng)對快速城市化進(jìn)程中日益突出的公共安全問題，從2006年起，昆山市政府啟動了突發(fā)公共事件應(yīng)急平臺建設(shè)項目，北京市辰安偉業(yè)科技有限公司負(fù)責(zé)了該項目的研發(fā)工作。經(jīng)過近2年的努力，目前昆山市應(yīng)急平臺已正式上線運(yùn)行。昆山市應(yīng)急平臺采用了美國ESRI公司的ArcGIS基礎(chǔ)軟件平臺，許多應(yīng)急業(yè)務(wù)功能都是在該軟件平臺的基礎(chǔ)上，通過二次開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

在昆山市應(yīng)急平臺中，GIS與應(yīng)急平臺的集成采用了B/S和C/S兩種模式，其中B/S模式主要是實(shí)現(xiàn)基于Web的地圖信息瀏覽、發(fā)布等應(yīng)用，而C/S模式則主要是針對模型分析和空間決策支持等復(fù)雜空間分析需求，而實(shí)現(xiàn)的基于桌面的應(yīng)用。

針對昆山市典型突發(fā)事件特征，在昆山市應(yīng)急平臺上實(shí)現(xiàn)了數(shù)十種突發(fā)事件預(yù)測分析模型，這些模型均基于GIS基礎(chǔ)平臺開發(fā)，GIS基礎(chǔ)平臺為這些模型提供空間數(shù)據(jù)輸入、空間數(shù)據(jù)處理分析及模型運(yùn)行結(jié)果展示等功能支持。圖 2為各種模型運(yùn)行界面截圖。

圖 2 各種突發(fā)公共事件預(yù)測模擬運(yùn)行示意圖

基于ArcGIS Server提供的網(wǎng)絡(luò)地圖操作功能，昆山市應(yīng)急平臺建立了應(yīng)急Web GIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了突發(fā)事件信息網(wǎng)絡(luò)報告、突發(fā)事件信息的網(wǎng)上適時發(fā)布等功能（圖 3）。便利了突發(fā)公共事件應(yīng)急管理中地理相關(guān)信息的傳輸、交換與共享。

圖 3 昆山市應(yīng)急平臺上Web GIS的實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行示意圖

5 結(jié)論和展望

公共安全是關(guān)系到公眾生命和財產(chǎn)安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定的大問題。GIS對空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲和操縱能力及其強(qiáng)大的空間分析功能, 使其能為公共安全體系提供強(qiáng)大的技術(shù)支持, 對公共安全事業(yè)的發(fā)展有著十分重要的意義。目前，各級政府、企事業(yè)單位等應(yīng)急相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)急平臺建設(shè)工作開展得如火如荼，GIS的諸多功能也逐漸得到發(fā)掘和應(yīng)用。GIS在應(yīng)急平臺建設(shè)中取得初步成功的同時，也還存在許多需要解決的問題，主要體現(xiàn)在以下方面：

1）GIS強(qiáng)大分析功能的進(jìn)一步深入挖掘。目前，雖然一些常用的空間分析功能在應(yīng)急平臺及應(yīng)急相關(guān)系統(tǒng)建設(shè)中獲得了成功的應(yīng)用，而許多復(fù)雜、高級的分析功能，還沒有得到充分、有效的利用。

2）空間智能決策技術(shù)在應(yīng)急平臺的集成和應(yīng)用。基于人工智能的技術(shù)已經(jīng)有深入的研究，但在應(yīng)急領(lǐng)域還沒有得到充分利用。應(yīng)急平臺的科學(xué)性和智能化的提高，還需要這些技術(shù)的強(qiáng)有力支持。

3）三維可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用。三維可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是GIS研究的前沿領(lǐng)域，目前在該領(lǐng)域已經(jīng)取得了一些重要的成果，將這些最新的技術(shù)應(yīng)用于應(yīng)急領(lǐng)域，必將進(jìn)一步增加人類應(yīng)對突發(fā)公共事件的能力。