陳米思

地圖及位置服務在地質災害管理中的應用研究

陳米思

福建省基礎地理信息中心

福建省地質災害預警信息系統(tǒng)是一個基于“天地圖”在線地圖服務的地質災害預警平臺，該文結合該項目的開展，總結了地圖服務及位置服務在地質災害預警管理中的應用方式，提出了地圖及位置服務在地質災害管理中以及相關領域中的應用思路。

地圖服務 天地圖 位置服務 地質災害

0 引言

福建省由于受到多山、多臺風等復雜自然因素的影響，全省地質災害分布點多面廣[1]。我省出臺了《福建省“十二五”防災減災專項規(guī)劃》，規(guī)劃要求，持續(xù)開展縣（市、區(qū)）地質災害調查，查清地質災害隱患情況，進一步評估地質災害易發(fā)區(qū)成災風險，修編省、市、縣地質災害防治規(guī)劃；不斷完善村（居）汛期地質災害防御和群眾轉移預案，強化基層地質災害應急能力建設，建成規(guī)模適度、裝備齊全、訓練有素的地質災害專業(yè)技術支撐隊伍；進一步完善地質災害綜合管理信息與預警預報系統(tǒng)，推進省、市、縣、鄉(xiāng)四級地質災害防治管理數(shù)據(jù)集成，形成“一張圖、一體化”[2]。

目前，傳統(tǒng)的地質災害監(jiān)測方法明顯存在著不足：一是數(shù)據(jù)采集主要由人工完成，周期長，需要人員多，上報發(fā)布慢；二是數(shù)據(jù)采集沒有基于一個完整權威的地理信息數(shù)據(jù)，每次采集還需重新測圖；三是沒有將各種監(jiān)測方法的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理與分析組成一個完整的系統(tǒng)[3]。因此,常規(guī)監(jiān)測方法無法對地質災害實施連續(xù)、實時、動態(tài)的監(jiān)測,不能滿足自動化的要求。而地理信息服務、衛(wèi)星定位技術、移動通信技術、互聯(lián)網(wǎng)等技術的發(fā)展為地質災害信息的管理提供了一條新的解決途徑。因此，我們可以充分利用這些新技術實現(xiàn)災情數(shù)據(jù)的快速采集、傳輸和管理，為各級領導和專家提供遠程會商、應急指揮和決策支持等信息服務[4-5]。

福建省地質災害預警與管理信息系統(tǒng)是基于“天地圖”的在線地圖服務，為福建省國土資源廳提供基于位置服務的地質災害信息采集、預警、監(jiān)控、統(tǒng)計和發(fā)布的地質災害應急管理平臺。

1 地圖及位置服務概述

在福建省地質災害預警信息系統(tǒng)建設中，地圖和位置服務是地質災害管理的地理空間基礎，地圖和位置服務解決了地質災害點在采集和監(jiān)控過程中空間分布管理的問題，是地質災害數(shù)據(jù)形成“一張圖、一體化”的數(shù)據(jù)和技術基礎。

1.1 在線地圖服務

為了解決Web地圖服務互操作的困難，實現(xiàn)互操作接口機制的開放性和標準性，作為全球最主要的地理信息互操作規(guī)范的制訂者和提倡者，OGC開發(fā)了一系列基于公共接口、編碼和模式的Web地圖方法。如基于Web地圖服務的互操作規(guī)范WMS，基于Web要素服務的互操作規(guī)范WFS，基于Web層服務的互操作規(guī)范WCS等。

“天地圖”是我國測繪部門提供地理信息公共服務的主要運行形態(tài)與手段， “天地圖”基于OGC標準集成了多種類多尺度的基礎地理信息資源?！疤斓貓D·福建”是“天地圖”在福建的省級節(jié)點?！疤斓貓D·福建”提供了地圖數(shù)據(jù)服務和地圖功能服務。數(shù)據(jù)提供了滿足OGC標準的WMS服務、WMTS服務、WFS服務和WFS-G服務等數(shù)據(jù)，所有的服務都采用GCS-2000的地心坐標系。其中WFS服務、WMS服務主要涉及道路、水系等要素類型，WFS-G服務為全省的地名地址服務，WMTS服務提供矢量、影像和暈渲三種類型的服務。地圖功能服務都以Web Service方式發(fā)布提供。在本系統(tǒng)中，“天地圖·福建”為災點采集子系統(tǒng)、災害監(jiān)控子系統(tǒng)提供了矢量和影像電子地圖瓦片服務。以上服務的內容通過地圖API可以直接調用。

1.2 位置服務

位置服務 (Location Based Service，LBS)是建立在定位基礎上的服務。LBS 是衛(wèi)星導航技術、GIS 技術和無線通信網(wǎng)絡技術等相集成的產(chǎn)物, 它實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)與各類定位終端之間點對點、端對端的互動應用, LBS定義了未來地理空間信息(含定位信息) 移動服務的藍圖, 即當用戶與現(xiàn)實世界的一個模型交互時, 在不同時間、不同地點, 這個模型會動態(tài)地向不同用戶提供不同的基于位置的信息服務[6-7]。

位置服務中心負責災點采集子系統(tǒng)的移動終端與地災監(jiān)控子系統(tǒng)之間通訊，解析移動終端發(fā)出的信息并支持監(jiān)控子系統(tǒng)管理移動終端設備。位置服務中心由信息通訊、數(shù)據(jù)管理、運維管理等模塊構成。其中，信息通訊模塊，實現(xiàn)通訊報文接收、解析、分發(fā)等工作；數(shù)據(jù)管理模塊，實現(xiàn)海量、高并發(fā)定位數(shù)據(jù)的存儲管理，并提供快速查詢檢索等功能；運維管理模塊，實現(xiàn)用戶和終端注冊、審核以及移動終端系統(tǒng)的運行許可，為“位置服務中心”的擴展應用提供統(tǒng)一的運行維護接口[8]，如圖1所示。

圖1 位置服務邏輯結構圖

2 系統(tǒng)總體架構

福建省地質災害預警信息系統(tǒng)融合了包括GIS、Flex、Web2.0技術、數(shù)據(jù)庫技術等多種技術，構建三層結構SOA應用模式。系統(tǒng)分為三個層次：數(shù)據(jù)層、服務層、應用層。邏輯上包括災點采集子系統(tǒng)和地災監(jiān)控子系統(tǒng)，如圖2所示。

數(shù)據(jù)層：包含災害專題數(shù)據(jù)和基礎地理數(shù)據(jù)。災害專題數(shù)據(jù)具體包含：災害點數(shù)據(jù)、群測群防數(shù)據(jù)、其他專題數(shù)據(jù)；基礎地理數(shù)據(jù)具體包含：電子地圖數(shù)據(jù)、實體數(shù)據(jù)等。其中災害點數(shù)據(jù)由位置服務中心解析存儲，電子地圖數(shù)據(jù)和實體數(shù)據(jù)由天地圖·福建以服務方式在線提供。

服務層：包含位置服務以及“天地圖”在線地圖服務。位置服務負責將災點采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收、解析，并向地災監(jiān)控系統(tǒng)轉發(fā)；在線地圖服務提供符合OGC標準的矢量電子地圖、影像電子地圖和地圖操作分析等功能服務。

應用層：包括災點采集子系統(tǒng)和地災監(jiān)控子系統(tǒng)。災點采集子系統(tǒng)通過GPS或手機基站采集位置信息，根據(jù)實地調查情況采集屬性和其它附屬信息，通過無線或有線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿恢梅罩行模馕龊筠D發(fā)至地災監(jiān)控子系統(tǒng)。地災監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務器和應用服務器對數(shù)據(jù)進行存儲、處理、查詢和分析等（如圖2所示）。

圖2 系統(tǒng)架構圖

3 系統(tǒng)設計實現(xiàn)

系統(tǒng)功能的實現(xiàn)過程主要體現(xiàn)在服務層和應用層之間的交互。從服務層的角度出發(fā)，問題集中體現(xiàn)在如何將地理信息和位置信息進行發(fā)布從而為應用服務。從應用層的角度出發(fā)，問題集中在如何降低系統(tǒng)建設成本，以最小的代價和最便捷的方式獲取可利用的地理信息資源。

福建省地質災害預警與管理信息系統(tǒng)主要由四個部分組成：災點采集子系統(tǒng)、地災監(jiān)控子系統(tǒng)、位置服務中心、“天地圖·福建”地理信息服務平臺。

災點采集子系統(tǒng):采集地質災害點位置和屬性信息，并通過GPRS或3G網(wǎng)絡經(jīng)位置服務中心解析后發(fā)往地災監(jiān)控子系統(tǒng)。

地災監(jiān)控子系統(tǒng):對災情進行存儲、分析、管理、生成預警信息進行發(fā)布。

位置服務中心：與災點采集子系統(tǒng)通訊，接收災點信息并解析轉發(fā)至地災監(jiān)控子系統(tǒng)。

“天地圖·福建” 地理信息服務平臺：在線發(fā)布地圖服務，供災點采集子系統(tǒng)和地災監(jiān)控子系統(tǒng)坐地理空間參考。

災點采集子系統(tǒng)和地災監(jiān)控子系統(tǒng)為系統(tǒng)應用層。位置服務中心和“天地圖·福建”為系統(tǒng)服務層。它們之間關系如圖3所示。

圖3 應用層和服務層的邏輯結構

災點采集子系統(tǒng)與位置服務的關系：災點采集子系統(tǒng)通過GPRS或3G網(wǎng)絡連接到位置服務中心，采集的災點位置信息和屬性數(shù)據(jù)，按位置服務制定的協(xié)議組包，通過Socket上傳至位置服務中心，位置服務中心解析后轉發(fā)至監(jiān)控系統(tǒng)。

災點采集子系統(tǒng)與在線地圖服務的關系：災點采集子系統(tǒng)通過GPRS或3G網(wǎng)絡連接到天地圖，獲取地圖服務，輔助GPS定位，對災點位置進行修正校準，同時可實現(xiàn)基于移動端的地圖瀏覽。

地災監(jiān)控子系統(tǒng)與位置服務的關系：地災監(jiān)控子系統(tǒng)通過Internet網(wǎng)絡與位置服務中心連接，并通過Socket接收到位置服務中心轉發(fā)的災點數(shù)據(jù)包，按照協(xié)議解析后存儲至災點數(shù)據(jù)庫。

地災監(jiān)控子系統(tǒng)與在線地圖服務的關系：地災監(jiān)控子系統(tǒng)通過Internet網(wǎng)絡與天地圖連接，獲取地圖服務，為災點落圖提供地理空間基礎，并提供地圖操作、搜索定位、空間分析等功能。

3.1 災點采集子系統(tǒng)

災點采集子系統(tǒng)部署于智能手機終端，用戶為野外采集人員。災點采集終端需部署地圖服務，可實時在線瀏覽地圖；需確定系統(tǒng)的通訊方式和通訊協(xié)議，保證監(jiān)控中心得到及時完整的災害信息，并考慮節(jié)約GPRS流量。系統(tǒng)選擇Esri的ArcGIS Mobile作為手機地圖支撐平臺，設計在線和離線兩種方式實現(xiàn)對地圖數(shù)據(jù)的集成展示[9]。

災點采集子系統(tǒng)能夠實現(xiàn)地圖瀏覽、地名查詢定位、地質災害點信息的采集等功能。其中，采集的災點數(shù)據(jù)內容包括空間信息、屬性信息、現(xiàn)場照片等，通過GPRS無線網(wǎng)絡實時/定時地傳輸至位置服務中心，如圖4所示。

圖4 災點采集子系統(tǒng)界面

3.2 地災監(jiān)控子系統(tǒng)

地災監(jiān)控子系統(tǒng)是負責所有采集數(shù)據(jù)的接收、處理和統(tǒng)計。系統(tǒng)設計為B/S結構，采用Microsoft SQL Server作為數(shù)據(jù)服務器，提供地圖操作、數(shù)據(jù)管理、查詢定位、統(tǒng)計分析、預測預報等功能?？蛻舳瞬捎肁rcGIS Server Flex作為地圖容器，使用AS腳本語言構建用戶界面，采用IIS構建Web服務。野外采集的數(shù)據(jù)通過GPRS或3G無線網(wǎng)絡實時/定時地傳輸至監(jiān)控中心，地災監(jiān)控子系統(tǒng)實時接收災點采集子系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)，將多災種監(jiān)測數(shù)據(jù)融合到基礎地圖服務中，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。在此基礎上，結合歷史氣象、水文數(shù)據(jù)等專題信息庫，做出地質災害的預測預報，并通過生成形象的趨勢圖、形勢圖等二維、三維地理信息圖表，完成地質災害信息的發(fā)布，如圖5所示。

圖5 地災監(jiān)控系統(tǒng)界面

4 結束語

隨著越來越多的行業(yè)和部門對地理信息需求的不斷增強，測繪部門傳統(tǒng)的服務方式正在悄然改變，由原來傳統(tǒng)提供文件和數(shù)據(jù)方式向提供在線服務的方式轉變。本文通過福建省地質災害預警信息系統(tǒng)的建設，不僅為地質災害的應急管理和預警提出一個解決方案，同時也探索出一條基于地圖和位置服務的GIS應用系統(tǒng)解決方案，有很好的推廣應用價值。

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