潘英英,李 東,曹世彭

（云南省測繪資料檔案館（云南省基礎(chǔ)地理信息中心），云南昆明 650034）

基于三維GIS地質(zhì)災害應急指揮平臺設(shè)計與實現(xiàn)

潘英英,李 東,曹世彭

（云南省測繪資料檔案館（云南省基礎(chǔ)地理信息中心），云南昆明 650034）

本文以skyline三維地理信息平臺為基礎(chǔ)，整合云南省基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、地質(zhì)災害數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)、民政民生數(shù)據(jù)等各類信息資源，針對地災應急救援工作的突發(fā)性和緊迫性的要求，建立了云南省三維GIS地質(zhì)災害應急指揮平臺。該平臺建設(shè)的主要目的是解決地質(zhì)災害現(xiàn)場應急救援工作的盲目性和不確定性，是一個量級輕、攜帶方便、功能全、實用性好的三維GIS平臺，實現(xiàn)了應急救援線路的快速設(shè)計、應急安置點規(guī)劃、災害擴散分析、水域淹沒分析、救援土石方量計算等三維分析功能，能較好地解決以往多次地質(zhì)災害應急救援實踐中的困難和問題，在應急部署和實地救援工作中起著較大的作用和幫助。

三維GIS；地質(zhì)災害；應急救援

0 引言

云南省是自然災害最為嚴重的省份之一，不僅災害種類多、分布廣，而且發(fā)生頻率高、損失嚴重，尤其是近幾年發(fā)生的盈江地震、彝良地震、鎮(zhèn)雄山體滑坡、迪慶香格里拉地震、魯?shù)榈卣?、景谷地震等自然災害中，地理信息應急保障服務工作接受了一次次巨大考驗，更加突出了應急救災測繪保障工作的重要性和迫切性。傳統(tǒng)的應急工作存在應急突發(fā)區(qū)域通訊障礙、應急各部門對接不暢、相關(guān)應急測算數(shù)據(jù)獲取不及時等問題（許兆軍等，2015；師帥一，2012；廖野翔等，2011），通過建立三維GIS地質(zhì)災害應急指揮平臺，可將基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、各種專業(yè)數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)等各種信息應用三維虛擬可視化技術(shù)（冷小鵬等，2012），以數(shù)字化的形式進行綜合集成管理，以動態(tài)的、形象的、多視角的、多層次的方式展示和應用，為政府應急部門及時提供應急區(qū)域真實的地形地貌三維可視化平臺，使各種專業(yè)數(shù)據(jù)在平臺中實現(xiàn)平滑調(diào)用，是測繪部門在應急保障服務中的重要基礎(chǔ)性工作。

1 平臺建設(shè)

1.1 建設(shè)思路

1.2 開發(fā)環(huán)境

為保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性，本系統(tǒng)為C/S架構(gòu)，應用三維GIS技術(shù)，基于Microsoft的XML 語言，在Microsoft.net的服務平臺上，將地理信息系統(tǒng)的空間圖形與地質(zhì)災害相關(guān)屬性數(shù)據(jù)有機結(jié)合，生成三維可視化的生動表達形式的三維GIS地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)。

1.3 數(shù)學基礎(chǔ)

為了保證系統(tǒng)建設(shè)符合國家標準，系統(tǒng)建設(shè)中所用的坐標為：平面坐標2000國家大地坐標系，高程系統(tǒng)為：1985國家高程基準。

具體格式為：①DLG、DEM、DOM數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用2000國家大地坐標系地理坐標。②DLG數(shù)據(jù)采用SHP格式；對于矢量數(shù)據(jù)，對應GeoDatabase模型中的數(shù)據(jù)集（FeatureDataset）劃分為居民地、交通、水系等圖層，按點、線、面實體的特征分各縣存儲為129個區(qū)域。③DEM數(shù)據(jù)采用IMG格式。④DOM數(shù)據(jù)采用IMG格式。

1.4 系統(tǒng)架構(gòu)

從圖1可以看出，整個系統(tǒng)從邏輯上分為數(shù)據(jù)服務層、應用平臺層、核心業(yè)務層和應用表現(xiàn)層來組織。數(shù)據(jù)服務層包括各類元數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)和業(yè)務表數(shù)據(jù)等，該層實現(xiàn)的數(shù)據(jù)訪問接口具有通用性的特點。核心業(yè)務層是實現(xiàn)整個應用的基礎(chǔ)和框架，除提供方便的開發(fā)模式外，還提供基本的業(yè)務分析和空間數(shù)據(jù)處理和應用功能模塊，以大大提高應用系統(tǒng)的開發(fā)效率。應用表現(xiàn)層是直接與用戶交互的系統(tǒng)功能層，根據(jù)用戶需求的不同構(gòu)建和開發(fā)不同的交互界面，充分展現(xiàn)三維系統(tǒng)的強大和直觀感受，應用表現(xiàn)層的各應用將主要根據(jù)需求內(nèi)容實現(xiàn)用戶界面設(shè)計和完成界面元素驅(qū)動下層功能組件的邏輯。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 System architecture diagram

1.5 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性，采用SQLite數(shù)據(jù)庫，SQLite數(shù)據(jù)庫是一款輕型的數(shù)據(jù)庫，它占用資源非常的低，能夠支持Windows/Linux/Unix等主流的操作系統(tǒng)，同時能夠跟很多程序語言相結(jié)合。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)總體上分為兩大部分：基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和業(yè)務信息數(shù)據(jù)庫?；A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫包括：數(shù)字地面高程數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、系列比例尺矢量地圖數(shù)據(jù)、系列比例尺光柵數(shù)據(jù)、大比例尺規(guī)劃矢量地圖數(shù)據(jù)。業(yè)務信息數(shù)據(jù)庫包含避難場所數(shù)據(jù)、醫(yī)療機構(gòu)、救援物資、救援力量、專家?guī)?、擴展分析與處理數(shù)據(jù)、應急事件處理記錄等（余納新等，2013）。

2 主要功能

系統(tǒng)主要由7大模塊組成，即：基本工具模塊，查詢定位模塊，空間分析模塊，專題分析模塊，資源管理模塊，應急救援模塊，氣象信息模塊。模塊間可相互調(diào)用，互相協(xié)作完成指定分析功能。

（1）基本工具

徐昭法，名枋，江南長洲人。父汧，為明少詹事，明亡，沉水死。昭法少舉于鄉(xiāng)，既遭變，遂遁跡山中。居靈巖之上沙，布衣草履，終身不入城市。時上靈巖，謁繼起禪師問佛法。家貧，往往絕糧，繼起饋之粟，受之。非繼其弗受也。湯文正為巡撫，屏騶從，訪之，不得見，徘徊嘆息而去。晚歲，志道益篤，宣城沈麟生詒之書，頌其志節(jié)之美，復書曰：“缊袍不恥，是道何臧？學問之幾，不舍一息。區(qū)區(qū)陳跡，猶然見詡，吾滋懼矣?！闭逊z，孤孫方幼，不克葬，故人戴冠自山陰來，賣字吳門，每紙得百錢。積二年，乃葬昭法于青芝山下。［4］卷一九《儒行述》，457

平臺的基本工具菜單欄主要包含基本瀏覽、選擇、量算等功能。量算包括水平距離、垂直距離、空間距離、面積等，實時顯示量算結(jié)果。

（2）查詢定位

查詢定位菜單欄主要包括經(jīng)緯度查詢、地名地址查詢、興趣點增刪等功能。

（3 ）空間分析

平臺的空間分析功能主要包括剖面分析、視域分析、通視分析。

剖面分析：能夠在重點區(qū)域，選取指定點進行剖面分析，通過剖面分析可以對所在區(qū)域基本地形信息有所了解，有利于應急指揮中心快速了解事件發(fā)生點或者周邊地形信息。

圖2 視域分析圖Fig.2 View analysis map

視域分析：了解某一點對周圍一定視野范圍內(nèi)的可視區(qū)域，綠色表示可視，紅色表示不可視（圖2）。

通視分析： 確定兩點之間是否通視，為復雜地形條件下設(shè)立觀察哨崗選址提供支持，或者可以評定當前設(shè)置的崗哨是否符合要求。

（4）專題分析

針對災害等應急情況下的專題分析功能，可分析地震在空間的影響范圍、地震前后地形變化分析、水域的淹沒分析。

地震影像范圍分析：可分析地震點在三維空間中的影響范圍，快速了解地震的波及區(qū)域見圖3。

圖3 地震影響范圍分析圖Fig.3 Earthquake inf l uence scope analysis map

DEM對比分析：提取高程發(fā)生的變化情況，可根據(jù)預先設(shè)置的閾值方案進行兩期DEM的對比，分析結(jié)果以不同高程值進行配色區(qū)分，結(jié)合地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)，最終得到變化面積及具體變化高程值，一目了然的看到區(qū)域DEM的變化情況。

淹沒分析：分為靜態(tài)淹沒分析和動態(tài)淹沒分析，輸入坐標值、淹沒半徑、水面升速、時間等參數(shù)后可自動模擬水位變化及對周邊影響范圍情況，并實時顯示當前水位的高程、時間、高度及淹沒面積信息。便于快速了解當水災發(fā)生時，在一定時間下的水位變化情況。

（5）資源管理

資源管理主要包括對應急救援資源、監(jiān)測站等信息進行資源搜索和統(tǒng)計等，包括對災害隱患點的搜索和統(tǒng)計、重大歷史災害查詢等；便于管理者快速應急準備，對曾經(jīng)發(fā)生過歷史重大災害的區(qū)域要重點部署救援措施。

（6）應急指揮

平臺的應急指揮功能包括應急標注、周邊查詢、地圖出圖等。

應急標注：通過自由線、折線、多邊形、箭頭、模型等編輯、修改工具。在應急救援指揮會商討論時，可以在系統(tǒng)根據(jù)應急需要在三維場景中規(guī)劃、設(shè)計、標繪地物、符號以及3D模型來模擬真實的場景，快速的標注應急救援線路，直觀的示意應急安置點以供應急救援指揮時提供幫助，其效果見圖4。

圖4 應急標注圖Fig.4 Emergency marking map

周邊查詢：據(jù)應急救援位置和確定的范圍可查詢周邊的地震監(jiān)測站、地震應急避難場所和醫(yī)療機構(gòu)，并可以查詢相關(guān)的屬性信息。

地圖出圖：對于不同分辨率的地圖以及帶有應急標注的應急救援指揮討論內(nèi)容，系統(tǒng)可以提供地圖出圖功能，將三維地形窗口的影像保存為bmp、jpg 等格式的圖片，便于打印、分析和分發(fā)。

（7）氣象信息

氣象信息模塊接入氣象數(shù)據(jù)，展現(xiàn)當前最新氣象信息，同時可手動聯(lián)網(wǎng)更新，接入氣象信息后的效果見圖5。

圖5 氣象信息圖Fig.5 Weather information map

3 結(jié)論

在當今科研條件下，人類尚無法控制地質(zhì)災害的發(fā)生也不能在災害發(fā)生前進行準確的預報，為了減輕災害帶來的直接經(jīng)濟損失，只有在災害發(fā)生后的緊急救援過程中和應急響應方面采取高效的措施。經(jīng)驗證明，通過對轄區(qū)范圍的地理環(huán)境的充分了解、對相關(guān)資源進行有效快速的可視化管理、查詢、統(tǒng)計，并對相關(guān)，災區(qū)進行的準確的快速評估就可以提高地震應急救援的綜合能力，很大程度上可以減輕災害對社會和經(jīng)濟帶來的損失。

三維GIS應急指揮平臺的建立，可大大提高應急服務的響應速度，提升應急現(xiàn)場辦公能力，實時處理應急現(xiàn)場第一手地理信息資料，解決了應急突發(fā)區(qū)域通訊障礙，應急各部門對接不暢、相關(guān)應急測算數(shù)據(jù)獲取不及時等傳統(tǒng)應急工作中存在的問題。為給各級應急指揮部門的現(xiàn)場指揮調(diào)度，提供準確直觀的空間參考的決策支持信息。基于三維平臺的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)查詢，國民經(jīng)濟和社會發(fā)展情況等統(tǒng)計功能可為應急工作部署，災后恢復重建等工作提供數(shù)據(jù)支持。同時，也可在應急服務之外，為政府管理者和決策者以及專業(yè)研究人員，進行專業(yè)分析提供支持。

許兆軍，鄒蒲，賀秋華，2015. 湖南省突發(fā)性地質(zhì)災害遙感應急監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建設(shè)[J]. 中國地質(zhì)災害與防治學報，26(1)：87-91.

余納新，韓傳峰，2013. 基于層次分析法的城市災害應急管理指標分析[J]. 災害學，28(3)：152-157.

師帥一，2012. 論測繪應急保障體系的建立與完善[J]. 北京測繪，(3)：10-13.

冷小鵬，苗放，楊文暉，等，2012. 基于G/S模式的三維GIS監(jiān)測系統(tǒng)研究[J]. 廣西大學學報：自然科學版，37(2)：317-322.

廖野翔，占遼芳，彭穎霞，等，2011. 基于GIS的省級地質(zhì)災害信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 測繪與空間地理信息，34(4)：147-152.

The Research and Implementation of Geological Disaster Emergency Command Platform Based on 3D GIS in Yunnan Province

PAN Yingying, LI Dong, CAO Shipeng

(Yunnan Provincial Archives of Surveying and Mapping (Yunnan Provincial Geomatics Center), Kunming, 650034)

In this paper, based on the Skyline 3D GIS platform, integrating the basic geographic data, geological disaster data, social economic data, civil affairs and other information resources in Yunnan Province, the “Geological Disaster Emergency Command Platform of Yunnan Province” was established. The platform was a 3D GIS platform with light weight, portability, full function and good practicability and the main purpose was to solve the blindness and uncertainty of the geological disaster site emergency rescue work . It can realize the rapid design of emergency rescue routes, emergency resettlement planning, disaster diffusion analysis, submerged analysis and rescue earthwork calculation . It can well solve the problems in the practice of emergency rescue in the past many geological disasters and has played an important role in the emergency deployment and fi eld rescue work.

3D GIS; Disaster; Emergency rescue

A

1007-1903（2017）03-0105-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.03.021

云南省2016年預防和處置地震災害能力建設(shè)10項重點工程

潘英英（1987- ），女，碩士，工程師，主要研究三維地理信息的應用以及地理大數(shù)據(jù)的挖掘與分析。E-mail：191269904@qq.com