地圖及位置服務(wù)在地質(zhì)災(zāi)害管理中的應(yīng)用研究

陳米思

地圖及位置服務(wù)在地質(zhì)災(zāi)害管理中的應(yīng)用研究

陳米思

福建省基礎(chǔ)地理信息中心

福建省地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息系統(tǒng)是一個(gè)基于“天地圖”在線地圖服務(wù)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)，該文結(jié)合該項(xiàng)目的開展，總結(jié)了地圖服務(wù)及位置服務(wù)在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警管理中的應(yīng)用方式，提出了地圖及位置服務(wù)在地質(zhì)災(zāi)害管理中以及相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用思路。

地圖服務(wù) 天地圖 位置服務(wù) 地質(zhì)災(zāi)害

0 引言

福建省由于受到多山、多臺(tái)風(fēng)等復(fù)雜自然因素的影響，全省地質(zhì)災(zāi)害分布點(diǎn)多面廣[1]。我省出臺(tái)了《福建省“十二五”防災(zāi)減災(zāi)專項(xiàng)規(guī)劃》，規(guī)劃要求，持續(xù)開展縣（市、區(qū)）地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，查清地質(zhì)災(zāi)害隱患情況，進(jìn)一步評估地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)成災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，修編省、市、縣地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃；不斷完善村（居）汛期地質(zhì)災(zāi)害防御和群眾轉(zhuǎn)移預(yù)案，強(qiáng)化基層地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急能力建設(shè)，建成規(guī)模適度、裝備齊全、訓(xùn)練有素的地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)技術(shù)支撐隊(duì)伍；進(jìn)一步完善地質(zhì)災(zāi)害綜合管理信息與預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，推進(jìn)省、市、縣、鄉(xiāng)四級地質(zhì)災(zāi)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(zhì)災(zāi)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(bào)發(fā)布慢；二是數(shù)據(jù)采集沒有基于一個(gè)完整權(quán)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(gè)完整的系統(tǒng)[3]。因此,常規(guī)監(jiān)測方法無法對地質(zhì)災(zāi)害實(shí)施連續(xù)、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測,不能滿足自動(dòng)化的要求。而地理信息服務(wù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展為地質(zhì)災(zāi)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(shù)實(shí)現(xiàn)災(zāi)情數(shù)據(jù)的快速采集、傳輸和管理，為各級領(lǐng)導(dǎo)和專家提供遠(yuǎn)程會(huì)商、應(yīng)急指揮和決策支持等信息服務(wù)[4-5]。

福建省地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與管理信息系統(tǒng)是基于“天地圖”的在線地圖服務(wù)，為福建省國土資源廳提供基于位置服務(wù)的地質(zhì)災(zāi)害信息采集、預(yù)警、監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)和發(fā)布的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急管理平臺(tái)。

1 地圖及位置服務(wù)概述

在福建省地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息系統(tǒng)建設(shè)中，地圖和位置服務(wù)是地質(zhì)災(zāi)害管理的地理空間基礎(chǔ)，地圖和位置服務(wù)解決了地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)在采集和監(jiān)控過程中空間分布管理的問題，是地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)形成“一張圖、一體化”的數(shù)據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。

1.1 在線地圖服務(wù)

為了解決Web地圖服務(wù)互操作的困難，實(shí)現(xiàn)互操作接口機(jī)制的開放性和標(biāo)準(zhǔn)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(wù)的互操作規(guī)范WMS，基于Web要素服務(wù)的互操作規(guī)范WFS，基于Web層服務(wù)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(wù)的主要運(yùn)行形態(tài)與手段， “天地圖”基于OGC標(biāo)準(zhǔn)集成了多種類多尺度的基礎(chǔ)地理信息資源。“天地圖·福建”是“天地圖”在福建的省級節(jié)點(diǎn)。“天地圖·福建”提供了地圖數(shù)據(jù)服務(wù)和地圖功能服務(wù)。數(shù)據(jù)提供了滿足OGC標(biāo)準(zhǔn)的WMS服務(wù)、WMTS服務(wù)、WFS服務(wù)和WFS-G服務(wù)等數(shù)據(jù)，所有的服務(wù)都采用GCS-2000的地心坐標(biāo)系。其中WFS服務(wù)、WMS服務(wù)主要涉及道路、水系等要素類型，WFS-G服務(wù)為全省的地名地址服務(wù)，WMTS服務(wù)提供矢量、影像和暈渲三種類型的服務(wù)。地圖功能服務(wù)都以Web Service方式發(fā)布提供。在本系統(tǒng)中，“天地圖·福建”為災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)、災(zāi)害監(jiān)控子系統(tǒng)提供了矢量和影像電子地圖瓦片服務(wù)。以上服務(wù)的內(nèi)容通過地圖API可以直接調(diào)用。

1.2 位置服務(wù)

位置服務(wù) (Location Based Service，LBS)是建立在定位基礎(chǔ)上的服務(wù)。LBS 是衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、GIS 技術(shù)和無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相集成的產(chǎn)物, 它實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)與各類定位終端之間點(diǎn)對點(diǎn)、端對端的互動(dòng)應(yīng)用, LBS定義了未來地理空間信息(含定位信息) 移動(dòng)服務(wù)的藍(lán)圖, 即當(dāng)用戶與現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)模型交互時(shí), 在不同時(shí)間、不同地點(diǎn), 這個(gè)模型會(huì)動(dòng)態(tài)地向不同用戶提供不同的基于位置的信息服務(wù)[6-7]。

位置服務(wù)中心負(fù)責(zé)災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)的移動(dòng)終端與地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)之間通訊，解析移動(dòng)終端發(fā)出的信息并支持監(jiān)控子系統(tǒng)管理移動(dòng)終端設(shè)備。位置服務(wù)中心由信息通訊、數(shù)據(jù)管理、運(yùn)維管理等模塊構(gòu)成。其中，信息通訊模塊，實(shí)現(xiàn)通訊報(bào)文接收、解析、分發(fā)等工作；數(shù)據(jù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)海量、高并發(fā)定位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理，并提供快速查詢檢索等功能；運(yùn)維管理模塊，實(shí)現(xiàn)用戶和終端注冊、審核以及移動(dòng)終端系統(tǒng)的運(yùn)行許可，為“位置服務(wù)中心”的擴(kuò)展應(yīng)用提供統(tǒng)一的運(yùn)行維護(hù)接口[8]，如圖1所示。

圖1 位置服務(wù)邏輯結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

福建省地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息系統(tǒng)融合了包括GIS、Flex、Web2.0技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等多種技術(shù)，構(gòu)建三層結(jié)構(gòu)SOA應(yīng)用模式。系統(tǒng)分為三個(gè)層次：數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層。邏輯上包括災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)和地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)，如圖2所示。

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

服務(wù)層：包含位置服務(wù)以及“天地圖”在線地圖服務(wù)。位置服務(wù)負(fù)責(zé)將災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收、解析，并向地災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)；在線地圖服務(wù)提供符合OGC標(biāo)準(zhǔn)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(wù)。

應(yīng)用層：包括災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)和地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)。災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)通過GPS或手機(jī)基站采集位置信息，根據(jù)實(shí)地調(diào)查情況采集屬性和其它附屬信息，通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿恢梅?wù)中心，解析后轉(zhuǎn)發(fā)至地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)。地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、查詢和分析等（如圖2所示）。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)過程主要體現(xiàn)在服務(wù)層和應(yīng)用層之間的交互。從服務(wù)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(jìn)行發(fā)布從而為應(yīng)用服務(wù)。從應(yīng)用層的角度出發(fā)，問題集中在如何降低系統(tǒng)建設(shè)成本，以最小的代價(jià)和最便捷的方式獲取可利用的地理信息資源。

福建省地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與管理信息系統(tǒng)主要由四個(gè)部分組成：災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)、地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)、位置服務(wù)中心、“天地圖·福建”地理信息服務(wù)平臺(tái)。

災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng):采集地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)位置和屬性信息，并通過GPRS或3G網(wǎng)絡(luò)經(jīng)位置服務(wù)中心解析后發(fā)往地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)。

地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng):對災(zāi)情進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、管理、生成預(yù)警信息進(jìn)行發(fā)布。

位置服務(wù)中心：與災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)通訊，接收災(zāi)點(diǎn)信息并解析轉(zhuǎn)發(fā)至地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)。

“天地圖·福建” 地理信息服務(wù)平臺(tái)：在線發(fā)布地圖服務(wù)，供災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)和地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)坐地理空間參考。

災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)和地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)為系統(tǒng)應(yīng)用層。位置服務(wù)中心和“天地圖·福建”為系統(tǒng)服務(wù)層。它們之間關(guān)系如圖3所示。

圖3 應(yīng)用層和服務(wù)層的邏輯結(jié)構(gòu)

災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)與位置服務(wù)的關(guān)系：災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)通過GPRS或3G網(wǎng)絡(luò)連接到位置服務(wù)中心，采集的災(zāi)點(diǎn)位置信息和屬性數(shù)據(jù)，按位置服務(wù)制定的協(xié)議組包，通過Socket上傳至位置服務(wù)中心，位置服務(wù)中心解析后轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)控系統(tǒng)。

災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)與在線地圖服務(wù)的關(guān)系：災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)通過GPRS或3G網(wǎng)絡(luò)連接到天地圖，獲取地圖服務(wù)，輔助GPS定位，對災(zāi)點(diǎn)位置進(jìn)行修正校準(zhǔn)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)基于移動(dòng)端的地圖瀏覽。

地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)與位置服務(wù)的關(guān)系：地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)通過Internet網(wǎng)絡(luò)與位置服務(wù)中心連接，并通過Socket接收到位置服務(wù)中心轉(zhuǎn)發(fā)的災(zāi)點(diǎn)數(shù)據(jù)包，按照協(xié)議解析后存儲(chǔ)至災(zāi)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫。

地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)與在線地圖服務(wù)的關(guān)系：地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)通過Internet網(wǎng)絡(luò)與天地圖連接，獲取地圖服務(wù)，為災(zāi)點(diǎn)落圖提供地理空間基礎(chǔ)，并提供地圖操作、搜索定位、空間分析等功能。

3.1 災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)

災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)部署于智能手機(jī)終端，用戶為野外采集人員。災(zāi)點(diǎn)采集終端需部署地圖服務(wù)，可實(shí)時(shí)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(shí)完整的災(zāi)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(jī)地圖支撐平臺(tái)，設(shè)計(jì)在線和離線兩種方式實(shí)現(xiàn)對地圖數(shù)據(jù)的集成展示[9]。

災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)地圖瀏覽、地名查詢定位、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)信息的采集等功能。其中，采集的災(zāi)點(diǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)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(luò)實(shí)時(shí)/定時(shí)地傳輸至位置服務(wù)中心，如圖4所示。

圖4 災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)界面

3.2 地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)

地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)是負(fù)責(zé)所有采集數(shù)據(jù)的接收、處理和統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)為B/S結(jié)構(gòu)，采用Microsoft SQL Server作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，提供地圖操作、數(shù)據(jù)管理、查詢定位、統(tǒng)計(jì)分析、預(yù)測預(yù)報(bào)等功能。客戶端采用ArcGIS Server Flex作為地圖容器，使用AS腳本語言構(gòu)建用戶界面，采用IIS構(gòu)建Web服務(wù)。野外采集的數(shù)據(jù)通過GPRS或3G無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)/定時(shí)地傳輸至監(jiān)控中心，地災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收災(zāi)點(diǎn)采集子系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)，將多災(zāi)種監(jiān)測數(shù)據(jù)融合到基礎(chǔ)地圖服務(wù)中，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合歷史氣象、水文數(shù)據(jù)等專題信息庫，做出地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報(bào)，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(zhì)災(zāi)害信息的發(fā)布，如圖5所示。

圖5 地災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)界面

4 結(jié)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(qiáng)，測繪部門傳統(tǒng)的服務(wù)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(wù)的方式轉(zhuǎn)變。本文通過福建省地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息系統(tǒng)的建設(shè)，不僅為地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急管理和預(yù)警提出一個(gè)解決方案，同時(shí)也探索出一條基于地圖和位置服務(wù)的GIS應(yīng)用系統(tǒng)解決方案，有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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