基于空間信息服務的城市軌道交通應急管理

張艷偉 曾 楠

（1.北京城建設計研究總院，100037，北京；2.國網信息通信有限公司，100761，北京∥第一作者，高級工程師）

隨著城市軌道交通建設的高速發展，與其配套的各種設施和場所的事故隱患及其潛在發生重大災害事故和環境風險事件的幾率急劇增加。這些事故的發生對經濟建設及社會發展所造成的損失十分驚人。因此，事故、故障以及突發事件嚴重威脅和影響城市軌道交通運營的安全與可靠性，必須對其做出及時有效地處置，以盡快恢復正常運營秩序［1］。

公共安全是經濟社會良性發展和國家管理正常運行的重要保障，突發公共事件應急管理是公共安全保障的核心問題［2］。世界上各類突發公共事件不斷發生，如何科學應對和及時妥善處置，是當今各國政府必須面對的一個重大課題。為了有效預防、及時處置城市軌道交通事故及突發事件，最大程度地減少人員傷亡和財產損失，提高軌道交通應急管理水平，提升城市整體安全防護能力，需要在應急管理中引入地理空間信息服務，以便能夠及時處理、展現、分析和發布應急管理服務。

1 城市軌道交通應急管理

應急管理是指政府及其他公共機構在突發公共事件的事前預防、事發應對、事中處置和善后管理過程中，通過建立必要的應對機制，采取一系列必要措施，以保障公眾生命財產安全。突發公共事件應急管理包括自然災害、事故災難、公共衛生、社會安全等4個領域，還涉及國家重大基礎設施和重點場所的安全保障［2］。應急管理對突發公共事件進行全過程動態管理，國際上熟知的應急管理四階段模型包括預防（mitigation／prevention）、準 備 （preparedness）、反 應（response）和恢復（recovery）4個過程［3］。

城市軌道交通突發事件類型眾多，例如地震、水災、火災、危險物泄漏、恐怖襲擊、大范圍停電等。針對每一種事件的具體措施必須進行合理策劃，制訂出一個基本應急管理模式。在應急管理中，軌道交通的應急資源、客流等要素是空間分布的，在對突發事件應急指揮的各個階段中，也都需要GIS（地理信息系統）的支持。北美和西歐等發達國家在城市軌道交通網的運營、調度、應急處理、管理和維修等方面已逐步重視GIS技術的使用，特別是在軌道交通事故預測預防、應急處理和調度指揮等方面開展了一些深入的工作［4］。地理空間信息是應急處置的重要決策依據，在突發事件處置過程中，需要多個部門的協同處置，以便在相關部門之間實現地理信息的交換與共享。應急管理是個完整的系統工程，從目前幾大城市軌道交通運營應急管理的總體情況來看，水平參差不齊。有相當一部分的事故應急管理為單個系統，無法實現數據資源的共享。另外，隨著軌道交通監控系統的應用，既有的軌道交通指揮調度系統大都是以一條線作為獨立指揮運營單位［5］。這些系統在每條獨立線路范圍內得到了整合，但在整個線網管理層面，信息仍相對孤立，全局協調能力較差，已越來越不適應軌道交通網絡化的發展現狀，難以滿足目前應急救援工作的要求。所以，急需建立基于空間信息服務的綜合集成系統，以處理分散的海量業務信息，及時掌握災害造成的危害程度、波及范圍、影響大小、行車中斷時間、人員傷亡及財產損失等情況。

2 空間信息服務

近年來在高分辨率遙感、分布式數據庫、虛擬現實、網絡技術、通信、多媒體技術、海量數據處理等領域的技術進步為GIS技術的廣泛應用建立了堅實的基礎。GIS由于其可視化的空間特性，在軌道交通網絡中的運營協調監管和應急處置指揮等方面都存在著巨大的應用價值。隨著Internet技術的迅速發展，近年來Web服務（Web Services）在信息領域備受關注。Web服務使企業之間共享實時數據，并使得事務處理變得更為容易，企業的信息系統普遍地擴展到了面向服務的架構（Service－Oriented Architectures，簡為SOA）平臺上，地理信息系統也隨之從原來的獨立平臺轉向于開放的與可互操作的分布式平臺下，很多空間信息服務在這個過渡過程中也隨之產生［6］。

空間信息服務是指在空間信息框架的基礎上，集成多元化的公共及專題信息，將地理空間信息與公共服務信息相結合，從不同層次、不同角度向不同需求的信息用戶提供及時、可靠的信息服務，從而滿足各種綜合性、區域性、商業性和專題性的分析決策需要［7］。空間信息服務在保護數據提供者數據安全和知識產權的前提下，為數據生產者、數據管理者和數據應用者之間搭建了一座橋梁。將地理上分布、管理上自治和模式上異構的數據源有機地集成在一起，為用戶透明地提供任何空間數據以及處理空間數據的功能和方法［8］。空間信息服務的核心是建設空間信息基礎平臺和服務體系，并在此基礎上整合應用各種信息資源，實施深度開發和應用并為決策提供多方面的信息保障。

空間信息服務采用面向服務體系結構，將傳統GIS固化在一起的空間信息存儲、處理、管理和表現等功能分解成分散在網絡上的標準化、松散耦合的功能模塊和服務對象，在調用時動態組合起來，達到集中式GIS同樣的效果。這種模式促使地理信息技術的開發和應用向著開放、分工、共享和協作的方向發展［9］。目前網絡上大量現有的空間信息服務，主要有基于OGC（開放地理信息聯盟）規范和基于Web Services兩種實現方式。隨著網絡技術和地理信息獲取技術的飛速發展，面向網絡的空間信息服務得到了越來越廣泛的應用。

3 基于空間信息服務的應急管理

3.1 應急管理服務架構

城市軌道交通應急管理系統設計采用SOA的服務架構。SOA是一種設計原則，它用于解決分布式系統架構下服務端與客戶端之間的松散耦合關系。SOA的核心概念就是服務，Web服務（Web Services）是可以用于創建SOA的一套標準，它利用標準化的XML消息傳遞機制描述一些操作的接口，具有完好的封裝性、松散的耦合性、協議規范的標準性以及高度的可集成性等特點，能夠很好地滿足SOA應用模式的需求［6］。網頁服務描述語言（Web Services Description Language，簡 為WSDL），統一描述發現和集成（Universal Description，Definition，and Integration，簡 為UDDI）和SOAP（Simple Object Access Protocol）是SOA的基礎部分。WSDL用來描述服務；UDDI用來注冊和查找服務；而SOAP作為傳輸層，用來在服務請求者和服務提供者之間傳送消息。SOA體系結構基于服務提供者、服務請求者和服務注冊三種角色，三者之間的關系如圖1所示。

基于空間信息服務的城市軌道交通應急管理系統架構主要分成：資源數據、空間信息服務和應用集成3層（見圖2）。資源數據層是大型關系數據庫，存儲有基礎地理信息、軌道交通圖形和資源專題屬性等各種數據源。空間信息服務層提供圖形瀏覽、空間查詢、三維圖形、軌道交通專題圖（如管線、通信設施等）和空間分析等信息服務，通過企業服務總線（Enterprise Service Bus，簡為ESB）在 UDDI服務器把接口向內外部用戶發布，通過服務綁定技術完成Web服務的調用。Web服務提供一個抽象的層次，屏蔽了資源數據支持層中數據和平臺的異構性，為應用集成提供一個簡單、穩健的程序接口，是實現系統松散偶合的關鍵。在開放的空間信息服務環境中，各種數據、功能等服務資源都是分布、并行和獨立的［9］。應用集成層是在空間信息服務層的基礎上，進行數據和功能的組織，提供應急管理用戶交互和信息表達界面，這些應用可以是系統的內部應用、外部應用或者面向Internet的信息發布。因此，空間信息既是軌道交通服務信息的主體，也是各種專業信息的載體和連接紐帶。

圖1 面向服務的架構角色關系

圖2 基于空間信息服務的應急管理系統架構

面向服務的城市軌道交通應急管理將應用程序的不同服務功能單元通過定義良好的接口和契約聯系起來。SOA技術的應用使得系統管理可以根據應急業務的需要清楚地確定什么時間需要添加、修改或刪除相應的服務。在系統架構中，企業服務總線是不同類型服務和應用業務信息系統相互連接的中樞，用于實現系統間的數據共享和服務共享。空間信息服務采用Web Services技術對空間數據處理和分析功能進行封裝，在Internet或Intranet上通過使用標準的XML協議和信息格式提供應用服務。

3.2 應急管理空間信息服務功能

應急管理包括風險評估、監測監控、預測預警、決策指揮、救援處置和恢復重建等關鍵環節［2］。軌道交通的應急處置以公共安全科技和信息技術為支撐，以應急管理流程為主線。空間信息服務可以提供空間和屬性數據的輸入、編輯、存儲、查詢、輸出和顯示，而且可為系統用戶進行預測、監測、管理和決策提供支持。通過數據的共享、分析和圖形表達，加快對事件的了解和應急協同處置過程。軌道交通應急管理系統是通過可視化的空間信息服務平臺發布和展示的，對與軌道交通運營相關的移動設備和固定設施進行綜合監視，為應急事件處理過程的監視和應急救援指揮提供決策支持。空間信息服務在應急管理系統中提供主要功能支持有：

（1）應急資源管理服務。在城市軌道交通應急管理中，實現應急資源的信息化、空間化管理，提供應急資源的空間分布優化配置，使應急指揮中心在最短時間調度相關的救援物資到達現場。

（2）監測預警服務。通過實時監控，對大范圍區域進行檢測，使管理人員全面獲取軌道交通直觀的實時狀況信息，及時識別出明顯的或潛在的危險目標（如危險品等），對其風險進行分類分級，評估可能造成的損失，提前預警并對公眾、軌道交通資源采取一些保護和預防措施，防止或減輕可能發生的突發事件所造成的后果。

（3）輔助反應決策服務。通過空間查詢和分析接口服務，掌握突發事件地理環境周圍的人口、建筑、危險源、應急資源等信息，為應急指揮人員提供應急空間模擬、救援最佳路徑、人員疏散路徑等應對方案輔助決策。

（4）應急指揮服務。提供軌道交通應急過程的信息集成和動態可視化服務，實現應急反應、應急救援的遠程調度和指揮。在應急實施過程中，整合各種應急信息資源進行仿真和評估，以建立快速反應的應急指揮流程，及時調度搜救人員和設備，組織安排人員的疏散和安置，實現綜合協調和高效處置。

（5）災后恢復重建輔助服務。在恢復重建階段，基于空間位置統計分析災害造成的軌道交通設施狀況，以及提供受損設施重建的三維空間規劃、方案評估比較等輔助服務。

4 結語

軌道交通作為城市大交通系統中的一個有機組成部分，研究其安全應急管理具有現實的意義。軌道交通應急管理需要利用現代信息技術、計算機技術、網絡技術、智能決策技術和地理信息系統等高科技手段，加強城市軌道交通的科學化和現代化管理。空間信息服務通過集成GIS與其他應急關鍵業務流程，并通過與相關部門共享各類軌道交通信息，極大地提升了這些應急應用系統的自動化程度和響應效率。隨著開放網絡環境下空間信息服務的不斷發展和成熟，勢必將進一步推動城市軌道交通應急服務向著精細化、智能化、三維化、動態化的方向發展，為城市軌道交通應急管理的快速反應和綜合協調控制提供有力地支持。

［1］邵偉中，朱效潔，徐瑞華，等.城市軌道交通事故故障應急處置相關問題研究［J］.城市軌道交通研究，2006（1）：3.

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［3］洪文學，徐永紅，任俊利，等.應急管理可視化多元信息系統構建若干問題研究［J］.燕山大學學報，2009，33（3）：276.

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［5］秦勇，王卓，賈利民.軌道交通應急管理系統體系框架及應用研究［J］.中國安全科學學報，2007，17（1）：57.

［6］邊馥苓，孟小亮.空間信息服務在RFID物流管理系統中的應用研究［J］.地理信息世界，2009（3）：26.

［7］錢峻屏，彭龍軍，張虹鷗.WebGIS面向空間信息服務的系統設計和實施［J］.計算機與現代化，2002（2）：39.

［8］崔鐵軍.地理空間信息服務體系探索與實踐［J］.地理信息世界，2007（6）：30.

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