湖北省公共應急服務三維地理信息平臺應用

楊 麗，李 兵，聶小波，黃 蕾

（1．湖北省測繪成果檔案館，湖北 武漢430074）

湖北省位于我國中部地區，存在水旱災害、氣象災害、地質災害、食品安全、事故災害、重大動物與植物疫情等重大風險隱患，因此，加快應急地理信息服務平臺建設，健全湖北省測繪應急保障工作機制，有效整合我省測繪資源，提高測繪應急保障能力，具有重要意義[1-3]。湖北省公共應急服務三維地理信息平臺的建設主要是運用空間信息技術，結合計算機及數據庫技術，以湖北省地理信息公共平臺及“數字城市”地理空間框架成果數據為基礎，集成重點類型應急專題信息，構建湖北省應急三維地理信息平臺，實現地理信息數據共建共享、基礎地理及應急專題信息的三維展示、分析和集成服務，為湖北省政府部門處置突發事件提供三維空間信息服務和輔助決策支持。

1 系統總體設計

1.1 總體架構

湖北省公共應急服務地理信息平臺三維子系統采用5層架構：支撐層、數據層、邏輯層、應用層和用戶層，如圖1所示。其中，支撐層主要提供網絡支持和計算機硬軟件平臺；數據層用于管理海量基礎地理信息數據和應急專題信息數據；邏輯層提供三維瀏覽、圖層管理、空間量測等模塊；應用層則為用戶終端，提供三維輔助決策可視化和用戶交互等功能；用戶層則面向不同的政府部門用戶。

1.2 功能設計

根據系統功能需求，將系統功能實現主要劃分為8大功能模塊，如圖2所示。

1）三維瀏覽模塊。采用先進的圖像壓縮和調入技術，實現三維地形場景的無縫調度，提供三維場景手動漫游、按既定路線飛行漫游等多種三維瀏覽方式，可在三維場景中前進、后退，改變行走方向，升高、降低視點以及快速定位。

2）圖層管理模塊。提供圖層管理功能，可添加、刪除各種類型場景數據（影像、矢量、地名、三維實體模型數據等），可設置各種圖層可見狀態。

3）空間量測模塊。根據用戶要求，提供三維場景中距離量算、面積量算、坐標查詢和高程查詢等三維量測功能，滿足用戶的地理空間分析需要。

4）信息查詢模塊。可根據應急資源名稱快速查詢應急專題信息，方便用戶在進行應急管理工作時進行快速應急資源位置定位。

5）地名搜索模塊。在數據庫中搜索和顯示與地名匹配的所有記錄，對各個記錄可在三維場景中快速定位。

6）坐標定位模塊。提供三維場景坐標快速定位功能，用戶通過輸入已知的坐標（經緯度），即可在三維場景中快速定位。

7） 數據庫訪問模塊。提供數據庫鏈接、查詢等功能，為其他功能模塊從數據庫中查詢不同數據信息提供支持。

8）其他功能模塊。提供鷹眼顯示、全屏顯示和數據加載功能，提供音頻、視屏、網頁等多種多媒體格式數據播放功能。

1.3 數據庫設計

系統數據主要包括矢量數據、數字高程模型數據、影像數據、三維實體模型數據、地名數據、多媒體信息數據和應急專題信息數據7個部分。結合數據特點，并參考相關標準規范，將系統綜合信息數據庫劃分為矢量數據庫、三維模型數據庫、地名數據庫、多媒體信息數據庫及應急專題信息數據庫5個子數據庫。由于各子數據庫數據源主要是省級平臺及“數字城市”框架數據成果體系的最新現勢成果數據，因此，綜合信息數據庫中，只對現勢庫進行設計和建設。

數據庫體系中，矢量數據庫主要包括省級平臺1∶25萬、1∶5萬矢量核心要素數據及部分“數字城市”大比例尺矢量核心要素數據。三維模型數據庫分為地形模型數據庫和要素模型數據庫2部分，其中，地形模型數據庫細分為影像數據庫和數字高程模型數據庫，分別存儲三維場景中需使用到的影像數據和數字高程模型數據。為提高三維場景瀏覽速度，所有數據以金字塔形式進行分級存儲。地名數據庫存儲不同比例尺的行政區劃、交通、水系、山脈等名稱信息數據，以及“數字城市”中涉及到的大比例尺地名數據（標志物、興趣點名稱數據等）。多媒體信息數據庫包括網頁、音頻、視頻等信息數據。應急專題信息數據庫主要包括危險源數據、防護目標數據、保障資源數據3大類。整個數據庫邏輯體系如圖3所示。

2 系統實現

本系統充分利用“數字湖北”和“數字城市”地理空間框架建設的成果，以及湖北省應急專題數據庫建設成果，集成了覆蓋湖北全省的30 m分辨率TM影像數據、2.5 m分辨率SPOT5影像數據，省內16個城市重點地區的高清數字正射影像，全省1∶5萬數字高程模型，全省的境界、交通、水系、居民地、注記，及潛江、鄂州、襄陽、荊門4個城市重點城區的三維模型數據和矢量、地名數據，以及湖北省重大危險源、防護目標、保障資源等應急專題信息。

由于三維系統具有數據量大、實時性強、對硬件要求高等特點，本系統采用C/S架構，可提高三維子系統應用效果，提升系統應急輔助決策能力。采用的操作系統為Windows XP，開發語言為VB6.0，UML建模工具為Rational Rose，如圖4所示。

系統不僅解決了全省范圍內基礎地理空間數據集成管理，海量、多尺度遙感影像數據、數字高程模型數據、三維模型數據的高效管理和動態加載等關鍵技術問題，還針對應急指揮工作的實際需要開發了三維瀏覽、路線飛行、地名搜索、坐標定位等瀏覽查詢功能，距離量算、面積量算、坐標量算等空間分析功能，以及危險源、防護目標、保障資源等應急專題信息查詢功能。

1）瀏覽查詢功能。便于應急指揮工作人員以三維立體的方式瀏覽全省范圍內的地形地貌，掌握省內交通、水系、居民地的分布情況；可通過地名、坐標等信息快速查詢到災害位置，并瀏覽周邊的地理環境；通過路線飛行功能模擬警務巡邏、應急救災救援路線，為災前預警分析、災中應急處置和指揮調度提供輔助決策支持[4,5]。

2）應急專題信息查詢功能。便于應急指揮工作人員查看危險源和各類風險隱患的空間分布情況，掌握其危害可能的影響范圍等屬性信息；查看各類防護目標的空間分布情況及詳細信息；查看各類應急保障資源的空間分布及其救災人力、物資儲備狀況等屬性信息，輔助應急指揮工作人員在發生事故時進行指揮調度、事故處理和相關救援工作[6]。如圖5、圖6所示，應急指揮工作人員可查詢到派出所的警員人數和警車數量，以及森林防火物資儲備庫的主管部門、負責人姓名和電話、儲備物資等基本情況。

3）空間分析功能。可對事故發生區域及其波及范圍進行面積量算、前后時相影像對比分析，輔助進行災情評估；也可通過距離量算功能結合應急專題信息查詢功能，輔助選擇最佳的醫院或消防隊進行應急救援工作，以減少人員和財產損失，如圖7所示。

3 結 語

本平臺將三維可視化技術與地理信息技術相結合，集成了基礎地理信息與應急專題信息等多源數據，實現了信息資源共享，促進了湖北省政府部門應急管理信息化建設；提供的空間分析功能和應急專題信息查詢功能，可輔助湖北省政府應急部門領導對突發事件進行宏觀分析決策。隨著平臺的投入使用和三維GIS技術的更新發展，其在應急專題信息數據庫建設、三維海量數據管理、應急服務特色功能開發上還需進一步的優化與創新。

[1]劉斌,辛海強.省級應急平臺體系建設初探[J].地理信息世界,2007(2):27-31

[2]聶小波,邱儒瓊,肖昶，等.湖北省公共應急服務地理信息平臺應用研究[J].地理空間信息,2011,9(2):43-48

[3]阮紅利,袁存忠,吳飛.基于三維地理信息的福建省地震應急指揮系統設計與實現[C].中國測繪學會2007年“信息化測繪論壇”學術年會，長沙，2007

[4]董杰,王昊.基于GIS的二三維一體化技術在電力應急中的應用[J].能源與節能,2011(7):25-28

[5]肖金城,王恩泉,胡特彧.三維地理信息應急指揮系統設計[J].測繪科學, 2011,36(2):181-183

[6]周美娟,俞強,楊詩華,等.基于Skyline 的公安三維GIS 展現應用系統[J].測繪科學, 2011,36(3):213-215

[7]袁超,羅靈軍.省級應急管理地理信息平臺及實現技術研究——以重慶市為例[J].地理信息世界, 2011(1):58-64

[8]駱成鳳.新疆維吾爾族自治區突發公共事件應急指揮平臺框架設計[J]. 測繪科學, 2008,33(3):143-145