基于ArcGISServer與Flex的石化企業GIS應急管理平臺

摘 要：概要介紹了石化企業事故應急管理的現狀，分析了當前應急系統所存在的不足。同時，結合應急管理與地理信息相關的功能需求，探討了石化企業應急管理在GIS平臺中能夠實現的主要功能，并基于ArcGIS Server和Flex開發了石化企業GIS應急管理系統。系統基本上實現了對廠區應急數據的信息查詢、實時監管、事故應急救援和事故模擬等功能，具有一定的推廣價值，對于提高石化企業應急管理水平具有重要意義。

關鍵詞：應急管理；事故模擬；ArcGIS Server；Flex

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.002

1 前言

隨著石油工業的快速發展，石化企業在我國國民經濟建設中占據了愈發重要的地位，其相關技術的應用也滲透到人們生活的各個領域。石化行業作為資金、技術和勞動力密集型產業，其產品也以危險化學品為主，無論從生產、加工、運輸還是儲存上都存在諸多安全隱患，易發生泄露、火災和爆炸等各類化學事故。在系統建設過程中，更多的是硬件系統的搭建以及現有軟件系統的整合，對于事故在空間地理置上的應用研究內容較少，需將應急管理與空間地理信息有效結合起來，形成一個基于空間地理位置的事故應急管理體系。地理信息系統（簡稱GIS）是一個由計算機硬件、軟件和一定的方法組成的計算機技術系統，能夠支持空間數據的采集、存儲、管理、運算、分析和顯示，以便實現復雜的規劃和管理應用。隨著地理信息系統（GIS）技術的蓬勃發展，將GIS技術與石化企業的化學事故應急管理相結合是一個好的解決方法，也是應急指揮系統的一個重要發展方向，因此，在石化企業建設和實施GIS應急管理系統具有重大現實意義。

2 ArcGIS Server與Flex

2.1 ArcGIS Server

ArcGIS Server是基于Web技術的企業級GIS解決方案，為創建和管理基于服務器的GIS應用提供了一個高效的框架平臺。它充分利用了ArcGIS的核心組件庫ArcObjects，并且基于工業標準提供WebGIS服務。開發人員可以利用主流的Web技術定制適合自身需要的網絡GIS解決方案，具有更大的可伸縮性來滿足多樣化的企業需求。ArcGIS Server是一個分布式系統，便于作為GIS地圖應用服務器來部署應用程序。

2.2 Flex

Flex即Adobe Flex，最初是由Macromedia公司在2004年3月發布，涵蓋了支持RIA的開發和部署的一系列技術組合，是一個高效、免費的開源框架，可用于構建具有表現力的Web應用程序。Flex具有多種組件，可實現Web Services，遠程對象，拖拽，列排序，圖表等功能。相對于基于HTML的應用在每個請求時都需要執行服務器端的模板，由于客戶端只需要載入一次，因此Flex應用程序的工作流被大大改善。Flex采用是經典的企業應用三層結構，總體架構和傳統B/S框架相同，均由表現層、應用層和數據層組成。但是其也有一些和傳統B/S應用不一樣的地方，即客戶端不同，客戶端與服務器端的通信方式不同。

3 系統設計

3.1 需求分析和系統設計目標

根據石化企業事故應急管理的特殊需要，針對目前石化企業廠區應急指揮系統建設與地理信息結合過程中存在的問題，應用地理信息系統（GIS）、虛擬現實、空間數據庫等技術手段，統一制定包括石化企業地理信息平臺建設中涉及的基礎地理空間數據（包括基礎矢量數據、遙感影像數據、數字高程模型數據和導航數據等），實現全要素地圖一體化存儲；整合專題數據的種類、要素分類編碼、數據組織與命名規則、圖層及屬性結構等各項數據，健全訪問機制，搭建石化企業應急管理平臺，保證事故應急屬性數據與空間數據的關聯與集成，實現事故應急數據的實時顯示、查詢和分析等功能。同時，要保證系統運行安全、穩定和可靠，具有良好的實用性和魯棒性，使系統界面更加友好美觀，滿足用戶的需求。

3.2 系統體系結構

系統基于富客戶端互聯網應用（RIA）的B/S體系架構，在設計上采用面向對象服務的方式。分為數據層、業務邏輯層和客戶表現層共三個層次。系統的三層體系架構如圖1所示。

3.2.1 數據層

數據層即資源層，是整個應用系統的基礎，主要負責石化廠區包括空間數據、實時監測數據和應急屬性數據在內的多源異構數據的存儲、管理與檢索，包含空間數據文件、屬性數據庫、實時數據庫和消防、物資、管網等綜合數據庫等。

3.2.2 業務邏輯層

該層也稱為服務層，是連接數據層和客戶表現層的紐帶，同時也是Flex應用與應用層直接進行交互的客戶端業務邏輯層。該層直接訪問底層數據庫，負責調用和連接底層的數據業務對象，同時監聽客戶端的請求，在客戶端中運行，處理響應的請求結果，并為頂層應用系統提供基本的地圖瀏覽、數據查詢、事故模擬和空間分析等功能服務。

3.2.3 客戶表現層

負責從業務邏輯層獲取請求信息并顯示給用戶，實現滿足用戶要求的各類應用，顯示各種業務和圖文一體化的地理信息。同時該層也負責和用戶進行交互，用戶通過瀏覽器端應用程序訪問系統，返回信息并將其匯總給邏輯層進行數據處理。

3.3 系統功能設計

系統包括七大功能模塊，即地圖操作、數據查找、物資存放點、車輛監控、事故模擬和氣象信息。系統功能設計如圖2所示。

3.3.1 地圖操作

包括全圖顯示、地圖縮放、漫游拖動、鷹眼地圖、距離量測、面積量測、地圖打印和圖層控制等基本GIS操作。其中，地圖默認為遙感影像圖和裝置、設備等矢量圖層的疊加顯示。而矢量地圖又包括了車間、裝置、設備、道路、房屋、物資存放點、消防車輛、消火栓、消防水線、火災和可燃氣體報警點等多個圖層組成，通過圖層控制顯示。

3.3.2 數據查找

實現石化企業的主要裝置和設備數據的查詢功能，包括圖屬互查、目標定位等。根據地圖圖形查屬性：通過點擊地圖中位置查詢目標裝置或目標設備的屬性信息，包括裝置或設備的名稱、所屬類別、位號、所屬單位、投產日期、供應商、經緯度坐標、設備的類型、容積和照片等等。根據圖形查屬性可以有多種查詢方式，包括點查詢、矩形查詢、圓形查詢以及多邊形查詢等；根據屬性查地圖圖形：通過輸入或選擇某個裝置或設備，將它們在地圖中進行圖形定位高亮顯示，以便在事故發生時能夠快速定位到與事故應急救援相關的地理信息。根據屬性查地圖也支持多種查詢，即通過輸入查詢、也可以在裝置列表中選擇查詢。

3.3.3 物資存放點

在接到事故電話后，能將各類應急救援物資的存放位置高亮顯示在地圖上，實現應急救援物資存放地點的快速查找和定位，指揮決策人員能在第一時間找到與目標位置最近的物資存放點，并及時的調用和管理應急物資。而在日常狀況下，應急管理人員也可以方便的查詢廠區的物資存放信息。

3.3.4 車輛監控

實現對石化企業消防車輛的GPS定位功能，實時監控車輛位置和行駛軌跡，應急指揮人員可以根據消防車輛的實時位置來即時監控當前時段的消防救援情況，以便宏冠指揮調度。該模塊包括車輛列表、軌跡控制、當前車輛信息和當前軌跡信息顯示等功能組成。

3.3.5 事故模擬

在地圖中選取某裝置或設備作為事故模擬地點，事故類型支持爆炸、火災或泄露三種情況，分別對應其計算模型。通過設定事故狀態下的氣象條件和設備參數信息，計算出事故的影響范圍。根據計算結果得出可能的致死、致重傷和致輕傷區域，并在地圖區域顯示。圖3給出了事故物質為汽油，事故類型選定為火災模式下事故可能的擴散模擬結果。事故模擬擴散模型集成了基于計算流體動力學CFD技術開發的FLACS軟件的模擬過程和結果，通過設置設備直徑、高度、壓力、溫度、液位，并根據氣象儀信息實時讀取當前的氣壓、風速和風向等參數來實現。紅、橙、綠三種顏色分別表示不同程度的影響區間。

3.4 數據設計

數據是應急系統建設的基礎內容，本系統數據主要包括兩大部分，即空間數據和屬性數據兩大部分。

空間數據主要由基礎矢量數據、遙感影像數據、數字高程模型數據和專題空間數據等組成。其中，遙感影像數據是從各級測繪部門或相應數據公司獲取的現勢性較高的衛星影像、航空影像，構建覆蓋全球、全國、省、市多分辨率遙感影像數據庫。在項目實施時，目標廠區選用分辨率較高的航片影像數據，周邊地形地貌則采用從數據公司獲取的現勢性較高的衛星影像數據。基礎矢量數據根據廠區地物分布情況繪制的矢量圖層文件疊加而成，包括企業分布圖、裝置和設備分布圖、應急物資存放點分布圖、消防管網分布圖、消防及救援隊伍分布圖和滅火預案專題地圖等。

4 系統開發實現

系統所需的地圖數據由遙感影像圖和矢量圖層疊加顯示，并通過ArcCatalog發布服務；系統的應用客戶端選用ArcGIS API for Flex，它是ArcGIS Server 的擴展開發組件，可以將地圖資源和其他應用程序嵌入到B/S應用中，開發人員在使用ArcGIS Server 構建GIS 服務的基礎上進行RIA開發；系統集成環境選用開源的可擴展開發平臺Flash Builder 4。

系統功能界面包括如下部分：系統logo、地圖顯示區域、工具菜單及相應的對話框。其中，系統logo提供了整個平臺的外觀和風格，并加載相應的工具菜單項；地圖顯示區域顯示整個石化廠區的地圖數據，并提供圖層管理和控制功能；工具菜單和信息框則實現了包括事故模擬在內的GIS應急管理功能操作。

5 結語

本文在分析當前石化企業化學事故應急管理上所存在的問題基礎上，針對石化企業應急管理與GIS功能相結合的多方面需求，設計了石化企業GIS應急管理平臺的體系架構和基本功能，并基于ArcGIS Server 和Flex實現了石化企業GIS應急管理平臺，將石化企業事故應急管理與空間地理信息有效結合，滿足了企業應急管理人員對各廠區內各裝置和設備信息的實時監管、信息查詢和事故模擬等功能需求，對于智能化石化廠區建設有著重要意義。當然本系統雖然實現了上述功能，但在事故綜合分析和模擬方面還不完善，尚缺乏三維場景的表現形式，還需在下一步工作中加以改進。

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