基于GIS的基層應(yīng)急資源網(wǎng)格化管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

付建芳，李大軍，莫 奎(.東華理工大學(xué)測(cè)繪工程學(xué)院，江西南昌33003;.貝谷科技股份有限公司，江西南昌330096)

互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通訊技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息化建設(shè)已經(jīng)邁進(jìn)各行各業(yè)應(yīng)用的嶄新階段，智慧城市建設(shè)已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的大潮流。應(yīng)急系統(tǒng)顯然是智慧城市不可或缺的重要應(yīng)用［1］。應(yīng)急處置的關(guān)鍵是對(duì)應(yīng)急資源的有效管理和科學(xué)的調(diào)度［2－3］，而目前應(yīng)急資源的分散管理模式，導(dǎo)致處置突發(fā)事件時(shí)無(wú)法快速有效地調(diào)度各項(xiàng)應(yīng)急資源。為了促進(jìn)應(yīng)急處置的快速、真實(shí)、直觀、高效反應(yīng)，提升政府公共安全和處置突發(fā)事件的實(shí)戰(zhàn)能力，最大程度地預(yù)防和減少突發(fā)事件的發(fā)生及其損害，利用GIS網(wǎng)格化基礎(chǔ)共享平臺(tái)建設(shè)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急資源的統(tǒng)一網(wǎng)格化管理，提高基層對(duì)突發(fā)事件的及時(shí)預(yù)警、快速處置的實(shí)戰(zhàn)能力［4］。

網(wǎng)格是利用互聯(lián)網(wǎng)把地理上廣泛分布的各種資源(包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源等)連成一個(gè)邏輯整體，就像一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)一樣，為用戶提供一體化信息和應(yīng)用服務(wù)(計(jì)算、存儲(chǔ)、訪問(wèn)等)，進(jìn)行資源共享和協(xié)同工作，最充分的實(shí)現(xiàn)信息共享［5］。李德仁等2006年已經(jīng)就基于空間數(shù)據(jù)庫(kù)的城市網(wǎng)格化管理與服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)從城市GIS如何滿足網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境下城市管理與服務(wù)的現(xiàn)實(shí)需求出發(fā)，探討了建立城市網(wǎng)格化管理與服務(wù)系統(tǒng)所需的條件［6］。基于GIS網(wǎng)格化管理在移動(dòng)、電信和人口計(jì)生中都有應(yīng)用并且取得一定的成果［7－9］，筆者在這些研究基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)基層應(yīng)急資源網(wǎng)格化管理平臺(tái)。基層應(yīng)急資源管理是以鄉(xiāng)、鎮(zhèn)或者居委會(huì)為最小網(wǎng)格單元，對(duì)具體位置、應(yīng)急資源和突發(fā)事件進(jìn)行管理。該平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)將對(duì)應(yīng)急資源和屬性信息進(jìn)行定位管理與分析，利用GIS特定的空間分析功能為用戶提供數(shù)據(jù)挖掘與決策服務(wù)［10］。

該研究以江西省上高縣為對(duì)象，根據(jù)GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，網(wǎng)格化數(shù)據(jù)共享與分析機(jī)制［9］，設(shè)計(jì)以GIS為主導(dǎo)技術(shù)的基層應(yīng)急資源網(wǎng)格化管理平臺(tái)。目的就是提高江西省基層應(yīng)急資源的空間信息和屬性信息的有效管理、分析、應(yīng)用和決策［11－14］。

1 急資源管理的現(xiàn)狀分析

通過(guò)對(duì)縣級(jí)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)的調(diào)研，基層應(yīng)急資源信息化普遍還處于各部門(mén)分散建設(shè)狀態(tài)，缺乏統(tǒng)一的技術(shù)支撐平臺(tái)，數(shù)據(jù)歸集困難，質(zhì)量不高，標(biāo)準(zhǔn)不一，展現(xiàn)原始(表格形式)，造成重復(fù)建設(shè)和應(yīng)用成效相對(duì)較低。主要問(wèn)題集中表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 重復(fù)建設(shè)問(wèn)題嚴(yán)重，導(dǎo)致資源浪費(fèi) 多個(gè)政府部門(mén)(如應(yīng)急辦、民政、社區(qū)管理、市政管理等)都需要建立地理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化管理，由于缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，導(dǎo)致各部門(mén)分散建設(shè)，重復(fù)采集海量的地理信息及各種屬性信息數(shù)據(jù)，耗財(cái)耗力。同時(shí)，需要建設(shè)多個(gè)網(wǎng)格化平臺(tái)，也造成大量的資金浪費(fèi)，并由此形成諸多的信息孤島，進(jìn)一步加劇信息共享的難度并由此產(chǎn)生新的巨額資金投入。

1.2 缺乏數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與專題數(shù)據(jù)的梳理，導(dǎo)致基礎(chǔ)信息難以共享、業(yè)務(wù)應(yīng)用難以深入 在基層單位以縣級(jí)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)的信息化建設(shè)為主，普遍缺乏對(duì)建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的深刻認(rèn)識(shí)，更沒(méi)有對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)進(jìn)行分類梳理。部分縣(市、區(qū))已經(jīng)建成的計(jì)生和綜治等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，基本上都沒(méi)有遵循業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層的分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，更沒(méi)有對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和專題業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，導(dǎo)致其他業(yè)務(wù)部門(mén)無(wú)法與其共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，其本身的業(yè)務(wù)應(yīng)用也由于大量資源耗費(fèi)在信息歸集等基礎(chǔ)功能上導(dǎo)致向業(yè)務(wù)縱深領(lǐng)域拓展時(shí)難以為繼。

1.3 基層應(yīng)急指揮應(yīng)用基本空白，應(yīng)急資源管理亟待解決 江西省省市級(jí)應(yīng)急指揮系統(tǒng)已經(jīng)基本建成，基層應(yīng)急指揮應(yīng)用除視頻監(jiān)控及視頻會(huì)商之外還基本空白。而實(shí)際大量應(yīng)急事件往往發(fā)生在基層，大量的應(yīng)急資源也分散存放在基層，且目前尚處于人工粗放管理方式，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急資源的高效管理和調(diào)度，嚴(yán)重影響了應(yīng)急處置的實(shí)戰(zhàn)能力。因此，推進(jìn)基層應(yīng)急指揮應(yīng)用的信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)基層應(yīng)急資源信息的統(tǒng)一歸集，建立基層應(yīng)急資源的網(wǎng)格化管理平臺(tái)，強(qiáng)化基層應(yīng)急資源的精細(xì)化管理，支撐應(yīng)急處置過(guò)程中對(duì)應(yīng)急資源的高效利用，從而有效提升政府在保障公共安全和處置突發(fā)事件的實(shí)戰(zhàn)能力，最大程度地預(yù)防和減少突發(fā)事件的發(fā)生及其造成的損害，保障公眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 層應(yīng)急資源網(wǎng)格化管理平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 針對(duì)應(yīng)急資源管理的現(xiàn)狀分析，根據(jù)GIS與網(wǎng)格的集成技術(shù)融合，對(duì)基層應(yīng)急資源網(wǎng)格化管理平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

2.2 平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì) 基層應(yīng)急資源網(wǎng)格化管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)包括空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。

2.2.1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。基層應(yīng)急資源網(wǎng)格化管理平臺(tái)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要是地圖上的點(diǎn)數(shù)據(jù)，線、面數(shù)據(jù)都是調(diào)用天地圖基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)。這些點(diǎn)數(shù)據(jù)主要是位置查詢中的各個(gè)單元網(wǎng)格中心點(diǎn)(如上甘山林場(chǎng)、翰堂鎮(zhèn)等)，資源查詢中的各種應(yīng)急資源分布點(diǎn)位置(如應(yīng)急機(jī)構(gòu)、醫(yī)療單位等)和突發(fā)事件的具體位置。

2.2.2 屬性數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。基層應(yīng)急資源網(wǎng)格化平臺(tái)的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)量大、關(guān)系復(fù)雜，這也是現(xiàn)在作為一個(gè)實(shí)用而令客戶滿意的平臺(tái)所需要的。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的是依據(jù)平臺(tái)的3大模塊，即位置查詢、資源查詢和突發(fā)事件的一些屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)的，表1給出了基層應(yīng)急資源網(wǎng)格化管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)具體名稱、內(nèi)容和特征。

表1 屬性數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

2.3 平臺(tái)的功能模塊設(shè)計(jì)

2.3.1 位置查詢。位置查詢功能是平臺(tái)最基本的功能模塊，每個(gè)單元網(wǎng)格都有若干個(gè)應(yīng)急行政小組，通過(guò)位置查詢能實(shí)時(shí)顯示每個(gè)網(wǎng)格里面的應(yīng)急小組，使得所有的應(yīng)急機(jī)構(gòu)和信息資源可視化，方便政府部門(mén)在處理特殊應(yīng)急事件時(shí)有的放矢，做出科學(xué)的應(yīng)急處置決策。

2.3.2 資源查詢。資源查詢功能是平臺(tái)最實(shí)用性的功能模塊，應(yīng)急資源是分布在各個(gè)網(wǎng)格并且是呈現(xiàn)不規(guī)則形態(tài)的，針對(duì)不同的應(yīng)急事件有不同的應(yīng)急資源。通過(guò)資源查詢可以可視化地知道資源的具體位置、數(shù)量、資源的所有部門(mén)和負(fù)責(zé)人等信息，并且對(duì)各類資源都能生成一類專題圖，比如醫(yī)療單位各個(gè)網(wǎng)格里的醫(yī)療單位顯示，通過(guò)最短路徑可以在突發(fā)事件時(shí)有原則地選擇應(yīng)急資源。

2.3.3 突發(fā)事件。突發(fā)事件功能是一個(gè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)功能，根據(jù)GIS時(shí)空動(dòng)態(tài)的特性設(shè)計(jì)出突發(fā)事件在視野范圍內(nèi)、未處置、處置中和已處置4個(gè)小模塊。

2.3.4 網(wǎng)格編輯。網(wǎng)格編輯是該研究所設(shè)計(jì)的平臺(tái)的一大特點(diǎn)，該研究的基層應(yīng)急資源網(wǎng)格化的最小網(wǎng)格單元是以鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界為基準(zhǔn)制作的網(wǎng)格單元，可能一個(gè)網(wǎng)格里面的應(yīng)急資源分布點(diǎn)比較多，為了方便用戶對(duì)應(yīng)急資源的管理和分析而作決策，即對(duì)應(yīng)急資源的控制，所以增加了網(wǎng)格編輯這個(gè)強(qiáng)大的操作功能模塊，使得用戶可以按照自己的控制范圍定制網(wǎng)格。

2.3.5 統(tǒng)計(jì)分析。統(tǒng)計(jì)分析是對(duì)各種應(yīng)急資源進(jìn)行數(shù)量的控制，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果可以運(yùn)用GIS的緩沖區(qū)查詢突發(fā)事件周圍的救援力量、救援物資等應(yīng)急資源，該平臺(tái)在統(tǒng)計(jì)分析方面做了傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上還結(jié)合GIS特有的空間分析功能設(shè)計(jì)了統(tǒng)計(jì)反算分析，通過(guò)統(tǒng)計(jì)反算可以根據(jù)突發(fā)事件的嚴(yán)重性和區(qū)域性投入適當(dāng)?shù)膽?yīng)急資源。

2.4 平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計(jì) 基層應(yīng)急資源網(wǎng)格化管理平臺(tái)的硬件與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用層次化設(shè)計(jì)的方法，網(wǎng)絡(luò)分層依次定義為核心層、骨干層、接入層，其全網(wǎng)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

該平臺(tái)采用Microsoft.net為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用Visual Studio2010.net完成B/S 3層架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽，使得數(shù)據(jù)的訪問(wèn)形式簡(jiǎn)單化和可靠化，并且便于管理和發(fā)布以及系統(tǒng)的升級(jí)維護(hù)。B/S 3層構(gòu)架見(jiàn)圖3。

3 基層應(yīng)急資源網(wǎng)格化管理平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基層應(yīng)急資源網(wǎng)格化管理數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) 該研究考慮到縣區(qū)較多，每個(gè)縣有自己數(shù)據(jù)服務(wù)器，前期可以支持開(kāi)源關(guān)系型數(shù)據(jù)服務(wù)器MySQL軟件。MySQL在單表數(shù)據(jù)量500萬(wàn)以下時(shí)和商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有太大性能區(qū)別。后期也可以無(wú)縫轉(zhuǎn)換到Oralce、Sql Server等商業(yè)數(shù)據(jù)中，并不影響系統(tǒng)架構(gòu)和程序使用。

3.2 統(tǒng)計(jì)分析的反算算法設(shè)計(jì) 統(tǒng)計(jì)分析在地理信息系統(tǒng)中的運(yùn)用已經(jīng)發(fā)揮得淋漓盡致，地理空間信息海量特性和離散分布特性使得在處理這些區(qū)域或地帶的離散化數(shù)據(jù)時(shí)，引入成熟的傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析能得到一些特定的決策信息［15］。該平臺(tái)利用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析就能得到各種應(yīng)急資源的數(shù)量分布表格，這樣方便管理者和決策者對(duì)各種應(yīng)急物資胸中有數(shù)，并且可以生成一些直觀的圖例以示直觀反映。但是對(duì)于應(yīng)付沒(méi)有預(yù)兆的自然災(zāi)害等突發(fā)事件的管理平臺(tái)而言，如果只是考慮統(tǒng)計(jì)出來(lái)的應(yīng)急物資數(shù)量而作決策，會(huì)造成資源的浪費(fèi)甚至決策的失誤。所以要做到對(duì)突發(fā)事件的運(yùn)籌帷幄，該平臺(tái)在傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種統(tǒng)計(jì)反算方法。統(tǒng)計(jì)分析反算方法是根據(jù)距離長(zhǎng)度或者人員多少來(lái)確定突發(fā)事件范圍內(nèi)需要運(yùn)用的應(yīng)急物資，一旦確定范圍，統(tǒng)計(jì)反算會(huì)通過(guò)系統(tǒng)算子程序自發(fā)顯示突發(fā)事件旁邊的應(yīng)急物資，這樣決策者可以迅速做出科學(xué)有原則的指揮應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。統(tǒng)計(jì)反算考慮的因子比較多，距離、人員和物資數(shù)量等因素都要作為權(quán)定，進(jìn)行綜合分析，將這些因子優(yōu)化地組合起來(lái)。統(tǒng)計(jì)反算的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下(程序用C#編碼實(shí)現(xiàn)):

public void getForceData(string sqlStr，HttpContext context)//救援力量距離因子反算為例

4 基層應(yīng)急資源網(wǎng)格管理平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)采用Windows7操作系統(tǒng)，用C#語(yǔ)言和Javascript腳本語(yǔ)言;安裝 Microsoft.NET Framework 3.5。系統(tǒng)主界面設(shè)5個(gè)工作模塊，分別是標(biāo)題欄、工作區(qū)、菜單欄、基礎(chǔ)圖層控制區(qū)和地圖顯示區(qū)。工作區(qū)有位置查詢、資源查詢和突發(fā)事件，這3個(gè)功能是相輔相成的，結(jié)合使用為突發(fā)應(yīng)急事件做決策分析。菜單欄有坐標(biāo)定位、距離面積，清除圖形、顯示標(biāo)注、網(wǎng)格編輯、統(tǒng)計(jì)分析和新增資源，新增資源有二級(jí)菜單，分別是應(yīng)急機(jī)構(gòu)、應(yīng)急隊(duì)員、救援力量、救援物資、應(yīng)急專家、行政區(qū)劃、通信保障等15個(gè)子菜單，網(wǎng)格編輯也有二級(jí)子菜單，并且是切換另外界面的，地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都是一樣的，特定添加了網(wǎng)格編輯的特定功能。系統(tǒng)主界面如圖4所示。

5 結(jié)語(yǔ)

該研究利用Microsoft Visual Studio 2010為開(kāi)發(fā)工具，結(jié)合B/S架構(gòu)完成了基層應(yīng)急資源網(wǎng)格化管理平臺(tái)的開(kāi)發(fā)。此平臺(tái)不是簡(jiǎn)單重復(fù)已有GIS系統(tǒng)建設(shè)的流程，不是針對(duì)某一個(gè)政府部門(mén)建立一個(gè)GIS系統(tǒng)，而是以智慧城市建設(shè)為導(dǎo)向，提供了一種全新的政府各部門(mén)使用網(wǎng)格化信息資源的服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)地理空間信息資源的共享和交換，并提供基于服務(wù)的GIS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式，在此基礎(chǔ)上推動(dòng)新型的電子政務(wù)應(yīng)用的建設(shè)。并且利用GIS空間統(tǒng)計(jì)分析對(duì)空間數(shù)據(jù)做出分析與預(yù)測(cè)，這樣提高了決策者對(duì)應(yīng)急資源的調(diào)度提供了科學(xué)合理的依據(jù)。但是該研究空間數(shù)據(jù)海量，對(duì)這些空間數(shù)據(jù)做更多的數(shù)據(jù)挖掘工作還不夠完善，這是以后需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

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