應急測繪地理信息服務組合技術(shù)及應用

豁 輝

（河南測繪職業(yè)學院，鄭州 45000）

應急測繪作為國家突發(fā)事件應急救援體系的重要組成部分，能夠為突發(fā)事件的現(xiàn)場救援提供必要的支持，有助于降低災害損失。但是傳統(tǒng)的應急測繪在面對突發(fā)事件時無法準確預測災害的發(fā)展趨勢，并且應急測繪數(shù)據(jù)處理過度依賴于人工，缺乏快速反應的能力，最終的分析結(jié)果也不夠準確。鑒于此，可以將集成建模技術(shù)應用到應急測繪工作中，通過應急地理信息集成建模的方式，在快速生成空間集成建模方案的基礎上，保證該方案得以順利執(zhí)行，從而為救災工作提供輔助參考。探究應急地理信息集成建模框架系統(tǒng)的構(gòu)建方法和應用效果，成為現(xiàn)階段應急測繪領(lǐng)域的一項重要研究課題。

1 基于案例驅(qū)動的應急服務組合技術(shù)

1.1 基于案例驅(qū)動的應急服務組合流程

在應急測繪任務中，要想實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的快速處理，必須要向用戶提供一種更為高效的集成建模方法。而目前的空間信息服務組合技術(shù)，大多需要領(lǐng)域?qū)＜业膮⑴c，并不能直接將領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗映射為服務組合方案。針對這一弊端，本文設計了一種基于可計算案例驅(qū)動求解服務組合需求的方案，其原理：在出現(xiàn)新的服務組合需求后，系統(tǒng)會結(jié)合用戶需求檢索應急測繪案例庫，從中匹配到與當前需求最為顯示的案例；提取該案例后，將案例形式化表達為服務鏈，并提供給用戶。該方案可以做到專家經(jīng)驗的復用，從而使得最終的建模方案更加可靠，在節(jié)省建模時間、降低空間集成建模難度等方面有顯著優(yōu)勢[1]。基于案例驅(qū)動的應急服務組合流程如圖1 所示。

圖1 應急服務組合

服務鏈是應急服務組合功能實現(xiàn)的關(guān)鍵部分，具體又可分為抽象服務鏈、物理服務鏈2 種類型。將待組合服務的唯一標識碼綁定到BPMN 和Service Task 節(jié)點中，即可建立起抽象服務鏈，此時模型服務中調(diào)用的信息、輸入輸出的參數(shù)信息，均按照服務節(jié)點ID 分類保存到集合中；物理服務鏈可由服務解析器解析BPMN 中當前執(zhí)行節(jié)點，并在自定義節(jié)點坐標后得到服務鏈。在服務鏈建成以后，還需要針對服務鏈中的各個服務節(jié)點配置相應的輸入、輸出參數(shù)。本文在設計服務鏈時選擇“一對一”的耦合配置方式，可以在應急案例庫不斷擴充條件下，仍然保證檢索精度。

1.2 應急測繪模型耦合校驗方法

由于應急測繪模型的輸入和輸出對象具有時間、空間屬性，為了提高集成建模的高效性、建模方案的可靠性，本文選擇空間、時間、語義這3 個維度，對建立起來的應急測繪模型進行耦合自動校驗。具體校驗方法如下。

1）空間的兼容性校驗。該操作的目的是判斷模型耦合操作中源節(jié)點與匯節(jié)點的地理網(wǎng)格對象是否兼容。如果源地理網(wǎng)格對象的地理范圍等于或超出匯地理網(wǎng)格的地理范圍，則判定為兼容，反之為不兼容。在確保空間兼容性的基礎上，可以讓源節(jié)點的輸出數(shù)據(jù)，與匯節(jié)點的數(shù)據(jù)在地理位置、空間尺度上保持一致性，為應急測繪模型的構(gòu)建提供了參考[2]。

2）時間的兼容性校驗。該操作的目的是判斷源節(jié)點與匯節(jié)點在時間尺度、時鐘分辨率上是否兼容。如果源時鐘對象的時間區(qū)段、時間步長（時鐘分辨率）與匯時鐘對象保持一致，則判定為兼容，反之為不兼容。在確保時間兼容性的基礎上，實現(xiàn)了源節(jié)點產(chǎn)生數(shù)據(jù)的時間與匯節(jié)點創(chuàng)建數(shù)據(jù)的時間具有同一性，提高了應急測繪模型的繪制精度。

3）語義的兼容性校驗。本文選擇OCF（開放概念框架）這種表達模型變量語義關(guān)系的方法，在模型的多個變量之間構(gòu)建起映射關(guān)系，從而判斷是否滿足語義兼容性要求。在語義兼容的前提下，源節(jié)點、匯節(jié)點的關(guān)聯(lián)變量之間有著相同的物理指向，為應急測繪模型的校驗提供了依據(jù)。

2 應急地理信息集成建模框架系統(tǒng)的設計

2.1 應急地理信息大數(shù)據(jù)管理模塊

本文設計的應急地理信息集成框架系統(tǒng)，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為支撐，圍繞應急測繪工作的實際需求，以及應急地理信息數(shù)據(jù)多源、異構(gòu)的特點，提供數(shù)據(jù)導入與存儲、在線制圖及數(shù)據(jù)可視化等一系列功能。

2.2 應急測繪案例庫模塊

應急案例庫可以根據(jù)應急事件的類型，對系統(tǒng)接收到的應急案例進行分類，然后快速集成建模。應急測繪案例圖的界面如圖2 所示。

圖2 應急測繪案例庫界面

應急測繪案例庫中保存的數(shù)據(jù)信息主要有3 種類型：第一種是突發(fā)事件的基本屬性，如突發(fā)事件的名稱、發(fā)生時間與地點、響應級別等；第二種是突發(fā)事件的空間屬性，如中心點坐標、空間范圍等；第三種是突發(fā)事件的應急測繪屬性，如應急測繪時間、應急測繪手段（現(xiàn)場采集、無人機遙測）和采集的產(chǎn)品等。

應急測繪案例庫支持對所有案例數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，包括目錄的展示、案例數(shù)據(jù)的瀏覽、編輯與查詢等。以案例數(shù)據(jù)查詢?yōu)槔鶕?jù)查詢內(nèi)容的不同，又可分為空間查詢、屬性查詢2 種類型。案例數(shù)據(jù)的空間查詢主要涵蓋了地名查詢、坐標查詢和模糊查詢等。例如可以輸入某個地市的名字，然后在該范圍內(nèi)運用相交、相切、包含等空間運算關(guān)系查詢案例數(shù)據(jù)；案例數(shù)據(jù)的屬性查詢則以屬性字段查詢?yōu)橹鳌?/p>

2.3 領(lǐng)域分析模型集成與服務框架模塊

該模塊的主要功能是提供應急突發(fā)事件專業(yè)分析模型的服務管理和運行環(huán)境，并支持模型的封裝、查詢等功能，保證在面對不同災害的情況下，可以發(fā)揮災損評估、輔助救援決策的作用。領(lǐng)域分析模塊集成與服務框架的管理界面如圖3 所示。

圖3 服務管理界面

由于突發(fā)事件的發(fā)生時間、地點和響應級別等方面存在差異，因此構(gòu)建的突發(fā)事件領(lǐng)域分析模型也不盡相同。但是為了提高應急地理信息集成建模框架的實用效果，在具體設計時要求所有突發(fā)事件領(lǐng)域分析模型都必須遵循統(tǒng)一的服務標準完成封裝[3]。對于封裝后的模型，在框架中同步注冊，并由框架進行集中管理、統(tǒng)一調(diào)度。本文設計的鄰域分析模型集成與服務框架，主要包含了模型服務的封裝發(fā)布、注冊、耦合、瀏覽查詢、運行管理與刪除等一系列功能。部分功能的具體實現(xiàn)方式如下。

1）模型服務封裝與發(fā)布。參考Restful 標準服務對模型進行封裝，此時模型可獲得基本的啟停、運行等操作功能。經(jīng)封裝后的模型服務可以在平臺注冊后予以發(fā)布。

2）模型該服務注冊。平臺提供可視化界面進行模型服務注冊，用戶可以在該界面上填寫服務器名稱、服務器地址、服務器關(guān)鍵字，以及設置接口參數(shù)等。在模型服務類別一項中，有物資分配模型、應急救援分配模型和受損統(tǒng)計分析模型等選項。其中，在事件空間分析模型下又包含了社會安全事件、公共衛(wèi)生事件和突發(fā)自然災害等選項。

3）服務集成建模。服務模塊下包括應急救援服務、基礎服務和行業(yè)信息服務等部分，在服務集成建模中，支持不同服務間的耦合，從而得到組合模型服務。例如將數(shù)據(jù)服務與應急救援服務耦合，可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析規(guī)劃應急疏散的最佳路線，將該組合方案發(fā)布后，可以為應急救援提供參考。在建模流程上提供人性化服務，用戶可以在界面左側(cè)的任務欄中選定服務選項，然后單擊選中并拖拽至界面右側(cè)，完成組合方案的繪制[4]。生成的組合方案可以發(fā)布為服務，也可作為新案例保存到應急測繪案例庫中。

3 應急地理信息集成建模框架系統(tǒng)的應用案例

3.1 試驗區(qū)數(shù)據(jù)

選擇J 市作為試驗區(qū)域，探究應急地理信息集成建模框架系統(tǒng)的應用情況。試驗區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容及來源見表1。

表1 試驗區(qū)數(shù)據(jù)信息

3.2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

基于危險化學品泄露應急響應過程中對于地理信息的需求，以上文介紹的領(lǐng)域分析模型集成與服務框架為基礎，同時融合應急地理信息大數(shù)據(jù)平臺，建立起了應用示范系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了支持空間分析外，還能在城市突發(fā)事件發(fā)生以后快速、準確地完成應急測繪。該系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能如下。

①精確劃定危險區(qū)域。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中包含了J 市的基礎地理信息數(shù)據(jù)，以及近20 年以來的專題災害數(shù)據(jù)，在此基礎上借助于GIS 空間分析技術(shù)，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的海量數(shù)據(jù)建立突發(fā)事件空間分析模型，完成對各類突發(fā)事件影響范圍、危害后果的分析與計算。根據(jù)計算結(jié)果，完成對突發(fā)時間危險等級的劃分，并在電子地圖上劃定對應的危險區(qū)域。②估算受災人口。系統(tǒng)根據(jù)劃定的危險區(qū)域，以及該區(qū)域內(nèi)的人口分布和人口密度，估算發(fā)生危險化學品泄露時受影響的人口數(shù)量。③分析疏散路線。該系統(tǒng)支持道路通行分析，結(jié)合衛(wèi)星遙感影像解譯數(shù)據(jù)和城市基礎道路數(shù)據(jù)，提供災害區(qū)域內(nèi)部與周邊的公路、鐵路情況，為災后救援工作的開展、災區(qū)人群的疏散及相關(guān)物資的配送等提供必要的路網(wǎng)參考信息[5]。④應急資源分析。該系統(tǒng)綜合應用城市基礎地理信息和組織機構(gòu)信息，構(gòu)建應急資源分布地形圖，可以在突發(fā)事故發(fā)生以后，根據(jù)劃定的危險區(qū)域提供該區(qū)域附近的醫(yī)院、消防及其他相關(guān)單位的位置信息，為災后救援工作的開展提供資源支持。在救災資源空間分析的基礎上，保證了應急決策的科學性和救援工作的及時性。⑤危險源分析。該系統(tǒng)結(jié)合城市基礎地理信息和組織機構(gòu)信息等數(shù)據(jù)，在劃定危險區(qū)域后，提供該區(qū)域周邊危險化工企業(yè)的位置信息，同時在電子地圖上進行標記，并向這些危險源發(fā)送提醒信息，為躲避危險源、避免事故影響范圍的進一步擴散提供有益的幫助。

3.3 系統(tǒng)運行結(jié)果

在化工企業(yè)突發(fā)危險化學品泄露事故后，可以利用應急地理信息集成建模框架系統(tǒng)，對突發(fā)事件涉及到的應急測繪數(shù)據(jù)分析任務進行集成建模。同時調(diào)用系統(tǒng)的應急案例庫，匹配與當前事故相同或相似的事故案例。然后對當前事故的地理位置、災害等級、影響范圍和疏散路線等作出相應的分析。根據(jù)分析結(jié)果建立組合模型，為J 市化工廠危險化學品泄露事故應急分析任務調(diào)用，為事故應急處理和災后救援提供必要的決策參考。危險化學品泄露事故的分析結(jié)果如圖4 所示。

圖4 分析結(jié)果

從應用效果來看，本文介紹的應急地理信息集成建模框架系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的應急測繪數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，具有應急響應速度快、災害區(qū)域劃定結(jié)果和災害危害等級評估更加精確等一系列優(yōu)勢，在輔助決策方面應用價值更高，有助于最大程度上降低突發(fā)事故的災害損失。另外，新的突發(fā)事故處理完畢后，可以作為新的案例加入到系統(tǒng)的應急案例庫中，這樣就可以保證案例不斷的更新、豐富，對提高系統(tǒng)的實用價值和適用范圍也有積極幫助。

4 結(jié)束語

基于案例驅(qū)動的應急測繪地理信息服務組合技術(shù)，以既有的事故案例作為輔助，同時人工手動構(gòu)建服務鏈，在提高集成建模效率的基礎上，實現(xiàn)了應急服務組合的半自動化。在該技術(shù)的支持下構(gòu)建應急地理信息集成建模框架系統(tǒng)，可精確劃定危險區(qū)域、計算受災人口、規(guī)劃最佳疏散路線和標記周邊危險源，在應急指揮和災后救援方面發(fā)揮了不容忽視的重要作用。當然，該系統(tǒng)在應用中還有一些不足，下一步應重點從提高集成建模方案的執(zhí)行效率、減少應急服務組合中的人工參與等方面作出進一步的優(yōu)化，從而壓縮應急響應決策時間，確保第一時間組織開展事故救援活動。