GIS 在城市無障礙設施管理服務數字化轉型中的應用

王守芬，王安迪，吳張峰

（1.上海市測繪院，上海 200063；2.自然資源部超大城市自然資源時空大數據分析應用重點實驗室，上海 200063）

2023年3月1 日《上海市無障礙環境建設條例》頒布實施，這是上海踐行人民城市理念，打造卓越的全球城市的重要實踐。條例明確將無障礙信息交流納入城市數字化轉型專項規劃，同時，提出完善無障礙社會服務，保障服務可及提質，鼓勵、支持無障礙信息平臺建設，推動線上線下服務融合。近年來，上海市殘聯的殘疾人保障業務范圍迅速擴大，業務量和復雜程度提高，一些傳統的手工業務管理方式已不能滿足相關工作進一步開展的要求。隨著數字化轉型的深入，大數據、云計算、虛擬化和GIS集成等新一代信息技術的發展也為城市無障礙設施管理服務提供了更多的可能性和新思路[1]。

本文針對當前數字化轉型背景下城市無障礙環境建設中的問題和需求，探索GIS 賦能無障礙設施管理的普適性方法，并以上海為例進行應用驗證，集中解決當前無障礙設施管理服務工作中的數據質量、數據標準、數據定位、數據展示、數據更新和數據使用的問題。通過對現有數據的整理和研究，建立統一的數據標準，利用GIS 技術進行無障礙專題數據的匯集、加工、組織，建立無障礙設施管理服務平臺，創新無障礙專題數據的表現形式和管理方式，實現無障礙專題數據的共享和量化、可視的多樣空間分析，為無障礙需求者出行提供必要的輔助決策，也為管理工作中的規劃決策提供支撐[2-3]。

1 無障礙設施數字化管理關鍵技術方法

1.1 基于地名地址匹配技術的無障礙設施數據體系空間化建設

無障礙設施數據來源各異，且多缺少空間位置，數據的空間化建設是后續數據管理和展示的基礎。地名地址匹配技術是實現非空間數據空間化的關鍵。本文所采用的地名地址匹配技術的實現算法，首先是空間參考坐標系統，用于確定匹配的數據賦予何種空間坐標；其次是地名地址匹配層級模型，它是地名表述的抽象數據模型，是進行地址拆分和地址標準化的基礎；第三是地址匹配規則，即標準化的地址數據與地理編碼數據庫進行匹配時的驗證規則。通過此3 個條件，來保證地址匹配準確率和精度。本文通過地名地址批量編碼匹配工具結合內業人工糾偏、外業實地核查采集以及數據質檢，建立了無障礙設施數據體系的空間化建設技術方法流程。

1.2 基于時空數字底座的無障礙專題查詢與空間可視化

本文利用GIS的空間和屬性查詢能力建立各類無障礙設施要素的空間查詢和專題屬性查詢。空間查詢是通過空間范圍查詢無障礙專題要素的詳細屬性信息和空間位置，支持點選、框選、自定義范圍選擇等確定查詢范圍。屬性查詢是根據應用分析需要進行無障礙專題要素屬性信息的多條件查詢檢索功能，如按照區縣、名稱、設施類型、地址等多種不同條件實現無障礙專題信息的查詢及空間定位，掌握具體行政區劃內若干類無障礙設施資源情況。無障礙專題數據的展示、共享和應用是數據建設的最終目的，數據的空間可視化技術能夠有效提高數據展示形式的直觀性和豐富性。無障礙專題數據類別豐富，數量眾多，在小比例尺下顯示，許多點會疊加在一起，從而影響數據的展示。本文采用空間聚合技術，針對不同類別的數據分別進行空間聚合。通過熱力圖的渲染方式，直觀地展示各區縣、街道的殘疾人員比例高低情況，豐富數據的展現形式。

1.3 基于語義&空間雙重聚合的無障礙數據空間分析技術

本文基于語義與空間位置雙重聚合技術建設無障礙專題數據的空間統計分析能力。語義聚合是指根據數據的屬性進行聚合，例如類型等。空間聚合則是根據數據的空間位置將位置相近的要素進行融合獲得代表性、統計性的信息。利用MapReduce技術，進行分布式并行計算，快速獲取所需的統計成果，并以餅狀圖、柱狀圖、時空立方體、等值線等統計圖表的形式展示，為無障礙設施建設和管理工作提供有效的技術手段。在此基礎上，基于緩沖區分析、空間疊加分析、網絡分析等方法對無障礙專題數據進行空間分析，可用于輔助殘疾人事業建設中的規劃決策[4]。通過殘障人口分布與無障礙設施分布疊加分析，可以正確地判斷當前相關設施分布的合理性，指導后續無障礙設施布設。例如對盲人有聲讀物閱覽室與視力殘疾人口分布分析可以用于指導閱覽室的選址規劃；對肢殘群體居住樓層信息與無障礙電梯的疊加分析可以了解無障礙可達性的建設情況，疊合殘疾人器具（如爬樓機）租賃點空間分析展示可以指導租賃點的布設；通過緩沖區分析，納入企業招聘及就業信息可以展示和推送周邊一定范圍內的殘疾人招聘崗位，為殘疾人就業提供幫助和支持；通過路徑網絡分析，綜合路網和坡道數據，可以建立無障礙導航功能，為殘疾人出行提供便利等等。這些都是殘疾人管理工作中密切關注又亟需解決的問題。

1.4 高內聚低耦合的無障礙數字化工作流接入模式

本文通過梳理無障礙專題管理需求，建立和接入無障礙專題工作流，實現了無障礙專題數據的在線編輯、維護、審核、共享等一體化管理，有效保證了數據的現勢性和準確性。各模塊內部與無障礙管理業務緊密結合，模塊之間低耦合，這樣能提高復用性和穩定性。本文利用空間數據在線編輯技術，維護人員可在Web端編輯各專題數據的空間及屬性信息，提交在線新增、刪除、修改等操作申請，審核人員可在線查看和審批維護人員提交的數據操作申請，從而完成數據的在線更新維護工作。在線編輯功能通過簡潔的界面，流程化的操作，極大地提高維護及審核的工作效率。

1.5 基于眾包運營的無障礙信息更新服務模式

《上海市無障礙環境建設條例》提出促進社會共治，營造無障礙友好環境。通過互聯網向公眾用戶提供無障礙信息公眾服務，應用空間可視化手段直觀展現多種無障礙專題要素，為廣大用戶提供便利的查詢、檢索、輔助管理服務，切實保障無障礙需求者的人身安全和出行便利。同時，數據的使用者也可以成為數據的提供者和維護者，將無障礙專題管理工作流中的數據更新維護功能部分開放，對于數據使用過程中發現的無障礙設施位置不精確、屬性信息錯誤、設施拆除地圖未更新等問題及時上報，讓大眾廣泛參與無障礙專題數據的更新維護，形成無障礙數據的眾包運營維護機制，能夠有效的縮短數據更新周期，保障數據鮮活性[5]。同時，對于加快推進無障礙環境建設，讓無障礙設施真正“有愛無礙”也具有重要意義。

1.6 基于無障礙專題路網的無障礙導航

針對無障礙需求人群，建設無障礙專題路網數據體系。在此基礎之上基于常用的路徑規劃算法例如迪杰斯特拉算法（Dijkstra）進行路徑規劃，優先規劃無障礙斜坡、無障礙電梯等路線，并配備語音導航，服務無障礙需求人群出行。

2 應用實例—以上海為例

依托于上海市豐富的基礎地理信息資源和無障礙專題數據，利用上述關鍵技術和方法，采用先進的云計算軟硬件架構，在建設無障礙數據服務體系基礎上，推進無障礙管理應用的數字化轉型，建立無障礙設施專題管理系統，服務市區兩級殘聯機構和無障礙需求人士，取得了良好的運行成效。

2.1 基于云計算環境的分布式系統架構設計

系統基于云計算技術平臺軟硬件環境進行建設，充分發揮云計算技術對于軟硬件資源管理的伸縮能力，系統運行穩定，服務響應迅速，自運行以來可同時滿足市級及各區級殘聯機構業務管理需求和無障礙需求人士日常使用。系統的總體框架采用目前主流的分布式SOA架構方案，按照分層設計的原則，從下至上分為基礎設施層、數據層、服務層和應用層，系統邏輯架構如圖1所示。

1）基礎設施層主要提供平臺運行所需的基礎硬件和軟件資源環境，是平臺穩定運行的基礎。包括網絡、服務器設備、存儲設備及其他硬件在內的硬件設備以及虛擬化、操作系統、GIS 服務發布軟件和數據庫在內的軟件，空間數據的管理采用ArcGIS SDE技術進行訪問和管理。

2）數據層是平臺的信息資源核心，包含基礎空間數據庫和業務專題數據庫。基礎空間地理信息數據、殘聯服務機構及無障礙服務設施等業務專題數據在統一的數據標準與技術規范下，由平臺對外發布。

3）服務層包含用戶管理、數據管理等基本功能服務，完成地圖服務的配置、統計分析等功能服務的發布，是平臺運行的技術核心。

4）應用層完成業務服務層與用戶的交互，建立上海市殘聯機構及無障礙設施功能應用。該層是在服務層的基礎上建立地圖操作及用戶所需的專題數據瀏覽、查詢、統計、分析以及數據更新維護、數據審核等專業功能。

2.2 無障礙設施管理系統數據體系建設

無障礙設施管理系統數據體系建設主要包含3 部分：殘聯服務機構、各類別殘疾人專題數據和無障礙服務設施數據。殘疾服務機構數據包括全市各級殘疾人聯合會、陽光之家、陽光基地、陽光心園、康復中心、康復服務站、輔助器具服務社、殘疾人機動輪椅車維修中心、就業服務機構9 類數據，對9 類表格數據進行空間匹配定位處理。殘疾人專題數據包括各區縣、各街道1~4 級視力、聽力、言語、智力、肢體、精神和多重7 類殘疾人占戶籍人口比例，對數據進行空間化處理。無障礙服務設施數據包括綜合醫院、特色專科醫院、醫院門診部、社區衛生服務中心、社區事務受理中心、殘車加油站、無障礙電影院、無障礙環境建設示范銀行、盲人有聲讀物閱覽室、商場無障礙電梯及無障礙廁所、地鐵站無障礙電梯及無障礙廁所、全市坡道、全市環衛公廁（包含無障礙廁位信息），對該部分數據進行采集和空間定位處理。

通過對以上不同來源、不同格式的專題數據進行收集、分析、加工、組織、建庫和入庫校驗工作，形成了城市無障礙服務專題數據庫。數據命名和編碼規則以國家相應標準為參考，遵循通用、統一、標準、科學、共享原則。數據庫結構在設計上確保具有充裕的服務能力，為可預計的業務提供足夠的容量，同時兼顧未來的發展，以科學性、一致性、完整性和穩定性、可擴展性為標準。

2.3 無障礙設施管理系統服務體系建設

系統服務體系主要包括地理信息公共服務、無障礙專題數據服務、系統業務功能服務三部分。地理信息公共服務主要包括政務地圖、公眾地圖、影像地圖等基礎底圖服務及地名地址查詢服務，由上海市地理信息公共服務平臺提供。無障礙專題數據服務主要包括系統所涉及的殘聯服務機構，殘疾人專題及無障礙服務設施50 多個圖層，通過ArcGIS 軟件，連接無障礙專題數據庫，進行數據源、比例尺及地圖符號化等設置，分別發布和建立空間動態服務和空間要素服務。業務功能服務主要是圍繞無障礙專題查詢、統計、可視化、空間分析應用、信息維護審核工作流等業務功能的支撐服務。基于SOA架構，實現與具體業務實現解耦，增加服務模塊的復用性與擴展性。

2.4 數字化應用系統

以無障礙專題數據庫為數據基礎，綜合地理信息公共服務、無障礙專題數據服務、業務功能服務及管理信息，建立上海市殘聯服務機構及無障礙設施管理系統[6-7]。系統以Web服務為依托，實現無障礙專題信息的在線展示、瀏覽、查詢、檢索、更新、審核和統計分析等功能，具體功能如圖2所示。

1）無障礙專題展示瀏覽（圖3）。在基礎地理地圖上，對專題圖層中進行分層、分要素顯示。系統通過相應的圖標展示不同區域、不同類別數據的空間分布，便于用戶直觀了解全市無障礙專題數據的分布情況。系統采用了空間聚合技術展示無障礙專題要素。

圖3 無障礙專題展示瀏覽

2）無障礙專題查詢檢索（圖4）。系統提供通過圖形點取查詢無障礙專題要素的詳細屬性信息和空間位置的功能。同時提供無障礙專題信息的多條件查詢檢索功能，可以按照區縣、名稱、設施類型、地址等多種不同條件實現無障礙專題信息的查詢及空間定位。

圖4 無障礙專題查詢檢索

3）無障礙專題信息運行維護（圖5）。系統支持對各類專題數據進行維護，包括數據的添加、更新（包括位置更新和屬性更新）、刪除和查看維護的點等功能。

圖5 無障礙專題信息維護—數據維護

4）無障礙專題信息審核（圖6）。信息審核功能分為市級和區級兩級審核權限。區級審核賬號首先對本區內待審核的點進行審核，確認維護信息無誤后，將提交審核后的點至市級審核賬號進行最終審核。市級審核賬號負責對區級賬號提交的點進行最終確認和審核，在確認后可將維護信息保存到數據庫中，并在數據展示界面實時顯示更新結果。

圖6 無障礙專題信息審核

5）殘疾人口分布分析（圖7）。“各類殘疾類型的人員數量占戶籍人口的比例”這類專題數據，分視力、聽力、言語、智力、肢體、精神和多重殘疾7大類，每類分為4級。針對這類數據，系統采用熱力圖的渲染方式可以直觀地展示各區縣、各街道的各類別、各等級殘疾人員比例的高低情況，為殘疾人事業管理中的規劃決策和形勢研判提供必要可靠的數據支撐和技術保障，例如結合盲人有聲讀物閱覽室和視力殘疾熱力圖可為閱覽室現有覆蓋情況分析和后期規劃提供有力支撐。

圖7 肢體三級殘疾人口比例分布熱力圖

6）無障礙專題統計分析（圖8、9）。系統實現了對各類無障礙專題數據的多種方式的空間統計分析，結果以餅狀圖、柱狀圖等統計圖表的形式展示。包括基于行政區劃的空間統計分析、基于機構類別的空間統計分析、基于內、中、外環線的空間統計分析以及基于任意繪制范圍的空間統計分析等，為及時掌握殘疾人服務機構及無障礙設施的家底情況提供了有效的技術手段。

圖8 基于任意繪制范圍的無障礙專題空間統計

圖9 地鐵無障礙專題統計

3 結 語

本文對城市無障礙設施管理數字化轉型的GIS 關鍵技術和方法進行了系統化的研究，通過高精度地理編碼、語義空間雙重聚合、眾包運營與審核等方法有效解決了無障礙設施的數據準確性、現勢性不高、位置信息不精確三方面問題。在此基礎上以上海為例進行驗證，建立了上海市殘聯服務機構及無障礙設施管理服務系統。通過對無障礙多源異構專題數據的集中、建設和組織，建立了上海市無障礙專題數據庫，并通過語義空間聚合、空間熱力圖以及統計圖表等可視化手段，以多源疊加、多維疊加的方式進行無障礙專題信息的一體化展示、查詢、統計分析、更新維護及審核，實現了無障礙專題數據的一體化管理[8-9]。實例通過數字化、信息化、空間化手段，提高了城市無障礙出行服務保障水平，讓無障礙設施真正“有愛無礙”，同時也為全市殘疾人事業建設中的統計分析、規劃決策、形勢研判，提供必要、可靠、務實的數據支撐。本文所研究的方法以及所形成的從數據收集、加工、更新到維護的一體化建設和管理流程對無障礙設施管理領域的數字化轉型具有普遍的參考意義，對于建設人民友好型城市，體現城市溫度，促進全體社會成員平等、充分、便捷地參與和融入社會生活，有重要意義。