WebGIS技術(shù)在景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用研究

胡伏湘

（長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410004）

WebGIS技術(shù)在景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用研究

胡伏湘

（長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410004）

從景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)需求分析和建設(shè)目標(biāo)入手，以軟件工程和生態(tài)學(xué)理論為依據(jù)，提出了景區(qū)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，規(guī)劃了體系結(jié)構(gòu)，運(yùn)用WebGIS和空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，設(shè)計(jì)了景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)的評(píng)估指標(biāo)體系和功能模塊，較好地實(shí)現(xiàn)了景區(qū)生態(tài)信息的實(shí)時(shí)收集、警情調(diào)度、信息發(fā)布和網(wǎng)站輸出功能。

WebGIS；旅游景區(qū)；預(yù)警系統(tǒng)；生態(tài)；空間數(shù)據(jù)庫(kù)

旅游業(yè)素有“無煙產(chǎn)業(yè)”之美譽(yù)，隨著我國(guó)物質(zhì)生活水平的提高，旅游越來越成為人們休閑的重要方式［1］，景區(qū)數(shù)量和旅游人數(shù)直線上升，所產(chǎn)生的收入在GDP中所占比重逐年提高。但由于缺乏先進(jìn)的管理手段，導(dǎo)致了一系列的問題，如不加限制的游客涌入而導(dǎo)致的擁擠踩踏、忽略天氣因素而導(dǎo)致的游客滯留、指示牌不明確而導(dǎo)致的游客迷路、垃圾未能及時(shí)清理而引發(fā)的生態(tài)環(huán)境破壞、食品中毒事件、森林火災(zāi)等突發(fā)事情也時(shí)有發(fā)生［2-3］，建立景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)成為提升旅游品質(zhì)的當(dāng)務(wù)之急。

1.景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)需求分析

1.1 景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

預(yù)警是一個(gè)軍事術(shù)語，指用來對(duì)付突然襲擊的防范措施，是組織的一種信息反饋機(jī)制，后來逐步引申到現(xiàn)代政治、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、醫(yī)療、災(zāi)變、生態(tài)、治安等自然和社會(huì)領(lǐng)域［4］。生態(tài)預(yù)警是預(yù)警技術(shù)在生態(tài)領(lǐng)域中的應(yīng)用，用以對(duì)指定區(qū)域的生態(tài)狀況如水質(zhì)、環(huán)境、人群、氣象、土地、火災(zāi)等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控、警情調(diào)度和管理，常用的預(yù)警技術(shù)包括人工預(yù)警、生物預(yù)警［5］、機(jī)械預(yù)警和計(jì)算機(jī)預(yù)警。計(jì)算機(jī)預(yù)警系統(tǒng)集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、智能分析功能于一體，具有警情監(jiān)測(cè)、報(bào)警處理、調(diào)度出警、警情發(fā)布、統(tǒng)計(jì)匯總等功能。

在預(yù)警系統(tǒng)理論研究方面，不少專家學(xué)者進(jìn)行了嘗試，沈紅心等探索了礦產(chǎn)資源開發(fā)預(yù)警系統(tǒng)［6］（2005），牛志毅設(shè)計(jì)了廣州市森林生態(tài)經(jīng)濟(jì)預(yù)警系統(tǒng)［7］（2006）、趙艷萍設(shè)計(jì)了農(nóng)田生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)［8］（2007）、劉永強(qiáng)進(jìn)行了新疆融雪洪水預(yù)警探討［9］（2007）、任運(yùn)河設(shè)計(jì)了綠色農(nóng)業(yè)評(píng)價(jià)和預(yù)警指標(biāo)體系［10］（2006）、李芬等對(duì)黃土丘陵區(qū)紙坊溝流域農(nóng)業(yè)生態(tài)安全進(jìn)行了預(yù)警分析［11］（2008），這些成果為本研究提供了較好的借鑒方案，在景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)方面的研究目前還很少。

1.2 景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)是對(duì)旅游景區(qū)的生態(tài)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警和出警調(diào)度的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其建設(shè)目標(biāo)是：

（1）生態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：運(yùn)用電子門票、PDA（個(gè)人數(shù)字助理）、3S（地理信息系統(tǒng)GIS、全球?qū)Ш较到y(tǒng)GPS、衛(wèi)星遙感RS）等手段即時(shí)收集景區(qū)游客數(shù)據(jù)及分布情況、水文氣象數(shù)據(jù)、環(huán)境狀況資料、突發(fā)性自然災(zāi)害和森林火災(zāi)信息，及時(shí)傳輸?shù)较到y(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2）歷史數(shù)據(jù)的錄入與統(tǒng)計(jì)：景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)以自然為主但人工干預(yù)影響明顯的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，歷年的生態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)分析景區(qū)容量、關(guān)鍵景點(diǎn)流量控制、監(jiān)控點(diǎn)布局都有重要參考價(jià)值。

（3）警情指示與報(bào)警：沒有警情出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)能夠顯示景區(qū)各項(xiàng)生態(tài)指標(biāo)的警級(jí)情況并用不同的顏色表示。當(dāng)接收到報(bào)警信息時(shí)，根據(jù)記錄相關(guān)信息并進(jìn)入警情調(diào)度程序。

（4）決策與調(diào)度：先根據(jù)警情確定警源，警情主要有兩類：一類是正常警情，如景區(qū)環(huán)境污染、連續(xù)低溫造成的路面結(jié)冰；另一類是突發(fā)警情，如火災(zāi)、人員傷亡。然后根據(jù)警級(jí)或現(xiàn)場(chǎng)勘察制定出警方案，調(diào)度相關(guān)資源并通過責(zé)任人員，安排警力，排除警情。

（5）警情管理：這是預(yù)警系統(tǒng)最重要的功能，用于保存景區(qū)生態(tài)歷史資料，動(dòng)態(tài)記錄當(dāng)前報(bào)警和出警數(shù)據(jù)，及時(shí)管理警情處理結(jié)果，不斷完善數(shù)據(jù)庫(kù)，提供全方位信息查詢和報(bào)表輸出，為下一次警情處理提供參照。

（6）趨勢(shì)預(yù)測(cè)

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和近期狀態(tài)信息，利用統(tǒng)計(jì)分析模型、預(yù)測(cè)算法和專家知識(shí)庫(kù)，及時(shí)發(fā)布景區(qū)生態(tài)狀況通告，以圖表方式顯示趨勢(shì)走向，并提出相應(yīng)的對(duì)策，為景區(qū)管理人員和游客提供優(yōu)化方案。

1.3 WebGIS技術(shù)在景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)用情況

WebGIS是基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、客戶端應(yīng)用軟件采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、運(yùn)用在Internet上的地理信息系統(tǒng)（GIS），通過互聯(lián)網(wǎng)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布和應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享和互操作。WebGIS是利用Internet技術(shù)來擴(kuò)展和完善GIS的一項(xiàng)新技術(shù)，其核心是在GIS中嵌入HTTP標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用體系，實(shí)現(xiàn)Internet環(huán)境下的空間信息管理和發(fā)布。WEBGIS可采用多主機(jī)、多數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分布式部署，通過Internet/Intranet實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，是一種瀏覽器服務(wù)器（B/S）結(jié)構(gòu)，服務(wù)器端向客戶端提供信息和服務(wù)，瀏覽器（客戶端）具有獲得各種空間信息和應(yīng)用的功能，它是以測(cè)繪測(cè)量和地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和使用的數(shù)據(jù)源、運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論、科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)、以提供管理、決策所需信息、以軟件為平臺(tái)的全球空間即時(shí)分析技術(shù)。

景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)既包括基礎(chǔ)，也包含大量的空間和地理位置信息，運(yùn)用WebGIS技術(shù)監(jiān)控景區(qū)的生態(tài)現(xiàn)狀和突發(fā)事件，具有覆蓋面廣、信息報(bào)告準(zhǔn)時(shí)、檢索方便等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于地質(zhì)勘探、數(shù)字城市建設(shè)、交通管理、園林景觀設(shè)計(jì)等方面取得了一些可喜成果［12,13］，應(yīng)用于景區(qū)生態(tài)預(yù)警無疑是一種理想的方案。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)基于GIS的景區(qū)預(yù)警系統(tǒng)需要遵循以下原則：

（1）系統(tǒng)性原則：系統(tǒng)由監(jiān)控設(shè)備、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備、預(yù)警處理設(shè)備、軟件和專業(yè)人員構(gòu)成，既能夠進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的分析，也能夠進(jìn)行應(yīng)急事件的處理，各組成部分需要圍繞共同的目標(biāo)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

（2）規(guī)范化原則：預(yù)警監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期性的工作，所獲取的數(shù)據(jù)和資料無論在時(shí)間上還是空間上都應(yīng)具有可比性，所采用的指標(biāo)，其內(nèi)容和方法等必須做到統(tǒng)一規(guī)范，盡可能采用可比性強(qiáng)的指標(biāo)，以呈現(xiàn)狀態(tài)走向。

（3）現(xiàn)實(shí)性原則：預(yù)警系統(tǒng)一方面需要硬件和軟件的投資，另一方面需要在景區(qū)布置盡可能少的監(jiān)控點(diǎn)，使有線和無線監(jiān)控的覆蓋范圍達(dá)到100%，更重要的是管理成本的投入，如RFID（Radio Frequency Identification-射頻識(shí)別）電子門票，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，用盡可能少的投入實(shí)現(xiàn)盡可能完善的功能。

（4）可操作原則：系統(tǒng)數(shù)據(jù)有三個(gè)來源：歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和輸入數(shù)據(jù)。無論哪種數(shù)據(jù)都應(yīng)該明確無誤，處理及輸出均可以在系統(tǒng)操作完成。

2.2 警級(jí)設(shè)計(jì)

根據(jù)景區(qū)生態(tài)狀況，假定將生態(tài)最佳狀態(tài)定義為10，可以將警級(jí)設(shè)為五個(gè)等級(jí)［14］：分別用黑、紅、黃、藍(lán)、綠5種指示燈表示，如表1所示：

表1 生態(tài)預(yù)警警級(jí)

2.3 指標(biāo)體系和數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)

構(gòu)建合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)，指標(biāo)的科學(xué)性直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果是否符合實(shí)際情況。按照主導(dǎo)性、全面性和獨(dú)立性原則，根據(jù)PSR（壓力-狀態(tài)-響應(yīng)）模型和AHP（層次分析）法，構(gòu)建預(yù)警評(píng)價(jià)指標(biāo)體系［15］，數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)警分類表如表2所示：

表2 數(shù)據(jù)庫(kù)表的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)表時(shí)，還應(yīng)該根據(jù)預(yù)警各類型再進(jìn)一步設(shè)計(jì)相應(yīng)的子表，子表中每個(gè)字段要求能夠數(shù)值化，便于從系統(tǒng)采集端接收數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用公式算出結(jié)果，供進(jìn)一步查詢或統(tǒng)計(jì)輸出。

3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的建立

系統(tǒng)采用B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分為兩部分：一是外圍網(wǎng)絡(luò)，從景區(qū)系統(tǒng)外部接收到的信息經(jīng)過防火墻和路由器后進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行處理，并利用Internet和網(wǎng)站平臺(tái)對(duì)外發(fā)布；二是內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，從各監(jiān)測(cè)點(diǎn)獲得的數(shù)據(jù)以及景區(qū)各管理部門之間數(shù)據(jù)直接利用光纜或雙絞線傳送，速度快。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可以分為四個(gè)層次：輸出層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)管理層和接口層。輸出層用于將運(yùn)算結(jié)果向景區(qū)內(nèi)部和外部輸出，應(yīng)用層包括監(jiān)控、分析、預(yù)測(cè)和報(bào)警等模塊，實(shí)現(xiàn)功能的應(yīng)用，數(shù)據(jù)管理層用于保存各個(gè)功能模塊所需要的數(shù)據(jù)并發(fā)送到中心數(shù)據(jù)庫(kù)，接口層用于從景區(qū)外部接收信息，直接送往中心數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫(kù)是預(yù)警系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)保存歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和臨時(shí)數(shù)據(jù)，也是預(yù)警分析和信息輸出的依據(jù)。常用的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)有MSSQLServer、Oracle、DB2、Sybase等，它們各有優(yōu)勢(shì)。預(yù)警系統(tǒng)在選擇數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)時(shí)必須符合兩個(gè)原則：一是功能強(qiáng)大，既能保存普通數(shù)字化數(shù)據(jù)，同時(shí)也能保存地形地圖等空間數(shù)據(jù)，另一個(gè)是性能好，即查詢速度要快，因?yàn)轭A(yù)警系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量極大，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，數(shù)據(jù)庫(kù)往往會(huì)成為系統(tǒng)瓶頸之一。基于以上兩點(diǎn)原因，最好采用Oracle大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)［16,17］，其記錄儲(chǔ)存量大，支持空間數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索速度快，管理方便，與開發(fā)平臺(tái)兼容性好，是預(yù)警系統(tǒng)的理想選擇。

數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的基本方法是：利用GIS將所得到的地理位置、地圖、區(qū)域等空間數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理規(guī)范化后保存Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，并與監(jiān)控得到的動(dòng)態(tài)信息、歷史數(shù)據(jù)一道傳送給DBMS中心數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)過處理形成顯示、發(fā)布、預(yù)警和報(bào)警所需要的圖表信息，傳遞給相關(guān)部門和管理人員。如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

3.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)分為六個(gè)功能模塊：系統(tǒng)管理模塊、信息采集模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊、輸出查詢模塊、報(bào)警處理模塊、決策分析模塊。

系統(tǒng)管理模塊用于設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、用戶管理、個(gè)性化方案定義等內(nèi)容，是系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)性工作。

信息采集模塊用于建立歷史數(shù)據(jù)和收集實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，氣候、水文、交通、環(huán)境保護(hù)、排污處理等歷史數(shù)據(jù)通過操作員從終端錄入，而通過電子門票、手持終端、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備所獲得的數(shù)據(jù)直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，通過GIS、GPS等收集的屬性數(shù)據(jù)先經(jīng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle Spatial處理后才傳遞給景區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)。

系統(tǒng)監(jiān)控模塊用于景區(qū)內(nèi)各種設(shè)施的運(yùn)行狀況、游客分布情況及特殊人群的位置、交通流量、環(huán)境狀況，以無線或者有線的方式將信息發(fā)送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，為人員分流、交通疏導(dǎo)、應(yīng)急處理提供依據(jù)。

輸出查詢模塊用于發(fā)布信息、顯示景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)。系統(tǒng)調(diào)用有關(guān)算法將運(yùn)行結(jié)果以新聞、消息的形式發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)上，也可以用圖形或者報(bào)表的方式供景區(qū)各管理部門查詢顯示，打印輸出。

報(bào)警處理模塊一方面能夠接收緊急報(bào)警信息并進(jìn)行調(diào)度處理，另一方面，能夠?qū)皡^(qū)當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，將運(yùn)算結(jié)果按照警級(jí)顯示相應(yīng)的顏色，一旦達(dá)到出警要求，則產(chǎn)生警情記錄輸出給相關(guān)責(zé)任人員。

決策分析模塊是系統(tǒng)中最難實(shí)現(xiàn)的功能，需要利用專家系統(tǒng)和知識(shí)庫(kù)，添加統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型，將歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的趨勢(shì)預(yù)測(cè)走向圖表，為景區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供決策科學(xué)的依據(jù)。

4.結(jié)語

基于WebGIS的旅游景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)綜合運(yùn)用了軟件工程、生態(tài)學(xué)、GIS、預(yù)警學(xué)的相關(guān)理論，可為景區(qū)管理者和游客提供生態(tài)狀況的有關(guān)信息，具有動(dòng)態(tài)顯示、應(yīng)急報(bào)警和出警調(diào)度等功能。將WebGIS技術(shù)和軟件技術(shù)引入到景區(qū)生態(tài)預(yù)警領(lǐng)域，能夠促進(jìn)旅游景區(qū)管理的科學(xué)化和規(guī)范化。但構(gòu)建景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)需要良好的預(yù)測(cè)模型、評(píng)價(jià)算法以及規(guī)則庫(kù)，而這些尚不十分成熟，需要不斷完善，這也是本研究的主要努力方向。

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TP315

B

1671-5136（2011） 04-0116-04

2011-12-06

湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2010GK3063）資助。

胡伏湘（1967-），男，湖南沅江人，長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件學(xué)院教授、研究員、博士研究生。研究方向：信息工程、生態(tài)信息系統(tǒng)。