基于ArcGISServer與Flex的石化企業(yè)GIS應急管理平臺

摘 要：概要介紹了石化企業(yè)事故應急管理的現(xiàn)狀，分析了當前應急系統(tǒng)所存在的不足。同時，結(jié)合應急管理與地理信息相關(guān)的功能需求，探討了石化企業(yè)應急管理在GIS平臺中能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能，并基于ArcGIS Server和Flex開發(fā)了石化企業(yè)GIS應急管理系統(tǒng)。系統(tǒng)基本上實現(xiàn)了對廠區(qū)應急數(shù)據(jù)的信息查詢、實時監(jiān)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(yè)應急管理水平具有重要意義。

關(guān)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(yè)的快速發(fā)展，石化企業(yè)在我國國民經(jīng)濟建設(shè)中占據(jù)了愈發(fā)重要的地位，其相關(guān)技術(shù)的應用也滲透到人們生活的各個領(lǐng)域。石化行業(yè)作為資金、技術(shù)和勞動力密集型產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品也以危險化學品為主，無論從生產(chǎn)、加工、運輸還是儲存上都存在諸多安全隱患，易發(fā)生泄露、火災和爆炸等各類化學事故。在系統(tǒng)建設(shè)過程中，更多的是硬件系統(tǒng)的搭建以及現(xiàn)有軟件系統(tǒng)的整合，對于事故在空間地理置上的應用研究內(nèi)容較少，需將應急管理與空間地理信息有效結(jié)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(tǒng)（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(shù)系統(tǒng)，能夠支持空間數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理、運算、分析和顯示，以便實現(xiàn)復雜的規(guī)劃和管理應用。隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)的蓬勃發(fā)展，將GIS技術(shù)與石化企業(yè)的化學事故應急管理相結(jié)合是一個好的解決方法，也是應急指揮系統(tǒng)的一個重要發(fā)展方向，因此，在石化企業(yè)建設(shè)和實施GIS應急管理系統(tǒng)具有重大現(xiàn)實意義。

2 ArcGIS Server與Flex

2.1 ArcGIS Server

ArcGIS Server是基于Web技術(shù)的企業(yè)級GIS解決方案，為創(chuàng)建和管理基于服務(wù)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(yè)標準提供WebGIS服務(wù)。開發(fā)人員可以利用主流的Web技術(shù)定制適合自身需要的網(wǎng)絡(luò)GIS解決方案，具有更大的可伸縮性來滿足多樣化的企業(yè)需求。ArcGIS Server是一個分布式系統(tǒng)，便于作為GIS地圖應用服務(wù)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(fā)布，涵蓋了支持RIA的開發(fā)和部署的一系列技術(shù)組合，是一個高效、免費的開源框架，可用于構(gòu)建具有表現(xiàn)力的Web應用程序。Flex具有多種組件，可實現(xiàn)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(zhí)行服務(wù)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(jīng)典的企業(yè)應用三層結(jié)構(gòu)，總體架構(gòu)和傳統(tǒng)B/S框架相同，均由表現(xiàn)層、應用層和數(shù)據(jù)層組成。但是其也有一些和傳統(tǒng)B/S應用不一樣的地方，即客戶端不同，客戶端與服務(wù)器端的通信方式不同。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 需求分析和系統(tǒng)設(shè)計目標

根據(jù)石化企業(yè)事故應急管理的特殊需要，針對目前石化企業(yè)廠區(qū)應急指揮系統(tǒng)建設(shè)與地理信息結(jié)合過程中存在的問題，應用地理信息系統(tǒng)（GIS）、虛擬現(xiàn)實、空間數(shù)據(jù)庫等技術(shù)手段，統(tǒng)一制定包括石化企業(yè)地理信息平臺建設(shè)中涉及的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)（包括基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)和導航數(shù)據(jù)等），實現(xiàn)全要素地圖一體化存儲；整合專題數(shù)據(jù)的種類、要素分類編碼、數(shù)據(jù)組織與命名規(guī)則、圖層及屬性結(jié)構(gòu)等各項數(shù)據(jù)，健全訪問機制，搭建石化企業(yè)應急管理平臺，保證事故應急屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)與集成，實現(xiàn)事故應急數(shù)據(jù)的實時顯示、查詢和分析等功能。同時，要保證系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定和可靠，具有良好的實用性和魯棒性，使系統(tǒng)界面更加友好美觀，滿足用戶的需求。

3.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)基于富客戶端互聯(lián)網(wǎng)應用（RIA）的B/S體系架構(gòu)，在設(shè)計上采用面向?qū)ο蠓?wù)的方式。分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和客戶表現(xiàn)層共三個層次。系統(tǒng)的三層體系架構(gòu)如圖1所示。

3.2.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層即資源層，是整個應用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要負責石化廠區(qū)包括空間數(shù)據(jù)、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和應急屬性數(shù)據(jù)在內(nèi)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲、管理與檢索，包含空間數(shù)據(jù)文件、屬性數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫和消防、物資、管網(wǎng)等綜合數(shù)據(jù)庫等。

3.2.2 業(yè)務(wù)邏輯層

該層也稱為服務(wù)層，是連接數(shù)據(jù)層和客戶表現(xiàn)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(yè)務(wù)邏輯層。該層直接訪問底層數(shù)據(jù)庫，負責調(diào)用和連接底層的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對象，同時監(jiān)聽客戶端的請求，在客戶端中運行，處理響應的請求結(jié)果，并為頂層應用系統(tǒng)提供基本的地圖瀏覽、數(shù)據(jù)查詢、事故模擬和空間分析等功能服務(wù)。

3.2.3 客戶表現(xiàn)層

負責從業(yè)務(wù)邏輯層獲取請求信息并顯示給用戶，實現(xiàn)滿足用戶要求的各類應用，顯示各種業(yè)務(wù)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(tǒng)，返回信息并將其匯總給邏輯層進行數(shù)據(jù)處理。

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)包括七大功能模塊，即地圖操作、數(shù)據(jù)查找、物資存放點、車輛監(jiān)控、事故模擬和氣象信息。系統(tǒng)功能設(shè)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(shè)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(shè)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(shù)據(jù)查找

實現(xiàn)石化企業(yè)的主要裝置和設(shè)備數(shù)據(jù)的查詢功能，包括圖屬互查、目標定位等。根據(jù)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(shè)備的屬性信息，包括裝置或設(shè)備的名稱、所屬類別、位號、所屬單位、投產(chǎn)日期、供應商、經(jīng)緯度坐標、設(shè)備的類型、容積和照片等等。根據(jù)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(jù)屬性查地圖圖形：通過輸入或選擇某個裝置或設(shè)備，將它們在地圖中進行圖形定位高亮顯示，以便在事故發(fā)生時能夠快速定位到與事故應急救援相關(guān)的地理信息。根據(jù)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(xiàn)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(diào)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(qū)的物資存放信息。

3.3.4 車輛監(jiān)控

實現(xiàn)對石化企業(yè)消防車輛的GPS定位功能，實時監(jiān)控車輛位置和行駛軌跡，應急指揮人員可以根據(jù)消防車輛的實時位置來即時監(jiān)控當前時段的消防救援情況，以便宏冠指揮調(diào)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(shè)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(shè)定事故狀態(tài)下的氣象條件和設(shè)備參數(shù)信息，計算出事故的影響范圍。根據(jù)計算結(jié)果得出可能的致死、致重傷和致輕傷區(qū)域，并在地圖區(qū)域顯示。圖3給出了事故物質(zhì)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(jié)果。事故模擬擴散模型集成了基于計算流體動力學CFD技術(shù)開發(fā)的FLACS軟件的模擬過程和結(jié)果，通過設(shè)置設(shè)備直徑、高度、壓力、溫度、液位，并根據(jù)氣象儀信息實時讀取當前的氣壓、風速和風向等參數(shù)來實現(xiàn)。紅、橙、綠三種顏色分別表示不同程度的影響區(qū)間。

3.4 數(shù)據(jù)設(shè)計

數(shù)據(jù)是應急系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)內(nèi)容，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括兩大部分，即空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩大部分。

空間數(shù)據(jù)主要由基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)和專題空間數(shù)據(jù)等組成。其中，遙感影像數(shù)據(jù)是從各級測繪部門或相應數(shù)據(jù)公司獲取的現(xiàn)勢性較高的衛(wèi)星影像、航空影像，構(gòu)建覆蓋全球、全國、省、市多分辨率遙感影像數(shù)據(jù)庫。在項目實施時，目標廠區(qū)選用分辨率較高的航片影像數(shù)據(jù)，周邊地形地貌則采用從數(shù)據(jù)公司獲取的現(xiàn)勢性較高的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)?；A(chǔ)矢量數(shù)據(jù)根據(jù)廠區(qū)地物分布情況繪制的矢量圖層文件疊加而成，包括企業(yè)分布圖、裝置和設(shè)備分布圖、應急物資存放點分布圖、消防管網(wǎng)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(tǒng)開發(fā)實現(xiàn)

系統(tǒng)所需的地圖數(shù)據(jù)由遙感影像圖和矢量圖層疊加顯示，并通過ArcCatalog發(fā)布服務(wù)；系統(tǒng)的應用客戶端選用ArcGIS API for Flex，它是ArcGIS Server 的擴展開發(fā)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(fā)人員在使用ArcGIS Server 構(gòu)建GIS 服務(wù)的基礎(chǔ)上進行RIA開發(fā)；系統(tǒng)集成環(huán)境選用開源的可擴展開發(fā)平臺Flash Builder 4。

系統(tǒng)功能界面包括如下部分：系統(tǒng)logo、地圖顯示區(qū)域、工具菜單及相應的對話框。其中，系統(tǒng)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(qū)域顯示整個石化廠區(qū)的地圖數(shù)據(jù)，并提供圖層管理和控制功能；工具菜單和信息框則實現(xiàn)了包括事故模擬在內(nèi)的GIS應急管理功能操作。

5 結(jié)語

本文在分析當前石化企業(yè)化學事故應急管理上所存在的問題基礎(chǔ)上，針對石化企業(yè)應急管理與GIS功能相結(jié)合的多方面需求，設(shè)計了石化企業(yè)GIS應急管理平臺的體系架構(gòu)和基本功能，并基于ArcGIS Server 和Flex實現(xiàn)了石化企業(yè)GIS應急管理平臺，將石化企業(yè)事故應急管理與空間地理信息有效結(jié)合，滿足了企業(yè)應急管理人員對各廠區(qū)內(nèi)各裝置和設(shè)備信息的實時監(jiān)管、信息查詢和事故模擬等功能需求，對于智能化石化廠區(qū)建設(shè)有著重要意義。當然本系統(tǒng)雖然實現(xiàn)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(xiàn)形式，還需在下一步工作中加以改進。

參考文獻：

[1]于學春，袁紀武，邊祥娟，毛文鋒，胡秀麗.應急管理地理信息系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)[J].安全、健康和環(huán)境，2011，11（10）：14-16.

[2]張旭東，劉善偉，劉馨澤，劉天堯，萬劍華.基于ArcGIS Server和Flex的校園能源監(jiān)管地理信息系統(tǒng)[J].測繪與空間地理信息，2013，2（02）：19-26.

[3]胡秀麗，袁紀武，米紅梅，毛文鋒.GIS技術(shù)在化學事故應急指揮系統(tǒng)中的應用研究[J].安全、健康和環(huán)境，2009，9（06）：2-4.

[4]王偉強，于學春，史承偉，于廣宇.基于GIS的輔助決策系統(tǒng)在突發(fā)事件中的應用[J].廣東化工，2014，7（41）：110-111.