自然災(zāi)害地理信息發(fā)布系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

張 翔，曹振宇，龔 競，宋志豪，劉思源

（1.中科院成都信息技術(shù)股份有限公司，四川 成都 610041；2.國家測繪地理信息局四川基礎(chǔ)地理信息中心，四川 成都 610041；3.西南交通大學(xué) 地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都611756）

自然災(zāi)害地理信息發(fā)布系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

張 翔1，曹振宇2，龔 競2，宋志豪3，劉思源3

（1.中科院成都信息技術(shù)股份有限公司，四川 成都 610041；2.國家測繪地理信息局四川基礎(chǔ)地理信息中心，四川 成都 610041；3.西南交通大學(xué) 地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都611756）

針對自然災(zāi)害信息服務(wù)范圍廣、數(shù)據(jù)種類多的問題，設(shè)計了一種多源多維自然災(zāi)害地理信息快速發(fā)布機制；并綜合利用WebGIS、RIA、三維GIS等技術(shù)，基于天地圖開發(fā)了自然災(zāi)害地理信息發(fā)布系統(tǒng)，實現(xiàn)了多源多維自然災(zāi)害數(shù)據(jù)的快速發(fā)布與集成展示。

自然災(zāi)害；WebGIS；地理信息發(fā)布

我國發(fā)生的自然災(zāi)害具有災(zāi)害種類多，發(fā)生頻率高，持續(xù)時間長，時空分布不均勻，影響范圍廣，損失重等特點。社會大眾對自然災(zāi)害的時空分布、強度與頻度、災(zāi)害發(fā)生地的社會經(jīng)濟狀況、災(zāi)害評估、災(zāi)害應(yīng)急救助措施與預(yù)案等基本信息越來越關(guān)心。因此，越來越多的在線服務(wù)系統(tǒng)提供了災(zāi)害地理信息發(fā)布與展示方面的功能[1-3]，具有了面向社會公眾發(fā)布災(zāi)害地理信息的能力。隨著3S技術(shù)、計算機存儲技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展，災(zāi)情地理信息的數(shù)據(jù)源越來越豐富（如遙感影像、DEM、照片、全景數(shù)據(jù)、街景、視頻等）。眾多的數(shù)據(jù)資源是全方位展示與分析災(zāi)情的良好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[4]。目前很多災(zāi)情地理信息系統(tǒng)都是針對特定的災(zāi)害類型，如地震信息發(fā)布系統(tǒng)[5]、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報信息發(fā)布系統(tǒng)[6]、防洪GIS平臺[7]等。這些系統(tǒng)所發(fā)布的數(shù)據(jù)種類不夠豐富，且沒有將不同災(zāi)害類型、多源多維的地理信息數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理、發(fā)布與集成展示。本文以多源多維的自然災(zāi)害地理信息快速發(fā)布機制、數(shù)據(jù)調(diào)度交互、Web應(yīng)用中的集成展示為研究重點，并基于天地圖設(shè)計開發(fā)了自然災(zāi)害地理信息發(fā)布系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)采用B/S的3層結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和表現(xiàn)層（圖1）。

數(shù)據(jù)層的基礎(chǔ)地理信息以天地圖為主，加載自然災(zāi)害數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)、地圖切片數(shù)據(jù)和配置文件。服務(wù)層提供一系列基于標準規(guī)范、傳輸協(xié)議和通用數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)，通過Web服務(wù)訪問各種異質(zhì)異構(gòu)的數(shù)據(jù)源[8]。本系統(tǒng)Web服務(wù)包括用于基礎(chǔ)地理信息展示、查詢和分析的 “天地圖·四川”服務(wù)，用于災(zāi)害數(shù)據(jù)編輯查詢的災(zāi)害數(shù)據(jù)服務(wù)和用于災(zāi)后DEM、遙感影像更新的地圖服務(wù)。表現(xiàn)層主要用Flex開發(fā)，通過http協(xié)議與Web服務(wù)器進行通信，提供災(zāi)害數(shù)據(jù)的可視化、查詢等功能，三維可視化部分將Active控件嵌入HTML頁面，由Javascript調(diào)用。Flex和HTML頁面通過Adobe公司提供的Flex-Ajax Bridge技術(shù)進行相互通信，以實現(xiàn)地圖的二三維聯(lián)動展示。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 自然災(zāi)害地理信息快速發(fā)布機制

1）多源多維自然災(zāi)害地理數(shù)據(jù)組織管理。本文以災(zāi)害事件為邏輯，組織多源多維的自然災(zāi)害空間數(shù)據(jù)，并利用開源的PostGIS數(shù)據(jù)庫進行管理。災(zāi)害事件以事件編碼為主鍵，以點要素形式存儲于空間數(shù)據(jù)庫中，點要素的位置一般為災(zāi)害發(fā)生點（如地震的震源經(jīng)緯度）或災(zāi)害區(qū)域的中心點；同時記錄災(zāi)害類型、發(fā)生時間、災(zāi)情描述等屬性信息。與災(zāi)害事件相關(guān)聯(lián)的次生災(zāi)害數(shù)據(jù)、多媒體點數(shù)據(jù)、DEM、遙感影像、專題地圖、三維模型都以事件編碼為外鍵與各空間數(shù)據(jù)表關(guān)聯(lián)。對于DEM、遙感影像，進行地圖切片處理，采用文件管理的方式進行管理，URL字段記錄地圖服務(wù)的地址。數(shù)據(jù)庫設(shè)計如圖2所示。

圖2 自然災(zāi)害數(shù)據(jù)庫物理數(shù)據(jù)模型

2）自然災(zāi)害地理數(shù)據(jù)發(fā)布流程。次生災(zāi)害數(shù)據(jù)由外業(yè)人員調(diào)查采集獲取或由內(nèi)業(yè)人員根據(jù)影像解譯獲取，解譯結(jié)果可能為災(zāi)害點（如房屋倒塌、損毀等）、災(zāi)害面（如山體滑坡、泥石流范圍等）和災(zāi)害線（如道路阻塞等）；再用GIS軟件對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行數(shù)字化。多媒體數(shù)據(jù)由移動設(shè)備現(xiàn)場拍攝獲取，專題地圖和三維模型數(shù)據(jù)由內(nèi)業(yè)人員制作，DEM和遙感影像由無人機航測快速獲取。將獲取的各類災(zāi)害數(shù)據(jù)與災(zāi)害事件相關(guān)聯(lián)，編輯空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，存儲為shapefile或Excel文件后導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，并發(fā)布為數(shù)據(jù)服務(wù)。將DEM和遙感影像制作成切片后發(fā)布為WMTS地圖服務(wù)。發(fā)布流程如圖3所示。

圖3 災(zāi)害數(shù)據(jù)發(fā)布流程圖

2.2 數(shù)據(jù)調(diào)度交互設(shè)計

各類災(zāi)害數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)客戶端展示具有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量較大、可視化呈現(xiàn)方式多樣、交互操作不同等特點。客戶端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)調(diào)度、多源多維數(shù)據(jù)的集成顯示需要良好的交互設(shè)計來實現(xiàn)。本系統(tǒng)客戶端的災(zāi)害數(shù)據(jù)主要以災(zāi)害事件為邏輯進行調(diào)度，以用戶交互控制信息展示（圖4）。在數(shù)據(jù)調(diào)度方面，由于用戶往往更關(guān)心近期發(fā)生的或緊密相關(guān)的自然災(zāi)害，因此客戶端并不需要加載全部災(zāi)害數(shù)據(jù)。頁面初始化時，客戶端下載并解析災(zāi)害事件配置文檔（．xml），同時向服務(wù)器異步請求需要初始化展示的災(zāi)害事件數(shù)據(jù)和與之相關(guān)的災(zāi)害數(shù)據(jù)。用戶也可利用災(zāi)害查詢模塊設(shè)置查詢條件篩選出災(zāi)害事件列表，單擊某一災(zāi)害事件加載相應(yīng)的災(zāi)害數(shù)據(jù)（如果已初始化則不需再向服務(wù)器請求）。在信息展示方面，地圖在小比例尺級別時只顯示災(zāi)害事件圖層，當(dāng)縮放到大比例尺級別時才顯示災(zāi)害數(shù)據(jù)圖層。點擊災(zāi)害數(shù)據(jù)符號時，災(zāi)害點數(shù)據(jù)將彈出窗體顯示詳細信息；多媒體數(shù)據(jù)、DEM、遙感影像數(shù)據(jù)，則通過url請求相應(yīng)資源在側(cè)欄進行多媒體展示或分屏進行二三維聯(lián)動、歷史影像對比展示。

圖4 數(shù)據(jù)調(diào)度與交互設(shè)計圖

2.3 多維多源數(shù)據(jù)的集成顯示

1）RIA技術(shù)。用于自然災(zāi)害數(shù)據(jù)展示的數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富，尤其是全景、視頻、街景等資源，用戶界面和交互操作相對復(fù)雜、多樣，而RIA技術(shù)提供了多種數(shù)據(jù)模型來處理客戶端的復(fù)雜數(shù)據(jù)操作，多種界面元素來集成顯示多媒體資源，相對于傳統(tǒng)的HTML能為用戶提供更好的使用體驗。RIA現(xiàn)有的支持技術(shù)有Flex、Silverlight、HTML5、Ajax等。本系統(tǒng)利用Flex技術(shù)，基于Flex Viewer模塊化應(yīng)用程序框架進行開發(fā)。該框架設(shè)計了一套模塊的標準接口，負責(zé)協(xié)調(diào)各模塊間的通信，控制頁面布局，以配置文件組織功能模塊[9]，利于Web客戶端的快速定制開發(fā)和部署。

2）三維WebGIS技術(shù)?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的大規(guī)模地形、高分辨率航測DEM、影像的三維場景展示，有利于應(yīng)急救援搶險時全方位了解和研判災(zāi)情。三維WebGIS的客戶端技術(shù)有ActiveX插件、Java3D、RIA技術(shù)、WebGL技術(shù)等[10]。本系統(tǒng)利用ActiveX插件封裝的OSGEarth控件進行三維場景的客戶端交互與可視化。OSGEarth是基于OSG開發(fā)的一款開源的實時地形模型加載和渲染工具，支持WMS、WCS、TMS等多種地圖服務(wù)，利用場景裁剪、細節(jié)層次節(jié)點動態(tài)調(diào)度、數(shù)據(jù)緩存等三維可視化技術(shù)，實現(xiàn)大規(guī)模三維場景的漫游與交互[11]。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)以PostgreSQL 9．0+PostGIS 1．5為數(shù)據(jù)庫，Apache為Web服務(wù)器進行部署；實現(xiàn)了包括地圖的瀏覽、交互操作，地名地址查詢，路徑分析，空間距離、面積量算以及二三維聯(lián)動操作等基本GIS可視化和交互功能。災(zāi)害數(shù)據(jù)的查詢和信息可視化模塊是系統(tǒng)的重點功能。在該系統(tǒng)上可根據(jù)災(zāi)害事件查詢相應(yīng)的災(zāi)害數(shù)據(jù)和信息，實現(xiàn)了專題數(shù)據(jù)的符號化展示，災(zāi)害現(xiàn)場采集的照片、全景數(shù)據(jù)（．swf）、視頻（．flv）等多媒體數(shù)據(jù)的綜合展示以及分屏聯(lián)動的街景展示。在三維場景中可進行災(zāi)害發(fā)生前后DEM疊加高分辨率遙感影像的對比展示以及與二維地圖的分屏聯(lián)動展示。在搶險救援中，用戶可進行文字標繪和態(tài)勢符號標繪，在地圖上反映災(zāi)情擴散、應(yīng)急救援等情況的發(fā)展態(tài)勢，為應(yīng)急救援和災(zāi)情展示提供有效信息。系統(tǒng)部分功能如圖5所示。

4 結(jié) 語

本文研究了包括災(zāi)害點、多媒體數(shù)據(jù)、DEM、遙感影像等多源多維數(shù)據(jù)的組織管理和發(fā)布流程；設(shè)計了客戶端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)調(diào)度流程；并利用Flex、3DGIS等技術(shù)實現(xiàn)了多源多維數(shù)據(jù)在Web端的一體化綜合展示，基于天地圖開發(fā)了自然災(zāi)害地理信息發(fā)布系統(tǒng)。該系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用，對于快速發(fā)布自然災(zāi)害地理信息，使公眾全面了解災(zāi)情，維護社會穩(wěn)定，展開應(yīng)急救援具有極其重要的意義。但本文研究更多的是在客戶端進行可視化和交互的集成，下一步可以考慮更加深入地研究多源多維災(zāi)害數(shù)據(jù)間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相互聯(lián)系，在數(shù)據(jù)管理和Web服務(wù)層面實現(xiàn)多源多維數(shù)據(jù)的融合。

[1] 劉英利,朱麗,朱慶杰．基于WebGIS的防災(zāi)信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)[J]．自然災(zāi)害學(xué)報,2008,17(2)∶122-126

[2] 李久剛,劉正軍,唐新明,等．省級政府綜合應(yīng)急管理WebGIS平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J]．測繪科學(xué),2011,36(1)∶229-231

[3] 劉浩,段莉瓊,曹巍,等．GIS 系統(tǒng)中災(zāi)情信息動態(tài)可視化研究[J]．自然災(zāi)害學(xué)報,2012,21(6)∶20-24

[4] 石麗紅,栗斌,張清浦．防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)災(zāi)情信息集成技術(shù)研究[J]．地理信息世界,2007,5(1)∶47-51

[5] 張磊,程朋根,陳靜．基于“天地圖”地震信息集成的設(shè)計與實現(xiàn)[J]．東華理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,36(3)∶323-327

[6] 袁宏,鐘紅梅,賴德軍,等．基于 Flex Viewer 框架的地質(zhì)災(zāi)害在線實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)研究[J]．自然災(zāi)害學(xué)報,2013,22(2)∶177-184

[7] 黃康,虞開森．防洪減災(zāi)三維 GIS 平臺關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．自然災(zāi)害學(xué)報,2013,22(4)∶239-244

[8] 張鋒葉,楊鈺,朱美正．基于Web Services的GIS多層體系結(jié)構(gòu)研究[J]．計算機應(yīng)用,2006,26(3)∶749-751

[9] 賈慶雷,萬慶,邢超．ArcGIS Server 開發(fā)指南∶基于Flex和．NET[M]．北京∶科學(xué)出版社,2011

[10] FENG L,WANG C,LI C, et al． A Research for 3D WebGIS Based on WebGL[C]． International Conference on Computer Science & Network Technology,2011∶348-351

[11] 李新放,劉海行,周林,等．基于OpenSceneGraph的海洋環(huán)境三維可視化系統(tǒng)研究[J]．海洋科學(xué),2012,36(1)∶54-58

P208

B

1672-4623（2016）09-0068-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.09.022

張翔，碩士研究生，研究方向為地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)。

2015-03-10。

項目來源：四川省測繪地理信息局科技支撐資助項目（J2013CX04）；國家測繪地理信息局基礎(chǔ)測繪科技資助項目。