基于天地圖的地震應(yīng)急地圖服務(wù)平臺初步實現(xiàn)—以上海市為例

程顯洲，張 勇，王小明,2，趙學(xué)志

（1. 上海市地震局，上海 200062；2. 東華大學(xué)，上海 201620）

0 引言

隨著中國城市化進(jìn)程不斷加速，特大城市的地震應(yīng)急工作面臨的挑戰(zhàn)日益凸顯。在震后第一時間向救災(zāi)指揮者提供震后人員傷亡情況，是地震應(yīng)急救援工作能否及時展開的關(guān)鍵要素。天地圖是國家地理信息局建設(shè)的地理信息綜合服務(wù)平臺，其目的在于地理信息資源共享和高效利用。天地圖平臺以門戶網(wǎng)站和服務(wù)接口2種形式向公眾、企業(yè)、專業(yè)部門、政府部門提供24小時不間斷“一站式”地理信息服務(wù)，有效解決了各行業(yè)地理信息平臺開發(fā)中的技術(shù)難度大、建設(shè)成本高、動態(tài)更新難等突出問題。天地圖平臺在地震行業(yè)的實際應(yīng)用也比較廣泛，如地震行業(yè)借助天地圖平臺克服復(fù)雜的空間數(shù)據(jù)維護(hù)困難，實現(xiàn)地震信息的對外展示[1]；在天地圖平臺上集成地震應(yīng)急任務(wù)相關(guān)的地理信息服務(wù)，建立日常災(zāi)情管理工具[2]；基于天地圖平臺開發(fā)地震應(yīng)急專題地圖自動出圖系統(tǒng)，實現(xiàn)了天地圖瓦片數(shù)據(jù)與地震應(yīng)急矢量數(shù)據(jù)的結(jié)合，減少人工干預(yù)，從而提高了地震應(yīng)急專題圖的出圖效率[3]；通過構(gòu)建建筑物震災(zāi)發(fā)布平臺初步解決了地震行業(yè)數(shù)據(jù)平臺存在的數(shù)據(jù)實時性差和研發(fā)困難等問題[4]?；谔斓貓D平臺的地震行業(yè)系統(tǒng)的例子還有很多，都在一定程度上對地震應(yīng)急系統(tǒng)起到了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)及技術(shù)支撐作用。

1 基于天地圖的地震應(yīng)急地圖服務(wù)平臺需求分析

新時代新形勢下地震應(yīng)急工作面臨著許多的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，在歷次的地震應(yīng)急演練中暴露出種種問題與不足。首先，地震應(yīng)急工作需要大量的底層框架數(shù)據(jù)（例如：行政區(qū)劃、道路橋梁、公共設(shè)施等）作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。上海是中國發(fā)展最快的城市之一，底層框架數(shù)據(jù)更新速度很慢，趕不上城市發(fā)展進(jìn)度，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)時效性不強(qiáng)。其次，地震應(yīng)急地理數(shù)據(jù)類型各式各樣，有基礎(chǔ)的矢量地理數(shù)據(jù)和航空影像切片數(shù)據(jù)等等。雖然這些數(shù)據(jù)大多數(shù)已經(jīng)包含在各類數(shù)據(jù)庫中，但是在地震應(yīng)急數(shù)據(jù)展示的時候卻需要到不同數(shù)據(jù)庫中查詢數(shù)據(jù)，不能形成統(tǒng)一的查詢系統(tǒng)，導(dǎo)致展示效率低下，并且易造成數(shù)據(jù)混亂。再次，地震應(yīng)急專題地圖的發(fā)布以往都是以紙質(zhì)的形式或者電子媒介方式發(fā)送到指定的領(lǐng)導(dǎo)、工作人員手中，需要有應(yīng)急工作人員專門負(fù)責(zé)專題圖的打印和發(fā)送。地震應(yīng)急狀態(tài)下，各工作組都已經(jīng)滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，很難抽出人手來進(jìn)行相關(guān)圖件的傳送和分發(fā)。

基于以上3點問題，提出了一種基于天地圖的地震應(yīng)急地圖解決方案，借助天地圖平臺動態(tài)更新等特性解決地震專題地圖數(shù)據(jù)的時效問題、效率問題、傳播問題。

2 地震應(yīng)急地圖服務(wù)平臺框架

與傳統(tǒng)的.NET+ArcGIS Engine開發(fā)框架不同[5]，本平臺使用了JavaScript+Dojo+ArcGIS API形成一套系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)（圖1）。其中，最底層的服務(wù)器端使用ArcGIS Server+Tomcat搭建地理數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，適應(yīng)各地震應(yīng)急系統(tǒng)接口的多樣化特點。中間數(shù)據(jù)傳輸層采用了功能強(qiáng)大的JavaScript腳本語言與ArcGIS API構(gòu)建地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸送通道。采用JavaScript腳本語言的BS構(gòu)架不同于以往以.NET為主的CS構(gòu)架，避免了計算機(jī)硬件性能限制，更有利于平臺各個部件對外接口的擴(kuò)展，實現(xiàn)系統(tǒng)的無縫升級。數(shù)據(jù)展示及交互端平臺采用的是Dojo+DOM的組合，Dojo是一套JavaScript平臺的成熟框架，它能提供大量的定制功能和解決方案，使我們只需專注于核心代碼的開發(fā)和維護(hù)[6]。DOM在處理像地理信息及地震應(yīng)急信息等流數(shù)據(jù)方面有著其他平臺不具備的速度和安全優(yōu)勢[7]?？蚣艿暮诵募夹g(shù)流程為應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在ArcGIS Server系統(tǒng)中定義一一對應(yīng)的REST數(shù)據(jù)地址，再由JavaScript程序通過HTTP協(xié)議調(diào)取地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用ArcGIS API中的各種工具對地震應(yīng)急數(shù)據(jù)進(jìn)行展示、查詢、標(biāo)注、打印等操作。在瀏覽器端通過DOM和Dojo組成的框架建立數(shù)據(jù)展示、查詢、標(biāo)注、打印控件，并將數(shù)據(jù)結(jié)果呈現(xiàn)于各個瀏覽器上，實現(xiàn)地震應(yīng)急數(shù)據(jù)在天地圖平臺上的初步應(yīng)用。

圖 1 地震應(yīng)急地圖服務(wù)平臺框架示意圖

3 平臺關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用場景

3.1 地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)展示

地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和地震專題數(shù)據(jù)2部分。其中，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)主要由天地圖上海的切片數(shù)據(jù)構(gòu)成，包含了上海的行政區(qū)劃邊界和道路、橋梁、水系等基本地理要素，通過上海市測繪院提供的REST服務(wù)器接口進(jìn)行連接，服務(wù)器端設(shè)置在上海市測繪院，由上海市地理信息公共服務(wù)平臺進(jìn)行統(tǒng)一的管理、更新，較本地化地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具有更新速度快、數(shù)據(jù)可靠等優(yōu)點。地震專題數(shù)據(jù)包含地震應(yīng)急影響估計范圍及其他本地應(yīng)急數(shù)據(jù)（表1）。其中，地震應(yīng)急影響估計范圍由上海市地震應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)根據(jù)地震三要素模擬得出，在多次地震應(yīng)急演練中得以改進(jìn)，該系統(tǒng)得出的應(yīng)急影響估計范圍符合國家標(biāo)準(zhǔn)及本地實際情況[8]。

震中和地震影響估計范圍等地震要素為地震必要展示數(shù)據(jù)，緊貼天地圖地理數(shù)據(jù)為地震應(yīng)急地圖服務(wù)平臺的底層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其余地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)按照應(yīng)急指揮和專題圖制圖的不同需求進(jìn)行疊加展示、查詢等操作。

數(shù)據(jù)展示結(jié)果可以投放到地震應(yīng)急指揮部大屏幕上，為指揮人員與相關(guān)專家提供數(shù)據(jù)支持，還可以通過衛(wèi)星或4G通訊傳輸?shù)綉?yīng)急現(xiàn)場隊指揮部，與一線應(yīng)急人員共享第一手資料。

3.2 地震應(yīng)急空間信息查詢與定位服務(wù)

采用空間地理查詢組件對本地應(yīng)急地理數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢標(biāo)定，對被查詢數(shù)據(jù)采取高亮顯示的方式定位該數(shù)據(jù)。不同的應(yīng)急地理數(shù)據(jù)分布在不同的圖層，并且由于圖層疊加的順序不同，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂。針對這一問題，該平臺采用多圖層查詢組件，分圖層、分類型地對地震應(yīng)急空間信息進(jìn)行查詢與分別定位展示。

表 1 地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（部分）

地震應(yīng)急空間信息查詢主要分為屬性查詢和多邊形查詢。所謂屬性查詢就是已知所要查詢要素的ID等具體信息，而得到其在地圖上的相對位置的查詢功能。例如，已知某所學(xué)校名稱，查詢該學(xué)校是否在烈度為七度的烈度區(qū)范圍內(nèi)。多邊形查詢指的是圖中要素位置已知，而要素其他信息未知的查詢功能。例如，查詢極震區(qū)內(nèi)所有的應(yīng)急避難場所的名稱、類型及其他信息。

快速、準(zhǔn)確地查詢定位應(yīng)急空間地理數(shù)據(jù)對指揮人員掌握震區(qū)地理信息至關(guān)重要，也是地震應(yīng)急救援一線隊員了解震區(qū)的第一手資料，縮短了應(yīng)急響應(yīng)時間，為應(yīng)急救援行動的快速展開提供有力保障。

3.3 地震災(zāi)情信息標(biāo)注

通過標(biāo)注工具對地震災(zāi)情信息進(jìn)行標(biāo)注，并利用圖層客戶端交互組件將標(biāo)注的信息展示于目標(biāo)圖層之上。

在地震應(yīng)急數(shù)據(jù)疊加到天地圖上后，不能通過應(yīng)急數(shù)據(jù)所在的圖層進(jìn)行標(biāo)注和圈定，這就要求地震災(zāi)情信息要獨立于一個單獨的圖層上，該圖層需要置于其他的圖層之上，稱之為客戶端圖層。在客戶端圖層上使用DOM框架添加繪制控件，繪制點、線、面等要素，并對要素進(jìn)行標(biāo)注文字，達(dá)到災(zāi)情信息標(biāo)注的效果。

地震發(fā)生后，現(xiàn)場工作隊第一時間趕往地震現(xiàn)場，采集地震房屋受損等信息，然后傳到指揮中心，指揮中心對現(xiàn)場災(zāi)情通過“天地圖”平臺進(jìn)行反饋和標(biāo)注，對有感地震信息點圈定預(yù)估地震有感范圍，指揮人員通過“天地圖”平臺進(jìn)行震情的實時跟蹤及指揮。

3.4 專題地圖制圖及打印

建立以天地圖為底圖，多種應(yīng)急專題數(shù)據(jù)疊加形成專題地圖自動成圖及打印模塊。該模塊實現(xiàn)多種應(yīng)急專題地圖的比例確定、分辨率調(diào)整及專題圖圖片格式轉(zhuǎn)換。跳過了ArcGIS中必須從mxd文件到地圖圖片文件的輸出轉(zhuǎn)換過程[9]，節(jié)省了出圖時間，并減少了ArcGIS平臺對于本地圖形工作站性能的高度依賴。

與地震應(yīng)急專題手工制圖相比，地震應(yīng)急地圖服務(wù)平臺在地圖整飾、地圖精度、美觀等方面還有很多不足之處，但是在地圖的數(shù)據(jù)時效性、出圖效率方面更勝一籌，可以作為地震時手工制圖的一種補(bǔ)充手段。

有感地震發(fā)生時對專題地圖的時效性是一種考驗，以天地圖為底圖的地震應(yīng)急專題圖在最大限度上滿足了地理信息為最新的要求。

4 平臺方案的實現(xiàn)及測試

基于ArcGIS API for JavaScript和天地圖平臺，實現(xiàn)4類地震應(yīng)急關(guān)鍵技術(shù)（圖2）。

1）地震數(shù)據(jù)通過ArcGIS Server部署到地理信息數(shù)據(jù)庫中，每條數(shù)據(jù)都分配有REST地址，根據(jù)REST地址構(gòu)建不同的數(shù)據(jù)圖層，將不同的圖層按照自定義的順序疊加到地圖容器中進(jìn)行顯示，并利用地圖展示空間選擇要展示的圖層和調(diào)節(jié)圖層大小亮度等屬性。地震應(yīng)急時，通過改變地理應(yīng)急數(shù)據(jù)所在圖層的顯示或者隱藏來突出某一種或幾種數(shù)據(jù)在地震應(yīng)急時的關(guān)鍵作用，并對關(guān)注的數(shù)據(jù)進(jìn)行高亮展示，讓地震應(yīng)急工作人員重視該數(shù)據(jù)信息。

圖 2 應(yīng)急關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)示意圖

2）使用ArcGIS API中FindTask工具對ArcGIS Server中的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，根據(jù)數(shù)據(jù)ID對地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，并對查詢的數(shù)據(jù)結(jié)果展示在數(shù)據(jù)表格中。調(diào)用QueryTask工具進(jìn)行空間分析，將得出的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行高亮顯示。地震應(yīng)急地圖服務(wù)平臺展示出的地震應(yīng)急數(shù)據(jù)數(shù)量和種類繁多，在如此多的數(shù)據(jù)之中找出關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如極震區(qū)的應(yīng)急避難場所，往往需要在不同的數(shù)據(jù)中進(jìn)行查詢，對于查詢的條件也各有不同，我們可以利用多邊形空間查詢進(jìn)行多圖層的數(shù)據(jù)查詢，就能夠快速找出符合我們需求的要素。

3）設(shè)置動態(tài)客戶端圖層GraphicsLayer，通過Draw工具標(biāo)注點、線、面、文字信息和圖片鏈接到動態(tài)客戶端圖層，完成地震災(zāi)情信息標(biāo)注。動態(tài)客戶端圖層將處于不同地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)有效地在一個圖層中聯(lián)系起來，便于地震應(yīng)急工作人員對地震實時信息的整合；同時，也在地震應(yīng)急工作者和地震應(yīng)急數(shù)據(jù)之間架起一座橋梁。雖然目前的ArcGIS API for JavaScript 平臺還達(dá)不到服務(wù)器端修改數(shù)據(jù)的功能要求，但是在地震應(yīng)急數(shù)據(jù)的實時展示方面起了很大的作用。

4）啟用PrintingTools工具將疊加的地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)圖層、地震災(zāi)情信息標(biāo)注、地震信息查詢結(jié)果等按照地圖格式加以整飾，輸出為各種圖片或者pdf格式展示出來。此工具為服務(wù)器端工具，需要通過REST地址從ArcGIS sever中調(diào)用，地圖在服務(wù)器端生成，需要通過下載到本地進(jìn)行打印輸出。

為保障平臺的可靠性，對其進(jìn)行一組模擬地震測試。利用上海市地震應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)以人工觸發(fā)模擬地震的方式得到上海市浦東新區(qū)6.5級模擬地震的估計影響范圍，調(diào)整圖層設(shè)置顯示上海市境內(nèi)所有的學(xué)校。根據(jù)災(zāi)情實時信息劃定重災(zāi)區(qū)，進(jìn)行空間查詢找到離震中最近的學(xué)校并進(jìn)行紅色標(biāo)注顯示（圖3）。根據(jù)地震影響評估范圍標(biāo)注地震應(yīng)急救援隊所在地（綠色圖釘）、地震應(yīng)急現(xiàn)場調(diào)查點人員傷亡反饋情況（紅色圖釘）以及周圍的應(yīng)急避難場所（綠色三角），并自動生成應(yīng)急指揮圖（圖4）。地震應(yīng)急動態(tài)地圖服務(wù)平臺完成了所有的應(yīng)急服務(wù)任務(wù)，展現(xiàn)了較好的系統(tǒng)可靠性，并且進(jìn)一步提高了地震應(yīng)急效率。

5 結(jié)束語

構(gòu)建本平臺的初衷是為解決地震應(yīng)急工作中的實際問題。本平臺基于天地圖平臺創(chuàng)建了一個交互式、分布式、動態(tài)的地震應(yīng)急地理信息系統(tǒng)構(gòu)架，在這種構(gòu)架上完成了4種地震應(yīng)急平臺的基本功能。通過對這4種功能進(jìn)行模塊化和接口化，將傳統(tǒng)的地震應(yīng)急平臺與新平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，產(chǎn)生更加強(qiáng)大的地震應(yīng)急功能模塊，成為地震應(yīng)急工作強(qiáng)有力的抓手。在平臺的創(chuàng)新開發(fā)過程中，也發(fā)現(xiàn)了許多的不足之處。相較于成熟的開發(fā)平臺，WebGIS還在發(fā)展階段，對底層的地震應(yīng)急空間數(shù)據(jù)的操作還沒有十分深入，操作的功能還比較弱，無法進(jìn)行復(fù)雜的一體化操作等[10]。以上這些問題，也是我們今后平臺繼續(xù)開發(fā)需要著重解決的問題，是以后基于地震應(yīng)急關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展方向之一。

圖 3 地震應(yīng)急動態(tài)地圖服務(wù)平臺測試結(jié)果

圖 4 地震應(yīng)急專題圖產(chǎn)出（示意圖）