應(yīng)急測繪地理信息服務(wù)組合技術(shù)及應(yīng)用

豁 輝

（河南測繪職業(yè)學(xué)院，鄭州 45000）

應(yīng)急測繪作為國家突發(fā)事件應(yīng)急救援體系的重要組成部分，能夠為突發(fā)事件的現(xiàn)場救援提供必要的支持，有助于降低災(zāi)害損失。但是傳統(tǒng)的應(yīng)急測繪在面對突發(fā)事件時無法準(zhǔn)確預(yù)測災(zāi)害的發(fā)展趨勢，并且應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)處理過度依賴于人工，缺乏快速反應(yīng)的能力，最終的分析結(jié)果也不夠準(zhǔn)確。鑒于此，可以將集成建模技術(shù)應(yīng)用到應(yīng)急測繪工作中，通過應(yīng)急地理信息集成建模的方式，在快速生成空間集成建模方案的基礎(chǔ)上，保證該方案得以順利執(zhí)行，從而為救災(zāi)工作提供輔助參考。探究應(yīng)急地理信息集成建模框架系統(tǒng)的構(gòu)建方法和應(yīng)用效果，成為現(xiàn)階段應(yīng)急測繪領(lǐng)域的一項重要研究課題。

1 基于案例驅(qū)動的應(yīng)急服務(wù)組合技術(shù)

1.1 基于案例驅(qū)動的應(yīng)急服務(wù)組合流程

在應(yīng)急測繪任務(wù)中，要想實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的快速處理，必須要向用戶提供一種更為高效的集成建模方法。而目前的空間信息服務(wù)組合技術(shù)，大多需要領(lǐng)域?qū)＜业膮⑴c，并不能直接將領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗映射為服務(wù)組合方案。針對這一弊端，本文設(shè)計了一種基于可計算案例驅(qū)動求解服務(wù)組合需求的方案，其原理：在出現(xiàn)新的服務(wù)組合需求后，系統(tǒng)會結(jié)合用戶需求檢索應(yīng)急測繪案例庫，從中匹配到與當(dāng)前需求最為顯示的案例；提取該案例后，將案例形式化表達(dá)為服務(wù)鏈，并提供給用戶。該方案可以做到專家經(jīng)驗的復(fù)用，從而使得最終的建模方案更加可靠，在節(jié)省建模時間、降低空間集成建模難度等方面有顯著優(yōu)勢[1]。基于案例驅(qū)動的應(yīng)急服務(wù)組合流程如圖1 所示。

圖1 應(yīng)急服務(wù)組合

服務(wù)鏈?zhǔn)菓?yīng)急服務(wù)組合功能實現(xiàn)的關(guān)鍵部分，具體又可分為抽象服務(wù)鏈、物理服務(wù)鏈2 種類型。將待組合服務(wù)的唯一標(biāo)識碼綁定到BPMN 和Service Task 節(jié)點中，即可建立起抽象服務(wù)鏈，此時模型服務(wù)中調(diào)用的信息、輸入輸出的參數(shù)信息，均按照服務(wù)節(jié)點ID 分類保存到集合中；物理服務(wù)鏈可由服務(wù)解析器解析BPMN 中當(dāng)前執(zhí)行節(jié)點，并在自定義節(jié)點坐標(biāo)后得到服務(wù)鏈。在服務(wù)鏈建成以后，還需要針對服務(wù)鏈中的各個服務(wù)節(jié)點配置相應(yīng)的輸入、輸出參數(shù)。本文在設(shè)計服務(wù)鏈時選擇“一對一”的耦合配置方式，可以在應(yīng)急案例庫不斷擴(kuò)充條件下，仍然保證檢索精度。

1.2 應(yīng)急測繪模型耦合校驗方法

由于應(yīng)急測繪模型的輸入和輸出對象具有時間、空間屬性，為了提高集成建模的高效性、建模方案的可靠性，本文選擇空間、時間、語義這3 個維度，對建立起來的應(yīng)急測繪模型進(jìn)行耦合自動校驗。具體校驗方法如下。

1）空間的兼容性校驗。該操作的目的是判斷模型耦合操作中源節(jié)點與匯節(jié)點的地理網(wǎng)格對象是否兼容。如果源地理網(wǎng)格對象的地理范圍等于或超出匯地理網(wǎng)格的地理范圍，則判定為兼容，反之為不兼容。在確?？臻g兼容性的基礎(chǔ)上，可以讓源節(jié)點的輸出數(shù)據(jù)，與匯節(jié)點的數(shù)據(jù)在地理位置、空間尺度上保持一致性，為應(yīng)急測繪模型的構(gòu)建提供了參考[2]。

2）時間的兼容性校驗。該操作的目的是判斷源節(jié)點與匯節(jié)點在時間尺度、時鐘分辨率上是否兼容。如果源時鐘對象的時間區(qū)段、時間步長（時鐘分辨率）與匯時鐘對象保持一致，則判定為兼容，反之為不兼容。在確保時間兼容性的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了源節(jié)點產(chǎn)生數(shù)據(jù)的時間與匯節(jié)點創(chuàng)建數(shù)據(jù)的時間具有同一性，提高了應(yīng)急測繪模型的繪制精度。

3）語義的兼容性校驗。本文選擇OCF（開放概念框架）這種表達(dá)模型變量語義關(guān)系的方法，在模型的多個變量之間構(gòu)建起映射關(guān)系，從而判斷是否滿足語義兼容性要求。在語義兼容的前提下，源節(jié)點、匯節(jié)點的關(guān)聯(lián)變量之間有著相同的物理指向，為應(yīng)急測繪模型的校驗提供了依據(jù)。

2 應(yīng)急地理信息集成建模框架系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 應(yīng)急地理信息大數(shù)據(jù)管理模塊

本文設(shè)計的應(yīng)急地理信息集成框架系統(tǒng)，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為支撐，圍繞應(yīng)急測繪工作的實際需求，以及應(yīng)急地理信息數(shù)據(jù)多源、異構(gòu)的特點，提供數(shù)據(jù)導(dǎo)入與存儲、在線制圖及數(shù)據(jù)可視化等一系列功能。

2.2 應(yīng)急測繪案例庫模塊

應(yīng)急案例庫可以根據(jù)應(yīng)急事件的類型，對系統(tǒng)接收到的應(yīng)急案例進(jìn)行分類，然后快速集成建模。應(yīng)急測繪案例圖的界面如圖2 所示。

圖2 應(yīng)急測繪案例庫界面

應(yīng)急測繪案例庫中保存的數(shù)據(jù)信息主要有3 種類型：第一種是突發(fā)事件的基本屬性，如突發(fā)事件的名稱、發(fā)生時間與地點、響應(yīng)級別等；第二種是突發(fā)事件的空間屬性，如中心點坐標(biāo)、空間范圍等；第三種是突發(fā)事件的應(yīng)急測繪屬性，如應(yīng)急測繪時間、應(yīng)急測繪手段（現(xiàn)場采集、無人機遙測）和采集的產(chǎn)品等。

應(yīng)急測繪案例庫支持對所有案例數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，包括目錄的展示、案例數(shù)據(jù)的瀏覽、編輯與查詢等。以案例數(shù)據(jù)查詢?yōu)槔?，根?jù)查詢內(nèi)容的不同，又可分為空間查詢、屬性查詢2 種類型。案例數(shù)據(jù)的空間查詢主要涵蓋了地名查詢、坐標(biāo)查詢和模糊查詢等。例如可以輸入某個地市的名字，然后在該范圍內(nèi)運用相交、相切、包含等空間運算關(guān)系查詢案例數(shù)據(jù)；案例數(shù)據(jù)的屬性查詢則以屬性字段查詢?yōu)橹鳌?/p>

2.3 領(lǐng)域分析模型集成與服務(wù)框架模塊

該模塊的主要功能是提供應(yīng)急突發(fā)事件專業(yè)分析模型的服務(wù)管理和運行環(huán)境，并支持模型的封裝、查詢等功能，保證在面對不同災(zāi)害的情況下，可以發(fā)揮災(zāi)損評估、輔助救援決策的作用。領(lǐng)域分析模塊集成與服務(wù)框架的管理界面如圖3 所示。

圖3 服務(wù)管理界面

由于突發(fā)事件的發(fā)生時間、地點和響應(yīng)級別等方面存在差異，因此構(gòu)建的突發(fā)事件領(lǐng)域分析模型也不盡相同。但是為了提高應(yīng)急地理信息集成建?？蚣艿膶嵱眯Ч?，在具體設(shè)計時要求所有突發(fā)事件領(lǐng)域分析模型都必須遵循統(tǒng)一的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)完成封裝[3]。對于封裝后的模型，在框架中同步注冊，并由框架進(jìn)行集中管理、統(tǒng)一調(diào)度。本文設(shè)計的鄰域分析模型集成與服務(wù)框架，主要包含了模型服務(wù)的封裝發(fā)布、注冊、耦合、瀏覽查詢、運行管理與刪除等一系列功能。部分功能的具體實現(xiàn)方式如下。

1）模型服務(wù)封裝與發(fā)布。參考Restful 標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)對模型進(jìn)行封裝，此時模型可獲得基本的啟停、運行等操作功能。經(jīng)封裝后的模型服務(wù)可以在平臺注冊后予以發(fā)布。

2）模型該服務(wù)注冊。平臺提供可視化界面進(jìn)行模型服務(wù)注冊，用戶可以在該界面上填寫服務(wù)器名稱、服務(wù)器地址、服務(wù)器關(guān)鍵字，以及設(shè)置接口參數(shù)等。在模型服務(wù)類別一項中，有物資分配模型、應(yīng)急救援分配模型和受損統(tǒng)計分析模型等選項。其中，在事件空間分析模型下又包含了社會安全事件、公共衛(wèi)生事件和突發(fā)自然災(zāi)害等選項。

3）服務(wù)集成建模。服務(wù)模塊下包括應(yīng)急救援服務(wù)、基礎(chǔ)服務(wù)和行業(yè)信息服務(wù)等部分，在服務(wù)集成建模中，支持不同服務(wù)間的耦合，從而得到組合模型服務(wù)。例如將數(shù)據(jù)服務(wù)與應(yīng)急救援服務(wù)耦合，可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析規(guī)劃應(yīng)急疏散的最佳路線，將該組合方案發(fā)布后，可以為應(yīng)急救援提供參考。在建模流程上提供人性化服務(wù)，用戶可以在界面左側(cè)的任務(wù)欄中選定服務(wù)選項，然后單擊選中并拖拽至界面右側(cè)，完成組合方案的繪制[4]。生成的組合方案可以發(fā)布為服務(wù)，也可作為新案例保存到應(yīng)急測繪案例庫中。

3 應(yīng)急地理信息集成建?？蚣芟到y(tǒng)的應(yīng)用案例

3.1 試驗區(qū)數(shù)據(jù)

選擇J 市作為試驗區(qū)域，探究應(yīng)急地理信息集成建?？蚣芟到y(tǒng)的應(yīng)用情況。試驗區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容及來源見表1。

表1 試驗區(qū)數(shù)據(jù)信息

3.2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

基于危險化學(xué)品泄露應(yīng)急響應(yīng)過程中對于地理信息的需求，以上文介紹的領(lǐng)域分析模型集成與服務(wù)框架為基礎(chǔ)，同時融合應(yīng)急地理信息大數(shù)據(jù)平臺，建立起了應(yīng)用示范系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了支持空間分析外，還能在城市突發(fā)事件發(fā)生以后快速、準(zhǔn)確地完成應(yīng)急測繪。該系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能如下。

①精確劃定危險區(qū)域。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中包含了J 市的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，以及近20 年以來的專題災(zāi)害數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上借助于GIS 空間分析技術(shù)，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的海量數(shù)據(jù)建立突發(fā)事件空間分析模型，完成對各類突發(fā)事件影響范圍、危害后果的分析與計算。根據(jù)計算結(jié)果，完成對突發(fā)時間危險等級的劃分，并在電子地圖上劃定對應(yīng)的危險區(qū)域。②估算受災(zāi)人口。系統(tǒng)根據(jù)劃定的危險區(qū)域，以及該區(qū)域內(nèi)的人口分布和人口密度，估算發(fā)生危險化學(xué)品泄露時受影響的人口數(shù)量。③分析疏散路線。該系統(tǒng)支持道路通行分析，結(jié)合衛(wèi)星遙感影像解譯數(shù)據(jù)和城市基礎(chǔ)道路數(shù)據(jù)，提供災(zāi)害區(qū)域內(nèi)部與周邊的公路、鐵路情況，為災(zāi)后救援工作的開展、災(zāi)區(qū)人群的疏散及相關(guān)物資的配送等提供必要的路網(wǎng)參考信息[5]。④應(yīng)急資源分析。該系統(tǒng)綜合應(yīng)用城市基礎(chǔ)地理信息和組織機構(gòu)信息，構(gòu)建應(yīng)急資源分布地形圖，可以在突發(fā)事故發(fā)生以后，根據(jù)劃定的危險區(qū)域提供該區(qū)域附近的醫(yī)院、消防及其他相關(guān)單位的位置信息，為災(zāi)后救援工作的開展提供資源支持。在救災(zāi)資源空間分析的基礎(chǔ)上，保證了應(yīng)急決策的科學(xué)性和救援工作的及時性。⑤危險源分析。該系統(tǒng)結(jié)合城市基礎(chǔ)地理信息和組織機構(gòu)信息等數(shù)據(jù)，在劃定危險區(qū)域后，提供該區(qū)域周邊危險化工企業(yè)的位置信息，同時在電子地圖上進(jìn)行標(biāo)記，并向這些危險源發(fā)送提醒信息，為躲避危險源、避免事故影響范圍的進(jìn)一步擴(kuò)散提供有益的幫助。

3.3 系統(tǒng)運行結(jié)果

在化工企業(yè)突發(fā)危險化學(xué)品泄露事故后，可以利用應(yīng)急地理信息集成建模框架系統(tǒng)，對突發(fā)事件涉及到的應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)分析任務(wù)進(jìn)行集成建模。同時調(diào)用系統(tǒng)的應(yīng)急案例庫，匹配與當(dāng)前事故相同或相似的事故案例。然后對當(dāng)前事故的地理位置、災(zāi)害等級、影響范圍和疏散路線等作出相應(yīng)的分析。根據(jù)分析結(jié)果建立組合模型，為J 市化工廠危險化學(xué)品泄露事故應(yīng)急分析任務(wù)調(diào)用，為事故應(yīng)急處理和災(zāi)后救援提供必要的決策參考。危險化學(xué)品泄露事故的分析結(jié)果如圖4 所示。

圖4 分析結(jié)果

從應(yīng)用效果來看，本文介紹的應(yīng)急地理信息集成建?？蚣芟到y(tǒng)相比于傳統(tǒng)的應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，具有應(yīng)急響應(yīng)速度快、災(zāi)害區(qū)域劃定結(jié)果和災(zāi)害危害等級評估更加精確等一系列優(yōu)勢，在輔助決策方面應(yīng)用價值更高，有助于最大程度上降低突發(fā)事故的災(zāi)害損失。另外，新的突發(fā)事故處理完畢后，可以作為新的案例加入到系統(tǒng)的應(yīng)急案例庫中，這樣就可以保證案例不斷的更新、豐富，對提高系統(tǒng)的實用價值和適用范圍也有積極幫助。

4 結(jié)束語

基于案例驅(qū)動的應(yīng)急測繪地理信息服務(wù)組合技術(shù)，以既有的事故案例作為輔助，同時人工手動構(gòu)建服務(wù)鏈，在提高集成建模效率的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了應(yīng)急服務(wù)組合的半自動化。在該技術(shù)的支持下構(gòu)建應(yīng)急地理信息集成建?？蚣芟到y(tǒng)，可精確劃定危險區(qū)域、計算受災(zāi)人口、規(guī)劃最佳疏散路線和標(biāo)記周邊危險源，在應(yīng)急指揮和災(zāi)后救援方面發(fā)揮了不容忽視的重要作用。當(dāng)然，該系統(tǒng)在應(yīng)用中還有一些不足，下一步應(yīng)重點從提高集成建模方案的執(zhí)行效率、減少應(yīng)急服務(wù)組合中的人工參與等方面作出進(jìn)一步的優(yōu)化，從而壓縮應(yīng)急響應(yīng)決策時間，確保第一時間組織開展事故救援活動。