基于GIS的基層應急資源網格化管理平臺的設計與開發

付建芳，李大軍，莫 奎(.東華理工大學測繪工程學院，江西南昌33003;.貝谷科技股份有限公司，江西南昌330096)

互聯網、物聯網、移動通訊技術、大數據技術的飛速發展，信息化建設已經邁進各行各業應用的嶄新階段，智慧城市建設已經成為不可逆轉的大潮流。應急系統顯然是智慧城市不可或缺的重要應用［1］。應急處置的關鍵是對應急資源的有效管理和科學的調度［2－3］，而目前應急資源的分散管理模式，導致處置突發事件時無法快速有效地調度各項應急資源。為了促進應急處置的快速、真實、直觀、高效反應，提升政府公共安全和處置突發事件的實戰能力，最大程度地預防和減少突發事件的發生及其損害，利用GIS網格化基礎共享平臺建設為基礎，實現對應急資源的統一網格化管理，提高基層對突發事件的及時預警、快速處置的實戰能力［4］。

網格是利用互聯網把地理上廣泛分布的各種資源(包括計算資源、存儲資源、數據資源、信息資源等)連成一個邏輯整體，就像一臺超級計算機一樣，為用戶提供一體化信息和應用服務(計算、存儲、訪問等)，進行資源共享和協同工作，最充分的實現信息共享［5］。李德仁等2006年已經就基于空間數據庫的城市網格化管理與服務系統的設計與實現從城市GIS如何滿足網格計算環境下城市管理與服務的現實需求出發，探討了建立城市網格化管理與服務系統所需的條件［6］?；贕IS網格化管理在移動、電信和人口計生中都有應用并且取得一定的成果［7－9］，筆者在這些研究基礎上設計并開發基層應急資源網格化管理平臺?；鶎討辟Y源管理是以鄉、鎮或者居委會為最小網格單元，對具體位置、應急資源和突發事件進行管理。該平臺的設計與開發將對應急資源和屬性信息進行定位管理與分析，利用GIS特定的空間分析功能為用戶提供數據挖掘與決策服務［10］。

該研究以江西省上高縣為對象，根據GIS系統設計思路，網格化數據共享與分析機制［9］，設計以GIS為主導技術的基層應急資源網格化管理平臺。目的就是提高江西省基層應急資源的空間信息和屬性信息的有效管理、分析、應用和決策［11－14］。

1 急資源管理的現狀分析

通過對縣級及鄉鎮的調研，基層應急資源信息化普遍還處于各部門分散建設狀態，缺乏統一的技術支撐平臺，數據歸集困難，質量不高，標準不一，展現原始(表格形式)，造成重復建設和應用成效相對較低。主要問題集中表現在以下幾個方面。

1.1 重復建設問題嚴重，導致資源浪費 多個政府部門(如應急辦、民政、社區管理、市政管理等)都需要建立地理信息系統實現網格化管理，由于缺乏統籌規劃，導致各部門分散建設，重復采集海量的地理信息及各種屬性信息數據，耗財耗力。同時，需要建設多個網格化平臺，也造成大量的資金浪費，并由此形成諸多的信息孤島，進一步加劇信息共享的難度并由此產生新的巨額資金投入。

1.2 缺乏數據標準和對基礎數據與專題數據的梳理，導致基礎信息難以共享、業務應用難以深入 在基層單位以縣級及鄉鎮的信息化建設為主，普遍缺乏對建立數據標準的深刻認識，更沒有對基礎數據和專題數據進行分類梳理。部分縣(市、區)已經建成的計生和綜治等業務系統，基本上都沒有遵循業務層和數據層的分層結構設計原則，更沒有對基礎數據和專題業務數據進行分離，導致其他業務部門無法與其共享基礎數據資源，其本身的業務應用也由于大量資源耗費在信息歸集等基礎功能上導致向業務縱深領域拓展時難以為繼。

1.3 基層應急指揮應用基本空白，應急資源管理亟待解決 江西省省市級應急指揮系統已經基本建成，基層應急指揮應用除視頻監控及視頻會商之外還基本空白。而實際大量應急事件往往發生在基層，大量的應急資源也分散存放在基層，且目前尚處于人工粗放管理方式，難以實現對應急資源的高效管理和調度，嚴重影響了應急處置的實戰能力。因此，推進基層應急指揮應用的信息化建設，實現基層應急資源信息的統一歸集，建立基層應急資源的網格化管理平臺，強化基層應急資源的精細化管理，支撐應急處置過程中對應急資源的高效利用，從而有效提升政府在保障公共安全和處置突發事件的實戰能力，最大程度地預防和減少突發事件的發生及其造成的損害，保障公眾的生命財產安全。

2 層應急資源網格化管理平臺的系統設計

2.1 平臺結構的設計 針對應急資源管理的現狀分析，根據GIS與網格的集成技術融合，對基層應急資源網格化管理平臺的總體設計見圖1。

2.2 平臺數據庫的設計 基層應急資源網格化管理平臺數據庫設計包括空間數據庫設計和屬性數據庫設計。

2.2.1 空間數據庫設計?；鶎討辟Y源網格化管理平臺的空間數據庫主要是地圖上的點數據，線、面數據都是調用天地圖基礎地圖數據。這些點數據主要是位置查詢中的各個單元網格中心點(如上甘山林場、翰堂鎮等)，資源查詢中的各種應急資源分布點位置(如應急機構、醫療單位等)和突發事件的具體位置。

2.2.2 屬性數據庫設計?；鶎討辟Y源網格化平臺的屬性數據庫設計業務量大、關系復雜，這也是現在作為一個實用而令客戶滿意的平臺所需要的。屬性數據庫的是依據平臺的3大模塊，即位置查詢、資源查詢和突發事件的一些屬性進行設計的，表1給出了基層應急資源網格化管理平臺的數據具體名稱、內容和特征。

表1 屬性數據庫結構

2.3 平臺的功能模塊設計

2.3.1 位置查詢。位置查詢功能是平臺最基本的功能模塊，每個單元網格都有若干個應急行政小組，通過位置查詢能實時顯示每個網格里面的應急小組，使得所有的應急機構和信息資源可視化，方便政府部門在處理特殊應急事件時有的放矢，做出科學的應急處置決策。

2.3.2 資源查詢。資源查詢功能是平臺最實用性的功能模塊，應急資源是分布在各個網格并且是呈現不規則形態的，針對不同的應急事件有不同的應急資源。通過資源查詢可以可視化地知道資源的具體位置、數量、資源的所有部門和負責人等信息，并且對各類資源都能生成一類專題圖，比如醫療單位各個網格里的醫療單位顯示，通過最短路徑可以在突發事件時有原則地選擇應急資源。

2.3.3 突發事件。突發事件功能是一個實時動態功能，根據GIS時空動態的特性設計出突發事件在視野范圍內、未處置、處置中和已處置4個小模塊。

2.3.4 網格編輯。網格編輯是該研究所設計的平臺的一大特點，該研究的基層應急資源網格化的最小網格單元是以鄉鎮邊界為基準制作的網格單元，可能一個網格里面的應急資源分布點比較多，為了方便用戶對應急資源的管理和分析而作決策，即對應急資源的控制，所以增加了網格編輯這個強大的操作功能模塊，使得用戶可以按照自己的控制范圍定制網格。

2.3.5 統計分析。統計分析是對各種應急資源進行數量的控制，通過統計分析的結果可以運用GIS的緩沖區查詢突發事件周圍的救援力量、救援物資等應急資源，該平臺在統計分析方面做了傳統的統計分析的基礎上還結合GIS特有的空間分析功能設計了統計反算分析，通過統計反算可以根據突發事件的嚴重性和區域性投入適當的應急資源。

2.4 平臺網絡功能設計 基層應急資源網格化管理平臺的硬件與網絡系統設計采用層次化設計的方法，網絡分層依次定義為核心層、骨干層、接入層，其全網設計邏輯結構如圖2所示。

該平臺采用Microsoft.net為開發平臺，利用Visual Studio2010.net完成B/S 3層架構的網絡瀏覽，使得數據的訪問形式簡單化和可靠化，并且便于管理和發布以及系統的升級維護。B/S 3層構架見圖3。

3 基層應急資源網格化管理平臺的關鍵技術

3.1 基層應急資源網格化管理數據庫技術 該研究考慮到縣區較多，每個縣有自己數據服務器，前期可以支持開源關系型數據服務器MySQL軟件。MySQL在單表數據量500萬以下時和商業數據庫沒有太大性能區別。后期也可以無縫轉換到Oralce、Sql Server等商業數據中，并不影響系統架構和程序使用。

3.2 統計分析的反算算法設計 統計分析在地理信息系統中的運用已經發揮得淋漓盡致，地理空間信息海量特性和離散分布特性使得在處理這些區域或地帶的離散化數據時，引入成熟的傳統統計分析能得到一些特定的決策信息［15］。該平臺利用傳統的統計分析就能得到各種應急資源的數量分布表格，這樣方便管理者和決策者對各種應急物資胸中有數，并且可以生成一些直觀的圖例以示直觀反映。但是對于應付沒有預兆的自然災害等突發事件的管理平臺而言，如果只是考慮統計出來的應急物資數量而作決策，會造成資源的浪費甚至決策的失誤。所以要做到對突發事件的運籌帷幄，該平臺在傳統的統計分析基礎上設計出一種統計反算方法。統計分析反算方法是根據距離長度或者人員多少來確定突發事件范圍內需要運用的應急物資，一旦確定范圍，統計反算會通過系統算子程序自發顯示突發事件旁邊的應急物資，這樣決策者可以迅速做出科學有原則的指揮應對突發事件。統計反算考慮的因子比較多，距離、人員和物資數量等因素都要作為權定，進行綜合分析，將這些因子優化地組合起來。統計反算的主要數據結構如下(程序用C#編碼實現):

public void getForceData(string sqlStr，HttpContext context)//救援力量距離因子反算為例

4 基層應急資源網格管理平臺的實現

系統界面設計采用Windows7操作系統，用C#語言和Javascript腳本語言;安裝 Microsoft.NET Framework 3.5。系統主界面設5個工作模塊，分別是標題欄、工作區、菜單欄、基礎圖層控制區和地圖顯示區。工作區有位置查詢、資源查詢和突發事件，這3個功能是相輔相成的，結合使用為突發應急事件做決策分析。菜單欄有坐標定位、距離面積，清除圖形、顯示標注、網格編輯、統計分析和新增資源，新增資源有二級菜單，分別是應急機構、應急隊員、救援力量、救援物資、應急專家、行政區劃、通信保障等15個子菜單，網格編輯也有二級子菜單，并且是切換另外界面的，地圖基礎數據都是一樣的，特定添加了網格編輯的特定功能。系統主界面如圖4所示。

5 結語

該研究利用Microsoft Visual Studio 2010為開發工具，結合B/S架構完成了基層應急資源網格化管理平臺的開發。此平臺不是簡單重復已有GIS系統建設的流程，不是針對某一個政府部門建立一個GIS系統，而是以智慧城市建設為導向，提供了一種全新的政府各部門使用網格化信息資源的服務模式，實現地理空間信息資源的共享和交換，并提供基于服務的GIS系統開發模式，在此基礎上推動新型的電子政務應用的建設。并且利用GIS空間統計分析對空間數據做出分析與預測，這樣提高了決策者對應急資源的調度提供了科學合理的依據。但是該研究空間數據海量，對這些空間數據做更多的數據挖掘工作還不夠完善，這是以后需要進一步研究的問題。

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