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摘要：地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫為災(zāi)害評估、救援決策提供重要的數(shù)據(jù)支持，而數(shù)據(jù)的時效性是決定搶險救災(zāi)工作效率的關(guān)鍵因素。為解決目前應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)中所面臨的采集周期長、工時成本高、格式不統(tǒng)一等問題，切實(shí)推進(jìn)應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)信息化，以將數(shù)據(jù)采集、格式審核、空間展示等功能網(wǎng)絡(luò)化為主導(dǎo)思想，基于WebGIS構(gòu)建了B/S架構(gòu)模式下的地震應(yīng)急數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用ArcGIS標(biāo)準(zhǔn)地理空間數(shù)據(jù)庫，以ArcGISServer為數(shù)據(jù)引擎，實(shí)現(xiàn)了前臺用戶Web頁面與后臺地理空間數(shù)據(jù)庫之間的互操作。同時，使用正則表達(dá)式對錄入數(shù)據(jù)的合法性進(jìn)行審核和約束，從而保證了數(shù)據(jù)錄入“所見即所得、所得即為用”。系統(tǒng)不僅支持PC端，而且還支持iOS、Android等多類型移動終端的訪問與操作。系統(tǒng)的建成在較大程度上縮減了地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)中數(shù)據(jù)流通的環(huán)節(jié)，加速了數(shù)據(jù)投入產(chǎn)出的時效性，進(jìn)而保障了震害評估系統(tǒng)產(chǎn)品的合理性和科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：WebGIS；地震應(yīng)急；數(shù)據(jù)采集；信息系統(tǒng)

隨著我國社會發(fā)展進(jìn)入新時代，防震減災(zāi)事業(yè)正面臨著“從災(zāi)后救助向?yàn)?zāi)前預(yù)防，從單一災(zāi)種向綜合減災(zāi)，從減少災(zāi)害損失向減輕災(zāi)害風(fēng)險”的三大轉(zhuǎn)變。地震應(yīng)急不僅僅是震后所采取的緊急搶險救災(zāi)行動，還包括了震前所作的各種應(yīng)急準(zhǔn)備[1]。地震災(zāi)害具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、成災(zāi)范圍廣、社會影響深遠(yuǎn)等特點(diǎn)。地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫作為應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)的重要組成部分，具有綜合性強(qiáng)、定性定量、圖形化表達(dá)等獨(dú)特優(yōu)勢，是震后實(shí)施災(zāi)害快速評估、制定科學(xué)救援輔助決策重要的數(shù)據(jù)支撐[2]。因此，地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫必須全面覆蓋自然、人文、經(jīng)濟(jì)等社會生產(chǎn)與人民生活的細(xì)枝末節(jié)。開展高效的應(yīng)急指揮工作是減輕人民生命財產(chǎn)損失的關(guān)鍵，這其中數(shù)據(jù)的廣泛性和時效性將直接決定抗震救災(zāi)工作的靶向性和科學(xué)性。社會的飛速發(fā)展給地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的更新工作帶來了巨大挑戰(zhàn)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們的日常生活與辦公環(huán)境正在向著網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化的方向發(fā)展。信息化不僅解決了業(yè)務(wù)跨平臺流轉(zhuǎn)的難題，而且憑借高帶寬、高速度的移動無線通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)服務(wù)端的大步前移。在此背景下，提出了研發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（WebGIS）的地震應(yīng)急數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)訴求，即通過Web頁面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、邏輯審核、提交入庫，削減了過去繁瑣的數(shù)據(jù)質(zhì)量人工控制環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時采集信息。“所見即所得，所得即為用”，數(shù)據(jù)將直接為應(yīng)急指揮提供業(yè)務(wù)服務(wù)，數(shù)據(jù)投入產(chǎn)出的時效性進(jìn)一步提升，地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量得到更加科學(xué)合理的保障。

一、WebGIS在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

WebGIS作為桌面地理信息系統(tǒng)的延伸，憑借其開放性、互操作性、分布性、動態(tài)性的特點(diǎn)，為用戶創(chuàng)造了互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下地理空間數(shù)據(jù)的、共享、互操作等業(yè)務(wù)應(yīng)用功能。B/S瘦客戶端架構(gòu)模式促成了系統(tǒng)良好的跨平臺性，使業(yè)務(wù)范圍脫離了傳統(tǒng)PC端的束縛，實(shí)現(xiàn)了在手機(jī)、平板電腦等移動智能終端上的應(yīng)用，進(jìn)一步推動了業(yè)務(wù)服務(wù)范圍的拓展，加速了數(shù)據(jù)價值的增值。隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，對資源管理和數(shù)據(jù)存儲都提出了更加迫切的需求[3]。WebGIS對于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲、管理以及數(shù)據(jù)挖掘、可視化分析都具有十分顯著的優(yōu)勢。近年來，愈來愈多的學(xué)者結(jié)合不同行業(yè)特征開展了諸多WebGIS業(yè)務(wù)系統(tǒng)的研發(fā)。趙曦[4]基于ArcGISServer開發(fā)了陜西省地震觀測數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)模式，實(shí)現(xiàn)了前兆、測震、強(qiáng)震以及GPS等多源地震觀測數(shù)據(jù)的可視化查詢及下載等服務(wù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)地震觀測數(shù)據(jù)服務(wù)平臺數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式單一、可用性差、專業(yè)門檻高的弊端。何琳[5]利用API技術(shù)結(jié)合GoogleMap開展了地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫更新方面的初步研究，實(shí)現(xiàn)了通過第三方在線地圖上利用數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行數(shù)據(jù)庫解析的功能。黃浩[6]采用SuperMap開發(fā)了滁州市移動土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)動態(tài)采集、統(tǒng)計分析、墑情監(jiān)測等功能，用戶可以直觀快捷地在網(wǎng)絡(luò)電子地圖上查詢轄區(qū)境內(nèi)各處土壤的墑情及演化趨勢。彭濤[7]等基于Javascript開發(fā)了城市公眾地理信息服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了城市公眾地理信息的完善和面向公眾的地理服務(wù)。張亮[8]利用ArcSDE作為空間數(shù)據(jù)引擎開發(fā)了臺風(fēng)地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了B/S環(huán)境下臺風(fēng)信息的分析、顯示、查詢，以及預(yù)報結(jié)果的實(shí)時等服務(wù)。可見，WebGIS業(yè)務(wù)系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于地震、農(nóng)業(yè)、氣象、公眾服務(wù)等各個行業(yè)，組件嵌入式、API、Javascript、OpenLayers等一系列研發(fā)技術(shù)被提出并得到實(shí)際應(yīng)用，在防災(zāi)減災(zāi)中應(yīng)急事件快速響應(yīng)、態(tài)勢數(shù)據(jù)動態(tài)獲取、公眾信息實(shí)時等方面發(fā)揮著顯著成效。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計

（一）需求分析

作為地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫應(yīng)具備地圖、社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計、地震基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工程地震資料、災(zāi)害影響背景、災(zāi)害相關(guān)因素、救災(zāi)力量儲備、震時緊急聯(lián)絡(luò)以及地震應(yīng)急預(yù)案共九類數(shù)據(jù)（依據(jù)《地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)約定》）[9]。數(shù)據(jù)涉及行業(yè)多、范圍廣，目前的數(shù)采工作仍采取單位逐級上報統(tǒng)計報表，頂層單位統(tǒng)一整合的工作體制，更新頻次更是以“年”為單位。在具體實(shí)施過程中，由于數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多，統(tǒng)計單位不統(tǒng)一、報表格式變動、時效拖沓等弊端屢屢出現(xiàn)，而且傳統(tǒng)統(tǒng)計報表在形式上也給最終的數(shù)據(jù)整合造成大量的工時消耗。研建地震應(yīng)急數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是提高地震應(yīng)急指揮技術(shù)信息化水平的迫切訴求。功能Web化、工作量分布式分配、多人異地協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理過程標(biāo)準(zhǔn)化、流程化、自動化，將應(yīng)急指揮者、決策者、系統(tǒng)管理者從繁重的人力勞動中解放出來，讓其更多的是關(guān)注數(shù)據(jù)的使用而不是數(shù)據(jù)的制作。

（二）系統(tǒng)流程設(shè)計

系統(tǒng)采用B/S瘦客戶端架構(gòu)模式，可滿足訪問終端多元化、數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)時共享化，以及數(shù)據(jù)操作分布協(xié)同化的需求。據(jù)此，系統(tǒng)架構(gòu)可分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)層（圖1）。通過在服務(wù)器端布設(shè)地理信息系統(tǒng)平臺實(shí)現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的吞吐；以數(shù)據(jù)引擎作為中間件，建立前臺業(yè)務(wù)與后臺服務(wù)之間的互操作關(guān)系。同時，為了減輕數(shù)據(jù)在傳輸和讀寫過程中對網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)器的壓力，將數(shù)據(jù)審核模塊直接融入到前臺用戶界面，從數(shù)據(jù)入口即實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)質(zhì)量的把控。用戶通過PC、Pad、xPhone等不同類型的終端，借助有線或無線通訊網(wǎng)絡(luò)方便快捷地實(shí)現(xiàn)對WebGIS服務(wù)的并發(fā)訪問及互操作。用戶對系統(tǒng)的訪問需求可分為兩類，一類是信息查詢，一類是數(shù)據(jù)操作。用戶身份認(rèn)證等基礎(chǔ)信息服務(wù)由Web服務(wù)器提供，僅當(dāng)用戶發(fā)起地理信息查詢操作請求時，調(diào)用GIS應(yīng)用服務(wù)器，并通過數(shù)據(jù)引擎對地理信息空間及屬性數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。特別指出的是，用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)寫操作時，將觸發(fā)前臺數(shù)據(jù)質(zhì)量審核模塊，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范對用戶所錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式、邏輯等方面的質(zhì)量審核，當(dāng)滿足條件時，對數(shù)據(jù)放行寫入后臺數(shù)據(jù)庫；否則，提示錯誤類型并為用戶提出修正建議。

三、模塊功能開發(fā)

（一）系統(tǒng)環(huán)境部署

系統(tǒng)以IIS（InternetInformationServices）和Framework3.5作為底層組件提供網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)和面向?qū)ο蟮木幊汰h(huán)境。在VisualStudio2010環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)及各功能模塊的開發(fā)，并選用C#語言實(shí)施代碼編輯。數(shù)據(jù)層使用SQLServer2008提供地理數(shù)據(jù)的吞吐、儲存、管理，服務(wù)層則采用ArcGISServer10.0作為地理信息系統(tǒng)引擎，從而實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間前后臺數(shù)據(jù)流的交互操作。

（二）數(shù)據(jù)采集模塊

根據(jù)用戶的數(shù)據(jù)需求，將數(shù)據(jù)采集分為空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)兩類。空間數(shù)據(jù)主要包括：臺站、斷裂帶、重點(diǎn)目標(biāo)、交通設(shè)施等；屬性數(shù)據(jù)主要包括：人口、GDP、聯(lián)絡(luò)信息等。空間數(shù)據(jù)采集為用戶提供在地圖界面環(huán)境下的游覽、添加、刪除、查詢等在線操作功能。同時，針對空間數(shù)據(jù)的添加，又細(xì)分為用戶直接標(biāo)注或根據(jù)經(jīng)緯度自動定位標(biāo)注兩種方式。屬性數(shù)據(jù)則為用戶提供了山東省各Services）和Framework3.5作為底層組件提供網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)和面向?qū)ο蟮木幊汰h(huán)境。在VisualStudio2010環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)及各功能模塊的開發(fā)，并選用C#語言實(shí)施代碼編輯。數(shù)據(jù)層使用SQLServer2008提供地理數(shù)據(jù)的吞吐、儲存、管理，服務(wù)層則采用ArcGISServer10.0作為地理信息系統(tǒng)引擎，從而實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間前后臺數(shù)據(jù)流的交互操作。

（三）數(shù)據(jù)采集模塊

根據(jù)用戶的數(shù)據(jù)需求，將數(shù)據(jù)采集分為空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)兩類。空間數(shù)據(jù)主要包括：臺站、斷裂帶、重點(diǎn)目標(biāo)、交通設(shè)施等；屬性數(shù)據(jù)主要包括：人口、GDP、聯(lián)絡(luò)信息等。空間數(shù)據(jù)采集為用戶提供在地圖界面環(huán)境下的游覽、添加、刪除、查詢等在線操作功能。同時，針對空間數(shù)據(jù)的添加，又細(xì)分為用戶直接標(biāo)注或根據(jù)經(jīng)緯度自動定位標(biāo)注兩種方式。屬性數(shù)據(jù)則為用戶提供了山東省各縣市區(qū)行政區(qū)域名稱的明細(xì)表單。用戶通過對行政區(qū)域、數(shù)據(jù)類別的選擇，直接進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢、編輯。同時，為提高數(shù)據(jù)的邏輯性、可靠性及系統(tǒng)使用的便捷性，系統(tǒng)設(shè)置了自動合計功能，用戶只需輸入各節(jié)點(diǎn)信息后，系統(tǒng)將自動計算出該區(qū)域同類數(shù)據(jù)的總和信息。

（四）數(shù)據(jù)審核模塊

為保證數(shù)據(jù)的邏輯性，提高數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量，建立了數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化審核機(jī)制，并將其嵌入前臺用戶的操作界面中。將審核機(jī)制置于前臺運(yùn)行，減少了后臺服務(wù)層的數(shù)據(jù)處理負(fù)載，減少了系統(tǒng)的并發(fā)訪問量，減少了數(shù)據(jù)流吞吐的傳輸成本，不僅提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，而且保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。數(shù)據(jù)審核利用正則表達(dá)式的方法得以實(shí)現(xiàn)。正則表達(dá)式是對字符串操作的一種邏輯公式，即利用預(yù)先定義好的特定字符或字符組合建立一個“規(guī)則字符串”，然后利用這個“規(guī)則字符串”對被審核數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯過濾。以人口數(shù)據(jù)為例，由于人口數(shù)據(jù)具有整型的邏輯性質(zhì)，因此，建立正則表達(dá)式約束條件，實(shí)現(xiàn)對用戶錄入的數(shù)據(jù)是否整型實(shí)施邏輯判斷。

四、系統(tǒng)測試

系統(tǒng)在VMware虛擬機(jī)上實(shí)現(xiàn)了安裝部署，從用戶界面、空間及屬性數(shù)據(jù)互操作、移動客戶端訪問、系統(tǒng)承載能力四個方面對系統(tǒng)進(jìn)行了測試，并面向全省多級地震應(yīng)急部門提供了上線試運(yùn)行。經(jīng)過測試，系統(tǒng)用戶界面簡潔友好、操作功能簡單易用；數(shù)據(jù)審核機(jī)制響應(yīng)快速且判斷正確、有效；不僅針對傳統(tǒng)的PC端，基于iOS及Android等移動智能客戶端在4G移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下同樣具備對數(shù)據(jù)的訪問與互操作能力。由于系統(tǒng)采用的是非池化注冊版本，數(shù)據(jù)的分布式操作能力得到進(jìn)一步提升，保證了在并發(fā)操作過程中數(shù)據(jù)的一致性。

五、討論

系統(tǒng)的建立基本滿足了目前地震應(yīng)急工作中數(shù)據(jù)交互、采集入庫、質(zhì)量審核的工作需求，且支持包括移動設(shè)備在內(nèi)各類瀏覽器的訪問與互操作，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)快速入庫，縮減了人力和時間成本，提升了數(shù)據(jù)的時效性。但是該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)類別、指標(biāo)控制方面仍存在一定的短板。例如，用戶無法實(shí)現(xiàn)新增采集項(xiàng)目、變更計量單位等，從而影響了系統(tǒng)的動態(tài)性和可用性。隨著應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)涉獵面的更加廣泛，層級的更加深化，提升系統(tǒng)的伸縮性是值得今后進(jìn)一步研究和完善的重點(diǎn)工作。在移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展的時代背景下，APP因具備與硬件底層功能相互通、節(jié)省帶寬成本、為用戶提供更加豐富的媒介表現(xiàn)形式等優(yōu)勢，在移動客戶端上得到快速發(fā)展。研發(fā)基于移動客戶端的應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集APP可進(jìn)一步提升系統(tǒng)的可用性、易用性，也為災(zāi)情上報、地震預(yù)警等研究提供了一定的解決途徑。“大數(shù)據(jù)”已然成為應(yīng)急管理的時代特征。在應(yīng)急指揮工作中，對決策結(jié)果的需求正從“預(yù)報”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;實(shí)報”[10]。在實(shí)際應(yīng)用中，更加強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的分析、結(jié)果的實(shí)時性以及報告的精準(zhǔn)性，這對數(shù)據(jù)的采集和更新機(jī)制提出了更高的要求。隨著視頻監(jiān)控、無人機(jī)、三維建模等技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)急基礎(chǔ)信息的來源得到空前的擴(kuò)展，音視頻、三維影像、虛擬現(xiàn)實(shí)等愈來愈多的新媒體資源不斷涌現(xiàn)，地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)已不再局限于傳統(tǒng)的線條、數(shù)字、文本等形式，它對流媒體的采集、管理和應(yīng)用提出了更加迫切的需求。

六、結(jié)論

針對目前地震應(yīng)急數(shù)據(jù)管理工作中存在的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多、統(tǒng)計單位不統(tǒng)一、報表格式多樣化等諸多問題，采用B/S架構(gòu)模式研發(fā)了基于WebGIS的地震應(yīng)急數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)為用戶提供了直觀易操作的地圖、表格兼?zhèn)涞亩鄻踊瘮?shù)據(jù)錄入方式。通過在用戶前臺界面中設(shè)計正則表達(dá)式的方法，實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)質(zhì)量的把控，不僅從入口處規(guī)范了數(shù)據(jù)質(zhì)量，而且有利于節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬，優(yōu)化了系統(tǒng)效率。系統(tǒng)不僅滿足傳統(tǒng)PC端的訪問，而且能夠滿足用戶在移動智能終端上的訪問及數(shù)據(jù)操作。系統(tǒng)的建成使用，必將進(jìn)一步提升地震應(yīng)急數(shù)據(jù)質(zhì)量，加速數(shù)據(jù)投入產(chǎn)出的時效性，為應(yīng)急指揮決策提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)保證。

作者:楊玉永 徐秀杰 婁世平 劉瑞峰 單位:山東省地震局