WebGIS技术在景区生态预警系统的应用研究

胡伏湘

（长沙民政职业技术学院，湖南长沙 410004）

WebGIS技术在景区生态预警系统的应用研究

胡伏湘

（长沙民政职业技术学院，湖南长沙 410004）

从景区生态预警系统需求分析和建设目标入手，以软件工程和生态学理论为依据，提出了景区预警系统的设计原则，规划了体系结构，运用WebGIS和空间数据库技术，设计了景区生态预警系统的评估指标体系和功能模块，较好地实现了景区生态信息的实时收集、警情调度、信息发布和网站输出功能。

WebGIS；旅游景区；预警系统；生态；空间数据库

旅游业素有“无烟产业”之美誉，随着我国物质生活水平的提高，旅游越来越成为人们休闲的重要方式［1］，景区数量和旅游人数直线上升，所产生的收入在GDP中所占比重逐年提高。但由于缺乏先进的管理手段，导致了一系列的问题，如不加限制的游客涌入而导致的拥挤踩踏、忽略天气因素而导致的游客滞留、指示牌不明确而导致的游客迷路、垃圾未能及时清理而引发的生态环境破坏、食品中毒事件、森林火灾等突发事情也时有发生［2-3］，建立景区生态预警系统已经成为提升旅游品质的当务之急。

1.景区生态预警系统需求分析

1.1 景区生态预警系统现状分析

预警是一个军事术语，指用来对付突然袭击的防范措施，是组织的一种信息反馈机制，后来逐步引申到现代政治、经济、技术、医疗、灾变、生态、治安等自然和社会领域［4］。生态预警是预警技术在生态领域中的应用，用以对指定区域的生态状况如水质、环境、人群、气象、土地、火灾等指标进行监控、警情调度和管理，常用的预警技术包括人工预警、生物预警［5］、机械预警和计算机预警。计算机预警系统集实时数据采集、历史数据统计、智能分析功能于一体，具有警情监测、报警处理、调度出警、警情发布、统计汇总等功能。

在预警系统理论研究方面，不少专家学者进行了尝试，沈红心等探索了矿产资源开发预警系统［6］（2005），牛志毅设计了广州市森林生态经济预警系统［7］（2006）、赵艳萍设计了农田生态预警系统［8］（2007）、刘永强进行了新疆融雪洪水预警探讨［9］（2007）、任运河设计了绿色农业评价和预警指标体系［10］（2006）、李芬等对黄土丘陵区纸坊沟流域农业生态安全进行了预警分析［11］（2008），这些成果为本研究提供了较好的借鉴方案，在景区生态预警系统方面的研究目前还很少。

1.2 景区生态预警系统建设目标

景区生态预警系统是对旅游景区的生态状况进行实时监测、预警和出警调度的计算机系统，其建设目标是：

（1）生态数据实时监测：运用电子门票、PDA（个人数字助理）、3S（地理信息系统GIS、全球导航系统GPS、卫星遥感RS）等手段即时收集景区游客数据及分布情况、水文气象数据、环境状况资料、突发性自然灾害和森林火灾信息，及时传输到系统数据库。

（2）历史数据的录入与统计：景区生态系统是一个以自然为主但人工干预影响明显的复合生态系统，历年的生态数据对分析景区容量、关键景点流量控制、监控点布局都有重要参考价值。

（3）警情指示与报警：没有警情出现时，系统能够显示景区各项生态指标的警级情况并用不同的颜色表示。当接收到报警信息时，根据记录相关信息并进入警情调度程序。

（4）决策与调度：先根据警情确定警源，警情主要有两类：一类是正常警情，如景区环境污染、连续低温造成的路面结冰；另一类是突发警情，如火灾、人员伤亡。然后根据警级或现场勘察制定出警方案，调度相关资源并通过责任人员，安排警力，排除警情。

（5）警情管理：这是预警系统最重要的功能，用于保存景区生态历史资料，动态记录当前报警和出警数据，及时管理警情处理结果，不断完善数据库，提供全方位信息查询和报表输出，为下一次警情处理提供参照。

（6）趋势预测

根据历史数据和近期状态信息，利用统计分析模型、预测算法和专家知识库，及时发布景区生态状况通告，以图表方式显示趋势走向，并提出相应的对策，为景区管理人员和游客提供优化方案。

1.3 WebGIS技术在景区生态系统的应用情况

WebGIS是基于网络平台、客户端应用软件采用网络协议、运用在Internet上的地理信息系统（GIS），通过互联网对地理空间数据进行发布和应用，以实现空间数据的共享和互操作。WebGIS是利用Internet技术来扩展和完善GIS的一项新技术，其核心是在GIS中嵌入HTTP标准的应用体系，实现Internet环境下的空间信息管理和发布。WEBGIS可采用多主机、多数据库进行分布式部署，通过Internet/Intranet实现互联，是一种浏览器服务器（B/S）结构，服务器端向客户端提供信息和服务，浏览器（客户端）具有获得各种空间信息和应用的功能，它是以测绘测量和地理空间数据为基础、以数据库作为数据储存和使用的数据源、运用系统工程和信息科学的理论、科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据、以提供管理、决策所需信息、以软件为平台的全球空间即时分析技术。

景区生态预警系统既包括基础，也包含大量的空间和地理位置信息，运用WebGIS技术监控景区的生态现状和突发事件，具有覆盖面广、信息报告准时、检索方便等优势，应用于地质勘探、数字城市建设、交通管理、园林景观设计等方面取得了一些可喜成果［12,13］，应用于景区生态预警无疑是一种理想的方案。

2.系统设计

2.1 设计原则

设计基于GIS的景区预警系统需要遵循以下原则：

（1）系统性原则：系统由监控设备、计算机及网络、通信设备、预警处理设备、软件和专业人员构成，既能够进行历史数据的分析，也能够进行应急事件的处理，各组成部分需要围绕共同的目标来实现系统功能。

（2）规范化原则：预警监测是一项长期性的工作，所获取的数据和资料无论在时间上还是空间上都应具有可比性，所采用的指标，其内容和方法等必须做到统一规范，尽可能采用可比性强的指标，以呈现状态走向。

（3）现实性原则：预警系统一方面需要硬件和软件的投资，另一方面需要在景区布置尽可能少的监控点，使有线和无线监控的覆盖范围达到100%，更重要的是管理成本的投入，如RFID（Radio Frequency Identification-射频识别）电子门票，需要优化设计方案，用尽可能少的投入实现尽可能完善的功能。

（4）可操作原则：系统数据有三个来源：历史数据、监测数据和输入数据。无论哪种数据都应该明确无误，处理及输出均可以在系统操作完成。

2.2 警级设计

根据景区生态状况，假定将生态最佳状态定义为10，可以将警级设为五个等级［14］：分别用黑、红、黄、蓝、绿5种指示灯表示，如表1所示：

表1 生态预警警级

2.3 指标体系和数据表设计

构建合理的评价指标体系是系统设计的前提和基础，指标的科学性直接影响评价结果是否符合实际情况。按照主导性、全面性和独立性原则，根据PSR（压力-状态-响应）模型和AHP（层次分析）法，构建预警评价指标体系［15］，数据库中预警分类表如表2所示：

表2 数据库表的设计

在设计表时，还应该根据预警各类型再进一步设计相应的子表，子表中每个字段要求能够数值化，便于从系统采集端接收数据，输入数据库，运用公式算出结果，供进一步查询或统计输出。

3.系统实现

3.1 系统体系结构的建立

系统采用B/S网络结构，分为两部分：一是外围网络，从景区系统外部接收到的信息经过防火墙和路由器后进入数据库进行处理，并利用Internet和网站平台对外发布；二是内部网络，从各监测点获得的数据以及景区各管理部门之间数据直接利用光缆或双绞线传送，速度快。如图1所示。

图1 系统体系结构

系统可以分为四个层次：输出层、应用层、数据管理层和接口层。输出层用于将运算结果向景区内部和外部输出，应用层包括监控、分析、预测和报警等模块，实现功能的应用，数据管理层用于保存各个功能模块所需要的数据并发送到中心数据库，接口层用于从景区外部接收信息，直接送往中心数据库。

3.2 数据库实现

数据库是预警系统的重要组成部分，负责保存历史数据、监控数据和临时数据，也是预警分析和信息输出的依据。常用的数据库系统有MSSQLServer、Oracle、DB2、Sybase等，它们各有优势。预警系统在选择数据库系统时必须符合两个原则：一是功能强大，既能保存普通数字化数据，同时也能保存地形地图等空间数据，另一个是性能好，即查询速度要快，因为预警系统中数据量极大，实时性强，数据库往往会成为系统瓶颈之一。基于以上两点原因，最好采用Oracle大型数据库系统［16,17］，其记录储存量大，支持空间数据库，检索速度快，管理方便，与开发平台兼容性好，是预警系统的理想选择。

数据库实现的基本方法是：利用GIS将所得到的地理位置、地图、区域等空间数据经过预处理规范化后保存Oracle Spatial空间数据库中，并与监控得到的动态信息、历史数据一道传送给DBMS中心数据库，经过处理形成显示、发布、预警和报警所需要的图表信息，传递给相关部门和管理人员。如图2所示：

图2 系统数据库结构

3.3 系统功能结构实现

系统分为六个功能模块：系统管理模块、信息采集模块、系统监控模块、输出查询模块、报警处理模块、决策分析模块。

系统管理模块用于设置系统参数、输入基础数据、用户管理、个性化方案定义等内容，是系统应用的基础性工作。

信息采集模块用于建立历史数据和收集实时监控数据，气候、水文、交通、环境保护、排污处理等历史数据通过操作员从终端录入，而通过电子门票、手持终端、现场监测设备所获得的数据直接进入数据库，通过GIS、GPS等收集的属性数据先经空间数据库Oracle Spatial处理后才传递给景区数据库。

系统监控模块用于景区内各种设施的运行状况、游客分布情况及特殊人群的位置、交通流量、环境状况，以无线或者有线的方式将信息发送到系统数据库，为人员分流、交通疏导、应急处理提供依据。

输出查询模块用于发布信息、显示景区生态系统状态。系统调用有关算法将运行结果以新闻、消息的形式发布在网络上，也可以用图形或者报表的方式供景区各管理部门查询显示，打印输出。

报警处理模块一方面能够接收紧急报警信息并进行调度处理，另一方面，能够对景区当前生态系统状况进行评价，将运算结果按照警级显示相应的颜色，一旦达到出警要求，则产生警情记录输出给相关责任人员。

决策分析模块是系统中最难实现的功能，需要利用专家系统和知识库，添加统计预测模型，将历史数据进行分析，得出景区生态系统的趋势预测走向图表，为景区规划设计提供决策科学的依据。

4.结语

基于WebGIS的旅游景区生态预警系统综合运用了软件工程、生态学、GIS、预警学的相关理论，可为景区管理者和游客提供生态状况的有关信息，具有动态显示、应急报警和出警调度等功能。将WebGIS技术和软件技术引入到景区生态预警领域，能够促进旅游景区管理的科学化和规范化。但构建景区生态预警系统需要良好的预测模型、评价算法以及规则库，而这些尚不十分成熟，需要不断完善，这也是本研究的主要努力方向。

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TP315

B

1671-5136（2011） 04-0116-04

2011-12-06

湖南省科技计划项目（2010GK3063）资助。

胡伏湘（1967-），男，湖南沅江人，长沙民政职业技术学院软件学院教授、研究员、博士研究生。研究方向：信息工程、生态信息系统。