基于空间信息服务的城市轨道交通应急管理

张艳伟 曾 楠

（1.北京城建设计研究总院，100037，北京；2.国网信息通信有限公司，100761，北京∥第一作者，高级工程师）

随着城市轨道交通建设的高速发展，与其配套的各种设施和场所的事故隐患及其潜在发生重大灾害事故和环境风险事件的几率急剧增加。这些事故的发生对经济建设及社会发展所造成的损失十分惊人。因此，事故、故障以及突发事件严重威胁和影响城市轨道交通运营的安全与可靠性，必须对其做出及时有效地处置，以尽快恢复正常运营秩序［1］。

公共安全是经济社会良性发展和国家管理正常运行的重要保障，突发公共事件应急管理是公共安全保障的核心问题［2］。世界上各类突发公共事件不断发生，如何科学应对和及时妥善处置，是当今各国政府必须面对的一个重大课题。为了有效预防、及时处置城市轨道交通事故及突发事件，最大程度地减少人员伤亡和财产损失，提高轨道交通应急管理水平，提升城市整体安全防护能力，需要在应急管理中引入地理空间信息服务，以便能够及时处理、展现、分析和发布应急管理服务。

1 城市轨道交通应急管理

应急管理是指政府及其他公共机构在突发公共事件的事前预防、事发应对、事中处置和善后管理过程中，通过建立必要的应对机制，采取一系列必要措施，以保障公众生命财产安全。突发公共事件应急管理包括自然灾害、事故灾难、公共卫生、社会安全等4个领域，还涉及国家重大基础设施和重点场所的安全保障［2］。应急管理对突发公共事件进行全过程动态管理，国际上熟知的应急管理四阶段模型包括预防（mitigation／prevention）、准 备 （preparedness）、反 应（response）和恢复（recovery）4个过程［3］。

城市轨道交通突发事件类型众多，例如地震、水灾、火灾、危险物泄漏、恐怖袭击、大范围停电等。针对每一种事件的具体措施必须进行合理策划，制订出一个基本应急管理模式。在应急管理中，轨道交通的应急资源、客流等要素是空间分布的，在对突发事件应急指挥的各个阶段中，也都需要GIS（地理信息系统）的支持。北美和西欧等发达国家在城市轨道交通网的运营、调度、应急处理、管理和维修等方面已逐步重视GIS技术的使用，特别是在轨道交通事故预测预防、应急处理和调度指挥等方面开展了一些深入的工作［4］。地理空间信息是应急处置的重要决策依据，在突发事件处置过程中，需要多个部门的协同处置，以便在相关部门之间实现地理信息的交换与共享。应急管理是个完整的系统工程，从目前几大城市轨道交通运营应急管理的总体情况来看，水平参差不齐。有相当一部分的事故应急管理为单个系统，无法实现数据资源的共享。另外，随着轨道交通监控系统的应用，既有的轨道交通指挥调度系统大都是以一条线作为独立指挥运营单位［5］。这些系统在每条独立线路范围内得到了整合，但在整个线网管理层面，信息仍相对孤立，全局协调能力较差，已越来越不适应轨道交通网络化的发展现状，难以满足目前应急救援工作的要求。所以，急需建立基于空间信息服务的综合集成系统，以处理分散的海量业务信息，及时掌握灾害造成的危害程度、波及范围、影响大小、行车中断时间、人员伤亡及财产损失等情况。

2 空间信息服务

近年来在高分辨率遥感、分布式数据库、虚拟现实、网络技术、通信、多媒体技术、海量数据处理等领域的技术进步为GIS技术的广泛应用建立了坚实的基础。GIS由于其可视化的空间特性，在轨道交通网络中的运营协调监管和应急处置指挥等方面都存在着巨大的应用价值。随着Internet技术的迅速发展，近年来Web服务（Web Services）在信息领域备受关注。Web服务使企业之间共享实时数据，并使得事务处理变得更为容易，企业的信息系统普遍地扩展到了面向服务的架构（Service－Oriented Architectures，简为SOA）平台上，地理信息系统也随之从原来的独立平台转向于开放的与可互操作的分布式平台下，很多空间信息服务在这个过渡过程中也随之产生［6］。

空间信息服务是指在空间信息框架的基础上，集成多元化的公共及专题信息，将地理空间信息与公共服务信息相结合，从不同层次、不同角度向不同需求的信息用户提供及时、可靠的信息服务，从而满足各种综合性、区域性、商业性和专题性的分析决策需要［7］。空间信息服务在保护数据提供者数据安全和知识产权的前提下，为数据生产者、数据管理者和数据应用者之间搭建了一座桥梁。将地理上分布、管理上自治和模式上异构的数据源有机地集成在一起，为用户透明地提供任何空间数据以及处理空间数据的功能和方法［8］。空间信息服务的核心是建设空间信息基础平台和服务体系，并在此基础上整合应用各种信息资源，实施深度开发和应用并为决策提供多方面的信息保障。

空间信息服务采用面向服务体系结构，将传统GIS固化在一起的空间信息存储、处理、管理和表现等功能分解成分散在网络上的标准化、松散耦合的功能模块和服务对象，在调用时动态组合起来，达到集中式GIS同样的效果。这种模式促使地理信息技术的开发和应用向着开放、分工、共享和协作的方向发展［9］。目前网络上大量现有的空间信息服务，主要有基于OGC（开放地理信息联盟）规范和基于Web Services两种实现方式。随着网络技术和地理信息获取技术的飞速发展，面向网络的空间信息服务得到了越来越广泛的应用。

3 基于空间信息服务的应急管理

3.1 应急管理服务架构

城市轨道交通应急管理系统设计采用SOA的服务架构。SOA是一种设计原则，它用于解决分布式系统架构下服务端与客户端之间的松散耦合关系。SOA的核心概念就是服务，Web服务（Web Services）是可以用于创建SOA的一套标准，它利用标准化的XML消息传递机制描述一些操作的接口，具有完好的封装性、松散的耦合性、协议规范的标准性以及高度的可集成性等特点，能够很好地满足SOA应用模式的需求［6］。网页服务描述语言（Web Services Description Language，简 为WSDL），统一描述发现和集成（Universal Description，Definition，and Integration，简 为UDDI）和SOAP（Simple Object Access Protocol）是SOA的基础部分。WSDL用来描述服务；UDDI用来注册和查找服务；而SOAP作为传输层，用来在服务请求者和服务提供者之间传送消息。SOA体系结构基于服务提供者、服务请求者和服务注册三种角色，三者之间的关系如图1所示。

基于空间信息服务的城市轨道交通应急管理系统架构主要分成：资源数据、空间信息服务和应用集成3层（见图2）。资源数据层是大型关系数据库，存储有基础地理信息、轨道交通图形和资源专题属性等各种数据源。空间信息服务层提供图形浏览、空间查询、三维图形、轨道交通专题图（如管线、通信设施等）和空间分析等信息服务，通过企业服务总线（Enterprise Service Bus，简为ESB）在 UDDI服务器把接口向内外部用户发布，通过服务绑定技术完成Web服务的调用。Web服务提供一个抽象的层次，屏蔽了资源数据支持层中数据和平台的异构性，为应用集成提供一个简单、稳健的程序接口，是实现系统松散偶合的关键。在开放的空间信息服务环境中，各种数据、功能等服务资源都是分布、并行和独立的［9］。应用集成层是在空间信息服务层的基础上，进行数据和功能的组织，提供应急管理用户交互和信息表达界面，这些应用可以是系统的内部应用、外部应用或者面向Internet的信息发布。因此，空间信息既是轨道交通服务信息的主体，也是各种专业信息的载体和连接纽带。

图1 面向服务的架构角色关系

图2 基于空间信息服务的应急管理系统架构

面向服务的城市轨道交通应急管理将应用程序的不同服务功能单元通过定义良好的接口和契约联系起来。SOA技术的应用使得系统管理可以根据应急业务的需要清楚地确定什么时间需要添加、修改或删除相应的服务。在系统架构中，企业服务总线是不同类型服务和应用业务信息系统相互连接的中枢，用于实现系统间的数据共享和服务共享。空间信息服务采用Web Services技术对空间数据处理和分析功能进行封装，在Internet或Intranet上通过使用标准的XML协议和信息格式提供应用服务。

3.2 应急管理空间信息服务功能

应急管理包括风险评估、监测监控、预测预警、决策指挥、救援处置和恢复重建等关键环节［2］。轨道交通的应急处置以公共安全科技和信息技术为支撑，以应急管理流程为主线。空间信息服务可以提供空间和属性数据的输入、编辑、存储、查询、输出和显示，而且可为系统用户进行预测、监测、管理和决策提供支持。通过数据的共享、分析和图形表达，加快对事件的了解和应急协同处置过程。轨道交通应急管理系统是通过可视化的空间信息服务平台发布和展示的，对与轨道交通运营相关的移动设备和固定设施进行综合监视，为应急事件处理过程的监视和应急救援指挥提供决策支持。空间信息服务在应急管理系统中提供主要功能支持有：

（1）应急资源管理服务。在城市轨道交通应急管理中，实现应急资源的信息化、空间化管理，提供应急资源的空间分布优化配置，使应急指挥中心在最短时间调度相关的救援物资到达现场。

（2）监测预警服务。通过实时监控，对大范围区域进行检测，使管理人员全面获取轨道交通直观的实时状况信息，及时识别出明显的或潜在的危险目标（如危险品等），对其风险进行分类分级，评估可能造成的损失，提前预警并对公众、轨道交通资源采取一些保护和预防措施，防止或减轻可能发生的突发事件所造成的后果。

（3）辅助反应决策服务。通过空间查询和分析接口服务，掌握突发事件地理环境周围的人口、建筑、危险源、应急资源等信息，为应急指挥人员提供应急空间模拟、救援最佳路径、人员疏散路径等应对方案辅助决策。

（4）应急指挥服务。提供轨道交通应急过程的信息集成和动态可视化服务，实现应急反应、应急救援的远程调度和指挥。在应急实施过程中，整合各种应急信息资源进行仿真和评估，以建立快速反应的应急指挥流程，及时调度搜救人员和设备，组织安排人员的疏散和安置，实现综合协调和高效处置。

（5）灾后恢复重建辅助服务。在恢复重建阶段，基于空间位置统计分析灾害造成的轨道交通设施状况，以及提供受损设施重建的三维空间规划、方案评估比较等辅助服务。

4 结语

轨道交通作为城市大交通系统中的一个有机组成部分，研究其安全应急管理具有现实的意义。轨道交通应急管理需要利用现代信息技术、计算机技术、网络技术、智能决策技术和地理信息系统等高科技手段，加强城市轨道交通的科学化和现代化管理。空间信息服务通过集成GIS与其他应急关键业务流程，并通过与相关部门共享各类轨道交通信息，极大地提升了这些应急应用系统的自动化程度和响应效率。随着开放网络环境下空间信息服务的不断发展和成熟，势必将进一步推动城市轨道交通应急服务向着精细化、智能化、三维化、动态化的方向发展，为城市轨道交通应急管理的快速反应和综合协调控制提供有力地支持。

［1］邵伟中，朱效洁，徐瑞华，等.城市轨道交通事故故障应急处置相关问题研究［J］.城市轨道交通研究，2006（1）：3.

［2］范维澄.国家突发公共事件应急管理中科学问题的思考和建议［J］.中国科学基金，2007（2）：71.

［3］洪文学，徐永红，任俊利，等.应急管理可视化多元信息系统构建若干问题研究［J］.燕山大学学报，2009，33（3）：276.

［4］黄勇超.地理信息系统在城市轨道交通中的应用前景［J］.都市快轨交通，2008，21（6）：33.

［5］秦勇，王卓，贾利民.轨道交通应急管理系统体系框架及应用研究［J］.中国安全科学学报，2007，17（1）：57.

［6］边馥苓，孟小亮.空间信息服务在RFID物流管理系统中的应用研究［J］.地理信息世界，2009（3）：26.

［7］钱峻屏，彭龙军，张虹鸥.WebGIS面向空间信息服务的系统设计和实施［J］.计算机与现代化，2002（2）：39.

［8］崔铁军.地理空间信息服务体系探索与实践［J］.地理信息世界，2007（6）：30.

［9］王强，王家耀，郭建忠.基于Agent的空间信息服务组合研究［J］.测绘科学技术学报，2009，26（1）：60.