基于GIS的住宅建筑安全信息系统的实现

陆 珏，陈 洋，蔡乐刚

（1.上海市房地产科学研究院，上海 200031）

住宅建筑的安全不仅关系到人民的生命安全，也影响着社会的和谐安定，是城市安全的重要组成部分。上海作为一个特大型城市，住宅建筑安全管理总体可控，但也仍存在着一些问题：①住宅建筑量大面广、建造年代跨度长。截至2013年，上海市城镇房屋建筑面积已超过11.06亿m2，其中居住房屋约5.89亿m2[1]。在房屋的使用过程中，不规范的装修改造以及相邻工程的施工，都对周边房屋安全产生不利影响[2]。②房屋信息数据量大且存在缺失现象，信息变化频繁，涉及的管理部门较多。无集中统一的信息化管理平台，导致资料信息收集整理难，甚至存在丢失现象，成为突发事件应急处理中的短板。可见，针对数量庞大的住宅，有必要建立有关住宅安全的信息系统，利用GIS技术实现以图管房，提高房屋管理数据分析的科学性和准确性[3,4]。本文在国内外调查研究的基础上，建立了上海市城市住宅建筑安全信息系统，并对安全预警等功能作了初步探讨，为全市房屋的信息化建设以及实时监控、全生命周期管理提供了技术支撑。

1 系统总体设计

基于GIS的住宅建筑安全信息系统的建设为实现数字化的城市住宅安全信息管理提供了可视化、形式多样的综合管理工具，包括房屋信息数据库、住宅建筑相关数据的查询分析、安全预警管理等房屋安全辅助管理功能。除提供电脑端服务外，同时还开发一套与电脑端实时交互的手机客户端。系统注重房屋属性与地图的联动，为房屋安全管理人员提供便捷的操作体验与智能的辅助决策[5]。

1.1 系统体系结构设计

系统在公共地理信息数据及其API基础上，以C/ S与B/S结合的方式为基础架构，以地图为基本展示平台，采用空间数据库管理和图形处理技术进行建筑物监管。系统前端采用Flash RIA技术，充分展示地图类应用的展示效果，并通过业务类的包装将基础地图、房屋平面信息以及房屋安全业务表格进行综合管理。系统同时具备多用户访问控制，通过用户管理、权限管理确保数据的安全。

根据应用需求，系统总体框架由4个层次构成：基础环境层、数据支撑层、应用支撑层和业务应用层。其中业务应用层实现住宅建筑基础信息及安全预警信息的查询和数据分析功能，把建筑管理中经常要用到却与业务并不直接相关的查询、分析以及GIS的功能进行封装，用接口或消息驱动以及Web Service方式供业务层系统使用，根据业务需求对下层的功能进行组装。

1.2 系统功能设计

住宅建筑安全信息系统功能的开发紧密围绕房屋管理单位职能进行，主要包括：①信息管理，内容上为住宅建筑空间实体；表达方式上包括文本、报表、地图、图片、多媒体等类型；管理功能上包括信息的录入、修改、整理、备份、浏览、检索、提取、输出。②辅助决策，包括建筑安全预警及预警处理；双向查询检索、统计报表与专题图生成；应用分析模型，如按安全隐患、修缮周期进行分析；空间分析模型，如基坑开挖、地铁施工对住宅建筑安全的影响等。

2 系统关键技术

1）快速数据检索机制——空间索引。为提高空间数据的获取性能，系统采用了空间索引机制，即通过一个覆盖全部要素类的二维索引，把要素按照网格范围进行划分并提取，从而提高数据获取的性能[6]。

2）编辑的并发控制与管理。数据的实时性和安全性，是衡量系统后台性能的重要指标。传统的两阶段锁不适合多用户同时编辑数据的请求。本系统采用编辑的并发控制与管理，能够在多个用户同时更新运行时，保护数据库的完整性。

3）RIA。传统的因特网模型使用线性的设计，频繁的服务器请求和页面刷新会导致页面打开缓慢和网络带宽降低。而采用RIA界面，可以从服务器响应影响整个界面，转移到只响应请求的应用程序部分。

4）对象关系模型。系统的图层数据采用了对象关系模型进行管理，图形和属性在数据库中以记录的方式集成，在涉及图形及属性的功能中，提高运行效率。

5）高速缓存（Cache）技术。Cache作为一个小容量存储器，保存了下级存储器中部分当前所需的数据，因此CPU可以直接从Cache中取得所需的数据，而不必访问下一级存储器，从而保证了系统的效率。系统在设计时重点保证访问Cache有较高的命中率及访问Cache与访问下级存储器的方式不变、容量不减。

6）负载均衡技术。负载均衡技术提供了一种有效、透明的方法扩展网络设备和服务器带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力，提高网络的灵活性和可用性。

7）移动客户端应用程序开发技术。系统除电脑端外，还配置一套与电脑端实时交互的手机客户端。以Android系统为例，系统采用可重用和可替换组件部分Application Framework以平等各软件间的关系，采用包含一个自定义2D图形库和基于OpenGL ES 1.0标准的3D实现的Optimized Graphics预留需求拓展空间，采用Rich Development Environment完整开发工具集，便于后期跟踪、调试、内存检测和性能测试。系统支持多种音频、视频及各种图片格式，支持Flash、App2sd功能及其他Web应用API接口开发。

3 系统架构及功能

3.1 系统总体架构

基于GIS平台的住宅建筑安全信息系统是在房屋信息数据库基础上，实现空间图形与属性信息的一体化展示、GIS应用、信息发布、数据分析等基本功能，并在此基础上实现房屋安全预警、全生命周期管理等功能，如图1所示。

3.2 房屋信息数据库

房屋信息数据库包含了房屋概况、建筑结构设备、建造信息、使用信息、检测鉴定、修缮改造、保护建筑等信息。利用以图管房的方式，获取房屋的幢号，对房屋的坐落进行精确界定，利用唯一的幢号这条主线，贯穿房屋管理的各个环节，通过与地图的联动，实现房屋二维、三维信息的展示。

3.3 系统功能

图1 住宅建筑安全信息系统框图

基于GIS平台的住宅建筑安全信息系统实现了住宅建筑信息的输入输出、查询统计、数据分析、预警建模、数据更新、系统维护与管理等功能。

1）GIS通用功能，包括地图浏览、导航定位、图形量算、GIS查询等。

2）房屋信息数据维护，包括建筑信息的新增、修改和删除。

3）房屋安全预警，对于存在安全隐患的住宅建筑，系统在地图上高亮显示其位置，对各种预警进行不同程度的级别分类，并对应相应等级的预警指标[7]，同时以图片、文字、声音多重效果进行安全预警，制作专题地图。其中安全预警系统的组成包括时间超限所引起的预警（超房屋设计使用年限、超检测周期、超修缮周期等）；相邻施工影响所引起的预警（地铁施工、市政管网施工、基坑施工等），如图2、图3所示；不可抗力因素引起的房屋次生灾害的预警（设施设备老化、地震、强台风等）。为便于预警信息的管理，系统自动生成预警总表，对预警信息进行上调、下降和删除，并可对预警信息采取发布、上报、反馈、查询、统计等操作。

4）房屋信息数据分析，包括数据查询和统计分析。①数据查询，查询条件包括范围（自定义范围、行政区划、街道乡镇、点选建筑、填写坐标确定范围等）、建造年代、修缮周期、检测周期、房屋地址、房屋名称等；②统计分析，即系统针对大量的房屋相关数据进行计算，如按照建造年代、建筑类型、所有权性质、结构类型、层数、区域地块、完损等级、预警类型、预警级别等条件对房屋进行分类交叉统计，按照统一的表格形式生成统计报表，并提供饼状图、柱状图、折线图等多种展示方式，同时列出统计数据以查看其详细信息（如图4所示）。

图3 安全预警生成

图4 不同预警类型的房屋统计结果

5）移动客户端应用功能，系统Beta版手机端除实现通用地图功能外，还提供房屋基本信息多点、多级点查询，安全预警信息的查询、计算与发布，以及与电脑端的实时信息交互等功能（如图5所示）。

6）公告通知，用于发布和查看公告通知，包括常规信息、征求意见、政策文件、施工信息、预警信息、突发情况等。

7）系统管理，通过后台系统管理功能实现安全分析算法的调整和维护、参数字典的自定义配置、系统数据接口的变更和调整，实现登录用户的组织机构、角色和权限管理，通过组织机构、CA认证、角色授权来确保数据访问的安全，以此来限制访问数据的用户以及控制用户可访问的数据内容范围，并实现用户登录日志、数据操作日志、系统运行日志等的管理。

图5 移动客户端房屋安全预警信息的自动查询与计算

4 结 语

住宅建筑安全信息系统以房屋信息数据库为基础，记录住宅建筑基本情况，在此基础上实现相应的基础功能和业务功能，实现住宅建筑信息档案的电子化以及落地上图管理；针对房屋安全状态等级，制定合理的安全预警阈值和等级，实现房屋安全预警；围绕住宅建筑管理需求，梳理住宅建筑全生命周期管理，为住宅建筑的安全管理提供有力保障。

通过数字化、网络化、智能化手段，建立基于GIS平台的住宅建筑安全信息系统，对权属信息、安全信息进行管理，以图管房、图档一体，实现住宅建筑相关数据的查询、分析，以及安全预警等住宅建筑安全辅助管理，以信息化、科学化辅助管理进行决策分析，从而让房屋管理变得更加精细、透明、安全、高效，降低安全事故发生率，提高管理效率。

[1]上海市住房保障和房屋管理局办公室.上海市住房保障和房屋管理局2013年报[Z].上海:上海市住房保障和房屋管理局,2014

[2]王军,吴君侯,章宇,等.上海地区深基坑工程的环境安全问题[J].岩土工程学报,2006,28(增刊):1 328-1 331

[3]Wang Y F,Ye L.The Study on Integration of Geographical Information System and Real-time Control System Based on Agent Arehitecture[J].Journal of System Engineering and Elcetronic Technology,2004,15(4):620-627

[4]高宁东.GIS在房地产管理中应用的探讨[D].上海:同济大学,2004

[5]卢毅敏,汪小钦,肖桂荣.面向电子政务的地理信息系统研究[C].杭州:中国地理信息系统协会第九届年会论文集,2005

[6]郭勇,李敏,黄伟杰.地理空间信息服务构件技术研究[J].地理空间信息,2014,12(3):19-22

[7]钟兴润.既有房屋建筑物安全性评价及其管理研究[D].西安:西安建筑科技大学,2010