自然灾害地理信息发布系统的设计与实现

张 翔，曹振宇，龚 竞，宋志豪，刘思源

（1.中科院成都信息技术股份有限公司，四川 成都 610041；2.国家测绘地理信息局四川基础地理信息中心，四川 成都 610041；3.西南交通大学 地球科学与环境工程学院，四川 成都611756）

自然灾害地理信息发布系统的设计与实现

张 翔1，曹振宇2，龚 竞2，宋志豪3，刘思源3

（1.中科院成都信息技术股份有限公司，四川 成都 610041；2.国家测绘地理信息局四川基础地理信息中心，四川 成都 610041；3.西南交通大学 地球科学与环境工程学院，四川 成都611756）

针对自然灾害信息服务范围广、数据种类多的问题，设计了一种多源多维自然灾害地理信息快速发布机制；并综合利用WebGIS、RIA、三维GIS等技术，基于天地图开发了自然灾害地理信息发布系统，实现了多源多维自然灾害数据的快速发布与集成展示。

自然灾害；WebGIS；地理信息发布

我国发生的自然灾害具有灾害种类多，发生频率高，持续时间长，时空分布不均匀，影响范围广，损失重等特点。社会大众对自然灾害的时空分布、强度与频度、灾害发生地的社会经济状况、灾害评估、灾害应急救助措施与预案等基本信息越来越关心。因此，越来越多的在线服务系统提供了灾害地理信息发布与展示方面的功能[1-3]，具有了面向社会公众发布灾害地理信息的能力。随着3S技术、计算机存储技术、网络技术、移动通信技术的飞速发展，灾情地理信息的数据源越来越丰富（如遥感影像、DEM、照片、全景数据、街景、视频等）。众多的数据资源是全方位展示与分析灾情的良好数据基础[4]。目前很多灾情地理信息系统都是针对特定的灾害类型，如地震信息发布系统[5]、地质灾害预警预报信息发布系统[6]、防洪GIS平台[7]等。这些系统所发布的数据种类不够丰富，且没有将不同灾害类型、多源多维的地理信息数据进行统一的管理、发布与集成展示。本文以多源多维的自然灾害地理信息快速发布机制、数据调度交互、Web应用中的集成展示为研究重点，并基于天地图设计开发了自然灾害地理信息发布系统。

1 系统总体框架

系统采用B/S的3层结构设计，包括数据层、服务层和表现层（图1）。

数据层的基础地理信息以天地图为主，加载自然灾害数据和多媒体数据、地图切片数据和配置文件。服务层提供一系列基于标准规范、传输协议和通用数据格式的数据接口和数据转换服务，通过Web服务访问各种异质异构的数据源[8]。本系统Web服务包括用于基础地理信息展示、查询和分析的 “天地图·四川”服务，用于灾害数据编辑查询的灾害数据服务和用于灾后DEM、遥感影像更新的地图服务。表现层主要用Flex开发，通过http协议与Web服务器进行通信，提供灾害数据的可视化、查询等功能，三维可视化部分将Active控件嵌入HTML页面，由Javascript调用。Flex和HTML页面通过Adobe公司提供的Flex-Ajax Bridge技术进行相互通信，以实现地图的二三维联动展示。

图1 系统体系结构图

2 关键技术

2.1 自然灾害地理信息快速发布机制

1）多源多维自然灾害地理数据组织管理。本文以灾害事件为逻辑，组织多源多维的自然灾害空间数据，并利用开源的PostGIS数据库进行管理。灾害事件以事件编码为主键，以点要素形式存储于空间数据库中，点要素的位置一般为灾害发生点（如地震的震源经纬度）或灾害区域的中心点；同时记录灾害类型、发生时间、灾情描述等属性信息。与灾害事件相关联的次生灾害数据、多媒体点数据、DEM、遥感影像、专题地图、三维模型都以事件编码为外键与各空间数据表关联。对于DEM、遥感影像，进行地图切片处理，采用文件管理的方式进行管理，URL字段记录地图服务的地址。数据库设计如图2所示。

图2 自然灾害数据库物理数据模型

2）自然灾害地理数据发布流程。次生灾害数据由外业人员调查采集获取或由内业人员根据影像解译获取，解译结果可能为灾害点（如房屋倒塌、损毁等）、灾害面（如山体滑坡、泥石流范围等）和灾害线（如道路阻塞等）；再用GIS软件对空间数据和属性数据进行数字化。多媒体数据由移动设备现场拍摄获取，专题地图和三维模型数据由内业人员制作，DEM和遥感影像由无人机航测快速获取。将获取的各类灾害数据与灾害事件相关联，编辑空间数据和属性数据，存储为shapefile或Excel文件后导入数据库，并发布为数据服务。将DEM和遥感影像制作成切片后发布为WMTS地图服务。发布流程如图3所示。

图3 灾害数据发布流程图

2.2 数据调度交互设计

各类灾害数据在网络客户端展示具有网络数据传输量较大、可视化呈现方式多样、交互操作不同等特点。客户端与服务器的数据调度、多源多维数据的集成显示需要良好的交互设计来实现。本系统客户端的灾害数据主要以灾害事件为逻辑进行调度，以用户交互控制信息展示（图4）。在数据调度方面，由于用户往往更关心近期发生的或紧密相关的自然灾害，因此客户端并不需要加载全部灾害数据。页面初始化时，客户端下载并解析灾害事件配置文档（．xml），同时向服务器异步请求需要初始化展示的灾害事件数据和与之相关的灾害数据。用户也可利用灾害查询模块设置查询条件筛选出灾害事件列表，单击某一灾害事件加载相应的灾害数据（如果已初始化则不需再向服务器请求）。在信息展示方面，地图在小比例尺级别时只显示灾害事件图层，当缩放到大比例尺级别时才显示灾害数据图层。点击灾害数据符号时，灾害点数据将弹出窗体显示详细信息；多媒体数据、DEM、遥感影像数据，则通过url请求相应资源在侧栏进行多媒体展示或分屏进行二三维联动、历史影像对比展示。

图4 数据调度与交互设计图

2.3 多维多源数据的集成显示

1）RIA技术。用于自然灾害数据展示的数据内容丰富，尤其是全景、视频、街景等资源，用户界面和交互操作相对复杂、多样，而RIA技术提供了多种数据模型来处理客户端的复杂数据操作，多种界面元素来集成显示多媒体资源，相对于传统的HTML能为用户提供更好的使用体验。RIA现有的支持技术有Flex、Silverlight、HTML5、Ajax等。本系统利用Flex技术，基于Flex Viewer模块化应用程序框架进行开发。该框架设计了一套模块的标准接口，负责协调各模块间的通信，控制页面布局，以配置文件组织功能模块[9]，利于Web客户端的快速定制开发和部署。

2）三维WebGIS技术。基于互联网的大规模地形、高分辨率航测DEM、影像的三维场景展示，有利于应急救援抢险时全方位了解和研判灾情。三维WebGIS的客户端技术有ActiveX插件、Java3D、RIA技术、WebGL技术等[10]。本系统利用ActiveX插件封装的OSGEarth控件进行三维场景的客户端交互与可视化。OSGEarth是基于OSG开发的一款开源的实时地形模型加载和渲染工具，支持WMS、WCS、TMS等多种地图服务，利用场景裁剪、细节层次节点动态调度、数据缓存等三维可视化技术，实现大规模三维场景的漫游与交互[11]。

3 系统实现

本系统以PostgreSQL 9．0+PostGIS 1．5为数据库，Apache为Web服务器进行部署；实现了包括地图的浏览、交互操作，地名地址查询，路径分析，空间距离、面积量算以及二三维联动操作等基本GIS可视化和交互功能。灾害数据的查询和信息可视化模块是系统的重点功能。在该系统上可根据灾害事件查询相应的灾害数据和信息，实现了专题数据的符号化展示，灾害现场采集的照片、全景数据（．swf）、视频（．flv）等多媒体数据的综合展示以及分屏联动的街景展示。在三维场景中可进行灾害发生前后DEM叠加高分辨率遥感影像的对比展示以及与二维地图的分屏联动展示。在抢险救援中，用户可进行文字标绘和态势符号标绘，在地图上反映灾情扩散、应急救援等情况的发展态势，为应急救援和灾情展示提供有效信息。系统部分功能如图5所示。

4 结 语

本文研究了包括灾害点、多媒体数据、DEM、遥感影像等多源多维数据的组织管理和发布流程；设计了客户端与服务器的数据调度流程；并利用Flex、3DGIS等技术实现了多源多维数据在Web端的一体化综合展示，基于天地图开发了自然灾害地理信息发布系统。该系统的实现与应用，对于快速发布自然灾害地理信息，使公众全面了解灾情，维护社会稳定，展开应急救援具有极其重要的意义。但本文研究更多的是在客户端进行可视化和交互的集成，下一步可以考虑更加深入地研究多源多维灾害数据间的数据结构和相互联系，在数据管理和Web服务层面实现多源多维数据的融合。

[1] 刘英利,朱丽,朱庆杰．基于WebGIS的防灾信息网络发布系统[J]．自然灾害学报,2008,17(2)∶122-126

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[5] 张磊,程朋根,陈静．基于“天地图”地震信息集成的设计与实现[J]．东华理工大学学报(自然科学版),2013,36(3)∶323-327

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[7] 黄康,虞开森．防洪减灾三维 GIS 平台关键技术研究[J]．自然灾害学报,2013,22(4)∶239-244

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[9] 贾庆雷,万庆,邢超．ArcGIS Server 开发指南∶基于Flex和．NET[M]．北京∶科学出版社,2011

[10] FENG L,WANG C,LI C, et al． A Research for 3D WebGIS Based on WebGL[C]． International Conference on Computer Science & Network Technology,2011∶348-351

[11] 李新放,刘海行,周林,等．基于OpenSceneGraph的海洋环境三维可视化系统研究[J]．海洋科学,2012,36(1)∶54-58

P208

B

1672-4623（2016）09-0068-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.09.022

张翔，硕士研究生，研究方向为地图学与地理信息系统。

2015-03-10。

项目来源：四川省测绘地理信息局科技支撑资助项目（J2013CX04）；国家测绘地理信息局基础测绘科技资助项目。