兼顾志愿者地理信息的国家应急测绘公众服务平台设计

杨 靓，黄 蔚，查祝华，张红平

(国家基础地理信息中心，北京 100830)

我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一，国民经济和社会发展“十三五”规划纲要明确要求，要提升防灾减灾救灾能力、强化突发事件应急体系建设。应急测绘保障服务是贯穿突发事件预防、应对、处置和恢复全过程中的重要基础工作，是国家突发事件应急体系的重要内容。应急公共服务平台建设是应急测绘保障服务能力建设中的一项重要工作，面向公众搭建应急测绘信息的快速服务平台。志愿者地理信息(volunteered geographic information，VGI)具有现势性强、更新快、来源广泛的特点，国家应急测绘公众服务平台的设计充分考虑对VGI的集成应用，以满足应急突发事件及救援支撑信息的快速发布需求。本文将结合VGI的特点及采集利用模式，对应急测绘公众服务平台的设计思路进行研究和探讨。

1 VGI及其应用研究

1.1 VGI概述

近年来，互联网应用由Web 1.0的单向浏览发展为Web 2.0的双向互动，地理信息服务模式也从单向的Web应用转变为交互式的双向协作，使得用户既是信息的使用者，也是信息的生产者[1-2]，志愿者地理信息(VGI)就是在这一时代背景下，在2007年由Goodchild首先提出。文献[3]认为“人人都是传感器(citizens as sensors)”。文献[4]指出，VGI数据的意义在于补充地理框架数据的不足，提供丰富的细节及准实时更新，它使地理信息的生产不再仅仅依靠专业人员，而是以大量非专业用户为信息的义务提供者。

随着网络地理信息的高速发展和广泛应用，对VGI的研究逐渐深入，VGI的采集、生产和发布等形成了一套完整的体系，一般可以分为用户层、展示层、中间层和数据层[5]，如图1所示，各层内容通过网络相互链接。用户层主要由志愿者、管理员和普通用户构成；在展示层，用户可以通过PC机器HTML、安卓、iOS等终端进行信息浏览、查询和互操作；在中间层，志愿者通过协同式GIS和分布式数据处理等技术，实现信息数据的共享；在数据层，主要进行地理信息数据的存储和管理，构建集志愿者提供数据、基础地图数据和专题地理信息数据于一体的数据体系。

1.2 VGI在应急服务平台建设中的应用

在国外，利用VGI获取数据的模式已较成熟，且大多采用网络社区形式进行灾情信息获取、管理[6]和分享。文献[7]采用VGI思想制作了应对灾害的网络社区平台，允许所有居民在灾害发生后，在该平台上对各种数据进行编辑，进而实现政府与居民、居民与居民之间的数据共享，并成功应用于日本藤泽市和岛田市的地站灾害中；文献[8—9]制作发布的Ushahidi平台成功应用于2010年1月12日海地大地震、2011年3月的日本大地震及2012年夏季俄罗斯大火灾，该平台也是基于VGI思想集成了灾害现场的实时信息和多媒体数据。

当前，国内对利用VGI模式进行应急数据采集的研究并不多，但有较多学者利用移动GIS对数据的获取进行了研究，如文献[10]设计的灾情数据采集系统，文献[11]设计的水污染数据处理系统，以及文献[12]等利用PDA设计的台北市城市应急系统等。

由此可见，VGI在我国地理信息应用，特别是应急救灾和公众服务方面的应用急需进一步规范化和深入开展。国家应急测绘公众服务平台迫切需要VGI信息的加入，一方面可以提高数据的丰富程度和时效性，另一方面也为用户提供更加广阔的应用场景。

2 兼顾志愿者地理信息的国家应急测绘公众服务平台设计

2.1 平台概况

国家应急测绘公众服务平台是我国应急测绘保障能力建设中的一项重要任务，建设目的是基于互联网面向社会公众及时发布应急基础地理信息和灾情专题信息，为社会公众提供服务；基于在线方式，面向媒体宣传需求，建立灾情演示系统等。

国家应急测绘公众服务平台主要依托现有地理信息公共服务资源和支撑能力，结合测绘保障工作的实际需求，集成和发布应急基础信息、应急专题信息和应急事件信息3类重要信息。VGI是在专业化信息采集的基础上，由应急事件发生现场的公众提供实时的灾情定位、灾情描述及救援情况等信息，能够在很大程度上提高公众服务平台信息发布的时效性。同时考虑到这类信息采集和发布与专业测绘地理信息有较大不同，因此公众服务平台的设计必须兼顾这一特殊信息来源的采集、整合及利用。

2.2 VGI采集与利用流程设计

基于对VGI特点研究，确定了国家应急测绘公众服务平台VGI信息采集与利用的关键环节和主要流程，如图2所示。

2.2.1 数据模型建立

为了确保VGI信息的准确可用，首先需要根据信息的整合利用需求，构建统一的信息采集模型；然后预先确定好数据内容、字段类型及限制，以表单方式向信息提供者收集必要的、结构化的应急事件信息；最后确保收集到的数据在最大程度上可用。如图3所示。

2.2.2 信息采集

开发应急事件标绘功能，提供统一的事件标绘符号库及信息收集表单进行各类应急事件和现场信息的收集和图上表达。同时，用户可以基于平台提供的地图底图为基础，结合查询搜索功能，准确定位标绘点位置。考虑到互联网用户来源的不确定性，为了防止恶意标绘，登录国家应急测绘公众服务平台的用户必须基于统一的用户实名认证，最大程度上确保信息来源的稳定性和合法性。

2.2.3 数据清洗

考虑到VGI质量的不可预测性，为达到权威发布的目的，必须对数据进行清洗和审核。采用成熟的专业数据处理工具，利用一定的数据清洗原则，对数据逻辑进行检核，确保标绘内容与实际位置相符合，同时去除重复数据、非法内容等不符合收集和发布要求的“脏数据”，清洗后的数据方可进入审核环节。同时设置必要的人工审核环节，从信息表达和公开发布要求等角度，对事件信息进行核实和过滤。在此基础上，针对政府或专业用户实行免审，无需通过后台审核，直接发布权威信息，确保实时信息的快速发布。

2.2.4 可视化表达

通过审核后的应急VGI信息以应急事件的方式在平台上发布。由于VGI来源广泛，但覆盖区域极其不均匀[13]，很难达到均一化覆盖。同时，海量VGI数据在有限视域内无法实现清晰表达，因此可视化采用基于网格和距离的点聚类算法[14]，以一定统计单元内目标点的个数为表达对象，实现可视化效果的提升。同时，以事件信息列表和一定的筛选功能，确保对具体事件的准确定位。

2.2.5 信息分析与数据挖掘

志愿者地理信息蕴含着丰富的社会化属性、语义信息和时序信息[15]，因此需要通过必要分析和挖掘手段实现更多知识的发现和提取。开发图层内及跨图层统计分析功能，对应急灾害事件的时空分布规律、聚合程度等情况进行分析，通过与救援基础设施、应急避难场所等应急救援信息叠加，得到灾情分析和救援指挥相关知识，通过与地形地貌、道路交通等信息叠加，为应急救援、防灾减灾等工作提供参考。

2.3 总体架构设计

应急测绘公众服务平台的总体框架设计面向公众在灾害和突发事件应急管理中对地理信息的迫切需求，采用微服务技术架构,主要分为运行层、数据层、服务层、应用层、表示层和用户层[16-17]。总体架构如图4所示。

2.3.1 运行层

运行层是系统建设的外部基础，为系统建设提供硬件环境、软件环境及网络环境，是系统运行、数据存储、网络通信等环节的必要因素。硬件环境包括数据服务器、应用服务器、存储设备、移动端、前端采集设备、办公电脑等；涉及的软件环境包括操作系统、数据库软件、支持环境软件、浏览器及插件等；涉及的网络环境包括机房、路由器、防火墙、宽带服务等。

2.3.2 数据层

数据层主要通过关系型、非关系型数据库，存储测绘基础地理信息、应急专题信息、应急志愿者地理信息等。测绘基础地理信息包括各级比例尺测绘地理信息数据、天地图服务数据；应急专题信息包括由基础地理信息进行提取、整合和利用得到的基础设施类数据，以及通过网络手段获取并动态存储和发布的权威部门应急专题数据；应急志愿者地理信息主要是志愿者自发标绘和上传的应急事件点及其描述性信息。

2.3.3 服务层

服务层是连接数据和应用的纽带，也是功能模块的基础单元，为应用层提供组件化、模块化的功能支撑。平台主要包括两大类服务：基于OGC标准的地理服务和基于W3C标准的Web应用服务。基础服务包括瓦片地图服务、多时相服务等；应用服务主要实现功能级应用，包括地名搜索、路径规划、(逆)地理编码、行政区划等服务；矢量服务是基于后台矢量数据的OGC标注服务、矢量渲染服务及应急专题图层等；专题服务面向应用对象，实现标绘制图、统计分析和网页分享等服务功能。

2.3.4 应用层

应用层面向各类用户的应用需求，提供应用处理及信息服务功能。采用基于典型前后端分离的微服务开发模型，各模块之间遵循“高内聚、低耦合”原则，采用“分而治之”的思想，把各模块需要解决的关键问题划分开分别解决，易于控制、延展和分配资源。主要包含要素内容处理、定位精度处理、资源登记注册、资源查询定位、网站动态创建及管理、应急专题信息地图展示、应急专题信息叠加与图层管理、应急信息查询、应急信息统计、应急信息分析、影像对比分析、应急事件标绘与管理、多媒体信息管理及用户管理等应用功能。

2.3.5 表示层

表示层是直接与用户进行交互的系统部分，包括其表现载体和表现形式。表现形式包括地图定位、数据管理、统计图表、服务管理、数据展示、专题图等。

2.3.6 用户层

用户层即与平台相关的人员或组织。普通用户可以基于平台进行信息查询浏览，叠加各类服务进行统计分析；系统注册用户在普通用户权限基础上，依用户类型可以进行应急事件信息的标绘上传，是信息的主要贡献者，同时可以基于平台提供的各类服务，进行多种应急信息的叠加分析，进而定制应急专题网页并分享。

3 结 语

国家应急测绘公众服务平台是应急测绘保障能力建设项目中的一项重要建设工作，肩负着向社会公众发布和共享应急测绘基础地理信息、应急专题资源和多维度多媒体应急事件信息的任务。本文通过对兼顾志愿者地理信息的国家应急测绘公众服务平台设计思路、数据资源体系、技术架构及功能模块设计的探讨，力求总结出一套VGI信息在应急公众服务中的利用方式，在应急信息资源共享和服务平台共建方面进行了新的尝试，为我国突发事件应急体系建设提供了有益实践。