基于三维GIS地质灾害应急指挥平台设计与实现

潘英英,李 东,曹世彭

（云南省测绘资料档案馆（云南省基础地理信息中心），云南昆明 650034）

基于三维GIS地质灾害应急指挥平台设计与实现

潘英英,李 东,曹世彭

（云南省测绘资料档案馆（云南省基础地理信息中心），云南昆明 650034）

本文以skyline三维地理信息平台为基础，整合云南省基础地理数据、地质灾害数据、社会经济数据、民政民生数据等各类信息资源，针对地灾应急救援工作的突发性和紧迫性的要求，建立了云南省三维GIS地质灾害应急指挥平台。该平台建设的主要目的是解决地质灾害现场应急救援工作的盲目性和不确定性，是一个量级轻、携带方便、功能全、实用性好的三维GIS平台，实现了应急救援线路的快速设计、应急安置点规划、灾害扩散分析、水域淹没分析、救援土石方量计算等三维分析功能，能较好地解决以往多次地质灾害应急救援实践中的困难和问题，在应急部署和实地救援工作中起着较大的作用和帮助。

三维GIS；地质灾害；应急救援

0 引言

云南省是自然灾害最为严重的省份之一，不仅灾害种类多、分布广，而且发生频率高、损失严重，尤其是近几年发生的盈江地震、彝良地震、镇雄山体滑坡、迪庆香格里拉地震、鲁甸地震、景谷地震等自然灾害中，地理信息应急保障服务工作接受了一次次巨大考验，更加突出了应急救灾测绘保障工作的重要性和迫切性。传统的应急工作存在应急突发区域通讯障碍、应急各部门对接不畅、相关应急测算数据获取不及时等问题（许兆军等，2015；师帅一，2012；廖野翔等，2011），通过建立三维GIS地质灾害应急指挥平台，可将基础地理信息数据、各种专业数据、社会经济数据等各种信息应用三维虚拟可视化技术（冷小鹏等，2012），以数字化的形式进行综合集成管理，以动态的、形象的、多视角的、多层次的方式展示和应用，为政府应急部门及时提供应急区域真实的地形地貌三维可视化平台，使各种专业数据在平台中实现平滑调用，是测绘部门在应急保障服务中的重要基础性工作。

1 平台建设

1.1 建设思路

1.2 开发环境

为保证系统数据安全性，本系统为C/S架构，应用三维GIS技术，基于Microsoft的XML 语言，在Microsoft.net的服务平台上，将地理信息系统的空间图形与地质灾害相关属性数据有机结合，生成三维可视化的生动表达形式的三维GIS地质灾害应急指挥系统。

1.3 数学基础

为了保证系统建设符合国家标准，系统建设中所用的坐标为：平面坐标2000国家大地坐标系，高程系统为：1985国家高程基准。

具体格式为：①DLG、DEM、DOM数据统一采用2000国家大地坐标系地理坐标。②DLG数据采用SHP格式；对于矢量数据，对应GeoDatabase模型中的数据集（FeatureDataset）划分为居民地、交通、水系等图层，按点、线、面实体的特征分各县存储为129个区域。③DEM数据采用IMG格式。④DOM数据采用IMG格式。

1.4 系统架构

从图1可以看出，整个系统从逻辑上分为数据服务层、应用平台层、核心业务层和应用表现层来组织。数据服务层包括各类元数据、空间数据、文本数据和业务表数据等，该层实现的数据访问接口具有通用性的特点。核心业务层是实现整个应用的基础和框架，除提供方便的开发模式外，还提供基本的业务分析和空间数据处理和应用功能模块，以大大提高应用系统的开发效率。应用表现层是直接与用户交互的系统功能层，根据用户需求的不同构建和开发不同的交互界面，充分展现三维系统的强大和直观感受，应用表现层的各应用将主要根据需求内容实现用户界面设计和完成界面元素驱动下层功能组件的逻辑。

图1 系统架构图Fig.1 System architecture diagram

1.5 数据库建设

考虑到系统稳定性，采用SQLite数据库，SQLite数据库是一款轻型的数据库，它占用资源非常的低，能够支持Windows/Linux/Unix等主流的操作系统，同时能够跟很多程序语言相结合。本系统数据总体上分为两大部分：基础地理信息数据库和业务信息数据库。基础地理信息数据库包括：数字地面高程数据、遥感影像数据、系列比例尺矢量地图数据、系列比例尺光栅数据、大比例尺规划矢量地图数据。业务信息数据库包含避难场所数据、医疗机构、救援物资、救援力量、专家库、扩展分析与处理数据、应急事件处理记录等（余纳新等，2013）。

2 主要功能

系统主要由7大模块组成，即：基本工具模块，查询定位模块，空间分析模块，专题分析模块，资源管理模块，应急救援模块，气象信息模块。模块间可相互调用，互相协作完成指定分析功能。

（1）基本工具

徐昭法，名枋，江南长洲人。父汧，为明少詹事，明亡，沉水死。昭法少举于乡，既遭变，遂遁迹山中。居灵岩之上沙，布衣草履，终身不入城市。时上灵岩，谒继起禅师问佛法。家贫，往往绝粮，继起馈之粟，受之。非继其弗受也。汤文正为巡抚，屏驺从，访之，不得见，徘徊叹息而去。晚岁，志道益笃，宣城沈麟生诒之书，颂其志节之美，复书曰：“缊袍不耻，是道何臧？学问之几，不舍一息。区区陈迹，犹然见诩，吾滋惧矣。”昭法歾，孤孙方幼，不克葬，故人戴冠自山阴来，卖字吴门，每纸得百钱。积二年，乃葬昭法于青芝山下。［4］卷一九《儒行述》，457

平台的基本工具菜单栏主要包含基本浏览、选择、量算等功能。量算包括水平距离、垂直距离、空间距离、面积等，实时显示量算结果。

（2）查询定位

查询定位菜单栏主要包括经纬度查询、地名地址查询、兴趣点增删等功能。

（3 ）空间分析

平台的空间分析功能主要包括剖面分析、视域分析、通视分析。

剖面分析：能够在重点区域，选取指定点进行剖面分析，通过剖面分析可以对所在区域基本地形信息有所了解，有利于应急指挥中心快速了解事件发生点或者周边地形信息。

图2 视域分析图Fig.2 View analysis map

视域分析：了解某一点对周围一定视野范围内的可视区域，绿色表示可视，红色表示不可视（图2）。

通视分析： 确定两点之间是否通视，为复杂地形条件下设立观察哨岗选址提供支持，或者可以评定当前设置的岗哨是否符合要求。

（4）专题分析

针对灾害等应急情况下的专题分析功能，可分析地震在空间的影响范围、地震前后地形变化分析、水域的淹没分析。

地震影像范围分析：可分析地震点在三维空间中的影响范围，快速了解地震的波及区域见图3。

图3 地震影响范围分析图Fig.3 Earthquake inf l uence scope analysis map

DEM对比分析：提取高程发生的变化情况，可根据预先设置的阈值方案进行两期DEM的对比，分析结果以不同高程值进行配色区分，结合地理国情监测数据，最终得到变化面积及具体变化高程值，一目了然的看到区域DEM的变化情况。

淹没分析：分为静态淹没分析和动态淹没分析，输入坐标值、淹没半径、水面升速、时间等参数后可自动模拟水位变化及对周边影响范围情况，并实时显示当前水位的高程、时间、高度及淹没面积信息。便于快速了解当水灾发生时，在一定时间下的水位变化情况。

（5）资源管理

资源管理主要包括对应急救援资源、监测站等信息进行资源搜索和统计等，包括对灾害隐患点的搜索和统计、重大历史灾害查询等；便于管理者快速应急准备，对曾经发生过历史重大灾害的区域要重点部署救援措施。

（6）应急指挥

平台的应急指挥功能包括应急标注、周边查询、地图出图等。

应急标注：通过自由线、折线、多边形、箭头、模型等编辑、修改工具。在应急救援指挥会商讨论时，可以在系统根据应急需要在三维场景中规划、设计、标绘地物、符号以及3D模型来模拟真实的场景，快速的标注应急救援线路，直观的示意应急安置点以供应急救援指挥时提供帮助，其效果见图4。

图4 应急标注图Fig.4 Emergency marking map

周边查询：据应急救援位置和确定的范围可查询周边的地震监测站、地震应急避难场所和医疗机构，并可以查询相关的属性信息。

地图出图：对于不同分辨率的地图以及带有应急标注的应急救援指挥讨论内容，系统可以提供地图出图功能，将三维地形窗口的影像保存为bmp、jpg 等格式的图片，便于打印、分析和分发。

（7）气象信息

气象信息模块接入气象数据，展现当前最新气象信息，同时可手动联网更新，接入气象信息后的效果见图5。

图5 气象信息图Fig.5 Weather information map

3 结论

在当今科研条件下，人类尚无法控制地质灾害的发生也不能在灾害发生前进行准确的预报，为了减轻灾害带来的直接经济损失，只有在灾害发生后的紧急救援过程中和应急响应方面采取高效的措施。经验证明，通过对辖区范围的地理环境的充分了解、对相关资源进行有效快速的可视化管理、查询、统计，并对相关，灾区进行的准确的快速评估就可以提高地震应急救援的综合能力，很大程度上可以减轻灾害对社会和经济带来的损失。

三维GIS应急指挥平台的建立，可大大提高应急服务的响应速度，提升应急现场办公能力，实时处理应急现场第一手地理信息资料，解决了应急突发区域通讯障碍，应急各部门对接不畅、相关应急测算数据获取不及时等传统应急工作中存在的问题。为给各级应急指挥部门的现场指挥调度，提供准确直观的空间参考的决策支持信息。基于三维平台的社会经济数据查询，国民经济和社会发展情况等统计功能可为应急工作部署，灾后恢复重建等工作提供数据支持。同时，也可在应急服务之外，为政府管理者和决策者以及专业研究人员，进行专业分析提供支持。

许兆军，邹蒲，贺秋华，2015. 湖南省突发性地质灾害遥感应急监测数据库建设[J]. 中国地质灾害与防治学报，26(1)：87-91.

余纳新，韩传峰，2013. 基于层次分析法的城市灾害应急管理指标分析[J]. 灾害学，28(3)：152-157.

师帅一，2012. 论测绘应急保障体系的建立与完善[J]. 北京测绘，(3)：10-13.

冷小鹏，苗放，杨文晖，等，2012. 基于G/S模式的三维GIS监测系统研究[J]. 广西大学学报：自然科学版，37(2)：317-322.

廖野翔，占辽芳，彭颖霞，等，2011. 基于GIS的省级地质灾害信息管理系统的设计与实现[J]. 测绘与空间地理信息，34(4)：147-152.

The Research and Implementation of Geological Disaster Emergency Command Platform Based on 3D GIS in Yunnan Province

PAN Yingying, LI Dong, CAO Shipeng

(Yunnan Provincial Archives of Surveying and Mapping (Yunnan Provincial Geomatics Center), Kunming, 650034)

In this paper, based on the Skyline 3D GIS platform, integrating the basic geographic data, geological disaster data, social economic data, civil affairs and other information resources in Yunnan Province, the “Geological Disaster Emergency Command Platform of Yunnan Province” was established. The platform was a 3D GIS platform with light weight, portability, full function and good practicability and the main purpose was to solve the blindness and uncertainty of the geological disaster site emergency rescue work . It can realize the rapid design of emergency rescue routes, emergency resettlement planning, disaster diffusion analysis, submerged analysis and rescue earthwork calculation . It can well solve the problems in the practice of emergency rescue in the past many geological disasters and has played an important role in the emergency deployment and fi eld rescue work.

3D GIS; Disaster; Emergency rescue

A

1007-1903（2017）03-0105-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.03.021

云南省2016年预防和处置地震灾害能力建设10项重点工程

潘英英（1987- ），女，硕士，工程师，主要研究三维地理信息的应用以及地理大数据的挖掘与分析。E-mail：191269904@qq.com