基于天地图的地震应急地图服务平台初步实现—以上海市为例

程显洲，张 勇，王小明,2，赵学志

（1. 上海市地震局，上海 200062；2. 东华大学，上海 201620）

0 引言

随着中国城市化进程不断加速，特大城市的地震应急工作面临的挑战日益凸显。在震后第一时间向救灾指挥者提供震后人员伤亡情况，是地震应急救援工作能否及时展开的关键要素。天地图是国家地理信息局建设的地理信息综合服务平台，其目的在于地理信息资源共享和高效利用。天地图平台以门户网站和服务接口2种形式向公众、企业、专业部门、政府部门提供24小时不间断“一站式”地理信息服务，有效解决了各行业地理信息平台开发中的技术难度大、建设成本高、动态更新难等突出问题。天地图平台在地震行业的实际应用也比较广泛，如地震行业借助天地图平台克服复杂的空间数据维护困难，实现地震信息的对外展示[1]；在天地图平台上集成地震应急任务相关的地理信息服务，建立日常灾情管理工具[2]；基于天地图平台开发地震应急专题地图自动出图系统，实现了天地图瓦片数据与地震应急矢量数据的结合，减少人工干预，从而提高了地震应急专题图的出图效率[3]；通过构建建筑物震灾发布平台初步解决了地震行业数据平台存在的数据实时性差和研发困难等问题[4]。基于天地图平台的地震行业系统的例子还有很多，都在一定程度上对地震应急系统起到了关键的数据及技术支撑作用。

1 基于天地图的地震应急地图服务平台需求分析

新时代新形势下地震应急工作面临着许多的机遇与挑战，在历次的地震应急演练中暴露出种种问题与不足。首先，地震应急工作需要大量的底层框架数据（例如：行政区划、道路桥梁、公共设施等）作为基础数据。上海是中国发展最快的城市之一，底层框架数据更新速度很慢，赶不上城市发展进度，基础地理数据时效性不强。其次，地震应急地理数据类型各式各样，有基础的矢量地理数据和航空影像切片数据等等。虽然这些数据大多数已经包含在各类数据库中，但是在地震应急数据展示的时候却需要到不同数据库中查询数据，不能形成统一的查询系统，导致展示效率低下，并且易造成数据混乱。再次，地震应急专题地图的发布以往都是以纸质的形式或者电子媒介方式发送到指定的领导、工作人员手中，需要有应急工作人员专门负责专题图的打印和发送。地震应急状态下，各工作组都已经满负荷运转，很难抽出人手来进行相关图件的传送和分发。

基于以上3点问题，提出了一种基于天地图的地震应急地图解决方案，借助天地图平台动态更新等特性解决地震专题地图数据的时效问题、效率问题、传播问题。

2 地震应急地图服务平台框架

与传统的.NET+ArcGIS Engine开发框架不同[5]，本平台使用了JavaScript+Dojo+ArcGIS API形成一套系统框架结构（图1）。其中，最底层的服务器端使用ArcGIS Server+Tomcat搭建地理数据服务平台，适应各地震应急系统接口的多样化特点。中间数据传输层采用了功能强大的JavaScript脚本语言与ArcGIS API构建地震应急基础数据输送通道。采用JavaScript脚本语言的BS构架不同于以往以.NET为主的CS构架，避免了计算机硬件性能限制，更有利于平台各个部件对外接口的扩展，实现系统的无缝升级。数据展示及交互端平台采用的是Dojo+DOM的组合，Dojo是一套JavaScript平台的成熟框架，它能提供大量的定制功能和解决方案，使我们只需专注于核心代码的开发和维护[6]。DOM在处理像地理信息及地震应急信息等流数据方面有着其他平台不具备的速度和安全优势[7]。框架的核心技术流程为应急基础数据库中的地震应急基础数据在ArcGIS Server系统中定义一一对应的REST数据地址，再由JavaScript程序通过HTTP协议调取地震应急基础数据，利用ArcGIS API中的各种工具对地震应急数据进行展示、查询、标注、打印等操作。在浏览器端通过DOM和Dojo组成的框架建立数据展示、查询、标注、打印控件，并将数据结果呈现于各个浏览器上，实现地震应急数据在天地图平台上的初步应用。

图 1 地震应急地图服务平台框架示意图

3 平台关键技术及应用场景

3.1 地震应急基础数据展示

地震应急基础数据分为基础地理数据和地震专题数据2部分。其中，基础地理数据主要由天地图上海的切片数据构成，包含了上海的行政区划边界和道路、桥梁、水系等基本地理要素，通过上海市测绘院提供的REST服务器接口进行连接，服务器端设置在上海市测绘院，由上海市地理信息公共服务平台进行统一的管理、更新，较本地化地理基础数据具有更新速度快、数据可靠等优点。地震专题数据包含地震应急影响估计范围及其他本地应急数据（表1）。其中，地震应急影响估计范围由上海市地震应急响应系统根据地震三要素模拟得出，在多次地震应急演练中得以改进，该系统得出的应急影响估计范围符合国家标准及本地实际情况[8]。

震中和地震影响估计范围等地震要素为地震必要展示数据，紧贴天地图地理数据为地震应急地图服务平台的底层基础数据。其余地震应急基础数据按照应急指挥和专题图制图的不同需求进行叠加展示、查询等操作。

数据展示结果可以投放到地震应急指挥部大屏幕上，为指挥人员与相关专家提供数据支持，还可以通过卫星或4G通讯传输到应急现场队指挥部，与一线应急人员共享第一手资料。

3.2 地震应急空间信息查询与定位服务

采用空间地理查询组件对本地应急地理数据进行查询标定，对被查询数据采取高亮显示的方式定位该数据。不同的应急地理数据分布在不同的图层，并且由于图层叠加的顺序不同，容易出现数据混乱。针对这一问题，该平台采用多图层查询组件，分图层、分类型地对地震应急空间信息进行查询与分别定位展示。

表 1 地震应急基础数据（部分）

地震应急空间信息查询主要分为属性查询和多边形查询。所谓属性查询就是已知所要查询要素的ID等具体信息，而得到其在地图上的相对位置的查询功能。例如，已知某所学校名称，查询该学校是否在烈度为七度的烈度区范围内。多边形查询指的是图中要素位置已知，而要素其他信息未知的查询功能。例如，查询极震区内所有的应急避难场所的名称、类型及其他信息。

快速、准确地查询定位应急空间地理数据对指挥人员掌握震区地理信息至关重要，也是地震应急救援一线队员了解震区的第一手资料，缩短了应急响应时间，为应急救援行动的快速展开提供有力保障。

3.3 地震灾情信息标注

通过标注工具对地震灾情信息进行标注，并利用图层客户端交互组件将标注的信息展示于目标图层之上。

在地震应急数据叠加到天地图上后，不能通过应急数据所在的图层进行标注和圈定，这就要求地震灾情信息要独立于一个单独的图层上，该图层需要置于其他的图层之上，称之为客户端图层。在客户端图层上使用DOM框架添加绘制控件，绘制点、线、面等要素，并对要素进行标注文字，达到灾情信息标注的效果。

地震发生后，现场工作队第一时间赶往地震现场，采集地震房屋受损等信息，然后传到指挥中心，指挥中心对现场灾情通过“天地图”平台进行反馈和标注，对有感地震信息点圈定预估地震有感范围，指挥人员通过“天地图”平台进行震情的实时跟踪及指挥。

3.4 专题地图制图及打印

建立以天地图为底图，多种应急专题数据叠加形成专题地图自动成图及打印模块。该模块实现多种应急专题地图的比例确定、分辨率调整及专题图图片格式转换。跳过了ArcGIS中必须从mxd文件到地图图片文件的输出转换过程[9]，节省了出图时间，并减少了ArcGIS平台对于本地图形工作站性能的高度依赖。

与地震应急专题手工制图相比，地震应急地图服务平台在地图整饰、地图精度、美观等方面还有很多不足之处，但是在地图的数据时效性、出图效率方面更胜一筹，可以作为地震时手工制图的一种补充手段。

有感地震发生时对专题地图的时效性是一种考验，以天地图为底图的地震应急专题图在最大限度上满足了地理信息为最新的要求。

4 平台方案的实现及测试

基于ArcGIS API for JavaScript和天地图平台，实现4类地震应急关键技术（图2）。

1）地震数据通过ArcGIS Server部署到地理信息数据库中，每条数据都分配有REST地址，根据REST地址构建不同的数据图层，将不同的图层按照自定义的顺序叠加到地图容器中进行显示，并利用地图展示空间选择要展示的图层和调节图层大小亮度等属性。地震应急时，通过改变地理应急数据所在图层的显示或者隐藏来突出某一种或几种数据在地震应急时的关键作用，并对关注的数据进行高亮展示，让地震应急工作人员重视该数据信息。

图 2 应急关键技术实现示意图

2）使用ArcGIS API中FindTask工具对ArcGIS Server中的数据进行访问，根据数据ID对地震应急基础数据进行查询，并对查询的数据结果展示在数据表格中。调用QueryTask工具进行空间分析，将得出的数据结果进行高亮显示。地震应急地图服务平台展示出的地震应急数据数量和种类繁多，在如此多的数据之中找出关键数据，如极震区的应急避难场所，往往需要在不同的数据中进行查询，对于查询的条件也各有不同，我们可以利用多边形空间查询进行多图层的数据查询，就能够快速找出符合我们需求的要素。

3）设置动态客户端图层GraphicsLayer，通过Draw工具标注点、线、面、文字信息和图片链接到动态客户端图层，完成地震灾情信息标注。动态客户端图层将处于不同地震应急数据库中的数据有效地在一个图层中联系起来，便于地震应急工作人员对地震实时信息的整合；同时，也在地震应急工作者和地震应急数据之间架起一座桥梁。虽然目前的ArcGIS API for JavaScript 平台还达不到服务器端修改数据的功能要求，但是在地震应急数据的实时展示方面起了很大的作用。

4）启用PrintingTools工具将叠加的地震应急基础数据图层、地震灾情信息标注、地震信息查询结果等按照地图格式加以整饰，输出为各种图片或者pdf格式展示出来。此工具为服务器端工具，需要通过REST地址从ArcGIS sever中调用，地图在服务器端生成，需要通过下载到本地进行打印输出。

为保障平台的可靠性，对其进行一组模拟地震测试。利用上海市地震应急响应系统以人工触发模拟地震的方式得到上海市浦东新区6.5级模拟地震的估计影响范围，调整图层设置显示上海市境内所有的学校。根据灾情实时信息划定重灾区，进行空间查询找到离震中最近的学校并进行红色标注显示（图3）。根据地震影响评估范围标注地震应急救援队所在地（绿色图钉）、地震应急现场调查点人员伤亡反馈情况（红色图钉）以及周围的应急避难场所（绿色三角），并自动生成应急指挥图（图4）。地震应急动态地图服务平台完成了所有的应急服务任务，展现了较好的系统可靠性，并且进一步提高了地震应急效率。

5 结束语

构建本平台的初衷是为解决地震应急工作中的实际问题。本平台基于天地图平台创建了一个交互式、分布式、动态的地震应急地理信息系统构架，在这种构架上完成了4种地震应急平台的基本功能。通过对这4种功能进行模块化和接口化，将传统的地震应急平台与新平台进行数据通信，产生更加强大的地震应急功能模块，成为地震应急工作强有力的抓手。在平台的创新开发过程中，也发现了许多的不足之处。相较于成熟的开发平台，WebGIS还在发展阶段，对底层的地震应急空间数据的操作还没有十分深入，操作的功能还比较弱，无法进行复杂的一体化操作等[10]。以上这些问题，也是我们今后平台继续开发需要着重解决的问题，是以后基于地震应急关键技术的发展方向之一。

图 3 地震应急动态地图服务平台测试结果

图 4 地震应急专题图产出（示意图）