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摘要：地震應急基礎數據庫為災害評估、救援決策提供重要的數據支持，而數據的時效性是決定搶險救災工作效率的關鍵因素。為解決目前應急基礎數據庫建設中所面臨的采集周期長、工時成本高、格式不統一等問題，切實推進應急技術系統信息化，以將數據采集、格式審核、空間展示等功能網絡化為主導思想，基于WebGIS構建了B/S架構模式下的地震應急數據管理系統。該系統使用ArcGIS標準地理空間數據庫，以ArcGISServer為數據引擎，實現了前臺用戶Web頁面與后臺地理空間數據庫之間的互操作。同時，使用正則表達式對錄入數據的合法性進行審核和約束，從而保證了數據錄入“所見即所得、所得即為用”。系統不僅支持PC端，而且還支持iOS、Android等多類型移動終端的訪問與操作。系統的建成在較大程度上縮減了地震應急基礎數據庫建設中數據流通的環節，加速了數據投入產出的時效性，進而保障了震害評估系統產品的合理性和科學性。
關鍵詞：WebGIS；地震應急；數據采集；信息系統
隨著我國社會發展進入新時代，防震減災事業正面臨著“從災后救助向災前預防，從單一災種向綜合減災，從減少災害損失向減輕災害風險”的三大轉變。地震應急不僅僅是震后所采取的緊急搶險救災行動，還包括了震前所作的各種應急準備[1]。地震災害具有突發性強、破壞性大、成災范圍廣、社會影響深遠等特點。地震應急基礎數據庫作為應急指揮技術系統的重要組成部分，具有綜合性強、定性定量、圖形化表達等獨特優勢，是震后實施災害快速評估、制定科學救援輔助決策重要的數據支撐[2]。因此，地震應急基礎數據庫必須全面覆蓋自然、人文、經濟等社會生產與人民生活的細枝末節。開展高效的應急指揮工作是減輕人民生命財產損失的關鍵，這其中數據的廣泛性和時效性將直接決定抗震救災工作的靶向性和科學性。社會的飛速發展給地震應急基礎數據庫的更新工作帶來了巨大挑戰。隨著信息技術的發展，人們的日常生活與辦公環境正在向著網絡化、協同化的方向發展。信息化不僅解決了業務跨平臺流轉的難題，而且憑借高帶寬、高速度的移動無線通訊技術實現了業務服務端的大步前移。在此背景下，提出了研發基于網絡地理信息系統（WebGIS）的地震應急數據管理系統的業務訴求，即通過Web頁面實現數據的采集、邏輯審核、提交入庫，削減了過去繁瑣的數據質量人工控制環節，實現了數據的實時采集信息。“所見即所得，所得即為用”，數據將直接為應急指揮提供業務服務，數據投入產出的時效性進一步提升，地震應急指揮技術系統的運行質量得到更加科學合理的保障。
一、WebGIS在數據業務系統中的應用現狀
WebGIS作為桌面地理信息系統的延伸，憑借其開放性、互操作性、分布性、動態性的特點，為用戶創造了互聯網環境下地理空間數據的、共享、互操作等業務應用功能。B/S瘦客戶端架構模式促成了系統良好的跨平臺性，使業務范圍脫離了傳統PC端的束縛，實現了在手機、平板電腦等移動智能終端上的應用，進一步推動了業務服務范圍的拓展，加速了數據價值的增值。隨著大數據時代的來臨，對資源管理和數據存儲都提出了更加迫切的需求[3]。WebGIS對于多源異構數據的存儲、管理以及數據挖掘、可視化分析都具有十分顯著的優勢。近年來，愈來愈多的學者結合不同行業特征開展了諸多WebGIS業務系統的研發。趙曦[4]基于ArcGISServer開發了陜西省地震觀測數據服務系統，該系統采用B/S架構模式，實現了前兆、測震、強震以及GPS等多源地震觀測數據的可視化查詢及下載等服務，彌補了傳統地震觀測數據服務平臺數據表現形式單一、可用性差、專業門檻高的弊端。何琳[5]利用API技術結合GoogleMap開展了地震應急基礎數據庫更新方面的初步研究，實現了通過第三方在線地圖上利用數據屬性進行數據庫解析的功能。黃浩[6]采用SuperMap開發了滁州市移動土壤墑情監測系統，實現了數據動態采集、統計分析、墑情監測等功能，用戶可以直觀快捷地在網絡電子地圖上查詢轄區境內各處土壤的墑情及演化趨勢。彭濤[7]等基于Javascript開發了城市公眾地理信息服務系統，實現了城市公眾地理信息的完善和面向公眾的地理服務。張亮[8]利用ArcSDE作為空間數據引擎開發了臺風地理信息系統，實現了B/S環境下臺風信息的分析、顯示、查詢，以及預報結果的實時等服務?？梢?，WebGIS業務系統已被廣泛應用于地震、農業、氣象、公眾服務等各個行業，組件嵌入式、API、Javascript、OpenLayers等一系列研發技術被提出并得到實際應用，在防災減災中應急事件快速響應、態勢數據動態獲取、公眾信息實時等方面發揮著顯著成效。
二、系統總體設計
（一）需求分析
作為地震應急基礎數據庫應具備地圖、社會經濟統計、地震基礎數據、工程地震資料、災害影響背景、災害相關因素、救災力量儲備、震時緊急聯絡以及地震應急預案共九類數據（依據《地震應急基礎數據庫數據約定》）[9]。數據涉及行業多、范圍廣，目前的數采工作仍采取單位逐級上報統計報表，頂層單位統一整合的工作體制，更新頻次更是以“年”為單位。在具體實施過程中，由于數據流轉環節多，統計單位不統一、報表格式變動、時效拖沓等弊端屢屢出現，而且傳統統計報表在形式上也給最終的數據整合造成大量的工時消耗。研建地震應急數據管理系統是提高地震應急指揮技術信息化水平的迫切訴求。功能Web化、工作量分布式分配、多人異地協同工作，實現數據處理過程標準化、流程化、自動化，將應急指揮者、決策者、系統管理者從繁重的人力勞動中解放出來，讓其更多的是關注數據的使用而不是數據的制作。
（二）系統流程設計
系統采用B/S瘦客戶端架構模式，可滿足訪問終端多元化、數據服務實時共享化，以及數據操作分布協同化的需求。據此，系統架構可分為數據層、服務層、業務層（圖1）。通過在服務器端布設地理信息系統平臺實現對空間數據和屬性數據的吞吐；以數據引擎作為中間件，建立前臺業務與后臺服務之間的互操作關系。同時，為了減輕數據在傳輸和讀寫過程中對網絡及服務器的壓力，將數據審核模塊直接融入到前臺用戶界面，從數據入口即實現對數據質量的把控。用戶通過PC、Pad、xPhone等不同類型的終端，借助有線或無線通訊網絡方便快捷地實現對WebGIS服務的并發訪問及互操作。用戶對系統的訪問需求可分為兩類，一類是信息查詢，一類是數據操作。用戶身份認證等基礎信息服務由Web服務器提供，僅當用戶發起地理信息查詢操作請求時，調用GIS應用服務器，并通過數據引擎對地理信息空間及屬性數據庫進行操作。特別指出的是，用戶在進行數據寫操作時，將觸發前臺數據質量審核模塊，系統根據數據標準化規范對用戶所錄入的數據進行格式、邏輯等方面的質量審核，當滿足條件時，對數據放行寫入后臺數據庫；否則，提示錯誤類型并為用戶提出修正建議。
三、模塊功能開發
（一）系統環境部署
系統以IIS（InternetInformationServices）和Framework3.5作為底層組件提供網絡信息服務和面向對象的編程環境。在VisualStudio2010環境下進行系統架構及各功能模塊的開發，并選用C#語言實施代碼編輯。數據層使用SQLServer2008提供地理數據的吞吐、儲存、管理，服務層則采用ArcGISServer10.0作為地理信息系統引擎，從而實現用戶與系統之間前后臺數據流的交互操作。
（二）數據采集模塊
根據用戶的數據需求，將數據采集分為空間數據與屬性數據兩類。空間數據主要包括：臺站、斷裂帶、重點目標、交通設施等；屬性數據主要包括：人口、GDP、聯絡信息等?？臻g數據采集為用戶提供在地圖界面環境下的游覽、添加、刪除、查詢等在線操作功能。同時，針對空間數據的添加，又細分為用戶直接標注或根據經緯度自動定位標注兩種方式。屬性數據則為用戶提供了山東省各Services）和Framework3.5作為底層組件提供網絡信息服務和面向對象的編程環境。在VisualStudio2010環境下進行系統架構及各功能模塊的開發，并選用C#語言實施代碼編輯。數據層使用SQLServer2008提供地理數據的吞吐、儲存、管理，服務層則采用ArcGISServer10.0作為地理信息系統引擎，從而實現用戶與系統之間前后臺數據流的交互操作。
（三）數據采集模塊
根據用戶的數據需求，將數據采集分為空間數據與屬性數據兩類?？臻g數據主要包括：臺站、斷裂帶、重點目標、交通設施等；屬性數據主要包括：人口、GDP、聯絡信息等?？臻g數據采集為用戶提供在地圖界面環境下的游覽、添加、刪除、查詢等在線操作功能。同時，針對空間數據的添加，又細分為用戶直接標注或根據經緯度自動定位標注兩種方式。屬性數據則為用戶提供了山東省各縣市區行政區域名稱的明細表單。用戶通過對行政區域、數據類別的選擇，直接進行相關數據的查詢、編輯。同時，為提高數據的邏輯性、可靠性及系統使用的便捷性，系統設置了自動合計功能，用戶只需輸入各節點信息后，系統將自動計算出該區域同類數據的總和信息。
（四）數據審核模塊
為保證數據的邏輯性，提高數據采集的質量，建立了數據標準化審核機制，并將其嵌入前臺用戶的操作界面中。將審核機制置于前臺運行，減少了后臺服務層的數據處理負載，減少了系統的并發訪問量，減少了數據流吞吐的傳輸成本，不僅提高了系統的運行效率，而且保證了系統的穩定運行。數據審核利用正則表達式的方法得以實現。正則表達式是對字符串操作的一種邏輯公式，即利用預先定義好的特定字符或字符組合建立一個“規則字符串”，然后利用這個“規則字符串”對被審核數據進行邏輯過濾。以人口數據為例，由于人口數據具有整型的邏輯性質，因此，建立正則表達式約束條件，實現對用戶錄入的數據是否整型實施邏輯判斷。
四、系統測試
系統在VMware虛擬機上實現了安裝部署，從用戶界面、空間及屬性數據互操作、移動客戶端訪問、系統承載能力四個方面對系統進行了測試，并面向全省多級地震應急部門提供了上線試運行。經過測試，系統用戶界面簡潔友好、操作功能簡單易用；數據審核機制響應快速且判斷正確、有效；不僅針對傳統的PC端，基于iOS及Android等移動智能客戶端在4G移動互聯網絡環境下同樣具備對數據的訪問與互操作能力。由于系統采用的是非池化注冊版本，數據的分布式操作能力得到進一步提升，保證了在并發操作過程中數據的一致性。
五、討論
系統的建立基本滿足了目前地震應急工作中數據交互、采集入庫、質量審核的工作需求，且支持包括移動設備在內各類瀏覽器的訪問與互操作，實現了數據快速入庫，縮減了人力和時間成本，提升了數據的時效性。但是該系統在數據類別、指標控制方面仍存在一定的短板。例如，用戶無法實現新增采集項目、變更計量單位等，從而影響了系統的動態性和可用性。隨著應急基礎數據涉獵面的更加廣泛，層級的更加深化，提升系統的伸縮性是值得今后進一步研究和完善的重點工作。在移動互聯網絡迅猛發展的時代背景下，APP因具備與硬件底層功能相互通、節省帶寬成本、為用戶提供更加豐富的媒介表現形式等優勢，在移動客戶端上得到快速發展。研發基于移動客戶端的應急基礎數據采集APP可進一步提升系統的可用性、易用性，也為災情上報、地震預警等研究提供了一定的解決途徑。“大數據”已然成為應急管理的時代特征。在應急指揮工作中，對決策結果的需求正從“預報”轉變為“實報”[10]。在實際應用中，更加強調數據的分析、結果的實時性以及報告的精準性，這對數據的采集和更新機制提出了更高的要求。隨著視頻監控、無人機、三維建模等技術的發展，應急基礎信息的來源得到空前的擴展，音視頻、三維影像、虛擬現實等愈來愈多的新媒體資源不斷涌現，地震應急基礎數據已不再局限于傳統的線條、數字、文本等形式，它對流媒體的采集、管理和應用提出了更加迫切的需求。
六、結論
針對目前地震應急數據管理工作中存在的數據流轉環節多、統計單位不統一、報表格式多樣化等諸多問題，采用B/S架構模式研發了基于WebGIS的地震應急數據管理系統。系統為用戶提供了直觀易操作的地圖、表格兼備的多樣化數據錄入方式。通過在用戶前臺界面中設計正則表達式的方法，實現了對數據質量的把控，不僅從入口處規范了數據質量，而且有利于節約網絡帶寬，優化了系統效率。系統不僅滿足傳統PC端的訪問，而且能夠滿足用戶在移動智能終端上的訪問及數據操作。系統的建成使用，必將進一步提升地震應急數據質量，加速數據投入產出的時效性，為應急指揮決策提供更加精準的數據保證。
作者:楊玉永 徐秀杰 婁世平 劉瑞峰 單位:山東省地震局
