GIS在抗震救灾中的应用

由天下分享时间：2024/12/27 17:32:26 加入收藏我要投稿点赞

GIS 在抗震救灾中的应用

马克

忠星崔杰张辉第二炮兵青州士官学校

摘要：近年来我国地质灾害频发，那么如何发挥地理信息系统技术在抗震救灾作用是一个值得探讨的问题。本文首先分析地理信息系统的特点，然后构建了抗震救灾 GIS 架构，最后，用实例说明其主要功能。

关键词：抗震救灾 GIS 架构

一、引言

2010 年 4 月 14 日发生的青海省玉树地震，给人民的生命财产和国家的经济带来了巨大的损失。我国处在环太平洋地震带和欧亚地震带之间，是世界上地震灾害严重的国家之一，重大的地震灾害在我国已经发生过多起，主要有 1966 年河北邢台 6、7 级地震、1974 年云南大关 7.1 级地震、1975 年辽宁海城 7.3 级地震、1976 年云南西部龙陵县 7.3 和 7.4 级两次强烈地震、1976 年唐山市 7.8 级地震、1998 年河北尚义以东地区 6.2 级地震，因此，防震减灾、抗震救灾以及灾后重建成为一项艰巨的工作的内容，而建立一个完善、有效的地震应急指挥信息系统为当务之急。

地理信息系统(Geographical Information System， GIS)是一门介于信息科学、空间科学和地球科学之间的交叉学科和新兴技术学科，它将地学空间数据处理与计算机技术相结合，通过将真实世界模型化到计算机中，结合计算机图形学以及其他算法，来实现空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。地理信息系统的最大优势在于空间数据的可视化表达与可视化分析，空间数据的实时、快速、有效的采集与更新（主要依靠遥感与全球定位技术）以及现在比较热门的三维仿真模拟。地理信息系统的所有这些功能都是为了人类更好的掌握世界、了解世界，进而指导我们人类的活动，是人类和其生存的环境和谐共处。如何利用地理信息系统技术来指导我们的防震减灾、抗震救灾以及灾后重建工作，是地理信息系统发挥其巨大作用的又一个领域。

二、GIS 技术及其特点

GIS 系统是在数据库管理系统（DBMS）和计算机辅助设计（CAD）两个比较成熟的软件技术基础上发展起来的，并附加了对空间数据进行管理和分析的特殊功能。GIS 以其混合数据结构和独特的地理空间分析功能而别具一格。它所提供的专用函数可用来进行测量、坐标变换、图象生成、属性修改、统计分析、拓扑叠加、网络分析等。许多 GIS 产品还采用了工业标准的组件对象模型（COM）技术，为用户进行功能和结构定制拓展了空间。GIS 技术特点可归纳为：

2.1 数据输入数据输入是把现有资料按照统一的参考坐标系统、统一的编码、统一的标准和结构组织

转换为计算机可处理的形式，输入到数据库中的过程。除了在地图上手扶跟踪数字化、图形

377

扫描外，目前 GIS 的输入越来越多地借助非地图形式，RS（遥感技术）数据和 GPS（全球定位系统）数据已成为 GIS 的重要数据来源。

2.2 数据处理

GIS 对空间数据的处理主要包括数据编辑、数据综合、数据变换等，最终形成具有拓扑关系的空间数据库。GIS 中的数据分为栅格数据和矢量数据，如何有效地存储和管理这两类数据是 GIS 的基本问题。大多数 GIS 系统采用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它们分成若干图层分别存储，把选定的图层叠加在一起就形成了一张满足某些特殊要求的专题地图。

2.3 空间分析和统计

空间分析和统计是 GIS 的一个独立研究领域，它的主要特点是帮助确定地理要素之间新的关系，为用户提供一个解决各类专门问题的工具。这也是 GIS 得以广泛应用的重要原因之一。GIS 的空间分析分为两大类：矢量数据空间分析和栅格数据空间分析。矢量数据空间分析包括：空间数据查询和属性数据分析，缓冲区分析，网络分析等。栅格数据空间分析包括：记录分析、叠加分析、统计分析等。

1.4 地图显示与输出

GIS 可将空间地理信息以地图、报表、统计图表等形式显示在屏幕上，利用开窗缩放工具可以对所显示的地图中的任意点和范围进行无级开窗缩放，也可以按照某一比例尺显示，进行分析对比。还可按照用户需要设置制图符号和颜色，根据编辑好的空间数据分层选择，通过逐层叠加形成各种专题图，通过绘图机、打印机等输出。

1.5 二次开发和编程

大多数 GIS 系统都提供二次开发环境，包括提供专用语言的开发环境，用户可在自己编程环境中调用 GIS 的命令和函数。系统配有专门的控件，供用户的开发语言（C++，VB，VC++， Dephi，…）调用等等。用户可以很方便地编制自己的菜单和程序，生成可视化的用户界面，完成 GIS 的应用功能的开发。

三、抗震救灾 GIS 架构

应用于抗震救灾 GIS 应当具有良好的伸缩性和可配置性，支持多种插件扩展，支持系统界面定制和业务流程定制。由于抗震救灾系统的重要性，系统必须具备灵活的、易扩展的系统构架，并提供明确简单的应用思路。因此，在系统设计上将抗震救灾系统的构建分离为三个层次，由下而上为数据层、组件服务层和应用层。如图 1 所示。

3.1 数据层数据层主要由灾情信息综合数据库构成，数据层的核心数据库为基础地理信息数据库、

灾情基础数据库、灾情专题数据库和地名地址库。基础地理信息数据库主要由基础测绘提供的地理信息，包括道路、植被、水系、居民等等。

灾情基础数据库用于存储不适合在基础地理信息数据库中存储的且在抗震救灾过程中需要跨部门应用的特定基础数据，包括震源分布、道路情况、人员伤亡、等等。灾情业务专题数据库是抗震部门反映抗震管理特征的灾情信息，如救灾信息等等。具体数据分为静态信息和动态信息，静态信息包括救灾人员、设施、设备、等，动态内容包括救援方案、位置监控等等。地名地址库主要根据受灾地区地址自动生成标准地址，然后根据标准地址自动生成地

378

图坐标，从而建立地址编码库。主要用于实现灾区位置信息的快速空间定位。除了核心数据库外，数据层还有多媒体数据库、实时历史数据库等辅助型数据库。多媒体数据库可以存储相关场所的照片、平面图、网页、语音、拍摄视频等数据，以便全面直观地了解重点场所的情况；实时历史数据库主要用于各种地位监控信息。

地图服务空间查询服务数据交换服务实时信息发布组件服务

救援设施管理

救援方案管理灾情分类显示地图信息查询应用层

基础地理信息数据灾情基础数据灾情专题数据地名数据数据层

3.2 应用层

图 1 抗震救灾 GIS 架构图

应用层是系统使用者可以直接接触的部分，可以为抗震救灾工作人员提供以空间信息为核心的信息支持。应用层主要分为两大部分，即抗震救灾辅助分析系统和地震灾区信息采集系统两个子系统。

3.3 组件服务层组件服务层定义了抗震救灾系统所涉及的基本服务和组件，同时系统在这个层次实现与

其它相关系统的集成，而非在应用层进行集成，从而实现应用视图和业务逻辑的分离，增强了核心功能的可复用性，提高了架构的稳定性。组件服务层主要提供了地图服务、空间查询服务、空间定位服务、地址匹配服务、权限控制组件及其它服务。地理信息相关服务主要基于 SuperMap IS.NET 进行二次开发。系统提供的服务不仅面向应用层，同时也面向其它应用系统，可以在其它应用系统中轻松地实现对地理信息系统的集成。同时将 GPS、视频系统等封装到组件层，降低了应用层的复杂度，使得应用层不同的应用模块都可以很容易地集成外部系统的功能。

四、抗震救灾 GIS 功能 4.1 地图基本操作功能实现地图放大、缩小、漫游、全图、距离量算、面积量算、鹰眼导航等功能；按照省、市、县（市、区）、镇四级建立索引，实现快速地图定位；实现遥感影像和各灾情信息数据的显示控制。如图 2 所示。

379

4.2 地图信息查询功能

图 2 震源显示

系统提供属性查询和空间查询两种方式。属性查询：通过名称快速的查询城市、村庄、道路和灾情信息的空间位置，并能查看其属性信息；

空间查询：系统提供圆形、多边形两种空间查询方式，查询一定空间范围内的灾情信息、救灾物资投放信息和人口信息，并分类显示。如图 3 所示。

图 3 信息查询救灾信息采集

系统提供基于村、镇、县的救灾信息采集功能，主要采集地震信息（灾情信息、衍生灾害信息）、人口受灾信息（死亡人口、失踪人口、受灾伤病人口等）、房屋破坏信息（倒塌房屋数量、损坏房屋数量信息）、灾后救济信息（已救济人口、需救济人口、救灾物资发放信息）等。

4.3 动态演播模拟地震灾害的发生后人员疏散及救援方案的实施过程。

如图 4 所示。

图错误！未定义样式。人员疏散动态演播

380