摘要：地震应急基础数据库为灾害评估、救援决策提供重要的数据支持，而数据的时效性是决定抢险救灾工作效率的关键因素。为解决目前应急基础数据库建设中所面临的采集周期长、工时成本高、格式不统一等问题，切实推进应急技术系统信息化，以将数据采集、格式审核、空间展示等功能网络化为主导思想，基于WebGIS构建了B/S架构模式下的地震应急数据管理系统。该系统使用ArcGIS标准地理空间数据库，以ArcGISServer为数据引擎，实现了前台用户Web页面与后台地理空间数据库之间的互操作。同时，使用正则表达式对录入数据的合法性进行审核和约束，从而保证了数据录入“所见即所得、所得即为用”。系统不仅支持PC端，而且还支持iOS、Android等多类型移动终端的访问与操作。系统的建成在较大程度上缩减了地震应急基础数据库建设中数据流通的环节，加速了数据投入产出的时效性，进而保障了震害评估系统产品的合理性和科学性。
关键词：WebGIS；地震应急；数据采集；信息系统
随着我国社会发展进入新时代，防震减灾事业正面临着“从灾后救助向灾前预防，从单一灾种向综合减灾，从减少灾害损失向减轻灾害风险”的三大转变。地震应急不仅仅是震后所采取的紧急抢险救灾行动，还包括了震前所作的各种应急准备[1]。地震灾害具有突发性强、破坏性大、成灾范围广、社会影响深远等特点。地震应急基础数据库作为应急指挥技术系统的重要组成部分，具有综合性强、定性定量、图形化表达等独特优势，是震后实施灾害快速评估、制定科学救援辅助决策重要的数据支撑[2]。因此，地震应急基础数据库必须全面覆盖自然、人文、经济等社会生产与人民生活的细枝末节。开展高效的应急指挥工作是减轻人民生命财产损失的关键，这其中数据的广泛性和时效性将直接决定抗震救灾工作的靶向性和科学性。社会的飞速发展给地震应急基础数据库的更新工作带来了巨大挑战。随着信息技术的发展，人们的日常生活与办公环境正在向着网络化、协同化的方向发展。信息化不仅解决了业务跨平台流转的难题，而且凭借高带宽、高速度的移动无线通讯技术实现了业务服务端的大步前移。在此背景下，提出了研发基于网络地理信息系统（WebGIS）的地震应急数据管理系统的业务诉求，即通过Web页面实现数据的采集、逻辑审核、提交入库，削减了过去繁琐的数据质量人工控制环节，实现了数据的实时采集信息。“所见即所得，所得即为用”，数据将直接为应急指挥提供业务服务，数据投入产出的时效性进一步提升，地震应急指挥技术系统的运行质量得到更加科学合理的保障。
一、WebGIS在数据业务系统中的应用现状
WebGIS作为桌面地理信息系统的延伸，凭借其开放性、互操作性、分布性、动态性的特点，为用户创造了互联网环境下地理空间数据的、共享、互操作等业务应用功能。B/S瘦客户端架构模式促成了系统良好的跨平台性，使业务范围脱离了传统PC端的束缚，实现了在手机、平板电脑等移动智能终端上的应用，进一步推动了业务服务范围的拓展，加速了数据价值的增值。随着大数据时代的来临，对资源管理和数据存储都提出了更加迫切的需求[3]。WebGIS对于多源异构数据的存储、管理以及数据挖掘、可视化分析都具有十分显著的优势。近年来，愈来愈多的学者结合不同行业特征开展了诸多WebGIS业务系统的研发。赵曦[4]基于ArcGISServer开发了陕西省地震观测数据服务系统，该系统采用B/S架构模式，实现了前兆、测震、强震以及GPS等多源地震观测数据的可视化查询及下载等服务，弥补了传统地震观测数据服务平台数据表现形式单一、可用性差、专业门槛高的弊端。何琳[5]利用API技术结合GoogleMap开展了地震应急基础数据库更新方面的初步研究，实现了通过第三方在线地图上利用数据属性进行数据库解析的功能。黄浩[6]采用SuperMap开发了滁州市移动土壤墒情监测系统，实现了数据动态采集、统计分析、墒情监测等功能，用户可以直观快捷地在网络电子地图上查询辖区境内各处土壤的墒情及演化趋势。彭涛[7]等基于Javascript开发了城市公众地理信息服务系统，实现了城市公众地理信息的完善和面向公众的地理服务。张亮[8]利用ArcSDE作为空间数据引擎开发了台风地理信息系统，实现了B/S环境下台风信息的分析、显示、查询，以及预报结果的实时等服务。可见，WebGIS业务系统已被广泛应用于地震、农业、气象、公众服务等各个行业，组件嵌入式、API、Javascript、OpenLayers等一系列研发技术被提出并得到实际应用，在防灾减灾中应急事件快速响应、态势数据动态获取、公众信息实时等方面发挥着显著成效。
二、系统总体设计
（一）需求分析
作为地震应急基础数据库应具备地图、社会经济统计、地震基础数据、工程地震资料、灾害影响背景、灾害相关因素、救灾力量储备、震时紧急联络以及地震应急预案共九类数据（依据《地震应急基础数据库数据约定》）[9]。数据涉及行业多、范围广，目前的数采工作仍采取单位逐级上报统计报表，顶层单位统一整合的工作体制，更新频次更是以“年”为单位。在具体实施过程中，由于数据流转环节多，统计单位不统一、报表格式变动、时效拖沓等弊端屡屡出现，而且传统统计报表在形式上也给最终的数据整合造成大量的工时消耗。研建地震应急数据管理系统是提高地震应急指挥技术信息化水平的迫切诉求。功能Web化、工作量分布式分配、多人异地协同工作，实现数据处理过程标准化、流程化、自动化，将应急指挥者、决策者、系统管理者从繁重的人力劳动中解放出来，让其更多的是关注数据的使用而不是数据的制作。
（二）系统流程设计
系统采用B/S瘦客户端架构模式，可满足访问终端多元化、数据服务实时共享化，以及数据操作分布协同化的需求。据此，系统架构可分为数据层、服务层、业务层（图1）。通过在服务器端布设地理信息系统平台实现对空间数据和属性数据的吞吐；以数据引擎作为中间件，建立前台业务与后台服务之间的互操作关系。同时，为了减轻数据在传输和读写过程中对网络及服务器的压力，将数据审核模块直接融入到前台用户界面，从数据入口即实现对数据质量的把控。用户通过PC、Pad、xPhone等不同类型的终端，借助有线或无线通讯网络方便快捷地实现对WebGIS服务的并发访问及互操作。用户对系统的访问需求可分为两类，一类是信息查询，一类是数据操作。用户身份认证等基础信息服务由Web服务器提供，仅当用户发起地理信息查询操作请求时，调用GIS应用服务器，并通过数据引擎对地理信息空间及属性数据库进行操作。特别指出的是，用户在进行数据写操作时，将触发前台数据质量审核模块，系统根据数据标准化规范对用户所录入的数据进行格式、逻辑等方面的质量审核，当满足条件时，对数据放行写入后台数据库；否则，提示错误类型并为用户提出修正建议。
三、模块功能开发
（一）系统环境部署
系统以IIS（InternetInformationServices）和Framework3.5作为底层组件提供网络信息服务和面向对象的编程环境。在VisualStudio2010环境下进行系统架构及各功能模块的开发，并选用C#语言实施代码编辑。数据层使用SQLServer2008提供地理数据的吞吐、储存、管理，服务层则采用ArcGISServer10.0作为地理信息系统引擎，从而实现用户与系统之间前后台数据流的交互操作。
（二）数据采集模块
根据用户的数据需求，将数据采集分为空间数据与属性数据两类。空间数据主要包括：台站、断裂带、重点目标、交通设施等；属性数据主要包括：人口、GDP、联络信息等。空间数据采集为用户提供在地图界面环境下的游览、添加、删除、查询等在线操作功能。同时，针对空间数据的添加，又细分为用户直接标注或根据经纬度自动定位标注两种方式。属性数据则为用户提供了山东省各Services）和Framework3.5作为底层组件提供网络信息服务和面向对象的编程环境。在VisualStudio2010环境下进行系统架构及各功能模块的开发，并选用C#语言实施代码编辑。数据层使用SQLServer2008提供地理数据的吞吐、储存、管理，服务层则采用ArcGISServer10.0作为地理信息系统引擎，从而实现用户与系统之间前后台数据流的交互操作。
（三）数据采集模块
根据用户的数据需求，将数据采集分为空间数据与属性数据两类。空间数据主要包括：台站、断裂带、重点目标、交通设施等；属性数据主要包括：人口、GDP、联络信息等。空间数据采集为用户提供在地图界面环境下的游览、添加、删除、查询等在线操作功能。同时，针对空间数据的添加，又细分为用户直接标注或根据经纬度自动定位标注两种方式。属性数据则为用户提供了山东省各县市区行政区域名称的明细表单。用户通过对行政区域、数据类别的选择，直接进行相关数据的查询、编辑。同时，为提高数据的逻辑性、可靠性及系统使用的便捷性，系统设置了自动合计功能，用户只需输入各节点信息后，系统将自动计算出该区域同类数据的总和信息。
（四）数据审核模块
为保证数据的逻辑性，提高数据采集的质量，建立了数据标准化审核机制，并将其嵌入前台用户的操作界面中。将审核机制置于前台运行，减少了后台服务层的数据处理负载，减少了系统的并发访问量，减少了数据流吞吐的传输成本，不仅提高了系统的运行效率，而且保证了系统的稳定运行。数据审核利用正则表达式的方法得以实现。正则表达式是对字符串操作的一种逻辑公式，即利用预先定义好的特定字符或字符组合建立一个“规则字符串”，然后利用这个“规则字符串”对被审核数据进行逻辑过滤。以人口数据为例，由于人口数据具有整型的逻辑性质，因此，建立正则表达式约束条件，实现对用户录入的数据是否整型实施逻辑判断。
四、系统测试
系统在VMware虚拟机上实现了安装部署，从用户界面、空间及属性数据互操作、移动客户端访问、系统承载能力四个方面对系统进行了测试，并面向全省多级地震应急部门提供了上线试运行。经过测试，系统用户界面简洁友好、操作功能简单易用；数据审核机制响应快速且判断正确、有效；不仅针对传统的PC端，基于iOS及Android等移动智能客户端在4G移动互联网络环境下同样具备对数据的访问与互操作能力。由于系统采用的是非池化注册版本，数据的分布式操作能力得到进一步提升，保证了在并发操作过程中数据的一致性。
五、讨论
系统的建立基本满足了目前地震应急工作中数据交互、采集入库、质量审核的工作需求，且支持包括移动设备在内各类浏览器的访问与互操作，实现了数据快速入库，缩减了人力和时间成本，提升了数据的时效性。但是该系统在数据类别、指标控制方面仍存在一定的短板。例如，用户无法实现新增采集项目、变更计量单位等，从而影响了系统的动态性和可用性。随着应急基础数据涉猎面的更加广泛，层级的更加深化，提升系统的伸缩性是值得今后进一步研究和完善的重点工作。在移动互联网络迅猛发展的时代背景下，APP因具备与硬件底层功能相互通、节省带宽成本、为用户提供更加丰富的媒介表现形式等优势，在移动客户端上得到快速发展。研发基于移动客户端的应急基础数据采集APP可进一步提升系统的可用性、易用性，也为灾情上报、地震预警等研究提供了一定的解决途径。“大数据”已然成为应急管理的时代特征。在应急指挥工作中，对决策结果的需求正从“预报”转变为“实报”[10]。在实际应用中，更加强调数据的分析、结果的实时性以及报告的精准性，这对数据的采集和更新机制提出了更高的要求。随着视频监控、无人机、三维建模等技术的发展，应急基础信息的来源得到空前的扩展，音视频、三维影像、虚拟现实等愈来愈多的新媒体资源不断涌现，地震应急基础数据已不再局限于传统的线条、数字、文本等形式，它对流媒体的采集、管理和应用提出了更加迫切的需求。
六、结论
针对目前地震应急数据管理工作中存在的数据流转环节多、统计单位不统一、报表格式多样化等诸多问题，采用B/S架构模式研发了基于WebGIS的地震应急数据管理系统。系统为用户提供了直观易操作的地图、表格兼备的多样化数据录入方式。通过在用户前台界面中设计正则表达式的方法，实现了对数据质量的把控，不仅从入口处规范了数据质量，而且有利于节约网络带宽，优化了系统效率。系统不仅满足传统PC端的访问，而且能够满足用户在移动智能终端上的访问及数据操作。系统的建成使用，必将进一步提升地震应急数据质量，加速数据投入产出的时效性，为应急指挥决策提供更加精准的数据保证。
作者:杨玉永 徐秀杰 娄世平 刘瑞峰 单位:山东省地震局
