浅析突发公共安全事件应急平台数据库的组织与管理

张金星费海新

摘要：突发公共安全事件应急平台是基于GIS技术、GPS技术、计算机仿真技术、视频会议、通讯系统、指挥系统、应急决策系统等强大功能集成的应急指挥平台。本文详细介绍了突发公共安全事件应急平台中数据库的组织与管理。

关键词：突发公共安全事件；应急平台; GIS技术；数据库

Abstract:: public safety emergency response platform is based on GIS technology, GPS technology, computer simulation technology, video conferencing, communications facilities and command system, decision support system for emergency emergency command of powerful features such as integrated platforms. This article details the public safety emergency platforms in the Organization and management of the database.

Keywords: public safety events; emergency platform; GIS technology database

[中图分类号] TM715[文献标识码]B [文章编号]

为应对国际性恐怖袭击事件、重大刑事事件、涉外突发事件、重大灾害、公共卫生事件、群体性暴力事件、政治性骚乱等重大突发公共安全事件的威胁并做好预防性安全应急管理，2006年1月8日，国务院发布了《国家突发公共事件总体应急预案》，作为总纲领在未来长时间内指导和推进国家应急体系建设和公共安全应急平台建设。突发公共安全事件应急平台是基于GIS技术、GPS技术、计算机仿真技术、视频会议、通讯系统、指挥系统、应急决策系统等强大功能集成的应急指挥平台。该应急平台由三个系统构成: 信息获取系统、应急智能系统和决策指挥系统。

信息获取系统负责应急平台中数据和信息的收集获取及管理。

从指挥中心性能和实时性要求较高的角度考虑, 系统软件体系架构采用了基于 C/S(Client/Server) 的标准三层架构, 包括数据层、业务层和交互层。运行流程如图1所示：

图１消防应急平台软件框架图

公共安全应急平台建设的主要目的之一就是为了综合城市中公共安全相关的各类信息，如：地理信息系统、危险源分布、救援力量分布、医疗救护、物资保障等等，并对其进行统一的存储和管理，以保证突发公共事件发生时，相关职能部门可以利用应急平台迅速的查找相关信息和资源分布，并能依据应急平台的预案数据库和决策支持系统，通过计算机仿真模拟，从而得出最佳处置方案。

一、 数据库的组织

城市公共安全应急平台的数据库包括两大类：一类是基础地理信息数据库；一类是针对城市安全问题的公共安全专题信息数据库。

1、基础地理信息数据库

基础地理信息数据库用于组织和存储城市安全规划、城市安全管理、事故应急救援辅助决策支持涉及对象的地理位置、地理分布和尺寸信息等空间数据。基础地理信息数据库为公共安全应急提供强有力的空间数据支持，遥感数据、数字地形数据和 DEM 数据的迭加，可以更加直观和逼真，同时也为应急决策提供空间分析功能，辅助应急救援工作的顺利开展。 基础地理信息数据库主要包括城市地理信息数据库和公共安全相关数据库。以及等等。

a) 空间数据。空间数据采用 G IS(地理信息系统)软件系统来管理。主要包括: 城市 1：2000、1：1000 和 1：500大比例尺地形数据库、城市道路交通数据库、城市主要地名数据库、城市遥感影像数据库、建筑物数据库等等。

b) 公共安全相关数据。公共安全信息数据库采取空间信息与描述信息 (属性信息)一体化存储的模式，主要包括: 重大危险源数据库、安全重点单位数据库; 专业救援力量和社会救援力量数据库、城市消防栓数据库、医疗力量数据库、公安机构数据库、电力线路数据库、城市地下管网数据库、避难场所 (人防、广场、公园、绿地) 数据库、应急物资供应数据库。、天文气象数据库、法律法规数据库等等。

2、 公共安全专题信息数据库

公共安全专题信息数据库用于组织和存储自身存在危险性或有安全需要的对象的属性信息，此类对象是城市安全规划、城市安全管理和辅助决策支持等过程所关心的主要对象。它是整个应急平台数据库的核心内容，为安全规划、应急辅助决策、统计分析等安全工作提供强有力的资料支持。

公共安全专题信息数据库主要包括以下数据：灾害发展模型数据库、应急预案数据库、应急辅助决策数据库等等。

(1) 灾害发展模型数据库

包括地震模型、火灾蔓延模型、污染源扩散模型、人员疏散模型和火灾损失预测与评估模型。

a)地震模型

b)火灾蔓延模型

城市中火灾蔓延模型可以用元胞自动机理论来建立。元胞自动机理论在森林火灾模拟方面已有运用, Yamada、Takizawa等人和Xie、Sakamoto等人尝试运用元胞自动机理论来进行城市火灾模拟的研究。元胞自动机将城市划分成多个元胞。元胞的尺寸可设置为3m ×3m , 该尺寸可由Jirou 和Kobayashi 提出的公式估算得到。在风速V 条件下, 火传播的最远距离为

D/m = 1. 15[5 + 0. 5V/(m•s- 1) ]．(1)

城市区域火灾蔓延主要受以下三方面的因素影响: 建筑因素、天气的情况和建筑区域的特性。建筑因素主要包括: 建筑的物质材料、楼层面积、通风开口面积、楼层的高度等。天气因素在此简化为对风速和风向的讨论。这些因素影响到火灾蔓延的方向、范围以及火灾蔓延的可能性等方面。建筑区域的特性主要包括空地大小和方位、房屋所处地面的坡度以及道路的情况信息。这些因素用来反映控制火势的蔓延情况。根据式(1) , 火蔓延影响到的邻居元胞范围可以由图2（a） 表示, 根据风速的不同, 影响范围会发生明显变化。W ij是风因素, 包括了风速和风向两个方面的内容。

图2火灾蔓延时受影响的邻居元胞示意图

模型中将元胞的状态分为5 个等级(0～ 4) , 分别为: 不可燃、可燃但未燃、已燃但不具备蔓延能力、剧烈燃烧且具备蔓延能力、燃尽。火灾是否发生蔓延, 可以从元胞( i, j ) 的状态是否从1 变到2 来判断, 判断依据可由火灾蔓延因子Fij来决定, 即

Fij = ∝(SijPij )Wβijp (tkl). (2)

其中: ∝是火灾蔓延速度调整因子; S ij 是建筑结构参数; P ij 为建筑的火灾木质率, 也就是将建筑可燃的部分转化为木材的比率;β为调整因子(β> 0) ; p( tk l) 表示元胞(k, l) 的火传播能力。除β外, 这几个参数值的范围从0 到1。

c)污染源扩散模型

d)人员疏散评估模型

人群安全疏散的判据是“可用安全疏散时间(ASET )”是否大于“必需安全疏散时间(RSET)”,灾害事故预测模拟可以给出这两个时间的长短比较。基于空间地理信息, 可对市区范围的人员疏散进行模拟, 同时选择避难区给出人群应急疏导和避难的优化策略。模型中主要用来计算建筑中的人员疏散到室外的时间可以用Togawa 经验公式来计算, 即

Tmove-b =N a/W effC+L m in/V r. (3)

其中: C 表示通过安全出口的疏散能力, 即单位流量, 一般取值为1～ 1. 2; N a表示建筑内的疏散总人数; W eff表示疏散出口的总有效宽度, 即建筑物的对外出口的总宽度; V r是人员运动速度; L m in为人员到出口的最短距离。街区步行疏散时间是指疏散到室外的人员步行疏散到避难区的时间为

(4)

其中: D i表示第i 条街道的距离, a 为交通影响系数, 与道路交通密度有关。

e) 火灾损失预测与评估模型

财产损失可根据火灾蔓延模型对应元胞的状态加以计算, 而人员伤亡以人员疏散模型计算的建筑疏散情况进行预测, 这样系统就可以对火灾在不同时间点可能导致的损失进行评估。火灾直接财产损失包括房屋、构筑物、设备和其他财产的损失, 在具体统计时, 按公安行业标准进行计算。

(2) 应急预案数据库

现有的大部分应急预案多数是传统文本式预案, 多按照统一的制式依靠经验制定,其科学性和针对性亟待提高。相对于数字应急预案有着缺乏火灾科学模型支持、形式枯燥、查询困难、表达不直观、可操作性差等缺点。数字预案吸取了现有预案的优点和长处，以应急平台为载体，利用数字技术与信息技术、火灾科学与安全科学技术、数据库技术、GIS技术、图像显示技术等现代技术，使得预案的制定和落实更为科学规范，通过完整的、科学的数据模型建立全面而具体的数字应急预案，其设计如下：

一方面,数字应急预案建立在应急平台的数据库系统、GIS 系统等基础上, 利用计算机技术将以往文本式的资料数字化, 通过分析应急预案的关键节点对其结构化, 形成有针对性的实战方案和预案实施指南。另一方面,数字预案把灾害科学应用到预案制定中, 通过灾害发展模型、人群疏散模型等对不同场景和条件下的科学计算, 对重点保护建筑或建筑群制定相应的预案块, 对于一个灾害场景计算出许多时间序列, 可以选择任意一个时刻灾害场景的情况和救援方案。此外，还可以在系统中事先假设灾害场景,通过数据库查看现场周边环境和建筑信息, 调用周边救援力量进行低成本、高效率的演练。

(3) 应急辅助决策数据库

应急辅助决策数据库是在数据库基础和GIS技术表现手段上提供的一系列辅助决策工具。它将灾害发展模型、人员疏散模型、火灾损失预测等模型, 与接警空间定位、最佳路径分析、应急力量调度与管理以及事故应急决策等指挥调度模式相融合, 辅助灾害数据处理、模拟分析、应急指挥调度及控制显示等功能, 提高从接警到处置灾害过程的效率, 快速确定灾害源、援救、疏散方案以及灾害蔓延范围, 从而提高决策指挥的现代化水平和整体作战能力。主要包括以下方面支持:灾害发生地点快速定位；周边环境缓冲区快速查询分析；责任救援队伍的确定；疏散路线、救援路线等优化确定；作战指挥方案的标绘。

二、 数据库技术构成

1、 数据库的优化

(1) Oracle 数据库的优化设计

Oracle 数据库的优化设计是 ArcSDE 高效运作的保障，也是整个平台运行效能的根本。Oracle 数据库性能的优化主要从内存分配、磁盘 I/O、回滚断、CPU 的使用等几个方面来考虑。

a) 调整内存分配

主要包括：数据库高速缓存区的度量和优化；库缓冲区的度量和优化；数据字典缓冲区的度量和优化；排序区的度量和优化。

b) Oracle 磁盘 I/O 优化

主要包括：优化表空间和数据文件；优化块和区间。

1.2. ArcSDE 的优化 和 Oracle 系统相同，典型的 ArcSDE 安装过程很方便，但没有经过配置和调整的 ArcSDE不会获得满意的效能。ArcSDE 的优化主要从 DBTUNE 表和调整空间索引两个方面来优化处理。

2、地形图的批量入库

在城市公共安全应急平台中，数据的多源、多尺度性是其重要的特征，同时也是为城市突发公共安全事件应急提供快速、准确的辅助决策支持所必须的，因此建立一个通用的数据转换与批量导入模块就显得意义重大。而建立一个通用的批量导入功能模块，需要弄清楚各种 AutoCAD 数据之间的共性和差异性，将共性的部分保留，存在差异的部分提炼出来供用户录入。

根据在实际项目的经验总结，AutoCAD 资料之间主要存在的差异部分的几个关键参数如下：图幅编码；图幅长、宽；要素的分层等。

在本系统中，该通用 CAD 数据导入功能模块，主要提供了远程数据和本地个人 GeodataBase 数据库的自由连接，用户可以自定义数据导入的各种参数和要素集名称。该模块主接口入下图 ３ 所示。

图３：模块主接口

3、异构数据的处理与更新

所谓异构数据有两种含义：网络的异构和数据格式的异构。本应急平台中数据源的格式繁多，有 DWG、Shp、Tab 和遥感影像图等等。尤其是 DWG 图形格式数据量巨大，它是建立空间数据库的基础。 而数据转换实际上就是将AutoCAD 数据中要素提取出来，分门别类的存入相应的数据表中的一条记录。但在数据转换前，先要将GIS 和CAD 这两种数据格式之间建立清晰的转化链接，合并一些同属性图层，清理不必要的冗余数据。对于不易实现的转换内容要做好处理，如：多边形在AutoCAD 中可能完全没有闭合，因此在转换前要首先通过人机交互或编制应程序来将图中明显的错误纠正过来，以免在转换时出现问题。数据转换的流程如下图4 所示：

4、 三位图数据的生成和处理

在城市突发公共安全事件应急辅助决策中，城市大范围内的三维景观图对于决策的制定、以及救援路线的选择、救援措施制定都有很大帮助作用。因为它非常直观和形象的反映了城市的概况和面貌，包括道路、房

图４数据转换流程图

屋建筑、湖泊河流等等。三维景观视图既是反映城市的整体概况和面貌，又具有快速、实时、成本低廉的优势，

在城市公共安全应急平台的突发事件应急辅助决策中发挥重要的作用。对于三维图的可视化的实现，是利用ArcGIS 的ArcScene 控件来实现的。效果图如下图5 所示：

图５：三维可视化效果图

三、 总结

通过本文的研究，根据突发公共安全事件应急的需求，研究和分析了突发公共安全事件应急平台中数据的分类、组织和管理，并对数据库进行了逻辑设计和优化设计，实现了地形图的批量入库和城市大范围景观图的快速生成。同时，本应急平台可以从分布式的平台数据库设计与实现、模型库的设计等两个方面来进一步进行探讨和研究，并且结合应急救援和日常安全管理工作的实际，从理论和应用两个方面来进一步完善。

参考文献：

[ 1 ]李华东.基于GIS 集成化的消防指挥系统. 指挥技术学院学报．

[ 2 ]苏子林,陈章良. 中小城市消防通信指挥系统的设计与实现.电脑开发与应用．

[ 3 ] 陈涛,翁文国等．基于火灾模型的消防应急平台架构和功能分析．清华大学学报(自然科学版)．

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。