兼顧志愿者地理信息的國家應(yīng)急測繪公眾服務(wù)平臺設(shè)計

楊 靚，黃 蔚，查祝華，張紅平

(國家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830)

我國是世界上自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一，國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十三五”規(guī)劃綱要明確要求，要提升防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力、強化突發(fā)事件應(yīng)急體系建設(shè)。應(yīng)急測繪保障服務(wù)是貫穿突發(fā)事件預(yù)防、應(yīng)對、處置和恢復(fù)全過程中的重要基礎(chǔ)工作，是國家突發(fā)事件應(yīng)急體系的重要內(nèi)容。應(yīng)急公共服務(wù)平臺建設(shè)是應(yīng)急測繪保障服務(wù)能力建設(shè)中的一項重要工作，面向公眾搭建應(yīng)急測繪信息的快速服務(wù)平臺。志愿者地理信息(volunteered geographic information，VGI)具有現(xiàn)勢性強、更新快、來源廣泛的特點，國家應(yīng)急測繪公眾服務(wù)平臺的設(shè)計充分考慮對VGI的集成應(yīng)用，以滿足應(yīng)急突發(fā)事件及救援支撐信息的快速發(fā)布需求。本文將結(jié)合VGI的特點及采集利用模式，對應(yīng)急測繪公眾服務(wù)平臺的設(shè)計思路進行研究和探討。

1 VGI及其應(yīng)用研究

1.1 VGI概述

近年來，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用由Web 1.0的單向瀏覽發(fā)展為Web 2.0的雙向互動，地理信息服務(wù)模式也從單向的Web應(yīng)用轉(zhuǎn)變?yōu)榻换ナ降碾p向協(xié)作，使得用戶既是信息的使用者，也是信息的生產(chǎn)者[1-2]，志愿者地理信息(VGI)就是在這一時代背景下，在2007年由Goodchild首先提出。文獻[3]認(rèn)為“人人都是傳感器(citizens as sensors)”。文獻[4]指出，VGI數(shù)據(jù)的意義在于補充地理框架數(shù)據(jù)的不足，提供豐富的細(xì)節(jié)及準(zhǔn)實時更新，它使地理信息的生產(chǎn)不再僅僅依靠專業(yè)人員，而是以大量非專業(yè)用戶為信息的義務(wù)提供者。

隨著網(wǎng)絡(luò)地理信息的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對VGI的研究逐漸深入，VGI的采集、生產(chǎn)和發(fā)布等形成了一套完整的體系，一般可以分為用戶層、展示層、中間層和數(shù)據(jù)層[5]，如圖1所示，各層內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)相互鏈接。用戶層主要由志愿者、管理員和普通用戶構(gòu)成；在展示層，用戶可以通過PC機器HTML、安卓、iOS等終端進行信息瀏覽、查詢和互操作；在中間層，志愿者通過協(xié)同式GIS和分布式數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的共享；在數(shù)據(jù)層，主要進行地理信息數(shù)據(jù)的存儲和管理，構(gòu)建集志愿者提供數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)和專題地理信息數(shù)據(jù)于一體的數(shù)據(jù)體系。

1.2 VGI在應(yīng)急服務(wù)平臺建設(shè)中的應(yīng)用

在國外，利用VGI獲取數(shù)據(jù)的模式已較成熟，且大多采用網(wǎng)絡(luò)社區(qū)形式進行災(zāi)情信息獲取、管理[6]和分享。文獻[7]采用VGI思想制作了應(yīng)對災(zāi)害的網(wǎng)絡(luò)社區(qū)平臺，允許所有居民在災(zāi)害發(fā)生后，在該平臺上對各種數(shù)據(jù)進行編輯，進而實現(xiàn)政府與居民、居民與居民之間的數(shù)據(jù)共享，并成功應(yīng)用于日本藤澤市和島田市的地站災(zāi)害中；文獻[8—9]制作發(fā)布的Ushahidi平臺成功應(yīng)用于2010年1月12日海地大地震、2011年3月的日本大地震及2012年夏季俄羅斯大火災(zāi)，該平臺也是基于VGI思想集成了災(zāi)害現(xiàn)場的實時信息和多媒體數(shù)據(jù)。

當(dāng)前，國內(nèi)對利用VGI模式進行應(yīng)急數(shù)據(jù)采集的研究并不多，但有較多學(xué)者利用移動GIS對數(shù)據(jù)的獲取進行了研究，如文獻[10]設(shè)計的災(zāi)情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，文獻[11]設(shè)計的水污染數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以及文獻[12]等利用PDA設(shè)計的臺北市城市應(yīng)急系統(tǒng)等。

由此可見，VGI在我國地理信息應(yīng)用，特別是應(yīng)急救災(zāi)和公眾服務(wù)方面的應(yīng)用急需進一步規(guī)范化和深入開展。國家應(yīng)急測繪公眾服務(wù)平臺迫切需要VGI信息的加入，一方面可以提高數(shù)據(jù)的豐富程度和時效性，另一方面也為用戶提供更加廣闊的應(yīng)用場景。

2 兼顧志愿者地理信息的國家應(yīng)急測繪公眾服務(wù)平臺設(shè)計

2.1 平臺概況

國家應(yīng)急測繪公眾服務(wù)平臺是我國應(yīng)急測繪保障能力建設(shè)中的一項重要任務(wù)，建設(shè)目的是基于互聯(lián)網(wǎng)面向社會公眾及時發(fā)布應(yīng)急基礎(chǔ)地理信息和災(zāi)情專題信息，為社會公眾提供服務(wù)；基于在線方式，面向媒體宣傳需求，建立災(zāi)情演示系統(tǒng)等。

國家應(yīng)急測繪公眾服務(wù)平臺主要依托現(xiàn)有地理信息公共服務(wù)資源和支撐能力，結(jié)合測繪保障工作的實際需求，集成和發(fā)布應(yīng)急基礎(chǔ)信息、應(yīng)急專題信息和應(yīng)急事件信息3類重要信息。VGI是在專業(yè)化信息采集的基礎(chǔ)上，由應(yīng)急事件發(fā)生現(xiàn)場的公眾提供實時的災(zāi)情定位、災(zāi)情描述及救援情況等信息，能夠在很大程度上提高公眾服務(wù)平臺信息發(fā)布的時效性。同時考慮到這類信息采集和發(fā)布與專業(yè)測繪地理信息有較大不同，因此公眾服務(wù)平臺的設(shè)計必須兼顧這一特殊信息來源的采集、整合及利用。

2.2 VGI采集與利用流程設(shè)計

基于對VGI特點研究，確定了國家應(yīng)急測繪公眾服務(wù)平臺VGI信息采集與利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和主要流程，如圖2所示。

2.2.1 數(shù)據(jù)模型建立

為了確保VGI信息的準(zhǔn)確可用，首先需要根據(jù)信息的整合利用需求，構(gòu)建統(tǒng)一的信息采集模型；然后預(yù)先確定好數(shù)據(jù)內(nèi)容、字段類型及限制，以表單方式向信息提供者收集必要的、結(jié)構(gòu)化的應(yīng)急事件信息；最后確保收集到的數(shù)據(jù)在最大程度上可用。如圖3所示。

2.2.2 信息采集

開發(fā)應(yīng)急事件標(biāo)繪功能，提供統(tǒng)一的事件標(biāo)繪符號庫及信息收集表單進行各類應(yīng)急事件和現(xiàn)場信息的收集和圖上表達。同時，用戶可以基于平臺提供的地圖底圖為基礎(chǔ)，結(jié)合查詢搜索功能，準(zhǔn)確定位標(biāo)繪點位置?？紤]到互聯(lián)網(wǎng)用戶來源的不確定性，為了防止惡意標(biāo)繪，登錄國家應(yīng)急測繪公眾服務(wù)平臺的用戶必須基于統(tǒng)一的用戶實名認(rèn)證，最大程度上確保信息來源的穩(wěn)定性和合法性。

2.2.3 數(shù)據(jù)清洗

考慮到VGI質(zhì)量的不可預(yù)測性，為達到權(quán)威發(fā)布的目的，必須對數(shù)據(jù)進行清洗和審核。采用成熟的專業(yè)數(shù)據(jù)處理工具，利用一定的數(shù)據(jù)清洗原則，對數(shù)據(jù)邏輯進行檢核，確保標(biāo)繪內(nèi)容與實際位置相符合，同時去除重復(fù)數(shù)據(jù)、非法內(nèi)容等不符合收集和發(fā)布要求的“臟數(shù)據(jù)”，清洗后的數(shù)據(jù)方可進入審核環(huán)節(jié)。同時設(shè)置必要的人工審核環(huán)節(jié)，從信息表達和公開發(fā)布要求等角度，對事件信息進行核實和過濾。在此基礎(chǔ)上，針對政府或?qū)I(yè)用戶實行免審，無需通過后臺審核，直接發(fā)布權(quán)威信息，確保實時信息的快速發(fā)布。

2.2.4 可視化表達

通過審核后的應(yīng)急VGI信息以應(yīng)急事件的方式在平臺上發(fā)布。由于VGI來源廣泛，但覆蓋區(qū)域極其不均勻[13]，很難達到均一化覆蓋。同時，海量VGI數(shù)據(jù)在有限視域內(nèi)無法實現(xiàn)清晰表達，因此可視化采用基于網(wǎng)格和距離的點聚類算法[14]，以一定統(tǒng)計單元內(nèi)目標(biāo)點的個數(shù)為表達對象，實現(xiàn)可視化效果的提升。同時，以事件信息列表和一定的篩選功能，確保對具體事件的準(zhǔn)確定位。

2.2.5 信息分析與數(shù)據(jù)挖掘

志愿者地理信息蘊含著豐富的社會化屬性、語義信息和時序信息[15]，因此需要通過必要分析和挖掘手段實現(xiàn)更多知識的發(fā)現(xiàn)和提取。開發(fā)圖層內(nèi)及跨圖層統(tǒng)計分析功能，對應(yīng)急災(zāi)害事件的時空分布規(guī)律、聚合程度等情況進行分析，通過與救援基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)急避難場所等應(yīng)急救援信息疊加，得到災(zāi)情分析和救援指揮相關(guān)知識，通過與地形地貌、道路交通等信息疊加，為應(yīng)急救援、防災(zāi)減災(zāi)等工作提供參考。

2.3 總體架構(gòu)設(shè)計

應(yīng)急測繪公眾服務(wù)平臺的總體框架設(shè)計面向公眾在災(zāi)害和突發(fā)事件應(yīng)急管理中對地理信息的迫切需求，采用微服務(wù)技術(shù)架構(gòu),主要分為運行層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層、表示層和用戶層[16-17]。總體架構(gòu)如圖4所示。

2.3.1 運行層

運行層是系統(tǒng)建設(shè)的外部基礎(chǔ)，為系統(tǒng)建設(shè)提供硬件環(huán)境、軟件環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，是系統(tǒng)運行、數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡(luò)通信等環(huán)節(jié)的必要因素。硬件環(huán)境包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、存儲設(shè)備、移動端、前端采集設(shè)備、辦公電腦等；涉及的軟件環(huán)境包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件、支持環(huán)境軟件、瀏覽器及插件等；涉及的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境包括機房、路由器、防火墻、寬帶服務(wù)等。

2.3.2 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要通過關(guān)系型、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，存儲測繪基礎(chǔ)地理信息、應(yīng)急專題信息、應(yīng)急志愿者地理信息等。測繪基礎(chǔ)地理信息包括各級比例尺測繪地理信息數(shù)據(jù)、天地圖服務(wù)數(shù)據(jù)；應(yīng)急專題信息包括由基礎(chǔ)地理信息進行提取、整合和利用得到的基礎(chǔ)設(shè)施類數(shù)據(jù)，以及通過網(wǎng)絡(luò)手段獲取并動態(tài)存儲和發(fā)布的權(quán)威部門應(yīng)急專題數(shù)據(jù)；應(yīng)急志愿者地理信息主要是志愿者自發(fā)標(biāo)繪和上傳的應(yīng)急事件點及其描述性信息。

2.3.3 服務(wù)層

服務(wù)層是連接數(shù)據(jù)和應(yīng)用的紐帶，也是功能模塊的基礎(chǔ)單元，為應(yīng)用層提供組件化、模塊化的功能支撐。平臺主要包括兩大類服務(wù)：基于OGC標(biāo)準(zhǔn)的地理服務(wù)和基于W3C標(biāo)準(zhǔn)的Web應(yīng)用服務(wù)?；A(chǔ)服務(wù)包括瓦片地圖服務(wù)、多時相服務(wù)等；應(yīng)用服務(wù)主要實現(xiàn)功能級應(yīng)用，包括地名搜索、路徑規(guī)劃、(逆)地理編碼、行政區(qū)劃等服務(wù)；矢量服務(wù)是基于后臺矢量數(shù)據(jù)的OGC標(biāo)注服務(wù)、矢量渲染服務(wù)及應(yīng)急專題圖層等；專題服務(wù)面向應(yīng)用對象，實現(xiàn)標(biāo)繪制圖、統(tǒng)計分析和網(wǎng)頁分享等服務(wù)功能。

2.3.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層面向各類用戶的應(yīng)用需求，提供應(yīng)用處理及信息服務(wù)功能。采用基于典型前后端分離的微服務(wù)開發(fā)模型，各模塊之間遵循“高內(nèi)聚、低耦合”原則，采用“分而治之”的思想，把各模塊需要解決的關(guān)鍵問題劃分開分別解決，易于控制、延展和分配資源。主要包含要素內(nèi)容處理、定位精度處理、資源登記注冊、資源查詢定位、網(wǎng)站動態(tài)創(chuàng)建及管理、應(yīng)急專題信息地圖展示、應(yīng)急專題信息疊加與圖層管理、應(yīng)急信息查詢、應(yīng)急信息統(tǒng)計、應(yīng)急信息分析、影像對比分析、應(yīng)急事件標(biāo)繪與管理、多媒體信息管理及用戶管理等應(yīng)用功能。

2.3.5 表示層

表示層是直接與用戶進行交互的系統(tǒng)部分，包括其表現(xiàn)載體和表現(xiàn)形式。表現(xiàn)形式包括地圖定位、數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計圖表、服務(wù)管理、數(shù)據(jù)展示、專題圖等。

2.3.6 用戶層

用戶層即與平臺相關(guān)的人員或組織。普通用戶可以基于平臺進行信息查詢?yōu)g覽，疊加各類服務(wù)進行統(tǒng)計分析；系統(tǒng)注冊用戶在普通用戶權(quán)限基礎(chǔ)上，依用戶類型可以進行應(yīng)急事件信息的標(biāo)繪上傳，是信息的主要貢獻者，同時可以基于平臺提供的各類服務(wù)，進行多種應(yīng)急信息的疊加分析，進而定制應(yīng)急專題網(wǎng)頁并分享。

3 結(jié) 語

國家應(yīng)急測繪公眾服務(wù)平臺是應(yīng)急測繪保障能力建設(shè)項目中的一項重要建設(shè)工作，肩負(fù)著向社會公眾發(fā)布和共享應(yīng)急測繪基礎(chǔ)地理信息、應(yīng)急專題資源和多維度多媒體應(yīng)急事件信息的任務(wù)。本文通過對兼顧志愿者地理信息的國家應(yīng)急測繪公眾服務(wù)平臺設(shè)計思路、數(shù)據(jù)資源體系、技術(shù)架構(gòu)及功能模塊設(shè)計的探討，力求總結(jié)出一套VGI信息在應(yīng)急公眾服務(wù)中的利用方式，在應(yīng)急信息資源共享和服務(wù)平臺共建方面進行了新的嘗試，為我國突發(fā)事件應(yīng)急體系建設(shè)提供了有益實踐。