基于地理空間的公共安全風(fēng)險編碼研究

朱俊豐

重慶鏈圖信息技術(shù)有限公司 重慶 400021

引言

按照我國突發(fā)事件的分類標(biāo)準(zhǔn)，公共安全風(fēng)險分為自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生和社會安全四大類，這些公共安全風(fēng)險的管理，一般是按照行政區(qū)劃和行業(yè)劃分進(jìn)行屬地管理的。由于不同行業(yè)、不同地區(qū)有自己的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或者管理規(guī)范，當(dāng)要進(jìn)行跨區(qū)域、跨部門、跨行業(yè)的公共安全風(fēng)險統(tǒng)一管理時，往往需要將各類型、各區(qū)域的公共安全風(fēng)險進(jìn)行整合建庫。傳統(tǒng)的整合方式主要采用編碼映射表方式，將來源不同的各類公共安全風(fēng)險信息進(jìn)行邏輯上的統(tǒng)一整合，之后在實際使用時，通過建立好的編碼映射表去查找各類風(fēng)險信息[1]。這種方式公共安全風(fēng)險信息的管理和更新比較復(fù)雜，且沒有形成統(tǒng)一的管理標(biāo)準(zhǔn)，在實際應(yīng)用中增加了管理復(fù)雜性和管理成本。

針對上述問題，一種常用的解決方法是在各類公共安全風(fēng)險數(shù)據(jù)采集或者整合建庫的時候，統(tǒng)一通過計算機采用一定的計算規(guī)則編制一套唯一編碼，比如采用自然數(shù)順序編號或者采用時間序列和多位隨機數(shù)組合編號等方式，達(dá)到對所有公共安全風(fēng)險進(jìn)行唯一編碼標(biāo)識的目的[2]。但是這種方式僅僅實現(xiàn)了計算機管理上的數(shù)字化編碼，除了對公共安全風(fēng)險進(jìn)行唯一標(biāo)識外，不具有其他任何的實際應(yīng)用意義，同時也沒有充分利用計算機資源進(jìn)行信息化管理。

1 GeoHash全球剖分網(wǎng)格算法

GeoHash全球剖分網(wǎng)格算法是由Gustavo Niemeyer發(fā)明的一種地理空間編碼方法，通過GeoHash算法，可以將一個經(jīng)緯度的二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為一個可排序、可比較的字符串編碼。在GeoHash編碼中每個字符代表一個區(qū)域，并且前面的字符是后面字符的父區(qū)域，以某緯度坐標(biāo)39.92324為例，采用GeoHash算法進(jìn)行逼近編碼，將維度區(qū)間[-90,90]進(jìn)行二分為[-90,0]和[0,90]，稱為左右區(qū)間，可以確定39.92324屬于右區(qū)間[0,90]，則標(biāo)記為1，接著將區(qū)間[0,90]進(jìn)行二分為[0,45]和[45,90]，可以確定39.92324屬于左區(qū)間[0,45]，則標(biāo)記為0，遞歸上述過程39.92324總是屬于某個區(qū)間[A,B]，隨著每次迭代區(qū)間[A,B]不斷縮小，可以產(chǎn)生一個序列為1011 1000 1100 0111 1001的二進(jìn)制編碼，序列的長度與給定的區(qū)間劃分次數(shù)有關(guān)。

通過對地理空間坐標(biāo)的GeoHash編碼，可以實現(xiàn)將空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制方式的字符串編碼。可以將空間運算轉(zhuǎn)換為字符串比對運算，解決海量地理空間數(shù)據(jù)運算的性能瓶頸問題，有效提升地理信息系統(tǒng)使用效率[3]。目前，以Solr、Lucene等為代表的搜索引擎均采用上述方法和技術(shù)路線，實現(xiàn)對地理空間運算和分析的支持。

2 地理空間識別編碼方法研究

社會經(jīng)濟(jì)活動中80%的內(nèi)容均會與地理空間相關(guān)，近年來無論是數(shù)字城市還是智慧城市建設(shè)中，地理信息技術(shù)逐漸成為與大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)同等重要的現(xiàn)代信息支撐技術(shù)。因為大量的社會經(jīng)濟(jì)活動均可與地理空間掛鉤，因此地理信息系統(tǒng)或者地理空間相關(guān)應(yīng)用也成為目前智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)工程或重要應(yīng)用。

任何地理空間對象在幾何空間形態(tài)上可分為點、線、面三種形態(tài)，根據(jù)實際應(yīng)用需求，可以用一種或多種表達(dá)方式。比如建筑物對象，在某些應(yīng)用中可以用點形態(tài)表達(dá)，但在某些領(lǐng)域（比如城市規(guī)劃、城市建設(shè)等應(yīng)用）還需用面形態(tài)表達(dá)，再如河流要素，在小比例尺地形圖中一般以線狀形態(tài)表達(dá)，但在大比例尺地形圖中一般以面形態(tài)表達(dá)[4]。在公共安全風(fēng)險管理中，即存在上述情況，以地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險為例，有的風(fēng)險涉及范圍小，一般以點形態(tài)表達(dá)其地理空間特征，而有的風(fēng)險涉及范圍大，則需要以面形態(tài)表達(dá)其地理空間特征。

如圖1流程圖所示，在公共安全風(fēng)險編碼中編入的地理空間識別碼，由空間形態(tài)識別碼、行政區(qū)劃識別碼、GeoHash網(wǎng)格識別碼三部分組成。

圖1 地理空間識別碼編制流程圖

首先根據(jù)公共安全風(fēng)險的地理空間表達(dá)形態(tài)，編制第一位空間形態(tài)識別碼。其中用阿拉伯?dāng)?shù)字1代表點形態(tài)，2代表線形態(tài)，3代表面形態(tài)。

其次，根據(jù)公共安全風(fēng)險所屬的行政區(qū)劃，編制9位行政區(qū)劃識別碼。根據(jù)行政區(qū)劃級別不同，主要包括社區(qū)（村）、街道（鄉(xiāng)鎮(zhèn)）、區(qū)（縣）、地市州（?。?、直轄市、自治區(qū)等5個級別，根據(jù)全國統(tǒng)一的行政區(qū)劃對照表，判斷公共安全風(fēng)險屬于哪一級和哪一個行政區(qū)劃，將該行政區(qū)劃代碼作為公共安全風(fēng)險的行政區(qū)劃識別碼。

再者，根據(jù)公共安全風(fēng)險的地理空間位置，計算和編制GeoHash網(wǎng)格識別碼。首先，根據(jù)公共安全風(fēng)險實際應(yīng)用需求，判斷和確定公共安全風(fēng)險的空間定位精度，如表1所示，不同空間定位精度對應(yīng)著不同的GeoHash全球剖分算法層級，根據(jù)表中對應(yīng)的級別，將全球剖分為幾個級別（n為大于1的整數(shù)），其中第n級會將全球剖分為4n個標(biāo)準(zhǔn)GeoHash網(wǎng)格。然后結(jié)合公共安全風(fēng)險的地理空間形態(tài)，判斷和確定風(fēng)險的地理空間標(biāo)識特征坐標(biāo)，其中點形態(tài)，公共安全風(fēng)險直接取該點經(jīng)、維度坐標(biāo)作為其特征坐標(biāo)；線形態(tài)公共安全風(fēng)險則取該線形態(tài)要素的幾何中點經(jīng)、維度坐標(biāo)作為其特征坐標(biāo)；面形態(tài)公共安全風(fēng)險則取該面形態(tài)要素的幾何質(zhì)點經(jīng)、維度坐標(biāo)作為其特征坐標(biāo)。然后，以前文所述GeoHash全球剖分網(wǎng)格算法，將判定的公共安全風(fēng)險地理空間標(biāo)識特征坐標(biāo)按照Morton編碼方式，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的Morton標(biāo)準(zhǔn)編碼，再將二進(jìn)制GeoHash標(biāo)準(zhǔn)編碼轉(zhuǎn)換為32位進(jìn)制的GeoHash網(wǎng)格識別碼。

表1 GeoHash全球剖分級別與地理空間精度對應(yīng)表

最終將上述空間形態(tài)識別碼、行政區(qū)劃識別碼和GeoHash網(wǎng)格識別碼三部分組合即形成公共安全風(fēng)險的地理空間識別碼。通過該編碼，即可獲得不同公共安全風(fēng)險的形態(tài)、行政區(qū)劃、空間位置等地理空間特征，并支撐公共安全風(fēng)險的空間運算和分析。

續(xù)表

3 公共安全風(fēng)險組合編碼研究和應(yīng)用

在地理空間識別碼基礎(chǔ)上，結(jié)合公共安全風(fēng)險的分類屬性和時間屬性，可以組合形成公共安全風(fēng)險唯一編碼，作為公共安全風(fēng)險的“身份證號碼”。其中分類屬性編制為公共安全風(fēng)險的類別識別碼，根據(jù)判定的公共安全風(fēng)險所屬突發(fā)事件分類編為5位長度類別識別碼。其中第一位用阿拉伯?dāng)?shù)字1、2、3、4分別代表自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生、社會安全四種大類，第二、三位用阿拉伯?dāng)?shù)字代表公共安全風(fēng)險所屬突發(fā)事件分類標(biāo)準(zhǔn)中的小類，第四、五位用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字代表公共安全風(fēng)險所屬突發(fā)事件分類標(biāo)準(zhǔn)中的子類[5]。其次公共安全風(fēng)險在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建存儲的計算機記錄時間作為其時間屬性，編制為“YYYYMMDDHHmmSSXXX”形式的時序標(biāo)識碼，YYYY代表公歷年份，MM代表公歷月份，DD代表公歷日，HH代表24小時制的時刻值，mm代表分鐘，SS代表秒，XXX則是由計算機自動生成的3位隨機數(shù)。如圖2所示，最終將地理空間標(biāo)識碼、類別標(biāo)識碼、時序識別碼組合形成公共安全唯一編碼。

圖2 公共安全風(fēng)險唯一編碼結(jié)構(gòu)示意圖

按照上述方式組合形成的公共安全風(fēng)險唯一編碼，一是作為公共安全風(fēng)險信息化管理中的唯一身份編號，可在計算機系統(tǒng)中唯一標(biāo)識公共安全風(fēng)險；二是通過對多源、復(fù)雜的公共安全風(fēng)險進(jìn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一編碼，可以為跨區(qū)域、跨部門、跨行業(yè)的公共安全風(fēng)險數(shù)據(jù)整合提供有效的支撐；三是基于該編碼方法所包含的豐富編碼信息，可以按照風(fēng)險類別、時序和空間距離快速查詢和分析公共安全風(fēng)險數(shù)據(jù)，提高公共安全風(fēng)險的信息化管理。

4 結(jié)束語

本文通過對自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生和社會安全四大類公共安全風(fēng)險特征的分析和歸納，提出了一種基于時間特征、類別特征以及地理空間特征編制形成公共安全風(fēng)險唯一編碼的方法。通過該方法，可以有效改變以往風(fēng)險管理工作中分散、單一、間斷和封閉的狀態(tài)，在全新的風(fēng)險唯一編碼支撐下，將不同分類、不同區(qū)域、不同時序的風(fēng)險信息進(jìn)行有效串聯(lián)管理，為公共安全風(fēng)險的信息化、精細(xì)化、透明化管理奠定了基礎(chǔ)。