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我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一,主要的自然灾害包括洪涝、干旱、低温冻害、雪灾、沙尘暴、地震、地质灾害、台风、风暴潮、赤潮、森林草原火灾以及生物灾害。最近几年世界范围内所发生的一系列重大自然灾害事件,如2008年汶川地震、我国南方地区低温雨雪冰冻灾害以及2011年日本大地震,再次告诫人们加强灾害管理对于防灾减灾以及人类社会发展具有重要意义。灾害管理是一项覆盖灾害全过程的系统性工程,包括灾前、灾中、灾后涉及的所有连续活动。整个过程分为备灾、救灾、恢复重建、减灾四个阶段,通过整合各类灾害信息资源,将自然灾害所造成的损失减少到最低程度。
自然灾害监测预警是灾害管理的重要环节,及时、准确、有效的监测预警信息是备灾和救灾的前提。空间信息技术特别是地理信息系统、遥感、全球定位、计算机网络等技术的深入研究和广泛应用,为自然灾害的监测、预警与风险评估业务提供了一体化运行监控的信息技术支撑手段,但是客观存在的诸多历史和现实原因,导致自然灾害监测预警相关的数据与信息长期得不到充分共享与利用,灾害管理处于分散凌乱的状态,严重阻碍了防灾减灾事业的发展。
本文旨在解决自然灾害监测预警信息的集成与共享问题,在灾害系统理论及灾害风险管理体系基础上,围绕灾害监测预警业务的实际需求,研究灾害监测预警信息共享体系框架及关键技术。论文以空间信息共享理论与方法作为切入点,分析和总结空间信息共享模式及特征,从而提出包含基础设施层、信息资源层、服务支撑层、应用支撑层、应用层以及支撑体系的灾害监测预警信息共享体系框架,并详细分析了框架组成部分所包含的具体内容。在此框架的指导下,提出了灾害监测预警数据中心、模型库及信息服务平台的建设思路与关键技术,从根本上解决空间上分散的监测预警数据、模型等资源的集成共享与应用问题。本文的主要特色和创新点体现在以下几个方面:
(1)提出了灾害监测预警信息共享体系。该体系在现有灾害管理信息化建设的基础上,按照灾害全过程监测预警的要求进行规划和设计,具体包括自然灾害立体监测网、灾害监测预警数据中心、灾害监测预警模型库、灾害监测预警信息服务平台、空间信息基础设施五个组成部分。该体系为灾害监测预警信息的共享、交换、集成、应用提供了完整的解决方案,同时也为防灾减灾工作提供了一种新的思路。
(2)研究了灾害监测预警数据中心的总体框架及数据组织结构,构建了“物理分散、逻辑集中”的数据中心;针对灾害专题数据特点,引入了基于文件、数据库、服务的灾害专题数据集成模式;采用面向服务的理念,数据中心对外提供OGC服务、SOAP服务以及REST服务访问接口:以元数据为中心,构建了基于LDAP的元数据目录服务管理体系,从而实现服务的快速查询与访问。通过数据中心的建设,有效的解决了多源异构灾害监测预警数据共享和集成的实际问题。
(3)提出了面向服务的灾害监测预警模型库的构建模式。在模型库与GIS模型库的基础上,诠释了灾害监测预警模型库的概念、研究内容以及分类体系;研究了传统模型库的组织结构、主要存在的问题以及发展趋势;在灾害监测预警模型特征之上,分析了灾害监测预警信息建模方法,并提出了面向服务的模型构建;提出了面向REST架构的灾害监测预警模型服务,分析了基于WCF与ArcGIS模型服务实现机制。模型以服务的形式发布并支持REST服务接口调用,对跨平台、多领域、异构环境下的模型复用与集成提供了有效的解决方案,同时也有利于解决模型界面交叉混杂、模型维护困难等难题;研究了面向服务的模型库组织结构,利用模型字典对其进行有效管理,通过灾害模型库的构建,能实现不同软件系统、编程语言间的相互访问和操作,进一步提高监测预警的信息处理效率。最后本文利用实例证明了模型服务的有效性和可行性。
(4)以数据中心、模型库研究为基础,设计和开发了灾害监测预警信息服务平台,该平台主要包括数据管理系统、模型库管理系统、目录服务管理系统、灾害监测预警信息门户、运维管理系统等五大模块。通过将服务平台应用到具体实践中,展示了相关技术的应用效果,从而进一步验证了本文所提出的灾害监测预警信息共享体系的可行性和有效性。