地质灾害应急调查系统的设计与实现叶礼伟，谢忠(中国地质大学信息工程学院，湖北武汉 430074)摘要：针对地质灾害应急调查对灾害信息实时、准确、完整的要求，分析嵌入式GIS在地质灾害应急调查中的应用特点和优势，并借助MapGIS—EMS地图引擎开发系统基本框架。
系统加入素描图使得更加完整地描述现场，采用编辑距离方法对调查数据质量进行检查，利用无线通讯网络采用动态缓存和分包传输机制保证灾害信息的实时、完整上传，使系统成为提高地质灾害应急调查效率的有力工具。
关键词：嵌入式GIS；地质灾害应急调查；MapGIS—EMS；无线数据传输中图分类号：P208 文献标志码：B 文章编号：1672 4623(2010)01—0119．O3 Design and Implementation of Geological Emergency Survey SystemYE Liwei， XIE Zhong(Faculty of Information Engineering，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China) Abstract：With the real—time，accurate and integral requirement of disaster survey information in geological emerg—ency survey．This paper analysed the characteristics and advantages of embedded GIS in this field． Used the Ma—pGIS—EMS map engine to developed basic system framework，Added sketch make the system descript the scenemore completely and introduction the Levenshtein Distance method to check data quality． Used a wireless com—munication network with dynamic caching and segmented transmission mechanisms to ensure that disaster informa—tion could be real —time and completely uploaded． Make it as the powerful tool in Geological Emergency Survey to improve its eficiency．Key words： embedded GIS； geological emergency survey； MapGIS—-EMS； wireless data transmission 地质灾害应急调查目的是在地质灾害发生后对灾害现场数据进行收集，为灾后救援和相关处置工作提供实时、完整的参考信息。
目前地质灾害应急调查虽然采用笔记本或者PDA等移动设备进行灾害信息收集，但调查数据仍要回到室内通过转换处理后才上报相关职能部门，导致调查周期过长，同时调查数据在现场缺少相关质量检查，难以保证其数据的准确性和完整性，其越来越不能满足地质灾害应急调查的实时、准确的要求。
嵌入式GIS是GIS与嵌入式系统相结合的一种产物，具备移动计算、电话、无线网络数据传输功能和良好的便携性，给地质灾害应急调查的数据采集和传输带来极大的便利。
利用嵌入式设备的移动计算和存储功能进行地图存储和显示，以及灾害信息的采集和处理；利用无线数据传输功能对通过质量检查的地质灾害信息进行实时传输和更新，以及地图数据的实时下载。
将嵌入式GIS应用于地质灾害应急调查工作中，无论对调查精度的提高、调查周期的缩短以及调查结果都会发生巨大变化，同时地质灾害应急调查阶段周期的缩短也相应提高了地质灾害应急处置效率。
1系统设计地质灾害应急调查主要是在地图上完成灾害点定位和信息标注，然后进行灾害信息表单填写和灾害现场素描图的绘制，最后利用无线网络将通过质量检查的数据实时上传到WebGIS服务器。
系统主要功能设计如图1所示。
1．1地质灾害应急调查系统基本框架MapGIS．EMS在嵌入式设备上的基本地图功能已经相当完善，特别是灾害点子图的绘制，其地图引擎的图层管理功能可以对每个图层设置状态开关(打开、关闭或编辑)和显示比例，对需要调入内存中的图层图1 系统主要功能数据安照多级索旨、动态加载的调度方法，保证程序内存中只存在当前显示的图层区域数据[1]。
使得“海量”地图数据也可以在嵌入式设备的有限硬件资源条件下平滑的显示和实时响应查询和编辑请求。
利用Ma-pGIS-EMS地图旨擎开发系统基本框架，包含基本的地图装载、显示、浏览、编辑、保存和基本量算功能，同时为系统其他功能模块提供平台和接口。
1．2GPS定位与轨迹记录功能1)GPS定位。
通过标准COM接口与各种GPS设备连接，支持各种GPS设备定位信号的接收和解析，为调查人员的自我定位以及灾害点集提供坐标位置信息。
2)轨迹记录。
对于滑坡、崩塌等地质灾害其覆盖面积大，同时由于灾害现场的危险性并不方便调查人员只需持移动终端沿所需测量路线行走，移动终端则根据记录的连续GPS坐标数据自动计算出其长度或面积[2]。
同样对于调查人员，为保证其生命安全也需对其位置进行实时监控，采用间隔记录调查人员的GPS位置信息，并通过无线通信网络以一定时间间隔（30s）将位置信息传递到监控中心，便于监控人员实时掌握调查人员目前位置状态。
1．3地质灾害数据采集和数据实时分析1)地质灾害数据采集。
地质灾害数据采集时，调查人员根据灾害类型、行政代码身WebGIS服务器获取实时生成的唯一灾害点编号和灾害点调查编号，当没有网络或网络连接失败时，移动终端可生成临时编号，待有网络或回到室内进行数据版本的一致性修改。
然后调查人员根据生成的统一编号和灾害点坐标数据采用自动或手动方式进行地质灾害点数据的采集和修改。
数据采集流程如图2所示。
为方便调查人员输入灾害现场数据，特别是灾害现场描述文本，系统还提供了地质字典和表单的自动填写功能（如：坐标、日期、调查人员姓名等）。
字典不仅规范地质灾害点信息描述和格式，还提供常用的地质灾害现场描述词语和词模板。
调查人员只需要根据列场灾害类型，将对应的模板描述内容做一定的修改即可，比现场输入效率提高很多，描述信息也更准确。
系统的地质字典采用二级索引方式存储，第一级存储常用词语和各类共有描述短语。
第二级则按灾害类型进行分类，其内部都按照首字拼音字母顺序建立索引。
图2 灾害信息采集流程2)地质灾害点现场数据实时分析。
灾害现场需填写内容很多，系统可以根据调查人员填写的灾害点基本数据和GPS坐标，计算出灾害点其他相关信息然后自动填充相应表单。
如滑坡灾害调查时，根据滑坡上、下两点坐标计算出滑坡大致坡度、走向，并结合轨迹记录计算大致的长度、面积等，进一步减少调查人员工作量，通过自动计算提高数据精度。
1．4地质灾害现场素描图绘制地质灾害现场的文字描述并不能完全“重现”现场情况，通过在移动终端上绘制灾害现场草图或在拍摄的灾害现场照片基础上做进一步点、线标注和文本注释，能更加形象地对灾害现场进行展示[3]利用基本框架中点、线、面和文本编辑接口和嵌入式系统的图片拍摄接口开发的素描图模块具有输入、编辑、整饰功能，并可以将完成的素描图以图片格式导出。
系统素描图绘制如图3所示。
图3 素描图绘制1．5数据质量检查系统的地质字典为调查人员提供了很多默认描述模板，为防止调查人员直接照搬模板内容，需要对生成的现场调查文本进行检查来判断是否和模板雷同。
判断两个文本是否雷同，可以从语义和文本相似度两个角度进行。
在本系统中，在移动终端先进行文本相似度的比较，通过检验后再在服务器端做进一步的语义检测。
文本相似度比较，通常使用编辑距离(LevenshteinDistance)或最长公共子串(LCS)。
最长公共子串(LCS)基本思路就是用一个矩阵来记录两个字符串中所有位置的两个字符之间的匹配情况，若是匹配则为1，否则为0。
然后求出对角线最长的1序列，其对应的位置就是最长匹配子串的位置。
如图4是字符串12325233ll 和字符串312123223的匹配矩阵，前者为x方向的，后者为Y方向的，其最长的匹配子串为21232。
图4 字符匹配矩阵但最长公共子串对于文本中间隔加入单字(如：的、了)情况时检查效果并不理想，因此在本系统中采用编辑距离来进行文本相似度比较。
编辑距离是用来计算从原串(a)转换到目标串(b)所需要的最少的插入、删除和替换的数目d(a，b)，在NLP中应用比较广泛，同时也常用来计算对原文本所作的改动数。
它的思路就是从两个字符串的左边开始比较，记录已经比较过的子串相似度(实际上叫做距离)，然后进一步得到下一个字符位置时的相似度。
即用一个二维数组d[i][，]来记录a0．ai与b0．bj之间的编辑距离，递推时需要考虑对其中一个字符串的删除操作、插入操作和替换操作分别花费的开销，从中找出一个最小的开销即为所求。
具体算法为：首先给定第一行和第一列的值，然后每个值d[f][，]按公式(1)计算，矩阵最后一行，最后一列的那个值就是最小编辑距离。
d[f]【，]-min(d)[／-1](，] ，d[f][，-1]+1，d[i-1】【『-1]+(口[i]≠b[，]?1：0))；1对相同字串如：aaabbbcccddd和aaaeeeddd。
用LCS检测相似度为3，而用编辑距离检查相似度则为6，可以看出编辑距离比最长公共子串对字符相似度检查更准确。
1．6应急调查应急业务数据实时上传和更新地质灾害应急调查中调查数据需要通过无线网络及时传输到WebGIS服务器。
但无线网络存在传输不稳定和传输速度有限(如GPRS平均25K／S)的问题，如何将调查数据准确传输到服务器是本系统必须要解决的一个难点问题。
系统实现时在移动终端采用了动态缓存机制，在移动终端缓存灾害点的数据和传输状态，当网络连接正常时将通过质量检查的数据传输到服务器，成功后将其状态设置为已完成，其他情况下都为未传输状态，需要在连接正常时重新传输。
为避免过多的传输无意义的数据，不能将待传输数据封装为标准的SOAP 格式直接发送到WebGIS服务器，而是对数据的传输格式进行自定义以XML格式传输到数据服务器。
对于过大的数据采用分包传输(256K一个包)策略[4]，在包头和包尾加入时间戳保证包内数据完整性，同时在第一个包头加入包总数和大小保证数据整体的完整性。