基于 GIS 的应急预案过程动态推演模拟技术研究

现代社会中难免会出现各种各样的突发事件 ,如各种刑事案件、自然灾害、人为事故等 ,这些事件通常会带来严重的人员和财产损失。制定合理、有效的应急预案可以在突发事件发生时快速地作出处理决策 ,减少事件带来的危害。同时 ,突发事件的处理时效性要求非常高 ,处理过程涉及大量的数据 ,这些数据既有属性数据又有空间数据。GIS 可以支持大数据量以及影像数据 ,处理速度快 ,可靠性、稳定性高 ,支持复杂的图形符号等 ,因此 ,在应急事件的处理中 ,离不开 GIS 技术的有效支持。

基于 GIS 的应急预案动态推演模拟技术主要是借助于 GIS 技术、计算机技术等对应急预案制定的救援过程进行模拟演练 ,检验预案的合理性和有效性 ,并对预案进行进一步完善 ,以保证在突发事件发生时能够迅速、有效地采取应对措施。

1 　基本概念

1. 1 　应急预案

应急预案是根据历史经验编制的针对可能的重大事件或灾害的应急措施 ,包括针对此类事件应该派遣的应急救援队伍、车辆、如何选择人员疏散路线等信息。应急预案是一个救援行动进展的过程 ,制定预案的目的主要是在发生突发公共事件时能够迅速、有效地开展救援行动 ,减少事件损失。

应急预案库中存储了许多制定好的预案 ,在重大事件发生时 ,根据事件信息等关键词可以在预案库中检索、组合 ,得到几个初始的处置预案供指挥人员参考、选择 ,指挥员根据实际情况 ,快速作出处理决策。同时 ,对突发事件的响应执行过程可以进行检验 ,根据实际的处理过程对预案进行评价和完善。

1. 2 　动态模拟

动态模拟是指以动画的方式处理动态模拟对象 ,以模拟实体目标随时间的变化、所产生的行为和事件等的可视化方法。动态模拟的结果以计算机动画的方式来体现 ,但是 ,动态模拟与计算机动画有所区别 : ①它们所用的背景不同 ,计算机动画具有一个或者多个固定的背景图像 ,动态模拟的背景是 GIS 中的地图 ; ②计算机动画常以夸大的手法进行目标的处理 ,而动态模拟对象的各种动作行为是建立在真实的地理信息基础上的。因此 ,采用动态模拟的方式表达应急预案过程更加合理。

1. 3 　复合图形符号

地图符号为空间地理信息的抽象符号 ,用于表达地理实体 ,地图符号是经过专门设计和事先约定的 ,可以反映地物、现象和地学过程及其位置和数量特性。地图符号主要包括点、线、面等。

复合图形符号是指一组由实际地物要素抽象出来的更加复杂的图形符号 ,这些符号主要是复杂的要素或要素运动变化的抽象 ,如飞机、汽车、人员、爆炸点、救援队伍前进方向等符号。复合图形符号主要包括点、线、面、文本等类型 ,符号的显示风格主要包括颜色、大小、方向、衬线、填充、渐变等。通过复合符号制作工具可以制作各种复合图形符号 ,以满足实际的需要。

1. 4 　图形标绘

图形标绘是指将代表预案要素的各种复合图形符号标绘到地图上 ,以表达预案要素的实际内容及空间位置。地图是空间信息的重要表达形式 ,在 GIS 系统中可以直观地浏览地图信息 ,标绘的复合图形符号可以表达预案中的各种要素。

标绘的复合图形符号所在的图层被称为标绘图层 ,将标绘图层叠加在底图 (地图) 上形成了预案态势图。通过预案态势图可以直观地了解预案相关基础地理信息和预案要素的分布。

2 　预案推演模拟

2. 1 　符号动画

在地图上标绘复合图形符号可以表现应急预案处理过程涉及的众多要素 ;同时 ,为了体现预案的执行过程随时间的变化 ,可以为图形符号添加各种动画体现动态性 ,如救援队伍到达事故现场进行救援、爆炸事故现场人员的紧急疏散等。图形符号动画类型主要包括移动、闪烁、缩放、变形、显隐等。

1) 移动。通过符号位置的移动可以直观表现实体要素的运动路线、运动速度、运动的时间等信息。在添加移动动画时 ,需要在地图上绘制移动路线 , 这条路线由多个移动点 ( X1 , Y1 , T1 ) ,( X2 , Y2 , T2 ) , …, ( Xn , Yn , Tn ) 组成 , ( X , Y) 值为坐标点 , T 为实体运动到该点的时间 ,每一个移动点的坐标和时间被存储下来 , 根据这些已知移动点的信息采用内插方法可以计算实体要素在移动时任意时刻的位置。

2) 闪烁。在闪烁动画的执行时间内 ,使符号颜色按照规定的时间间隔交替变化 , 或者交替地出现和隐藏。闪烁动画主要用于体现一些重要的要素 ,或者正在发生变化的要素 ,如事故附近重要的人防工程、正在燃烧的建筑物等。

3) 缩放。在缩放动画的执行时间内 ,符号的大小可以按照规定的频率放大和缩小 , 符号可以由大向小或由小向大缩放 ,同时可以对缩放的倍数进行设置。缩放动作可以体现要素属性随时间的变化 ,如表现爆炸的炸点图形符号缩放可以使爆炸过程更加形象、生动。

4) 变形。在变形动画的执行时间 ,符号的形状产生变化 , 变化的具体情况根据符号变形点( X1 , Y1 ) , ( X2 , Y2 ) , …, ( Xn , Yn ) 的坐标变化确定。不同的图形符号变形点个数不同 ,在变形动作的程序实现中 ,主要存储变形动作的开始、结束时间、各个变形点变化后的坐标位置。在变形动画播放时 ,根据这些变形点的坐标采用内插算法得到图形符号每一个时刻的坐标位置 ,然后在该位置重新绘制出来。

5) 显隐。在显隐动画的执行时间 ,符号出现或者隐藏。显隐动画可以表现被毁伤或者离开的实体要素 ,如意外发生的爆炸属于突然出现的要素。在程序实现中 ,主要采用符号的绘制或者不绘制来体现显示或者隐藏。

6) 属性变化。在动画的执行时间 ,即某一时刻符号的属性发生变化 ,如颜色、衬线色等 ,主要表现预案要素随时间推移的性质改变 ,如战役中我军攻陷敌军阵地 ,阵地指挥所的符号通常由蓝色变为红色。

7) 符号改变。在动画的执行时间 ,符号本身改变 ,以表示要素信息发生本质的改变。

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