基于gis的旅游景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

基于gis的旅游景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

0旅游的應(yīng)用作為朝陽產(chǎn)業(yè)的旅游業(yè)產(chǎn)業(yè)，它是經(jīng)濟(jì)的一個(gè)新增長(zhǎng)點(diǎn)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用。旅游業(yè)已成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分。但由于缺乏有效的管理手段,出現(xiàn)了一系列的問題,不加限制的游客涌入而導(dǎo)致的擁擠踩踏、忽略天氣狀態(tài)而導(dǎo)致的游客滯留、指示牌不明確而導(dǎo)致的游客迷路、食品中毒事件、生活垃圾成堆、突發(fā)火災(zāi)也時(shí)有發(fā)生,建立景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)成為提升旅游品質(zhì)的重要手段。1對(duì)風(fēng)景生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)的需求分析1.1監(jiān)控預(yù)警技術(shù)預(yù)警指預(yù)先報(bào)告可能出現(xiàn)的警情、防患于未然,最早出自軍事領(lǐng)域,指用來對(duì)付突然襲擊的防范措施,是組織的一種信息反饋機(jī)制,后來逐步引申到現(xiàn)代政治、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、醫(yī)療、災(zāi)變、生態(tài)、治安等自然和社會(huì)領(lǐng)域。生態(tài)預(yù)警是預(yù)警技術(shù)在生態(tài)領(lǐng)域中的應(yīng)用,用以對(duì)指定區(qū)域的生態(tài)狀況如水質(zhì)、環(huán)境、人群、氣象、土地、火災(zāi)等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控、警情調(diào)度和管理,常用的預(yù)警技術(shù)包括人工預(yù)警、生物預(yù)警、機(jī)械預(yù)警和計(jì)算機(jī)預(yù)警。毫無疑問,計(jì)算機(jī)預(yù)警系統(tǒng)是景區(qū)預(yù)警最先進(jìn)的方法,集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)分析于一體,具有警情監(jiān)測(cè)、報(bào)警處理、調(diào)度出警、警情發(fā)布、統(tǒng)計(jì)匯總等功能。不少專家學(xué)者在預(yù)警系統(tǒng)方面都做過一些研究,如牛志毅設(shè)計(jì)了廣州市森林生態(tài)經(jīng)濟(jì)預(yù)警系統(tǒng)(2006)、趙艷萍設(shè)計(jì)了農(nóng)田生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)(2007)、劉永強(qiáng)進(jìn)行了新疆融雪洪水預(yù)警探討(2007)、任運(yùn)河設(shè)計(jì)了綠色農(nóng)業(yè)評(píng)價(jià)和預(yù)警指標(biāo)體系(2006)、李芬等對(duì)黃土丘陵區(qū)紙坊溝流域農(nóng)業(yè)生態(tài)安全進(jìn)行了預(yù)警分析(2008),這些成果基本上還是處于定性分析階段,投入實(shí)際運(yùn)營(yíng)的并不多。1.2公園警情報(bào)告系統(tǒng)景區(qū)生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)是對(duì)旅游景區(qū)的生態(tài)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警和出警調(diào)度的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),其建設(shè)目標(biāo)是:(1)生態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè):運(yùn)用電子門票、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)、3S(地理信息系統(tǒng)GIS、全球?qū)Ш较到y(tǒng)GPS、衛(wèi)星遙感RS)等手段即時(shí)收集景區(qū)游客數(shù)據(jù)及分布情況、水文氣象數(shù)據(jù)、環(huán)境狀況資料、突發(fā)性自然災(zāi)害和森林火災(zāi)信息,及時(shí)傳輸?shù)较到y(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。(2)警情指示與報(bào)警:沒有警情出現(xiàn)時(shí),系統(tǒng)能夠顯示景區(qū)各項(xiàng)生態(tài)指標(biāo)的警級(jí)情況并用不同的顏色表示。當(dāng)接收到報(bào)警信息時(shí),根據(jù)記錄相關(guān)信息并進(jìn)入警情調(diào)度程序。(3)決策與調(diào)度:先根據(jù)警情確定警源,警情主要有兩類:一類是由正常警情,如景區(qū)環(huán)境污染、連續(xù)低溫造成的路面結(jié)冰,另一類是突發(fā)警情,如火災(zāi)、人員傷亡。然后根據(jù)警級(jí)或現(xiàn)場(chǎng)勘察,制定出警方案,調(diào)度相關(guān)資源并通過責(zé)任人員,安排警力,排除警情。(4)警情管理:這是預(yù)警系統(tǒng)最重要的功能,用于保存景區(qū)生態(tài)歷史資料,動(dòng)態(tài)記錄當(dāng)前報(bào)警和出警數(shù)據(jù),及時(shí)管理警情處理結(jié)果,不斷完善數(shù)據(jù)庫(kù),提供全方位信息查詢和報(bào)表輸出,為下一次警情處理提供參照。(5)趨勢(shì)預(yù)測(cè)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和近期狀態(tài)信息,利用統(tǒng)計(jì)分析模型、預(yù)測(cè)算法和專家知識(shí)庫(kù),及時(shí)發(fā)布景區(qū)生態(tài)狀況通告,以圖表方式顯示趨勢(shì)走向,并提出相應(yīng)的對(duì)策,為景區(qū)管理人員和游客提供優(yōu)化方案。1.3綜合分析技術(shù)GIS是以測(cè)繪測(cè)量和地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和使用的數(shù)據(jù)源,運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論,科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù),以提供管理、決策所需信息,以軟件為平臺(tái)的全球空間即時(shí)分析技術(shù)。景區(qū)預(yù)警系統(tǒng)包含大量的空間和地理位置信息,運(yùn)用GIS技術(shù)監(jiān)控景區(qū)的生態(tài)現(xiàn)狀和突發(fā)事件具有覆蓋面廣、信息報(bào)告準(zhǔn)時(shí)等優(yōu)勢(shì),在應(yīng)用到地質(zhì)勘探、數(shù)字城市建設(shè)、交通管理、園林景觀設(shè)計(jì)等方面取得了一些可喜成果,也成為景區(qū)預(yù)警的可選方案。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能建設(shè)的規(guī)范化建議設(shè)計(jì)基于GIS的景區(qū)預(yù)警系統(tǒng)需要遵循以下原則:(1)系統(tǒng)性原則:系統(tǒng)由監(jiān)控設(shè)備、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備、預(yù)警處理設(shè)備、軟件和專業(yè)人員構(gòu)成,既能夠進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的分析,也能夠進(jìn)行應(yīng)急事件的處理,各組成部分需要圍繞共同的目標(biāo)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。(2)規(guī)范化原則:預(yù)警監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期性的工作,所獲取的數(shù)據(jù)和資料無論在時(shí)間上還是空間上,都應(yīng)具有可比性,所采用的指標(biāo),其內(nèi)容和方法等必須做到統(tǒng)一規(guī)范,盡可能采用可比性強(qiáng)的指標(biāo),以呈現(xiàn)狀態(tài)走向。(3)現(xiàn)實(shí)性原則:預(yù)警系統(tǒng)一方面需要硬件和軟件的投資,另一方面需要在景區(qū)布置盡可能少的監(jiān)控點(diǎn),使有線和無線監(jiān)控的覆蓋范圍達(dá)到100%,更重要的是管理成本的投入,如RFID(RadioFrequencyIdentification:射頻識(shí)別)電子門票。需要優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,用盡可能少的投入實(shí)現(xiàn)盡可能完善的功能。(4)可操作原則:系統(tǒng)數(shù)據(jù)有三個(gè)來源:歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和輸入數(shù)據(jù),無論哪種數(shù)據(jù)都應(yīng)該明確無誤,處理及輸出均可以在系統(tǒng)操作完成。2.2警級(jí)設(shè)計(jì)根據(jù)景區(qū)生態(tài)狀況,假定將生態(tài)最佳狀態(tài)定義為10,可以將警級(jí)設(shè)為五個(gè)等級(jí):分別用黑、紅、黃、藍(lán)、綠5種指示燈表示,如表1所示:2.3預(yù)警評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ),指標(biāo)的科學(xué)性直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果是否符合實(shí)際情況。按照主導(dǎo)性、全面性和獨(dú)立性原則,根據(jù)PSR(壓力-狀態(tài)-響應(yīng))模型和AHP層次分析法,構(gòu)建預(yù)警評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)警分類表如表2所示:在設(shè)計(jì)表時(shí),還應(yīng)該根據(jù)預(yù)警各類型再進(jìn)一步設(shè)計(jì)相應(yīng)的子表,子表中每個(gè)字段要求能夠數(shù)值化,便于從系統(tǒng)采集端接收數(shù)據(jù),輸入數(shù)據(jù)庫(kù),運(yùn)用公式算出結(jié)果,供進(jìn)一步查詢或統(tǒng)計(jì)輸出。3系統(tǒng)完成3.1et和網(wǎng)站平臺(tái)系統(tǒng)采用B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),分為兩部分:一是外圍網(wǎng)絡(luò),從景區(qū)系統(tǒng)外部接收到的信息經(jīng)過防火墻和路由器后進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行處理,并利用Internet和網(wǎng)站平臺(tái)對(duì)外發(fā)布;二是內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),從各監(jiān)測(cè)點(diǎn)獲得的數(shù)據(jù),以及景區(qū)各管理部門之間數(shù)據(jù),直接利用光纜或雙絞線傳送,速度快。如圖1所示。系統(tǒng)可以分為四個(gè)層次:輸出層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)管理層和接口層。輸出層用于將運(yùn)算結(jié)果向景區(qū)內(nèi)部和外部輸出,應(yīng)用層包括監(jiān)控、分析、預(yù)測(cè)和報(bào)警等模塊,實(shí)現(xiàn)功能的應(yīng)用,數(shù)據(jù)管理層用于保存各個(gè)功能模塊所需要的數(shù)據(jù)并發(fā)送到中心數(shù)據(jù)庫(kù),接口層用于從景區(qū)外部接收信息,直接送往中心數(shù)據(jù)庫(kù)。3.2選擇合適的數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)是預(yù)警系統(tǒng)的重要組成部分,負(fù)責(zé)保存歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和臨時(shí)數(shù)據(jù),也是預(yù)警分析和信息輸出的依據(jù)。常用的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)有MSSQLServer、Oracle、DB2、Sybase等,各有優(yōu)勢(shì)。預(yù)警系統(tǒng)在選擇數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是必須符合兩個(gè)原則:一是功能強(qiáng)大,既能保存普通數(shù)字化數(shù)據(jù),同時(shí)也能保存地形地圖等空間數(shù)據(jù),另一個(gè)是性能好,即查詢速度要快,因?yàn)轭A(yù)警系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量極大,實(shí)時(shí)性強(qiáng),數(shù)據(jù)庫(kù)是往往會(huì)成為系統(tǒng)瓶頸之一?；谝陨蟽牲c(diǎn)原因,最好采用Oracle大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),其記錄儲(chǔ)存量大,支持空間數(shù)據(jù)庫(kù),檢索速度快,管理方便,與開發(fā)平臺(tái)兼容性好,是預(yù)警系統(tǒng)的理想選擇。數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的基本方法是:利用GIS將所得到的地理位置、地圖、區(qū)域等空間數(shù)據(jù)保存OracleSpatial空間數(shù)據(jù)庫(kù)中,并與監(jiān)控得到的動(dòng)態(tài)信息、歷史數(shù)據(jù)一道傳送給DBMS中心數(shù)據(jù)庫(kù),經(jīng)過處理形成顯示、發(fā)布、預(yù)警和報(bào)警所需要的圖表信息,傳遞給相關(guān)部門和管理人員。如圖2所示:3.3數(shù)據(jù)錄入及處理系統(tǒng)分為六個(gè)功能模塊:系統(tǒng)管理模塊、信息采集模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊、輸出查詢模塊、報(bào)警處理模塊、決策分析模塊。系統(tǒng)管理模塊用于設(shè)置系統(tǒng)參數(shù),輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù),用戶管理,個(gè)性化方案定義等內(nèi)容,是系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)性工作。信息采集模塊用于建立歷史數(shù)據(jù)和收集實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),氣候、水文、交通、環(huán)境保護(hù)、排污處理等歷史數(shù)據(jù)通過操作員從終端錄入,而通過電子門票、手持終端、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備所獲得的數(shù)據(jù)直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù),通過GIS、GPS等收集的屬性數(shù)據(jù)先經(jīng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)OracleSpatial處理后才傳遞給景區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)監(jiān)控模塊用于景區(qū)內(nèi)各種設(shè)施的運(yùn)行狀況、游客分布情況及特殊人群的位置、交通流量、環(huán)境狀況,以無線或者有線的方式將信息發(fā)送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù),為人員分流、交通疏導(dǎo)、應(yīng)急處理提供依據(jù)。輸出查詢模塊用于發(fā)布信息、顯示景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)。系統(tǒng)調(diào)用有關(guān)算法將運(yùn)行結(jié)果以新聞、消息的形式發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)上,也可以用圖形或者報(bào)表的方式供景區(qū)各管理部門查詢顯示,打印輸出。報(bào)警處理模塊一方面能夠接收緊急報(bào)警信息并進(jìn)行調(diào)度處理,另一方面,能夠?qū)皡^(qū)當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),將運(yùn)算結(jié)果按照警級(jí)顯示相應(yīng)的顏色,一旦達(dá)到出警要求,則產(chǎn)生警情記錄輸出給相關(guān)責(zé)任人員。決策分析模塊是系統(tǒng)中最難實(shí)現(xiàn)的功能,需要利用專家系統(tǒng)和知識(shí)庫(kù),添加統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型,將歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的趨勢(shì)預(yù)測(cè)走向圖表,為景區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供決策科學(xué)的依據(jù)。4在生態(tài)