基于三維GIS的動物衛(wèi)生監(jiān)督指揮調(diào)度系統(tǒng)研究_圖文

1、基于三維 GIS 的動物衛(wèi)生監(jiān)督指揮調(diào)度系統(tǒng)設計和實現(xiàn) 蔣云 1, 尹用國 1, 向煜 2, 李彥橋 1, 曾楨 1(1.重慶市動物衛(wèi)生監(jiān)督所 重慶 401121; 2. 重慶數(shù)字城市科技有限公司,重慶 400020摘要 :本文簡要介紹了研究基于三維 GIS 的動物衛(wèi)生監(jiān)督指揮調(diào)度系統(tǒng)的必要性 , 重點介紹該 系統(tǒng)的研究目標、 主要功能模塊和實現(xiàn)的關鍵技術。 系統(tǒng)從動物衛(wèi)生監(jiān)督管理日常工作入手 , 整合各種動物衛(wèi)生監(jiān)督數(shù)據(jù),為重大動物疫病應急指揮提供科學、準確的信息支持。 關鍵詞 :動物疫病;應急指揮;三維地理信息;Research of 3D GIS-Based Command and Ad

2、justment System for Animal Health Inspection In Chong QingJIANG Yun1, YIN Yong Guo1, XIANG Yu2(1.Chongqing Animal Health Inspection Institute, Chongqing 401121; 2.Chongqing Cybercity Sci-tech Co.ltd, Chongqing 400020,ChinaAbstract: This paper briefly describes the necessity of research on 3D GIS-bas

3、ed Command and Adjustment System for Animal health inspection. Meanwhile, The research goal ,main functional modules, key technologies of the system are introduced.This System from the start with animal health inspection management daily work, integration of various animal health inspection data, pr

4、ovide scientific and accurate information support for Animal epidemic emergency command. Key words: Animal epidemics; Emergency command; 3D GIS0. 引言近年來, 國際國內(nèi)動物疫情特別是重大動物疫情發(fā)生十分頻繁, 特別是禽流感、 口蹄疫 等動物疫病的暴發(fā)與蔓延, 對畜牧業(yè)發(fā)展和人民群眾生命安全構成了嚴重威脅, 對畜產(chǎn)品消 費和出口造成了巨大損失, 嚴重影響了社會經(jīng)濟發(fā)展, 重大動物疫病防控和畜產(chǎn)品安全監(jiān)管 已成為全社會關注的焦點。動物衛(wèi)生監(jiān)督工作是一項民

5、生工作, 是政府依法實施動物檢疫、 動物防疫管理的重要體 現(xiàn), 是防控重大動物疫病發(fā)生與監(jiān)管畜產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要行政技術措施。 對于動物疫病防 控和畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管來講, 動物免疫監(jiān)管是基礎, 動物檢疫監(jiān)管是保障、 動物衛(wèi)生監(jiān)督 是加強, 如何利用現(xiàn)代化信息技術, 建立一套涵蓋動物衛(wèi)生監(jiān)督業(yè)務管理范圍的信息化系統(tǒng) 來防控重大動物疫病發(fā)生與監(jiān)管畜產(chǎn)品質(zhì)量安全已引起國內(nèi)眾多研究者的普遍關注。 國內(nèi)科 技工作者對此也展開了大量的研究 12345, 這些研究從不同角度對動物衛(wèi)生監(jiān)督信息化的 系統(tǒng)功能模塊、 體系結(jié)構、 業(yè)務模型等做了較為詳細的闡述, 對豐富動物衛(wèi)生事件應急管理 系統(tǒng)的應用功能, 促進

6、地區(qū)動物衛(wèi)生監(jiān)督信息化建設有積極作用。 但這些信息系統(tǒng)建于較早 時期,采用傳統(tǒng)的技術,未研究三維 GIS 應用,系統(tǒng)功能側(cè)重于重大動物疫情的應急處置, 而未注重動物衛(wèi)生監(jiān)督的日常管理工作, 本文從動物衛(wèi)生監(jiān)督的日常管理工作出發(fā), 提出一 種基于三維 GIS 技術并集成現(xiàn)有信息化技術的動物衛(wèi)生監(jiān)督指揮調(diào)度系統(tǒng), 實現(xiàn) “網(wǎng)絡化管 理” 、 “電子化出證” 、 “可視化指揮”的新型管理模式。1. 研究目標動物衛(wèi)生監(jiān)督指揮調(diào)度系統(tǒng)的建設在現(xiàn)有的動物疫病管理體系和動物衛(wèi)生監(jiān)督體系下, 運用三維 GIS 技術, 以計算機網(wǎng)絡為基礎、 以有線和無線通信為紐帶、 以接處警信息處理為 核心、 以動物衛(wèi)生監(jiān)督空

7、間數(shù)據(jù)庫為載體,及時、 準確采集動物衛(wèi)生監(jiān)督數(shù)據(jù),全面監(jiān)控動 物及其產(chǎn)品在流通領域各環(huán)節(jié)情況, 實現(xiàn)動物衛(wèi)生監(jiān)督業(yè)務與重大動物疫情應急指揮的完美 集成, 為科學防控動物疫情、 及時應對畜產(chǎn)品安全事件、 宏觀指導畜牧業(yè)生產(chǎn)布局提供科學 決策依據(jù)。2. 系統(tǒng)設計2.1. 系統(tǒng)總體框架 圖 1 系統(tǒng)總體框架Fig.1 Whole structure figure of system重慶市動物衛(wèi)生監(jiān)督指揮調(diào)度系統(tǒng)由基礎設施層、 數(shù)據(jù)層、平臺層、應用層、 表現(xiàn)層組成?；A設施層為基礎硬件環(huán)境、應用環(huán)境和安全環(huán)境等;以此為依托,數(shù)據(jù)層存儲基礎空 間數(shù)據(jù)、 專題空間數(shù)據(jù)、 業(yè)務數(shù)據(jù); 平臺層完成動物衛(wèi)生監(jiān)督

8、業(yè)務相關資源與地理信息的整 合、 管理并面向各種動物衛(wèi)生監(jiān)督業(yè)務應用提供強大的應用服務支撐; 應用層實現(xiàn)各子系統(tǒng) , 分別對各自管理內(nèi)容進行業(yè)務管理, 最后通過統(tǒng)一門戶面向各類用戶提供統(tǒng)一的系統(tǒng)訪問入 口。2.2. 系統(tǒng)數(shù)據(jù)體系系統(tǒng)數(shù)據(jù)體系主要包括基礎空間數(shù)據(jù)、 動監(jiān)專題空間數(shù)據(jù)及動監(jiān)業(yè)務數(shù)據(jù)三部分。 如圖 2。 圖 2數(shù)據(jù)體系Fig.2 Data Structures基礎空間數(shù)據(jù)作為客觀現(xiàn)實世界的表達, 既全面反映了城市的地形地貌, 又是其它空間 數(shù)據(jù)的定位基礎?；A空間數(shù)據(jù)包括 l :500, 1:2000, l :10000等比例尺的 DLG 數(shù)據(jù);遙 感影像數(shù)據(jù)中,對于城區(qū)范圍內(nèi),以

9、0.2米航空影像及 0.62米高精度衛(wèi)星遙感影像為主; 在城郊,以 5米 -10米得衛(wèi)星遙感影像為主; DEM 數(shù)據(jù)以 5米精度為主。動監(jiān)專題數(shù)據(jù)包括疫情空間分布信息; 動監(jiān)管理機構空間分布信息, 如畜牧獸醫(yī)站、 各 級衛(wèi)生監(jiān)督所、 疫病預防和控制機構、 畜牧獸醫(yī)行政管理機構、 重大動物疫病防控指揮機構, 動物衛(wèi)生防疫消毒檢查站、動物檢疫申報點、 無害化處理場、 隔離場等;監(jiān)管對象空間分布 信息,如定點屠宰場、交易市場、種畜禽場站、規(guī)?；B(yǎng)殖場等。動監(jiān)業(yè)務數(shù)據(jù)包括 110聯(lián)動數(shù)據(jù)、檢疫監(jiān)管信息、 防疫監(jiān)管信息、 疫情上報數(shù)據(jù)、 預案 數(shù)據(jù)、專家?guī)煨畔⒁约捌渌麡I(yè)務相關數(shù)據(jù)等等。這些數(shù)據(jù)構成了整個

10、系統(tǒng)的骨干, 通過在空間數(shù)據(jù)與業(yè)務數(shù)據(jù)之間建立關聯(lián), 有效實現(xiàn) 數(shù)據(jù)資源的整合應用。3. 系統(tǒng)實現(xiàn)動物衛(wèi)生監(jiān)督指揮調(diào)度系統(tǒng)包括動監(jiān) 110聯(lián)動接處警子系統(tǒng)、 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、 動物衛(wèi) 生監(jiān)督信息管理子系統(tǒng)、三維應急指揮處置子系統(tǒng)等功能。3.1. 動監(jiān) 110聯(lián)動接處警子系統(tǒng)動監(jiān) 110聯(lián)動接處警子系統(tǒng)是基于 GIS 技術和 Call center 技術, 使用的接處警熱線電 話,承擔 110聯(lián)動的接警、處警及咨詢等聯(lián)動工作,對消費者舉報、咨詢和投訴的動物產(chǎn)品 安全問題快速處置。 包括警情錄入、 警情錄音、 警 (疫 情落地、 任務分發(fā)處置、 地名查找、 信息查詢、業(yè)務統(tǒng)計等功能。 圖 3 疫情

11、落地Fig.3 Epidemic landing3.2. 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)通過在城區(qū)指定道口、 市級公路檢查站、 大型屠宰場、 大型農(nóng)貿(mào)市場等重點場所安裝固 定監(jiān)控或移動監(jiān)控設備,對動物及其產(chǎn)品流通過程 24小時全程監(jiān)控,為查辦違法案件、處 理違規(guī)行為提供現(xiàn)場證據(jù)。 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)以電子地圖集成視頻監(jiān)控資源, 將各視頻監(jiān)控點 標注在電子地圖上, 可以通過空間分析快速檢索、 定位到指定監(jiān)控點位置, 并實時瀏覽當前 監(jiān)控點的視頻信息。包括視頻點標注、視頻點查詢、視頻現(xiàn)場監(jiān)控、視頻遠程控制、視頻歷 史數(shù)據(jù)查詢等功能。3.3. 動物衛(wèi)生監(jiān)督信息管理子系統(tǒng)動物衛(wèi)生監(jiān)督信息管理子系統(tǒng)涵蓋整個動物衛(wèi)生監(jiān)督管理

12、工作, 實現(xiàn)了動監(jiān)機構及人員 管理、動物調(diào)運監(jiān)管、動物檢疫監(jiān)管、動物防疫監(jiān)管、動物衛(wèi)生執(zhí)法監(jiān)管等功能。動監(jiān)機構及人員管理包括機構管理和人員管理兩大部分。 包括人員信息維護、 機構信息 維護等功能。動物調(diào)運監(jiān)管在入市公路、 鐵路道口建立動物衛(wèi)生監(jiān)督檢查站, 并將動物衛(wèi)生監(jiān)督檢查 站的空間位置標注在三維電子地圖上,管理進出重慶市 40個入市道口的動物及產(chǎn)品消毒、 檢查、信息登記、簽章放行和備案管理等工作。實現(xiàn)了調(diào)入備案管理、道口檢查管理、到達 地核查管理、風險源提示、流通情況分析等功能。動物檢疫監(jiān)管包括產(chǎn)地檢疫和屠宰檢疫兩大部分。 產(chǎn)地檢疫實現(xiàn)動物檢疫申報管理、 檢 疫申報受理管理、 檢疫合格證明

13、打印、 動物檢疫病害動物無害化處理管理等功能。 屠宰檢疫 包括定點屠宰廠入廠檢疫管理、屠宰巡回檢疫管理、急宰檢疫管理、同步檢疫管理等功能。 動物防疫監(jiān)管對各地畜牧生產(chǎn)及防疫數(shù)據(jù)進行管理, 包括散養(yǎng)和規(guī)?；B(yǎng)殖場生產(chǎn)防疫 情況。結(jié)合三維 GIS ,將散養(yǎng)信息、規(guī)?；B(yǎng)殖場信息標注在電子地圖上,各地散養(yǎng)戶信息 按行政村進行統(tǒng)計后統(tǒng)一管理。 包括常年強制免疫信息、 春秋集中免疫信息管理、 突發(fā)事件免疫信息管理等功能。動物衛(wèi)生執(zhí)法監(jiān)管對動物衛(wèi)生監(jiān)督執(zhí)法辦案進行日常監(jiān)督管理, 實現(xiàn)了執(zhí)法案件信息登 記、行政處罰立案審批、案件處理意見、行政處罰決定登記、行政處罰結(jié)案報告登記等。 3.4. 三維應急指揮處置

14、子系統(tǒng)三維應急指揮處置子系統(tǒng)依托三維地圖數(shù)據(jù), 實現(xiàn)了對應急預案進行數(shù)字化管理, 通過 三維地圖平臺進行應急資源可視化管理和應急場景查看, 疫情災難發(fā)生后, 應急指揮人員可 以快速對事故地點進行定位, 掌握事發(fā)物質(zhì)和設施相關信息, 同時查詢周邊道路信息、 應急 資源信息、應急救援力量信息以及物資儲備情況,為應急資源調(diào)度提供信息支持。 三維場景展示控制:三維 GIS 的場景展示功能結(jié)合動物衛(wèi)生監(jiān)督信息管理子系統(tǒng), 既可以疊加展示動物疫情相關專題空間數(shù)據(jù)的分布,如重大動物疫病防控指揮機 構、鄉(xiāng)鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站信息、動物衛(wèi)生監(jiān)督所等,又可以展現(xiàn)突發(fā)動物疫情事件地點 周邊地形地貌,方便管理者身臨其境的做出

15、現(xiàn)場決策。 應急資源檢索:通過點選、框選、圈選進行緩沖分析,查詢各種應急資源,包括:各級重大動物疫病防控指揮機構、各級畜牧獸醫(yī)行政管理機構、各級動物衛(wèi)生監(jiān)督 機構、各級動物疫病預防控制機構、鄉(xiāng)鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站、動物衛(wèi)生監(jiān)督檢查站、動物 檢疫申報點、動物檢疫隔離場、定點屠宰場、大型交易市場、無害化處理場、種畜 禽場站、規(guī)?；B(yǎng)殖場、動物診療機構、以及藥品、疫苗、設施設備、防護用品、 交通及通信工具等,從而評估應急力量及潛在的受威脅因子,為進一步制定防控策 略提供決策支持。 應急指揮圖制作:結(jié)合三維 GIS ,繪制疫情點、疫區(qū)、受威脅區(qū),并根據(jù)現(xiàn)實的自 然條件,對受威脅區(qū)進行裁剪,并設置臨時動物衛(wèi)生檢

16、查站,制作直觀的應急指揮 圖。 應急指揮調(diào)度:根據(jù)疫區(qū)、受威脅區(qū)范圍,分析動物疫情涉及行政村數(shù)、疫區(qū)需捕 殺動物數(shù)量,受威脅區(qū)需免疫動物數(shù)量;根據(jù)三維 GIS 的道路情況,分析如何設置 相關動物衛(wèi)生臨時檢查站;根據(jù)現(xiàn)有物資儲備情況,分析如何配置應急物資。結(jié)合 以上分析數(shù)據(jù),及時開展人員車輛指揮調(diào)度,實時將突發(fā)事件發(fā)生發(fā)展情況和應急 處置情況傳遞給相關人員,實現(xiàn)協(xié)同指揮、有序調(diào)度和有效監(jiān)督。 事后評估:當突發(fā)疫情處置完畢之后, 對疫情處置全過程及處置預案進行備案保存, 以便為后續(xù)再次發(fā)生同類型事件時提供參考;同時,根據(jù)疫情造成的各種損失進行 疫情全面評估,為善后處理措施的妥善制定提供依據(jù)。 圖

17、4 應急處置Fig.4 Emergency disposal 4. 關鍵技術研究 4.1. 三維建模技術 國內(nèi)已有的重大動物疫情應急指揮系統(tǒng)多是基于二維空間數(shù)據(jù)建立的應急指揮調(diào)度的 應用。這種基于二維空間數(shù)據(jù)的建立應用，雖然能反應疫點、疫區(qū)、受威脅區(qū)的空間位置， 但不能真實直觀反應疫情現(xiàn)場信息，不能給決策者帶來身臨其境的感覺，只能宏觀的、概略 的反應疫情現(xiàn)場的信息，一旦指揮人員要對細部環(huán)境信息進行觀察、查詢、分析，則無法得 到足夠的數(shù)據(jù)支持。因此，本次研究中，我們采用三維 GIS 來支持應急指揮應用。 目前，建立三維空間模型目前主要有以下幾種方法： 根據(jù) DEM(數(shù)字高程模型建立逼真的地形表面

18、形態(tài)，通過疊加正射影像數(shù)據(jù)生成虛 擬景觀； 利用三維建模軟件(如 3DMAX、Maya、Aut0CAD 等來構造實體，對于復雜的地物或 標志性建筑物，應該建立比較詳細、逼真、復雜的模型加以表達； 利用攝影測量、激光掃描或其他地面測量手段采集的三維編碼數(shù)據(jù)和實際影像紋理 相結(jié)合來逼真地表示三維 GIS 景觀的現(xiàn)狀。 本次研究中， 采用了 DEM(數(shù)字高程模型疊加高精度正射影像數(shù)據(jù)建立起整個市域的地 表模型。影像數(shù)據(jù)經(jīng)過坐標系的確定與配置、 投影轉(zhuǎn)換、 金字塔生成、數(shù)據(jù)加載、接邊處理、 影像裁剪等處理過程， 疊加 DEM 合成三維地形數(shù)據(jù)。 這種建模技術雖然沒有對地表的其他三 維實體(如建筑物等進

19、行專門的建模表達， 但對地形地表提供了逼真的三維表達， 很好地支 持了動物衛(wèi)生監(jiān)督指揮調(diào)度的應用。 出于減少數(shù)據(jù)量以降低硬件要求考慮， 在本次研究中對 城市區(qū)域內(nèi)不同區(qū)域的空問數(shù)據(jù)的精度提出分級要求：在城市核心區(qū)采用了 0.2 m 分辨率 的航空影像數(shù)據(jù)，其余農(nóng)村地區(qū)采用 5 m-10m 分辨率的衛(wèi)星遙感影像。 4.2. “流模式”加載技術 傳統(tǒng)的三維顯示模式是一種“下載一回放”的方式,在三維場景開始運行時便將所有數(shù) 據(jù)全部加載進來， 并且處于不同的瀏覽比例尺時， 場景中所有三維模型的精度是相同的, 造 成系統(tǒng)資源負重，系統(tǒng)的運行效率將大大降低。通過分析用戶常用瀏覽操作可知，每次所需 的瀏覽范

20、圍通常遠小于整個場景的范圍， 因此在用戶該次瀏覽范圍之外的數(shù)據(jù)都可視為冗余 數(shù)據(jù)。 “流模式”加載技術，將完整的數(shù)據(jù)劃分為若干個數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)載入時，根據(jù)當前所 見區(qū)域來對模型進行實時加載，用戶想瀏覽多少模型時便加載多少模型的方式。 “流模式” 加載“即用即取”特點彌補了傳統(tǒng)顯示模式的缺憾，節(jié)省了不必要的系統(tǒng)資源消耗，從而大 大提高了三維場景的運行效率。 4.3. 空間數(shù)據(jù)聚合技術 空間數(shù)據(jù)聚合技術是把來自于多種數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)和信息，根據(jù)既定的規(guī)則，提取、過濾、 轉(zhuǎn)換、分析、總結(jié)，生成完整、準確、簡潔的綜合信息，為用戶提供信息服務。本次研究中， 我們通過訪問相關業(yè)務子系統(tǒng)接口，制定相關數(shù)據(jù)提取規(guī)則，

21、并經(jīng)過關聯(lián)分析、時態(tài)聚合、 集中展示等處理，對存在分布在多個業(yè)務數(shù)據(jù)庫中的多數(shù)據(jù)實現(xiàn)了空間聚合。 數(shù)據(jù)提取技術 系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)眾多，包括基礎空間數(shù)據(jù)、動監(jiān)專題空間數(shù)據(jù)及動監(jiān)業(yè)務數(shù)據(jù)等，該技術 主要通過建立相關規(guī)則， 對數(shù)據(jù)進行提取、 過濾、 轉(zhuǎn)換， 并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到平臺數(shù)據(jù)庫中， 為數(shù)據(jù)關聯(lián)分析、時態(tài)聚合提供支撐。 關聯(lián)分析技術 通過對系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)中的空間地理位置的信息進行歸類并標準化， 利用簡單關聯(lián)、 時序 關聯(lián)和因果關聯(lián)等模型,找出各種數(shù)據(jù)中隱藏的關聯(lián)網(wǎng)。并利用支持度和可信度兩個閥值來 度量關聯(lián)規(guī)則的相關性，使得所挖掘的規(guī)則符合需求。 時態(tài)聚合技術 自動將具有時態(tài)信息的動監(jiān)專題空間數(shù)據(jù)及動

22、監(jiān)業(yè)務數(shù)據(jù)按照相似性歸納成若干類別， 發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布模式，以及可能的數(shù)據(jù)屬性之間的相互關系，并在二維地圖組件、三維地圖 組件中展示其時空分布特征。例如 GPS 軌跡信息、案事件發(fā)生日期及分布位置等等。 集中展示技術 通過基礎空間數(shù)據(jù)、 動監(jiān)專題空間數(shù)據(jù)及動監(jiān)業(yè)務數(shù)據(jù)內(nèi)在的關聯(lián)， 用統(tǒng)一的界面方式 對重構后的數(shù)據(jù)進行集中展示，從多個角度、多側(cè)面地展示的動監(jiān)對象的特性，從而深入理 解包含在數(shù)據(jù)中的信息。 5. 系統(tǒng)應用效果 5.1. 保障畜產(chǎn)品安全 通過系統(tǒng)的建設，僅 2010 年，系統(tǒng)協(xié)助接警人員處理報警電話共 3892 件，查處各種違 法案件 1753 起，攔截處理市外疫情 22 起，銷毀病害

23、動物及產(chǎn)品 171.3 噸，保障了畜產(chǎn)品安 全。特別是綦江縣通過該系統(tǒng)的使用，查處銷毀了 180 多頭來自外省染疫生豬，得到市委市 政府的一致好評。 5.2. 輔助宏觀調(diào)控 通過系統(tǒng)的建設， 為政府和相關部門宏觀科學指導養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)布局提供科學依據(jù)。 2009 年以來，我們根據(jù)系統(tǒng)的統(tǒng)計結(jié)果，分析養(yǎng)殖業(yè)、動物防疫的實時動態(tài)分布情況，為制定養(yǎng) 殖業(yè)相關政策提供了數(shù)據(jù)基礎， 防止了養(yǎng)殖業(yè)一哄而上和市場供給相對不足的局面， 避免了 畜產(chǎn)品價格像 2007 年末 2008 年初的畜產(chǎn)品價格暴漲暴跌現(xiàn)象。 5.3. 減少監(jiān)管成本 通過系統(tǒng)的建設，實現(xiàn)了市和各區(qū)縣、區(qū)縣和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)獸醫(yī)站、區(qū)縣和區(qū)縣之間的信息共 享，減少了相互到現(xiàn)場辦理工作業(yè)務的次數(shù)。全市共 40 個區(qū)縣防治動物重大疫病指揮部、 40 個區(qū)縣畜牧獸醫(yī)部門、 1000 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)獸醫(yī)站、 1500 個動物檢疫申報點、 1000 個定點屠宰場、 全市 10000 名基層獸醫(yī)人員、4.5 萬個規(guī)模養(yǎng)殖場，平均每年減少相互