《城市安全规划数据库及其网络管理技术研究》专题研究

1、城市安全规划数据库及其网络管理技术研究目录“十五”国家科技攻关计划城市公共安全规划与应急预案编制及其关键技术研究2001BA803B01城市安全规划数据库及其网络管理技术研究2001BA803B01-03专题研究报告国家安全生产监督管理局安全科学技术研究中心2003年11月25日137项目名称：重大工业事故与大城市火灾防范及应急技术研究课题名称：城市公共安全规划与应急预案编制及其关键技术研究课题负责人：刘铁民、吴宗之专题名称：城市安全规划数据库及其网络管理技术研究专题编号：2001BA803B01-3下达单位：科学技术部组织单位：国家安全生产监督管理局承担单位：国家安全生产监督管理局安全科学技

2、术研究中心专题负责人：张兴凯、李传贵主要参加人员：李彪、孙猛、刘功智、王银生、耿凤、王宇航、李群、温亚男、周建新、赵军、张华俊、程惠敏起止年限：2001年10月至2003年12月目 录1 专题研究工作概况11.1 任务来源11.2 研究的目的与意义11.3 攻关目标与研究内容21.4 技术路线31.5 主要工作51.6 主要研究成果与技术创新62 城市安全规划及应急地理信息系统设计102.1 系统概念设计102.1.1 总体设计思想102.1.2 系统概念设计102.1.3 总体设计原则132.1.4 系统软件、硬件环境132.2 城市安全规划及应急地理信息系统研究内容152.2.1 城市空间

3、特征的地理信息系统方法162.2.2 城市安全规划及应急地理信息系统的安全分析方法172.3 城市安全规划及应急地理信息系统分析过程182.4 城市安全规划及应急地理信息系统集成202.5 城市安全规划及应急地理信息系统需求分析212.5.1 城市安全规划及应急地理信息系统用户212.5.2 城市安全规划及应急地理信息系统的基本功能252.5.3 城市安全规划及应急地理信息系统开发环境252.5.4 城市安全规划及应急地理信息系统总体设计262.5.5 城市安全规划及应急地理信息系统图层设计303 城市安全规划数据库研究323.1 安全规划数据库需求分析323.1.1 安全规划数据库作用323

4、.1.2 安全规划数据库用户及其需求323.2 数据库总体结构设计333.2.1 安全规划数据库设计原则333.2.2 研究方法与方案343.2.3 安全规划数据库总体设计353.3 基础信息数据库设计373.3.1 基础信息数据库内容373.3.2 基础信息数据库结构设计383.4 安全信息数据库设计543.4.1 安全信息数据库内容543.4.2 安全信息数据库结构设计553.5 地理信息数据库设计743.5.1 地理信息数据库内容743.5.2 地理信息数据库设计764 城市重大危险源网络管理技术784.1 重大危险源管理网络化实现784.2 重大危险源数据库安全管理784.2.1 数据

5、库安全性控制一般方法784.2.2 SQL Server安全体系结构和安全认证模式844.2.3 SQL Server权限管理864.3 重大危险源数据库完整性控制874.3.1 完整性约束条件及完整性控制874.3.2 SQL Server数据库完整性及实现方法904.4 重大危险源数据库并发控制914.4.1 事务及并发控制914.4.2 封锁及封锁协议924.4.3 SQL Server并发控制机制934.5 重大危险源数据库数据恢复机制934.5.1 故障种类934.5.2 数据恢复实现技术944.5.3 数据库恢复策略964.5.4 SQL Server数据备份和恢复机制974.6

6、城市安全规划及应急地理信息系统用户管理995 城市安全规划可视化技术1025.1 可视化1025.2 安全规划可视化方法1025.3 安全规划可视化内容1045.4 安全规划可视化实施及其结果1075.5 典型事故后果可视化实施1115.6 安全规划对象可视化编辑1125.7 应急救援指挥可视化实施及其结果1136 城市安全规划地理信息分类编码技术1196.1 城市地理信息分类编码的意义1196.2 城市地理信息分类和编码方法1206.3 城市安全规划信息分类编码129主要参考文献132城市安全规划数据库及其网络管理技术研究专题研究工作概况1 专题研究工作概况1.1 任务来源城市安全规划数据库

7、及其网络管理技术研究是“十五”国家科技攻关计划项目重大工业事故与城市火灾防范及应急技术研究的第一课题城市公共安全规划与应急预案编制及其关键技术研究的第三专题，专题编号为2001BA803B01-03。该专题在国家安全生产监督管理局的统一组织下，由国家安全生产监督管理局安全科学技术研究中心负责实施，起止年限为2001年10月至2003年12月。1.2 研究的目的与意义城市安全系统是一个开放的宏观巨系统，城市安全规划和城市突发重大事故应急救援是一个系统化工程。随着城市功能的增强，城市规模的增大，在城市居民生产和生活中人为因素造成的各类火灾、爆炸、泄漏等事故，以及地震、台风、洪水、山体滑坡、地表塌陷

8、等自然灾害，大气污染、土壤污染、水体污染、噪声污染等生态环境破坏，显得更加突出。城市安全涉及多个政府部门和各级、各层次的人员，需要海量数据资料，因此必须借助现代的信息管理手段和方法进行管理。无论是城市安全规划，还是城市突发重大事故应急救援预案及应急决策支持，都是建立在城市空间数据和具体对象空间数据之上的，同时需要具体对象的属性数据。地理信息系统（GIS）技术，为城市安全规划和城市重大事故应急救援辅助决策提供了最适应的研究方法和手段。本专题将用地理信息系统的研究方法和手段，按照城市安全规划和城市重大事故应急救援辅助决策支持的需求，以城市重大危险源风险控制为主线，以预防城市重大事故发生、减少重大事

9、故损失为目标，进行城市安全规划数据库及其网络化可视化技术等需求分析，完成城市安全规划数据库的结构设计；探讨城市重大危险源管理网络化技术，实现城市重大危险源管理方面的网络化；研究城市安全规划的可视化技术，开发一些用于城市安全规划和城市重大事故应急救援辅助决策支持平台的可视化控件。该专题是在本课题第一专题城市安全规划技术、方法与程序研究和第二专题城市突发重大事故应急预案及应急决策支持系统研究的基础上实现研究成果的信息化，通过建设城市安全规划数据库、研究城市安全规划可视化技术和城市重大危险源管理网络化技术，为本课题第一专题和第二专题的研究成果的推广应用提供支持。通过该专题的研究，将探讨适应我国城市现

10、状的、服务于城市安全规划和城市重大事故应急救援的城市安全规划及应急地理信息系统的模式、方法和建设方案，从而使城市安全规划方法和城市重大事故应急救援系统更加科学、高效和方便。1.3 攻关目标与研究内容（1）攻关目标本专题攻关目标是，建立用于城市安全规划和城市重大事故应急救援辅助决策支持的、基于地理信息系统的城市安全规划数据库、网络管理技术和可视化技术。（2）研究内容按照国家科技攻关计划课题任务书城市公共安全规划与应急救援预案编制及其关键技术研究的要求，本专题研究内容包括三个方面。城市安全规划数据库研究主要研究城市安全规划数据库基本组成、数据结构及其数据关系，完成城市安全规划数据库需求分析和设计，

11、包括：n 城市安全规划数据库需求分析；n 城市安全规划数据库总体结构设计；n 城市安全规划基础信息数据库设计；n 城市安全规划安全信息数据库设计；n 城市安全规划地理信息数据库设计；n 城市安全规划数据库的多类数据协同管理技术。城市重大危险源管理网络化技术研究主要研究城市重大危险源用户需求、网络管理模式和网络安全机制，包括：n 重大危险源管理的网络化模式；n 重大危险源管理的网络安全机制；n 重大危险源网络化实现技术。城市安全规划可视化技术研究主要研究城市安全规划对象、规划结果以及用于城市安全规划支持的可视化模式、方法和过程，实现一些城市安全规划对象的可视化，包括：n 城市安全规划对象及结果的

12、可视化模式、方法和过程；n 城市安全规划对象的空间数据和属性数据；n 事故应急救援过程的可视化模式、方法和过程；n 城市安全规划对象空间查询及其输出；n 城市安全规划对象可视化编辑方法。1.4 技术路线本专题是分析转化课题第一专题和第二专题的研究成果，建立服务于城市安全规划和城市重大事故应急救援辅助支持的城市安全规划数据库及地理信息系统。本专题按照城市安全规划和城市重大事故应急救援的城市安全规划及应急地理信息系统需求分析、计算机程序开发、示范工程应用试点的技术路线。采用以城市安全规划和城市重大危险源管理为主线，依据通用基础数据和试点城市的实际数据资料进行城市安全规划及应急地理信息系统研制，开发

13、建立城市安全规划及应急地理信息系统平台的研究方法。研究过程及其实施程序如图1.1所示。资料调查分析选择开发平台专题一研究成果分析专题二研究成果分析选择数据库管理系统城市安全规划辅助决策支持需求分析重大事故应急救援辅助决策支持需求分析安全规划数据库设计可视化模式、方法研究网络化模式、方法研究N满足要求？Y通用平台开发N满足要求？Y试点数据测试通用平台调试城市安全规划及应急地理信息系统图1.1 技术路线及研究实施过程（1）广泛收集与本专题有关的国内外资料，进行数据的整理与分析；（2）分析城市安全规划和事故应急救援的数据特点，研究将本课题第一专题和第二专题部分研究成果通过计算机实现的途径、模式、方法

14、和要求；（3）按照城市安全规划和城市重大事故应急救援的可视化技术要求，选择地理信息系统开发平台、程序开发平台和城市安全规划及应急地理信息系统的运行环境；（4）研究城市安全规划数据管理、数据安全特点，选择城市安全规划数据库管理系统；（5）研究城市安全规划和城市重大事故应急救援辅助决策支持要求，进行城市安全规划辅助决策支持需求分析和城市重大事故应急救援辅助决策支持需求分析，完成城市安全规划数据库设计；（6）研究城市安全规划可视化对象类别及其属性和可视化模式、方法，研究城市重大危险源数据库管理网络化模式、方法，建立城市安全规划数据库；（7）开发城市安全规划及应急地理信息系统的通用平台，进行调试；（8

15、）应用一个试点城市的实际数据测试通用平台的稳定性和可靠性；（9）进行集成，形成城市安全规划及应急地理信息系统的通用平台。1.5 主要工作参加本专题研究、试点等单位包括科研单位、大专院校、政府部门等，共计12家，投入科研人员30多人，实际科研工作量达到150余人·月，按照专题预期目标和研究内容，进行了如下几方面的工作。（1）进行了国内外相关研究内容的调研工作开展了国内外城市安全规划信息管理、城市重大危险源信息管理和地理信息系统等调研分析工作。（2）进行了城市安全规划数据库研究及基础数据录入工作研究了城市安全规划数据库的数据类别、数据结构、数据库安全机制和数据库管理的网络化技术，进行了城

16、市安全规划数据库需求分析，完成了城市安全规划数据库设计，录入了城市安全规划与城市重大事故应急救援辅助决策支持的基础数据。（3）进行了城市安全规划可视化技术研究工作进行了城市安全规划对象的分类、空间数据和属性数据的研究工作，开展了一些城市安全规划对象的可视化表示研究，进行了一些城市安全规划对象可视化编程工作。（4）进行了城市安全规划地理信息分类编码技术研究工作进行了城市安全规划及应急地理信息系统的信息分类、编码原则和模式研究，设计了城市安全规划及应急地理信息系统的信息分类与指标体系，完成了城市安全规划及应急地理信息系统的信息编码工作。（5）进行了城市安全规划及应急地理信息系统的研究工作进行了用于

17、城市安全规划、城市重大事故应急救援辅助决策支持的城市安全规划及应急地理信息系统需求分析，以及城市安全规划及应急地理信息系统通用平台的开发，应用试点城市实际数据进行测试，研制了城市安全规划及应急地理信息系统的通用平台。1.6 主要研究成果与技术创新（1）实用技术成果本专题取得的实用技术成果有3个：城市安全规划基础数据库存储了用于城市安全规划辅助决策支持、城市重大危险源管理、城市日常安全管理和城市重大事故应急救援辅助决策支持的各类城市安全基础数据资料。成果形式：计算机数据及其数据库（计算机存储设备）。危险化学品数据库，记录数1133条；安全距离数据库，记录数4785条；安全法律法规数据库，记录数5

18、02条；典型事故案例数据库，记录数165条；标准器材设备数据库，记录数137条；应急措施数据数据库，记录数62条；城市安全规划及应急地理信息系统的信息编码城市安全地理信息包括：基础信息和专题信息两大类。通用的城市安全规划及应急地理信息系统平台是建立在城市安全地理信息编码基础上，城市安全地理信息编码是城市地理信息标准化的基本要求。成果形式：文本文件。城市安全规划及应急地理信息系统平台城市安全规划及应急地理信息系统平台是用于建立城市安全规划及应急地理信息系统的通用计算机软件，它具有城市重大危险源管理、安全规划辅助决策支持、重大事故风险评价、重大事故应急救援辅助决策支持、日常安全管理等功能，可以实现

19、城市安全对象空间数据和属性数据的录入、编辑、查询和输出，能够对一些城市安全规划和重大事故应急救援对象进行可视化设计。成果形式：计算机软件（计算机存储设备）。（2）技术创新进行城市安全规划和城市重大事故应急救援辅助决策支持软件的需求分析，建立城市安全规划数据库，开发出具有城市重大危险源管理、城市安全规划辅助决策支持、城市重大事故应急救援辅助决策支持的基于地理信息系统的城市安全规划和城市重大事故应急救援辅助决策支持系统。本专题的技术创新主要体现在城市安全规划可视化技术、城市重大危险源管理网络化技术以及城市安全规划及应急地理信息系统通用平台等3个方面。安全规划与重大事故应急救援对象控件对城市一些安全

20、规划和城市重大事故应急救援辅助决策支持对象进行分类，分析其空间数据和属性数据特点，将这些对象开发成通用的计算机程序开发控件，绑定在城市安全规划及应急地理信息系统的开发工具（Visual Basic或Delphi）上。这些控件可以与Microsoft控件一样使用，成为开发工具的一部分。不仅使城市安全规划及应急地理信息系统开发变得方便、宜人，而且大大提高了编程速度。填补了程序开发中无城市安全规划和应急救援专用控件的空白。城市重大事故评价模型库及其应用系统将城市可能导致重大事故发生的对象进行分类，建立不同类别对象的事故后果评价模型，将事故后果模型的参数和初始条件、边界条件录入计算机，形成事故后果模型

21、库，开发出事故后果模拟和后果模型库管理的计算机系统。其创新不仅在于建立重大事故评价模型，将模型及其参数按照数据库模式管理，解决了在风险评价中使用一次模型，输入一组参数的问题；而且作为通用的计算机评价软件，使用十分方便。城市安全规划信息编码体系该体系与其他信息编码体系相适应，成为城市安全规划信息标准化的关键技术。模块化城市安全规划及应急地理信息系统平台根据城市安全规划及应急地理信息系统通用平台的需求分析，按照城市安全地理信息编码体系的编码，将城市安全规划和城市重大事故应急救援辅助决策支持的计算机需求分解为计算机程序模块，按照模块进行程序开发，再进行模块（软件）集成，用试点城市实际数据进行测试，开

22、发出城市安全规划及应急地理信息系统通用平台。该平台具有使用方便、可视化安全规划和危险源网络化管理的特点。（3）专利本专题的研究成果预期取得如下专利：城市安全规划与重大事故应急救援基础数据库及其管理系统，已经申报，正在受理之中。城市重大事故风险评价系统，将要申报，正在受理之中。城市安全规划及应急地理信息系统，已经申报，正在受理之中。（4）论著城市安全地理信息系统设计与开发，著，已经完成初稿，待出版。首都应急救援体系建设的建议，2003年度北京市民革学术交流论文，首都经济贸易大学学报。城市安全地理信息系统初探，2002年中国安全生产论坛交流论文，2002年度中国安全生产论坛论文集，中国·

23、北京，2002.10。企业安全评价应注意问题的探讨，劳动安全，2003年第6期，2003.6。GIS在安全中的应用，待发表。城市安全规划基础数据库探讨，环境与安全学报，已经同意收稿，待发表。城市安全规划的可视化技术探讨，中国安全科学学报，已经同意收稿，待发表。城市重大危险源网络化技术实施，待发表。（5）人才培养本专题培养硕士研究生6人。（6）成果推广情况本专题的研究成果已经在南宁市、青岛市等试点城市应用。城市安全规划数据库及其网络管理技术研究城市安全规划数据库研究2 城市安全规划及应急地理信息系统设计2.1 系统概念设计2.1.1 总体设计思想城市地理信息系统（CGIS，City geogra

24、phic Information System）是融计算机图形和数据库于一体，储存和处理城市空间信息的高新技术。它是把城市的地理位置和相关属性有机结合起来，按照城市的实际需要，准确真实地、以图文并茂的方式将城市信息显示在城市地图上，并以不同的方式输出给用户，以满足城市建设、企业管理、居民生产和生活对空间信息的要求，同时借助其空间分析功能和图形可视化表达，进行各种辅助决策。城市地理信息系统是超越城市问题传统解决方法的先进手段，并作为现代城市必不可少的基础，渗透到城市生产和生活的各个领域。城市地理信息系统由数据、硬件、软件、网络、规范标准、技术队伍、组织管理等组成。城市地理信息系统的数据可概括为两

25、大类：一类为基础数据，包括城市基础地图和用于反映地形、交通、境界、人口、建筑物（构筑物）、水系等信息的资料，它们表示城市的基本面貌，作为其他专题数据的背景或控制；另一类是专题数据，包括各种专业性的城市地理信息，如城市规划、安全生产、消防、地下管网、安全规划、户籍管理、土地利用、环境保护等，它们反映的是城市某一个专门领域的内容。这两类数据均来自于地形图、专题地图、统计表格及其他资料，它们都具有空间属性、专题属性、时间属性和统计属性等特点。按照国家科技攻关计划课题任务书的要求，本专题的主要研究内容包括：城市安全规划数据库设计和建设、研究城市安全规划可视化技术和城市重大危险源管理网络化技术。城市地理

26、信息系统的模式和功能，完全适应本专题研究内容的要求。因此，本专题按照城市地理信息系统的模式、设计思想和开发思路进行，开发适应城市安全规划和重大事故应急救援的城市安全规划及应急地理信息系统（CSP&ERGIS，City Safety Plan & Emergency Rescue Geographic Information System）。2.1.2 系统概念设计设计的城市安全规划及应急地理信息系统主要包括四个部分：信息获取与输入，数据储存与管理，数据转换与分析，结果生成与输出。城市安全规划及应急地理信息系统处理、管理的对象是多种城市安全地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数

27、据、图形数据、属性数据等，用于分析和处理在一定城市地理区域内分布的各种安全相关现象和过程，解决复杂的城市安全规划、事故辅助决策和安全管理等问题，设计的城市安全规划及应急地理信息系统的概念框架如图2.1所示。信息的获取与输入数据储存与管理(数据库及管理系统)数据转换数据分析数据显示与输出用户界面用户图2.1 城市安全规划及应急地理信息系统概念框架结构图图2.2为城市安全规划及应急地理信息系统对现实世界提出问题的处理过程及其与现实（外部）世界的关系。为了解决现实世界中的问题，从现实世界中获取信息，构成供计算机处理的数据源，然后将数据输入到计算机，计算机对数据进行管理，按照人们对数据的需要查询或转换

28、，进行必要的处理与分析，并将查询、分析结果反馈给人们，以帮助人们对现实世界的安全决策和行动。对城市安全规划和重大事故应急救援信息分析表明，城市安全规划及应急地理信息系统处理的信息分为两类。第一类是反映事物地理空间位置的信息，即空间数据或地图数据、图形数据；第二类是与事物的地理位置有关，反映事物其他特征的信息，即专题属性信息或专题属性数据。抽象，信息获取维护使用人员计算机系统数据源数据管理分析、输出用户现实世界数据输入查询转换分析结果决策行动图2.2 城市安全规划及应急地理信息系统对现实世界处理过程事物空间位置最基本的表示方法是点、线、面和三维表面。所谓点是该事物的大小、长度可以忽略不计而获得的

29、抽象，如消火栓、水井、消防水泵、阀门、电源开关等。所谓线是该事物的面积可以忽略不计，但长度、走向很重要，如道路、河流、各类管线等。所谓面是该事物具有特定的、封闭的边界，如工厂生产区域、城市的行政区域、建筑物等在地图上就是由线围成的不规则的多边形。所谓三维表面是该事物在一定地理范围内是连续变化的，其边界是模糊的，如不规则的地形表面等。城市安全规划及应急地理信息系统将点、线、面和三维表面储存在计算机中，成为事物的空间数据。地理信息系统最基本的功能是将分散收集的各种空间、属性信息输入到计算机中，建立起有相互联系的数据库，庞大的数据库支持地理信息系统，只有不断地对数据库进行维护，才能确保地理信息系统的

30、有效运行。只有将数据储存在计算机中，才能借助计算机进行数据处理与分析。空间数据可以象手工地图类似的表达方式显示在计算机的输出设备上，选定任意的空间位置就可以显示出相应事物的属性。查询、分类的结果可以图形、文字或表格的形式输出到计算机输出设备上。2.1.3 总体设计原则按照国家科技攻关计划任务书的要求，系统按照如下总体设计原则进行设计：（1）能够为城市安全规划和城市重大事故应急救援提供必要的支持；（2）可以提供安全规划的可视化技术；（3）可以实现重大危险源的网络化管理；（4）作为城市安全规划和城市重大事故应急救援辅助决策支持的通用平台，便于相关用户的二次开发。2.1.4 系统软件、硬件环境设计的

31、城市安全规划及应急地理信息系统由硬件、软件、数据和用户构成。（1）软件系统操作系统数据库管理系统其它系统软件GIS系统软件GIS应用软件图2.3 城市安全规划及应急地理信息系统软件体系结构城市安全规划及应急地理信息系统的软件系统由操作系统、数据库管理系统、GIS系统软件和GIS应用软件等组成，如图2.3所示。城市安全规划及应急地理信息系统的内核是操作系统，外一层是数据库管理系统和其他系统软件，再外一层就是GIS系统软件和GIS应用软件。按照城市安全规划及应急地理信息系统对数据的处理过程将系统软件分为数据输入与转换、图形和属性数据编辑、数据管理和储存、空间查询与分析、数据输出等5大部分，如图2.

32、4所示。数据输入与转换数据库管理系统图形与属性数据编辑空间查询与空间分析地图输出图2.4 城市地理信息系统软件构成（2）硬件系统城市安全规划及应急地理信息系统硬件由计算机系统、网络系统、数据采集和输入系统、地图输出系统等构成，如图2.5所示。计算机系统是城市安全规划及应急地理信息系统的核心，用于数据和信息的处理、加工、分析和管理，包括交换机、服务器等。数据采集和输入系统完成空间数据的转化并输入到计算机，常用的如数字化仪、解析测图仪、扫描仪、数字摄影测量系统、遥感图像采集和处理系统等。地图输出系统完成地图和属性数据的输出，如绘图仪、打印机、磁带机、硬盘、光盘等。网络系统完成上述三部分的联系以及与

33、外部环境的网络联系，如防火墙、路由器、中继器、网络等。全球定位系统遥感图像采集与处理系统数字摄影测量系统数字化仪解析测图仪扫描仪主服务器专用服务器GIS服务器交换机路由器用户防火墙代理服务器网络系统绘图仪打印机存储设备图2.5 城市安全规划及应急地理信息系统硬件结构2.2 城市安全规划及应急地理信息系统研究内容城市安全规划及应急地理信息系统作为城市地理信息系统的一个分支，是运用计算机硬件、软件和网络技术，实现城市各类安全数据的输入、存储、查询、分析、显示、更新和应用，并以处理城市各类空间实体及其关系为主的技术系统。本专题对城市安全规划及应急地理信息系统的研究主要针对如下内容：n 城市安全相关空

34、间特征分析的地理信息系统方法；n 风险评价与预测分析的地理信息系统方法；n 城市安全规划及应急地理信息系统辅助城市规划与设计方法；n 城市安全规划信息的地理信息系统表示；n 城市应急救援信息的地理信息系统表示；n 城市安全管理、风险评价、应急救援的可视化模式；n 其他城市安全服务的可视化技术等。2.2.1 城市空间特征的地理信息系统方法城市空间特征是城市规划重点研究内容之一，城市空间特征的地理信息系统描述是建立城市安全规划及应急地理信息系统必须解决的问题。城市空间地理形态、特征及其变迁的描述，城市生产、生活等各城市要素的可见分布及其演变，城市规模、城市产业化结构及其空间特征，城市人口构成及其分

35、布，城市重大危险源构成、属性及其分布，城市应急救援力量组成、属性及其分布，城市重点保护和防护目标构成、属性及其分布，城市的气候、环境特征等，都是建立城市安全规划及应急地理信息系统必须研究的内容。城市空间特征是各城市要素的空间位置、结构及其关系。位置分精确位置和参考位置。精确位置用地理坐标表示，它能准确计算面积、长度、密度等数量指标和描述准确空间位置，如消防站与重大危险源的距离、应急救援指挥中心与重大危险源的距离、建筑物之间的安全距离、建筑物的空间尺寸等都可以用精确位置表示。参考位置是相对其他要素而言的，如道路网及其名称、重大危险源名称和储存物质、应急救援站名称及其应急救援设备、人员等。结构主要

36、由空间分布形态和组织方式来描述，如重大危险源的物质形态和管理机构、应急救援体系的组织结构等。关系是指特定城市要素个体间或不同要素间的拓扑关系、数量关系和比例关系等，如道路拓扑关系、地理信息系统使用的比例尺等。作为城市安全规划及应急地理信息系统，其数据不仅包括一般城市地理信息系统的数据，还要包括为城市安全服务的安全信息数据，如重大危险源及其分布、应急救援力量及其分布、重点保卫和重点防护目标及其分布等。本专题研究的城市安全规划及应急地理信息系统试图尽量将可用于城市安全的信息有机的组织起来，借用计算机实现自动或交互式地完成城市各要素空间特征的处理分析，并将它们应用于城市安全管理、城市安全服务和城市应

37、急救援之中。因此，需要研究相应的数据模型、数学模型、数据组织方式和过程分析方法。数据模型是指描述某项（类）事物所需的数据类型，对于城市安全规划及应急地理信息系统，数据类型可能包括文本型、单精度型、双精度型、日期型等。数学模型是为了空间分析、数据处理和计算建立的，即为了完成某项事物选用的数据、物理方法和工具，如数学运算公式、方程式和数据标准处理等，有的分析可能需要十分复杂的数学、力学工具，如在评价化学物质爆炸伤害范围时需要用到复杂的物理力学方程式，在计算应急救援路线时的最优化理论。过程分析方法是指获得分析结论的整个分析过程及其组织，包括数据类型的确定、选择数学方程，确定各类数据处理方法和顺序、各

38、类数学模型的应用顺序，以及地理信息的表达方式等。本专题研究的城市安全规划及应急地理信息系统力求为用户建立丰富的知识库和适应于城市安全管理、应急救援、事故模拟、风险评价的模型库，给出这些知识和模型的组织方式，并为它们使用准备足够的基础数据，使用户能够方便自如地应用，解决城市安全相关的问题。如为了评价城市个人风险和社会风险，应该包括重大危险源数据库、风险评价模型库、人口分布数据库和气象环境数据库等，需要危险物质泄漏与扩散、火灾、爆炸等伤害范围和破坏范围评价模型。为了城市应急救援辅助决策时合理选择应急救援线路的需要，应该具有城市交通线路属性及其分布数据库、应急救援力量属性及其分布数据库，需要道路拓扑

39、关系、道路通行关系等。2.2.2 城市安全规划及应急地理信息系统的安全分析方法安全系统是一个开放的宏观巨系统，该系统由若干子系统，子系统由要素组成，安全系统包括很多要素，这些要素之间的关系是十分复杂的。不同的要素在不同的安全系统中表现出不同的结果，相同的要素在不同的安全系统中表现出不同的结果，不同的要素在相同的安全系统中也表现出不同的结果。此外，各要素对安全系统的重要度是不同的，对于城市的一个燃气储罐区，如果该储罐区在城市人口密集区，一旦发生泄漏、爆炸事故，就会造成大量的人员伤亡，如果该储罐区建在远离人员集聚区域，即使发生泄漏、爆炸事故，也不会造成大量的人员伤亡。城市安全规划及应急地理信息系统

40、的风险评价，主要从城市安全、应急救援的角度，研究城市规划和建设中土地使用和适宜性程度、城市安全规划方案、人口规模和合理的人口分布模式、各类生活功能区的合理布局、城市生命线的合理布局、重大危险源合理布局、应急救援力量基本需求和合理布局等，并建立它们的风险评价模型，根据社会、经济、环境特征等居民安全的需要，给出城市个人风险和社会风险的可承受水平，按照风险可承受水平进行安全投资，使安全投入与社会、经济发展相吻合，并最大限度地降低城市事故、紧急事件和自然灾害的风险，减少由其带来的损失。计算机要完成人们手工完成的工作，需要模拟人们的思维方式和分析问题的过程。单就评价因素的组织来说，首先是空间数据层的划分

41、。不论是地形图，还是数字形式的地形数据，都包括多种评价因素。需要根据城市主导风向确定城市燃气储罐区地点，根据高程带确定洪水淹没空间范围和建设条件，根据地形的坡度和坡向确定用地性质和建设条件，根据建筑物确定道路走向和新建筑物的布局，根据现有道路网络确定交通条件，根据城市范围和火灾特征、火灾危险性确定消防力量及其布局，根据事故、灾害和紧急事件的规模确定应急救援力量及其合理布局等。可见城市空间数据可以分解为多种评价因素层。专题中数据层的划分是以评价目的和便于计算机操作为原则的。其次是非空间数据的处理问题。如政策、法律法规、技术标准等非空间数据以及属性值，它们不随空间位置的变化而变化或变化不大，它们也

42、是评价因素。对于非空间数据的处理方法有两种，一种是图形化处理，按照数据的同一性或相关性，参照空间数据的位置（范围）形成空间因素层，例如政策规定的保护区、用地限制条件、安全生产法律法规、安全生产技术标准、生活区安全管理规定等；二是将某些不能图形化的政策、法律法规、技术标准等非空间数据以及属性值单独分析，即以空间分析结果为基础，进行适当调整。2.3 城市安全规划及应急地理信息系统分析过程城市安全规划及应急地理信息系统作为一个专业化地理信息系统，专题组在进行开发之前进行了系统分析，分析系统的主要任务，明确了在城市安全管理、安全地理信息处理、城市安全辅助决策支持、城市安全规划等方面的基本任务。专题组按

43、照问题识别、分析与综合、编制需求分析和需求分析评审等四个过程进行了系统分析。（1）问题识别专题组从城市安全角度和地理信息系统角度，确定开发的总体要求，即软件的需求，提出实现这些需求所需要的条件，以及这些需求应该达到的标准。主要包括：n 功能需求。列出开发的城市安全规划及应急地理信息系统所要实现的每一个（项）功能，并对这些功能的实现进行说明。n 性能需求。确定并给出所开发的城市安全规划及应急地理信息系统的各项技术性能指标。n 环境需求。环境需求也就是开发的城市安全规划及应急地理信息系统运行的环境要求。n 用户界面需求。软件与用户界面的友好性是用户能够方便、有效、快捷和愉快地使用该软件的关键之一，

44、也是该软件是否具有市场竞争力，是否受到用户欢迎的关键。n 资源需求。城市安全规划及应急地理信息系统开发需要的各种资源。（2）分析与综合需求分析的第二阶段工作是问题分析和方案综合。专题组成员首先确定数据流和数据结构，从数据流和数据结构出发，逐步细化所有的系统功能，找出系统中各元素之间的联系、接口特性和设计上的限制，分析它们是否满足功能要求，功能设置是否合理。再根据功能需求、性能要求和运行环境需求等，提出解决方案，直到每一个问题都得到解决为止。（3）编制需求分析报告专题组成员将需求分析的结果进行整理，形成了需求分析报告，报告内容包括：n 用户；n 开发平台、数据库管理系统和其他开发工具；n 数据流

45、图和数据库结构；n 系统功能和程序流图；n 安装方式和运行环境；n 所需开发资源；n 开发工作安排。（4）需求分析评审为了确保系统需求分析科学、系统，专题组对系统需求分析报告中的如下问题提出要求，进行了内部评审：n 系统的方针、目标与用户要求相一致；n 在系统分析过程中应该提供的各种文档资料齐全；n 文档中的内容应完整、准确地反映了用户的要求；n 准确、清晰地说明系统中各要素之间、系统与其他系统间的接口关系和要求；n 数据流清楚、数据结构合理，数据的获取方式和要求；n 包括系统的所有功能，这些功能的说明要清楚，用户和系统分析人员对这些功能的理解要一致；n 包括可行、详细的实施计划，各项资源的安

46、排要合理、得当，系统开发的人力、物力和时间应足够；n 制定出系统的检验标准和检验计划；n 整个需求分析报告层次清楚、用词准确、内容全面等。2.4 城市安全规划及应急地理信息系统集成城市安全规划及应急地理信息系统是一个跨学科的边缘技术领域，系统开发需要安全管理、安全技术与工程、城市规划与管理、城市建设、应急救援、城市服务、计算机软件开发和计算机硬件等各方面的人员。因此，首先需要各方面人员的集成，其次需要将构成城市安全规划及应急地理信息系统的软件、硬件、数据库、人员及其专业应用模型进行集成，还需要将其与数据采集系统、网络系统等外部系统集成起来。专题组按如图2.6所示模型完成系统集成。功能集成用户集

47、成技术数据集成集成界面多源数据技术支持技术支持图2.6 系统集成内部关系数据集成主要做了三方面工作，一是数据的获取和管理，数据如何进入到系统，在系统中对数据如何进行组织。二是系统内部的数据传递，即系统内的各子系统和模块之间如何进行数据的交换，数据是如何在各子系统和模块间流动的，它们之间需要有相容的数据格式、可以传递数据的接口。三就是数据的输出，在打印机、屏幕等输出终端设备上的输出，数据通过文件等形式向系统外部的输出等。2.5 城市安全规划及应急地理信息系统需求分析城市安全规划及应急地理信息系统是建立在地理信息系统和城市安全信息系统之上，针对城市灾害、各类事故和紧急事件防治工作中的空间信息数据、

48、信息管理、分析、预测评价和辅助决策支持等的城市安全管理和事故应急救援的实际需求，进行城市安全方面的应用和研究，探索城市安全分析方法、事故（灾害）防治技术与地理信息系统技术结合的关键技术问题，开发实用性的城市安全管理、事故（灾害）预防和事故应急救援的空间分析模型，为研究城市安全中的开放、宏观、复杂巨系统提供快速有效的技术途径和手段。城市安全规划及应急地理信息系统的开发应结合城市安全管理与城市事故（灾害）应急救援的现实需求，为城市安全用户提供多层次、大信息量、针对性信息和系统化信息的服务。2.5.1 城市安全规划及应急地理信息系统用户按照课题安全规划和事故应急救援的实际要求，本专题的城市安全规划及

49、应急地理信息系统的用户可大致分为五类，即城市日常安全管理用户、城市日常安全信息查询用户、城市安全规划用户、城市事故应急救援指挥用户和城市安全研究用户，如图2.7所示。城市安全规划及应急地理信息系统用户城市日常安全管理用户城市日常安全信息查询用户城市安全规划用户城市事故应急救援指挥用户城市安全研究用户图2.7 城市安全规划及应急地理信息系统用户（1）城市日常安全管理用户城市日常安全管理用户主要是指从事城市安全管理的政府机构、非政府组织、为政府提供安全决策和安全咨询服务的机构。根据我国的行政管理情况，构成该类用户的有：n 公安部门；n 消防部门；n 安全生产监督管理部门；n 道路管理部门；n 城市

50、规划部门；n 建筑安全监督管理部门；n 环境保护监督管理部门；n 医疗卫生救护部门；n 城市减灾、防灾相关部门；n 城市的市、区级政府；n 街道居民委员会；n 从事城市安全研究、设计的研究机构；n 从事城市安全咨询、服务的中介机构等。该类用户可以在城市安全规划及应急地理信息系统上享受的服务有：n 各类城市安全管理信息的查询；n 与本部门、机构有关的安全管理辅助决策支持；n 安全基础知识查询；n 本部门、机构安全管理信息发布；n 相关部门、机构安全管理信息的交流等。（2）城市日常安全信息查询用户任何一个城市居民都有权成为城市日常安全信息查询用户，该类用户享受对城市安全的知情权。城市安全规划及应急

51、地理信息系统为该类用户提供如下的安全信息，供其查询：n 城市事故信息；n 城市安全状况；n 城市安全建设情况；n 城市重大危险源分布及其说明；n 城市可能造成重大人员伤亡和财产损失的地点、场所的分布及其说明；n 日常安全教育、安全宣传的信息等。（3）城市安全规划用户本专题将课题第一专题的部分安全规划研究结果通过城市安全规划及应急地理信息系统实现可视化。进行城市安全规划，是确保城市安全布局合理、提高城市本质安全水平的关键。城市安全规划用户是专业化用户，城市安全规划及应急地理信息系统根据城市安全规划的要求设计了部分功能，这些功能包括：n 城市安全规划导则；n 城市重大灾害、事故的计算模型和计算方法

52、；n 城市应急救援力量需求计算模型和计算方法；n 其他城市安全规划辅助决策支持等。（4）城市事故应急救援指挥用户城市事故应急救援辅助决策是课题第二专题的研究内容。城市安全规划及应急地理信息系统将课题第二专题的部分研究成果，通过计算机显示给用户。城市应急救援指挥用户是指从事城市应急救援的政府部门和专业机构。目前我国涉及城市应急救援指挥的用户有：n 城市的市、区级人民政府；n 城市应急救援联动中心（我国大部分城市没有设立）；n 公安部门；n 消防部门；n 安全生产监督管理部门；n 环境监控管理部门；n 灾害救援指挥部门；n 卫生突发事件应急救援指挥部门；n 专业化应急救援机构；n 保险机构等。城市

53、安全规划及应急地理信息系统的主要功能之一就是城市事故、灾害和紧急事件的应急救援辅助决策支持，在应急救援辅助决策支持方面的功能包括：n 重大危险源分布及其属性；n 应急救援力量分布及其属性；n 应急救援预案编制导则；n 应急救援物质分布及其属性；n 典型事故危害、破坏范围模拟；n 应急救援路线辅助决策支持；n 应急救援指挥辅助决策支持等。（5）城市安全研究用户城市安全规划及应急地理信息系统是进行城市安全研究工具之一，城市安全研究用户可以根据研究开发的要求，在城市安全规划及应急地理信息系统上进行开发，完成相应研究工作，如开发基于地理信息系统的应急救援指挥系统，开发基于地理信息系统的城市安全规划辅助

54、决策支持系统，建立基于地理信息系统的城市重大危险源监控系统，建立基于地理信息系统的重大事故（灾害）后果模拟系统，在城市地理信息系统上开发风险评价软件等。本专题开发的城市安全规划及应急地理信息系统为该类用户提供了二次开发的机会。2.5.2 城市安全规划及应急地理信息系统的基本功能城市安全规划及应急地理信息系统包括一个强有力的软件支持环境，既可为日常城市安全管理提供服务，也可为城市事故、紧急事件和自然灾害的应急救援提供辅助决策支持，还可为城市安全规划、重大事故（灾害）模拟等提供研究平台。该城市安全规划及应急地理信息系统根据用户需求设计其功能，作为一个较完整的软件系统，其基本功能包括：n 数据信息采

55、集和维护；n 数值模型分析；n 图形生成和图形编辑；n 数据信息输出等。本专题在城市安全规划及应急地理信息系统的开发时，充分使用现有的最新研究成果，避免软件开发的重复性和开发的软件缺乏先进性。城市安全规划及应急地理信息系统的部分功能是地理信息系统的基本功能，如数字化仪输入、图形编辑、图形输出等都是地理信息系统的基本功能，城市安全规划及应急地理信息系统是在地理信息系统软件上的二次开发，因此尽量选择合适的地理信息系统软件作为城市安全规划及应急地理信息系统的开发平台，并尽量直接引用其功能，以便减少工作量。城市安全规划及应急地理信息系统开发的主要精力集中在：n 城市日常安全管理；n 城市重大事故防治；n 应急救援的辅助决策支持；n 应急救援力量、资源合理布局的辅助决策支持；n 城市安全规划的辅助决策支持等。2.5.3 城市安全规划及应急地理信息系统开发环境按照便于系统开发、开发一个通用系统平台、能够满足专题任务要求、便于下游用户的二次开发的原则，选择城市安全规划及应急地理信息系统的开发环境、编程软件和运行环境等。（1）数据库管理系统为