基于三维GIS的动物卫生监督指挥调度系统研究

1、基于三维 GIS 的动物卫生监督指挥调度系统设计和实现 蒋云 1, 尹用国 1, 向煜 2, 李彦桥 1, 曾桢 1(1.重庆市动物卫生监督所 重庆 401121; 2. 重庆数字城市科技有限公司,重庆 400020摘要 :本文简要介绍了研究基于三维 GIS 的动物卫生监督指挥调度系统的必要性 , 重点介绍该 系统的研究目标、 主要功能模块和实现的关键技术。 系统从动物卫生监督管理日常工作入手 , 整合各种动物卫生监督数据,为重大动物疫病应急指挥提供科学、准确的信息支持。 关键词 :动物疫病;应急指挥;三维地理信息;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. 引言近年来, 国际国内动物疫情特别是重大动物疫情发生十分频繁, 特别是禽流感、 口蹄疫 等动物疫病的暴发与蔓延, 对畜牧业发展和人民群众生命安全构成了严重威胁, 对畜产品消 费和出口造成了巨大损失, 严重影响了社会经济发展, 重大动物疫病防控和畜产品安全监管 已成为全社会关注的焦点。动物卫生监督工作是一项民

5、生工作, 是政府依法实施动物检疫、 动物防疫管理的重要体 现, 是防控重大动物疫病发生与监管畜产品质量安全的重要行政技术措施。 对于动物疫病防 控和畜产品质量安全监管来讲, 动物免疫监管是基础, 动物检疫监管是保障、 动物卫生监督 是加强, 如何利用现代化信息技术, 建立一套涵盖动物卫生监督业务管理范围的信息化系统 来防控重大动物疫病发生与监管畜产品质量安全已引起国内众多研究者的普遍关注。 国内科 技工作者对此也展开了大量的研究 12345, 这些研究从不同角度对动物卫生监督信息化的 系统功能模块、 体系结构、 业务模型等做了较为详细的阐述, 对丰富动物卫生事件应急管理 系统的应用功能, 促进

6、地区动物卫生监督信息化建设有积极作用。 但这些信息系统建于较早 时期,采用传统的技术,未研究三维 GIS 应用,系统功能侧重于重大动物疫情的应急处置, 而未注重动物卫生监督的日常管理工作, 本文从动物卫生监督的日常管理工作出发, 提出一 种基于三维 GIS 技术并集成现有信息化技术的动物卫生监督指挥调度系统, 实现 “网络化管 理” 、 “电子化出证” 、 “可视化指挥”的新型管理模式。1. 研究目标动物卫生监督指挥调度系统的建设在现有的动物疫病管理体系和动物卫生监督体系下, 运用三维 GIS 技术, 以计算机网络为基础、 以有线和无线通信为纽带、 以接处警信息处理为 核心、 以动物卫生监督空

7、间数据库为载体,及时、 准确采集动物卫生监督数据,全面监控动 物及其产品在流通领域各环节情况, 实现动物卫生监督业务与重大动物疫情应急指挥的完美 集成, 为科学防控动物疫情、 及时应对畜产品安全事件、 宏观指导畜牧业生产布局提供科学 决策依据。2. 系统设计2.1. 系统总体框架 图 1 系统总体框架Fig.1 Whole structure figure of system重庆市动物卫生监督指挥调度系统由基础设施层、 数据层、平台层、应用层、 表现层组成。基础设施层为基础硬件环境、应用环境和安全环境等;以此为依托,数据层存储基础空 间数据、 专题空间数据、 业务数据; 平台层完成动物卫生监督

8、业务相关资源与地理信息的整 合、 管理并面向各种动物卫生监督业务应用提供强大的应用服务支撑; 应用层实现各子系统 , 分别对各自管理内容进行业务管理, 最后通过统一门户面向各类用户提供统一的系统访问入 口。2.2. 系统数据体系系统数据体系主要包括基础空间数据、 动监专题空间数据及动监业务数据三部分。 如图 2。 图 2数据体系Fig.2 Data Structures基础空间数据作为客观现实世界的表达, 既全面反映了城市的地形地貌, 又是其它空间 数据的定位基础。基础空间数据包括 l :500, 1:2000, l :10000等比例尺的 DLG 数据;遥 感影像数据中,对于城区范围内,以

9、0.2米航空影像及 0.62米高精度卫星遥感影像为主; 在城郊,以 5米 -10米得卫星遥感影像为主; DEM 数据以 5米精度为主。动监专题数据包括疫情空间分布信息; 动监管理机构空间分布信息, 如畜牧兽医站、 各 级卫生监督所、 疫病预防和控制机构、 畜牧兽医行政管理机构、 重大动物疫病防控指挥机构, 动物卫生防疫消毒检查站、动物检疫申报点、 无害化处理场、 隔离场等;监管对象空间分布 信息,如定点屠宰场、交易市场、种畜禽场站、规模化养殖场等。动监业务数据包括 110联动数据、检疫监管信息、 防疫监管信息、 疫情上报数据、 预案 数据、专家库信息以及其他业务相关数据等等。这些数据构成了整个

10、系统的骨干, 通过在空间数据与业务数据之间建立关联, 有效实现 数据资源的整合应用。3. 系统实现动物卫生监督指挥调度系统包括动监 110联动接处警子系统、 视频监控子系统、 动物卫 生监督信息管理子系统、三维应急指挥处置子系统等功能。3.1. 动监 110联动接处警子系统动监 110联动接处警子系统是基于 GIS 技术和 Call center 技术, 使用的接处警热线电 话,承担 110联动的接警、处警及咨询等联动工作,对消费者举报、咨询和投诉的动物产品 安全问题快速处置。 包括警情录入、 警情录音、 警 (疫 情落地、 任务分发处置、 地名查找、 信息查询、业务统计等功能。 图 3 疫情

11、落地Fig.3 Epidemic landing3.2. 视频监控子系统通过在城区指定道口、 市级公路检查站、 大型屠宰场、 大型农贸市场等重点场所安装固 定监控或移动监控设备,对动物及其产品流通过程 24小时全程监控,为查办违法案件、处 理违规行为提供现场证据。 视频监控子系统以电子地图集成视频监控资源, 将各视频监控点 标注在电子地图上, 可以通过空间分析快速检索、 定位到指定监控点位置, 并实时浏览当前 监控点的视频信息。包括视频点标注、视频点查询、视频现场监控、视频远程控制、视频历 史数据查询等功能。3.3. 动物卫生监督信息管理子系统动物卫生监督信息管理子系统涵盖整个动物卫生监督管理

12、工作, 实现了动监机构及人员 管理、动物调运监管、动物检疫监管、动物防疫监管、动物卫生执法监管等功能。动监机构及人员管理包括机构管理和人员管理两大部分。 包括人员信息维护、 机构信息 维护等功能。动物调运监管在入市公路、 铁路道口建立动物卫生监督检查站, 并将动物卫生监督检查 站的空间位置标注在三维电子地图上,管理进出重庆市 40个入市道口的动物及产品消毒、 检查、信息登记、签章放行和备案管理等工作。实现了调入备案管理、道口检查管理、到达 地核查管理、风险源提示、流通情况分析等功能。动物检疫监管包括产地检疫和屠宰检疫两大部分。 产地检疫实现动物检疫申报管理、 检 疫申报受理管理、 检疫合格证明

13、打印、 动物检疫病害动物无害化处理管理等功能。 屠宰检疫 包括定点屠宰厂入厂检疫管理、屠宰巡回检疫管理、急宰检疫管理、同步检疫管理等功能。 动物防疫监管对各地畜牧生产及防疫数据进行管理, 包括散养和规模化养殖场生产防疫 情况。结合三维 GIS ,将散养信息、规模化养殖场信息标注在电子地图上,各地散养户信息 按行政村进行统计后统一管理。 包括常年强制免疫信息、 春秋集中免疫信息管理、 突发事件免疫信息管理等功能。动物卫生执法监管对动物卫生监督执法办案进行日常监督管理, 实现了执法案件信息登 记、行政处罚立案审批、案件处理意见、行政处罚决定登记、行政处罚结案报告登记等。 3.4. 三维应急指挥处置

14、子系统三维应急指挥处置子系统依托三维地图数据, 实现了对应急预案进行数字化管理, 通过 三维地图平台进行应急资源可视化管理和应急场景查看, 疫情灾难发生后, 应急指挥人员可 以快速对事故地点进行定位, 掌握事发物质和设施相关信息, 同时查询周边道路信息、 应急 资源信息、应急救援力量信息以及物资储备情况,为应急资源调度提供信息支持。 三维场景展示控制:三维 GIS 的场景展示功能结合动物卫生监督信息管理子系统, 既可以叠加展示动物疫情相关专题空间数据的分布,如重大动物疫病防控指挥机 构、乡镇畜牧兽医站信息、动物卫生监督所等,又可以展现突发动物疫情事件地点 周边地形地貌,方便管理者身临其境的做出

15、现场决策。 应急资源检索:通过点选、框选、圈选进行缓冲分析,查询各种应急资源,包括:各级重大动物疫病防控指挥机构、各级畜牧兽医行政管理机构、各级动物卫生监督 机构、各级动物疫病预防控制机构、乡镇畜牧兽医站、动物卫生监督检查站、动物 检疫申报点、动物检疫隔离场、定点屠宰场、大型交易市场、无害化处理场、种畜 禽场站、规模化养殖场、动物诊疗机构、以及药品、疫苗、设施设备、防护用品、 交通及通信工具等,从而评估应急力量及潜在的受威胁因子,为进一步制定防控策 略提供决策支持。 应急指挥图制作:结合三维 GIS ,绘制疫情点、疫区、受威胁区,并根据现实的自 然条件,对受威胁区进行裁剪,并设置临时动物卫生检

16、查站,制作直观的应急指挥 图。 应急指挥调度:根据疫区、受威胁区范围,分析动物疫情涉及行政村数、疫区需捕 杀动物数量,受威胁区需免疫动物数量;根据三维 GIS 的道路情况,分析如何设置 相关动物卫生临时检查站;根据现有物资储备情况,分析如何配置应急物资。结合 以上分析数据,及时开展人员车辆指挥调度,实时将突发事件发生发展情况和应急 处置情况传递给相关人员,实现协同指挥、有序调度和有效监督。 事后评估:当突发疫情处置完毕之后, 对疫情处置全过程及处置预案进行备案保存, 以便为后续再次发生同类型事件时提供参考;同时,根据疫情造成的各种损失进行 疫情全面评估,为善后处理措施的妥善制定提供依据。 图

17、4 应急处置Fig.4 Emergency disposal 4. 关键技术研究 4.1. 三维建模技术 国内已有的重大动物疫情应急指挥系统多是基于二维空间数据建立的应急指挥调度的 应用。这种基于二维空间数据的建立应用，虽然能反应疫点、疫区、受威胁区的空间位置， 但不能真实直观反应疫情现场信息，不能给决策者带来身临其境的感觉，只能宏观的、概略 的反应疫情现场的信息，一旦指挥人员要对细部环境信息进行观察、查询、分析，则无法得 到足够的数据支持。因此，本次研究中，我们采用三维 GIS 来支持应急指挥应用。 目前，建立三维空间模型目前主要有以下几种方法： 根据 DEM(数字高程模型建立逼真的地形表面

18、形态，通过叠加正射影像数据生成虚 拟景观； 利用三维建模软件(如 3DMAX、Maya、Aut0CAD 等来构造实体，对于复杂的地物或 标志性建筑物，应该建立比较详细、逼真、复杂的模型加以表达； 利用摄影测量、激光扫描或其他地面测量手段采集的三维编码数据和实际影像纹理 相结合来逼真地表示三维 GIS 景观的现状。 本次研究中， 采用了 DEM(数字高程模型叠加高精度正射影像数据建立起整个市域的地 表模型。影像数据经过坐标系的确定与配置、 投影转换、 金字塔生成、数据加载、接边处理、 影像裁剪等处理过程， 叠加 DEM 合成三维地形数据。 这种建模技术虽然没有对地表的其他三 维实体(如建筑物等进

19、行专门的建模表达， 但对地形地表提供了逼真的三维表达， 很好地支 持了动物卫生监督指挥调度的应用。 出于减少数据量以降低硬件要求考虑， 在本次研究中对 城市区域内不同区域的空问数据的精度提出分级要求：在城市核心区采用了 0.2 m 分辨率 的航空影像数据，其余农村地区采用 5 m-10m 分辨率的卫星遥感影像。 4.2. “流模式”加载技术 传统的三维显示模式是一种“下载一回放”的方式,在三维场景开始运行时便将所有数 据全部加载进来， 并且处于不同的浏览比例尺时， 场景中所有三维模型的精度是相同的, 造 成系统资源负重，系统的运行效率将大大降低。通过分析用户常用浏览操作可知，每次所需 的浏览范

20、围通常远小于整个场景的范围， 因此在用户该次浏览范围之外的数据都可视为冗余 数据。 “流模式”加载技术，将完整的数据划分为若干个数据块，数据载入时，根据当前所 见区域来对模型进行实时加载，用户想浏览多少模型时便加载多少模型的方式。 “流模式” 加载“即用即取”特点弥补了传统显示模式的缺憾，节省了不必要的系统资源消耗，从而大 大提高了三维场景的运行效率。 4.3. 空间数据聚合技术 空间数据聚合技术是把来自于多种数据源数据和信息，根据既定的规则，提取、过滤、 转换、分析、总结，生成完整、准确、简洁的综合信息，为用户提供信息服务。本次研究中， 我们通过访问相关业务子系统接口，制定相关数据提取规则，

21、并经过关联分析、时态聚合、 集中展示等处理，对存在分布在多个业务数据库中的多数据实现了空间聚合。 数据提取技术 系统涉及数据众多，包括基础空间数据、动监专题空间数据及动监业务数据等，该技术 主要通过建立相关规则， 对数据进行提取、 过滤、 转换， 并将这些数据转存到平台数据库中， 为数据关联分析、时态聚合提供支撑。 关联分析技术 通过对系统涉及数据中的空间地理位置的信息进行归类并标准化， 利用简单关联、 时序 关联和因果关联等模型,找出各种数据中隐藏的关联网。并利用支持度和可信度两个阀值来 度量关联规则的相关性，使得所挖掘的规则符合需求。 时态聚合技术 自动将具有时态信息的动监专题空间数据及动

22、监业务数据按照相似性归纳成若干类别， 发现数据的分布模式，以及可能的数据属性之间的相互关系，并在二维地图组件、三维地图 组件中展示其时空分布特征。例如 GPS 轨迹信息、案事件发生日期及分布位置等等。 集中展示技术 通过基础空间数据、 动监专题空间数据及动监业务数据内在的关联， 用统一的界面方式 对重构后的数据进行集中展示，从多个角度、多侧面地展示的动监对象的特性，从而深入理 解包含在数据中的信息。 5. 系统应用效果 5.1. 保障畜产品安全 通过系统的建设，仅 2010 年，系统协助接警人员处理报警电话共 3892 件，查处各种违 法案件 1753 起，拦截处理市外疫情 22 起，销毁病害

23、动物及产品 171.3 吨，保障了畜产品安 全。特别是綦江县通过该系统的使用，查处销毁了 180 多头来自外省染疫生猪，得到市委市 政府的一致好评。 5.2. 辅助宏观调控 通过系统的建设， 为政府和相关部门宏观科学指导养殖业生产布局提供科学依据。 2009 年以来，我们根据系统的统计结果，分析养殖业、动物防疫的实时动态分布情况，为制定养 殖业相关政策提供了数据基础， 防止了养殖业一哄而上和市场供给相对不足的局面， 避免了 畜产品价格像 2007 年末 2008 年初的畜产品价格暴涨暴跌现象。 5.3. 减少监管成本 通过系统的建设，实现了市和各区县、区县和各乡镇兽医站、区县和区县之间的信息共 享，减少了相互到现场办理工作业务的次数。全市共 40 个区县防治动物重大疫病指挥部、 40 个区县畜牧兽医部门、 1000 个乡镇兽医站、 1500 个动物检疫申报点、 1000 个定点屠宰场、 全市 10000 名基层兽医人员、4.5 万个规模养殖场，平均每年减少相互