基于ArcEngine的野生动物疫源疫病决策支持系统研究

第31卷第2期2010年4月首都师范大学学报（自然科学版）Journal of Capital Normal University（Natural Science Edition ）No.2Apr.，2010基于ArcEngine 的野生动物疫源疫病决策支持系统研究刘建明1，2，3胡卓玮1，2，3刘洪歧1，2，3肖艳芳1，2，3（1.首都师范大学资源环境与旅游学院，北京100048；2.资源环境与地理信息系统北京市重点实验室，北京100048；3.三维信息获取与应用教育部重点实验室，北京100048）摘要在全球生态失衡和环境污染的情况下，野生动物感染、传播疫病的风险越来越大，传播途径越来越广，然而现在缺少一种强有力的对疫源疫病的发展进行监测、预警和决策支持的系统，因此开发野生动物疫源疫病决策支持系统显得十分现实和必要.本文基于SQL Server2005和ArcEngine 建立决策支持系统，对各种监测数据和基础数据进行管理分析；发生疫情时，利用ArcEngine 的空间分析功能进行预警分析，得到预警等级，做出应急响应，提供应急措施，为决策人员提供支持.关键词：野生动物，疫源疫病，决策支持，ArcEngine.中图分类号：P 237收稿日期：2009-03-091引言近年来，全球重大动物疫病形势发展日趋严峻，呈持续扩散、不断蔓延的态势.有关监测表明：野生候鸟的北迁南飞与高致病性禽流感疫情的发生有着密切关系，并致使高致病性禽流感呈多点散发式爆发状态.随着野生动物向畜禽、向人类传播疫病的途径日益增多，禽流感病毒等野生动物病原体的变异速度也呈现出不断加快的趋势.多点散发式的爆发和病毒变异速度的加快，使高致病性禽流感的监测与防控难度大大增加.自2001年以来，全世界有67个国家先后发生高致病性禽流感疫情［1］.2005年和2006年，我国青海省连续两年发生候鸟高致病性禽流感疫情，造成大量候鸟死亡.辽宁省黑山在2005年也发生过灰喜鹊高致病性禽流感疫情［2］.面对日益严峻的形势，截至2008年我国在候鸟等野生动物主要聚集区域，共布设国家级监测站350处、省级监测站768处、市县级监测站约2000处，设置观测点和巡查路线近万处，初步构建了点线面结合、布局合理、运转有序的野生动物疫源疫病监测网络体系［3］.这个网络体系几乎覆盖了我国野生动物疫源疫病多发区域以及鸟类迁徙通道、野生动物集中分布区域.北京、上海、青海、浙江、湖南、青岛等地也都已经建立了自己的陆生野生动物疫源疫病的监测体系，并且在不断完善中，这使野生动物疫源疫病的监测工作有了很大进步［4 5］.但是目前缺乏一种平时能将监测点数据及相关的数据进行有效管理，在发生疫情时，能对其进行监测，且对发展趋势进行预警分析，并根据其预警等级进行启动不同应急措施的决策支持系统，因此野生动物疫源疫病决策支持系统的研究显得尤为重要，且具有很大的现实意义.2决策支持系统设计2.1决策支持系统工作流程当野生动物疫情发生或者在日常的监测过程中发现异常监测数据时，首先，做预警级别分析.系统采用叠加分析，根据疫情发生地与目标地域的关系，实现预警级别分析，在系统界面上给予显示.预警级别分析主要是根据野生动物疫情可能造成的危害程度、发展情况、紧迫性及与目标地域的距离远近等因素，由高到低划分为一级、二级、三级、四级4个预警级别，并依次用红色、橙色、黄色和蓝色加以表示，其中一级、二级为高危预警等级.然后，根据预警级别分析结果，列表给出相对应的预警响应措施.如监测点实施全面监测等，并加以85第2期刘建明等：基于ArcEngine 的野生动物疫源疫病决策支持系统研究实施.最后，预警响应措施实施后，相关各级野生动物疫情监测与防控应急机构全面动员，开展工作.野生动物疫源疫病监测中心负责野生动物疫源疫病监测及疫情监测信息的收集、分析和管理工作.根据各个监测点监测的实际情况，有疫病情况的将带病病体提交相关部门做解剖分析，拿到分析结果后，通过流行病资料管理模块，利用SQL 语句从日常监测数据库的疫源疫病处理表获得处理的结果（疫病名称或不明原因），当处理结果为疑似或不能排除时，用Select 语句从应急预案数据库中的疫区应急措施表中提取相应信息，并列表显示在界面上.同时将类似病情做统计汇总，并将结果上报到相关部门，根据疫情状况采取相应级别的应急响应措施.具体决策支持系统工作流程如图1所示：图1野生动物疫源疫病决策支持流程图2.2系统体系结构整个决策支持系统具有三层体系结构：数据层：客户端和服务端分别具有独立的数据存储环境；客户端数据是服务器端数据的子集，通过服务器数据实现更新，并负责向服务器传送新数据.数据服务层：是客户端和服务端实现数据更新和同步的中间层.功能应用层：实现数据管理查询、信息统计分析、报表制作打印、信息更新同步、应急响应决策等功能；系统总体结构及信息流如图2所示：2.3技术路线系统在.NET 平台上进行开发，数据库采用SQL Server 2005和Microsoft ACCESS 2003对非空间数据进行组织管理，对于空间数据采用ArcSDE 进行组图2系统总体结构及信息流图织管理.系统分单机版和网络版，单机版数据库设计采用C /S 模式，即客户端与服务器模式；网络版采用B /S 模式，用户用浏览器访问Web 服务器，Web 服务器用ASP 技术访问数据库服务器，生成动态网页返回给用户，用户可填写数据并提交.利用 技术进行数据库的设计开发.根据预警决策的工作需求，系统总体技术路线设计如图3：3关键技术及难点3.1数据库技术本系统涉及大量的空间数据、属性数据，但传统的数据库不能够管理空间数据，而RDBMS 的空间数据库引擎产品虽然能够利用关系数据库存储和管理空间数据，但RDBMS 的专长是数据管理，而非空间分析.因此本系统利用SQL Server2005和Microsoft ACCESS 2003对属性数据进行组织和管理，其中SQL Server 2005主要用来为北京市园林绿化局、区县园林局作为服务器来使用，Microsoft ACCESS 为各监测站点监测信息录入使用.利用ArcSDE 对空间数据进行组织管理.ArcSDE 是关系数据库管理系统中存储和管理多用户空间数据库的通路，支持传统的关系数据库对空间数据的管理，提供必要的空间关系运算和分析功能.在基于特征的整体空间数据模型支持下，利用成熟的商用关系数据库系统来储存和管理海量数据，是较好的大型空间数据管理方式［6］.由于原始数据的来源多样性，必然存在格式不统一、质量不统一的问题，因此需要对原始数据进行95首都师范大学学报（自然科学版）2010年图3系统总体技术路线图统一的加工与处理，使之满足本系统监测管理与分析所需的精度.对于空间数据，本系统主要进行了地图坐标系统转换、地图坐标校正、地图内容检查与修改等几项工作，以使空间数据能够统一坐标，不存在逻辑错误.对于属性数据，定义了不同数据的关键性条件，数据入库时进行自动检查，只有满足关键性条件的数据才能入库.3.2GIS 技术疫源疫病决策支持系统的核心技术是GIS 技术.本系统包含的北京市区县级行政边界、监测点分布、兽医院分布、动物交易市场分布、交通路线、巡游路线等数据无一不具有地理空间分布属性，而GIS 正是解决地理问题的计算工具.本系统采用美国ESRI 公司的ArcEngine 进行二次开发，它包含了一组核心的ArcObject 库，具有面向嵌入式开发的GIS 组件开发环境，通过它可以获得从低级的数据访问到一系列的高级GIS 分析功能.这样不但可以解决各种信息的空间分布显示问题，而且还以结合应用逻辑设计，利用GIS 中的求交、求并、空间拓扑处理、属性叠加等分析功能，帮助我们解决决策支持系统开发中各种的现实问题.3.3COM 技术和GIS 技术结合在一般大型系统开发中，存在着代码一致性和共享性的困难，COM 技术模型实际上就是建立一种组件标准去实现代码在二进制级别上的共用.ArcEngine 本身是基于COM 技术模型的.COM 技术与GIS 技术的结合，不但降低了编程技术难度、开发周期和开发成本，而且COM 技术使GIS 技术开发人员不再拘泥于GIS 技术的细节问题，转而把主要精力投放于系统逻辑应用方面上来.显著提高了开发效率.4数据库设计任何决策的做出都是建立在分析和应用数据之上的，因此有效的管理、分析和应用数据显得尤为重要.本系统采用SQL Server 2005来对预警决策支持系统的相关数据进行管理.因为部分决策数据较为敏感，因而决策数据的安全显得很重要.在决策系统数据库安全策略中，通过对数据库对象的存取控制来加强安全管理.存取控制主要包括角色管理、权限管理等内容［7］.我们应用SQL Server 2005建立了系统所需的三个类型的9个数据库，数据库结构设计如图4：图4决策支持系统数据库结构图各数据库主要内容包括：1）属性数据库：包括候鸟数据库、监测点数据库、流行病数据库、图片库、日常监测数据库、异常监测数据库和应急预案数据库等.①候鸟数据库：存放候鸟的基本信息，如名称、编号、所属目科属、食性、栖息生境等属性信息；②监测点数据库：存放有关监测点的信息，包括监测点的名称、位置、范围、人员和物资等信息；③流行病数据库：存放流行病的学名、分类、抗原性型、临床特征、潜伏期、传播可能性、传播速度和6第2期刘建明等：基于ArcEngine 的野生动物疫源疫病决策支持系统研究发病率等基本信息；④图片库：存放候鸟和流行病的图片及其相关信息，如采集人、采集地点、采集时间、图片描述等；⑤日常监测数据库：存放日常的监测数据，包括日监测数据、疫源疫病监测数据和疫源疫病处理数据等.这是使用最为频繁的数据库，平常的监测信息都存储于该数据库；⑥异常监测数据库：用于存放异常监测数据，包括异常监测数据、异常监测月统计数据和异常监测年统计数据；⑦应急预案数据库：存放发生野生动物疫情时用到的各种应急数据，包括空间数据与属性数据，如预警等级信息、应急响应信息、联动单位信息和疫区应急措施等.2）空间数据库：用于存放包括监测点分布数据、巡游路线数据、地质及环境和各县市兽医站等多方面影响野生动物疫源疫病监测管理因素的矢量数据，以及世界行政区划数据、全国行政区划数据、目标地区县级行政边界数据、北京市风景名胜区、预警等级区域数据和候鸟迁徙路线、空间分布信息等相关等在内的空间数据.3）系统库：用于存放系统的用户信息.5功能模块根据总体结构设计，系统将实现以下（如图5）几个功能模块：图5野生动物疫源疫病决策支持系统功能模块图1）候鸟信息管理与查询模块：用于对候鸟数据库中候鸟的名称、编号、所属目科属、食性、栖息生境等基本属性信息进行管理和查询；对候鸟的迁徙路线、空间分布信息等空间信息进行管理和查询.2）流行病信息管理与查询模块：对流行病数据库进行操作，记录基本的流行病属性信息和空间分布信息；对数据库中的流行病信息进行审查、编辑、修改；对流行病信息进行查询和分析.3）监测点信息管理模块：对监测点数据库中的数据进行操作，对监测点的名称、级别、人员、物资等属性信息和位置、范围、面积等空间信息进行录入和管理；4）日常监测模块：对日常和异常候鸟监测信息进行记录；对日常和异常候鸟监测数据进行查询分析；对日常和异常候鸟监测数据进行报表输出和打印.5）统计分析模块：对选择时段内的日常监测信息、异常监测信息、候鸟数据及流行病数据等进行统计分析，如求和、求差等。