1. 引言
长期以来，自然灾害是陕西发展的重要制约因素[1]。历史上灾害频发，毁灭性危害严重，防范难度大，治理成本高，长期陷于“受灾–重建–再受灾”的恶性循环[2]，给人民群众造成了巨大的生命和财产损失。如何能够对突发事件实现正确预测与预警、快速应急处置、有效应急保障及科学的监督管理[3]，是政府部门面临的严峻挑战之一。随着经济的飞速发展，我国政府对公共安全应急工作的重视程度逐渐增大，相关科研机构和科技企业，在应急联动技术的应用和开发方面已做了许多卓有成效的工作[4]。2021年我省遭遇1961年以来最强降水，多个站点的降雨量、暴雨日数刷新多项历史纪录[2]。为了尽最大努力保障群众生命财产安全，陕西省启动了地质灾害避险搬迁工作。移民搬迁工作具有数据体量大、信息碎片化、对象关系复杂等特点[5]，大数据时代的到来为解决海量数据的管理和应用提供了新的思路[6]。大多数突发事件都与空间位置直接或间接相关，包括GIS (Geographic Information System)在内的空间信息技术已经成为各国政府应急响应普遍采用的高科技手段[7]。2010年以来，省委、省政府统筹推进避灾搬迁工作，取得了显著成效。十余年的避灾搬迁使居住在地质灾害隐患点的群众避开了自然灾害，保障了人民群众生命财产安全。提高陕西省避灾搬迁工作监督、指挥、管理及服务能力，实现避灾搬迁工作全流程信息化调度管理，是保障陕西省地质灾害避险搬迁工作顺利实施的迫切任务。本系统依托移动采集、地理信息、物联网等技术手段，以务实管用、服务决策为基本原则，建设包括源头管理、进度管理、质量管理、督导核查、辅助决策和移动APP (Application)端的避灾搬迁信息管理系统，覆盖搬迁信息采集、填报、汇总、分析、服务决策的全过程，通过建立全链条信息监督服务体系，全面提高全省避灾搬迁信息化管理质量，为建立避灾搬迁常态化、规范化、制度化长效机制奠定基础。
2. 系统整体设计
2.1. 软件架构设计
系统基于开放性的、面向服务的架构体系(SOA)设计理念[8]，采用基础设施层、数据层、服务层、应用层等进行构建。以计算机软硬件及网络平台为依托，以标准规范及法规制度体系为保障，以全省避灾搬迁管理业务数据为基础，为省级、市级、县区级、乡镇级避灾搬迁管理部门提供业务系统支撑及辅助决策支撑，实现全省避灾搬迁业务的宏观决策分析及微观精细管理[9]。系统的总体架构图1如下。
应用层：分为Web端和移动端两部分，对避灾搬迁工作进行信息化，根据不同级别权限用户提供不同的流程管理，各个环节进行精细管理和掌控。Web端包括源头管理、进度管理、质量管理、督导核查、辅助决策、运维管理六大模块，提供省、市、县、乡镇四级避灾搬迁管理人员高效管理和使用。移动端包括源头管理、进度管理、质量管理、督导核查、统计分析五大模块。
Figure 1. Overall architecture diagram
图1. 总体架构图
服务层：包括地图服务、地理信息分析服务、空间大数据分析服务以及业务服务四大类，业务服务是避灾搬迁信息化管理核心，为各级应用提供数据和权限支撑，用于数据管理和统计分析，包括灾害点管理服务、搬迁对象管理服务、计划管理服务、进度管理服务、质量管理服务、督导核查服务等各类业务服务；地理分析服务提供对各类专题数据的空间分析，能够满足各类业务场景对于空间分析的需要。
数据层：采用混合架构下的时空数据存储与管理技术，经过数据源接入、数据存储和数据分析处理等环节，为服务平台层提供数据支撑。
基础设施层：包括网络、服务器、负载均衡、防火墙等基础设施。网络环境分为省政务大数据服务中心的政务外网环境和陕西省自然资源厅的局域网环境。
2.2. 网络架构
依托陕西省政务大数据服务中心的基础设施，将平台部署在陕西省政务云环境中。网络拓扑结构采用网关和网络认证端口进行统一管理，同时采用网络防火墙进行安全隔离，对外转发服务请求的服务在互联网区域，数据库和应用服务在政务外网区域，能够确保系统应用在整个网络环境中不发生安全性问题，高效支撑数据吞吐，系统网络架构图2如下，各级用户通过电子政务外网访问避灾搬迁系统，服务器之间采用防火墙继续网络隔离，确保系统的安全高效，同时系统管理员需要通过VPN连接堡垒机，并使用安全防护软件进行数据的灾备。
Figure 2. Network architecture diagram
图2. 网络架构图
3. 专题数据接入与分析
3.1. 搬迁隐患点和受威胁对象数据接入与处理
陕西省地质灾害综合防治业务系统提供灾害点、受威胁对象及其家庭成员的基本信息的接口，由陕西省避灾搬迁信息化管理系统通过标准服务接口调用灾害点、受威胁户及其家庭成员基本信息。数据封装为Restful模式的Web服务为避灾搬迁系统调用[10]。
3.2. 地质灾害类数据接入
地质灾害类专题数据需对接陕西省地质灾害综合防治业务系统(群测群防库系统(三期))获得灾害点、受威胁对象及其家庭成员的基本信息等业务数据。
3.3. 国土空间规划类数据接入
通过前期与国土空间规划平台对接，获取并梳理形成接入本系统的数据资源服务和功能服务清单，接入并集成到本系统中。
3.4. 其他系统支撑数据配置
行政区划数据配置：基于“十三五”移民搬迁组织机构，结合我省避灾搬迁工作实际，将各级行政区划数据进行配置，构建支撑我省避灾搬迁工作开展的四级行政区划架构。
用户账号数据配置：为进一步规范我省避灾搬迁用户账号体系，采用规则的命名方式对用户账号进行分配与管理，配置全省各级用户的账号数据，确保全省账号体系的规范与统一。
用户权限数据配置：避灾搬迁用户设计四级账号体系，不同用户涉及的系统访问、数据内容、操作功能等内容不同，为了提升系统功能的灵活性及数据的安全性，通过用户角色的配置，实现不同用户对应权限的配置。
4. 关键技术
陕西省避灾搬迁信息化系统整体设计遵循面向服务的体系结构SOA (service-oriented architecture)。本系统的具体实现技术底层框架是SpringBoot [9] [11] [12]，对外统一提供RESTful风格接口，web前端采用VUE框架，数据库根据多源数据类型建立更加安全、数据存储方案，再结合各类中间件，从而实现系统的安全、稳定、高效的运行。同时建立统一、可扩展、基于开放标准的业务中间件基础平台，以便在不考虑底层技术的情况下，在异构IT环境中管理SOA的整个生命周期，可以发现、保护和管理应用服务，并能将服务组装成复合应用和流程，帮助提高响应敏捷性和实现效率。系统整体技术思路如图3所示。
Figure 3. System overall technical ideas
图3. 系统整体技术思路
4.1. 高可用解决方案
避灾搬迁信息管理系统属于大型业务系统，架构设计采用大型分布式集群模式[13]，在应用层、服务层及数据库层都构建了高可用集群架构。确保各个集群节点之间数据实时同步，无论哪个节点宕机系统可以在短时间内自动切换更换可用节点。
4.2. 高并发解决方案
为保障系统高效运行，为此系统设计了对应高并发解决方案。首先采用服务拆分思想，根据业务将在服务层将服务集群分为：移动端服务集群、web端服务集群，Nginx采用权重负载算法进行请求访问，有效分流服务压力。在数据库层面，搭建了Redis缓存数据库集群，存放热点数据，数据库集群为Mysql主从集群，数据库通过数据库中间件Mycat进行读写分离，主节点写入，从节点读取数据有效分流访问请求，缓解数据库压力。这样多种方式结合，就有效应对高并发访问。
4.3. 高性能实时计算解决方案
为保证系统的实时性，提供良好的用户体验。在设计系统时根据不同的场景，运维难度工作量，业务重要程度等等设计了不同的高性能实时计算方案。
采用Canal中间件，基于数据库Binlog可以监控数据库数据的变化，用于数据同步等业务，监控数据变化进而实时统计。利用Spring面向切面编程方式，拦截指定的方法并且对方法增强，而且无需侵入到业务代码中，使业务与非业务处理逻辑分离，比如Spring的事务，通过事务的注解配置，Spring会自动在业务方法中开启、提交业务，并且在业务处理失败时，执行相应的回滚策略。采用redis存储热点数据，将一些结构化的统计数据存入redis中，以计数器模式，对数据进行统计计算，这样就很大程度上增加了统计的效率。
4.4. 海量空间数据分析技术
系统采用自主研发的YouMapServer产品，本项目使用该产品集成的空间大数据搜索引擎，提供地理空间数据存储、检索等功能。其中用到了ES (ElasticSearch)搜索引擎、PostGIS空间数据库技术，对海量的位置点数据，进行各种空间分析，有效辅助相关避灾搬迁部门作出决策。
4.5. 矢量瓦片电子地图生产技术
通过将矢量数据按照一定的规则进行裁剪，裁剪为规则格网大小的数据块，然后通过按需动态的进行瓦片调度与渲染，在一定程度上具备了栅格瓦片服务和矢量数据的优势，实现了地理信息服务模式的优化[14]。
5. 系统实现及应用
陕西省避灾搬迁信息化管理系统包括源头管理、进度管理、辅助决策、质量管理、督导核查、运维管理、资料库共7个模块以及1个避灾搬迁信息采集APP。陕西省避灾搬迁信息化管理系统通过多维度技术支撑构建了全链条防灾减灾体系。系统首页以数据驾驶舱形式整合核心指标与功能入口，全省隐患点分布图运用GIS技术直观呈现地质灾害风险区域与受威胁群众分布。源头管理系统实现灾情采集、评估、搬迁全流程数字化管理，配套开发的避灾搬迁APP则通过移动端延伸服务触角，形成“监测预警–决策指挥–搬迁实施–长效服务”的闭环管理机制，为科学防灾、精准搬迁、动态监管提供智能化解决方案，有效提升全省地质灾害综合治理效能，图4~7展示了系统的相关界面。
Figure 4. System home
图4. 系统首页
Figure 5. Distribution of potential danger points and threatened objects in the province
图5. 全省隐患点和受威胁对象分布
Figure 6. Source management system
图6. 源头管理系统
Figure 7. Disaster relocation APP
图7. 避灾搬迁APP
源头管理系统提供搬迁区域管理和对象认定管理两个主要模块，其中搬迁区域管理模块提供隐患点、灾情点与威胁对象信息的查询与管理功能；对象认定管理模块提供完整的对象审核流程及状态信息，便于各级管理机构对最终搬迁对象的确认。该系统通过网页端与移动端实现对受威胁对象及区域的统一维护及统计分析，其中信息流如图8所示。
Figure 8. Source management system information flow
图8. 源头管理系统信息流
进度管理系统图9设计了专门的功能模块协助工作人员完成搬迁任务下达、搬迁任务分解、方案上报及审核、协议签订、报表调度等工作业务；辅助工作人员获取搬迁进度关键指标进度(如选址手续、办理进度、宅基地腾退等)，并提供对关键指标进度的预警提醒，以此督促相关工作的完成。系统功能层层递进高效推进搬迁任务的实施。
辅助决策系统根据各级人员对搬迁工作内容、进度、成效等分类统计的需求，将关键指标与自然资源数据相结合，充分依托地理信息分析的手段，按不同维度和类别对统计结果进行直观、总结式的呈现，主要分为源头、进度、质量模块支持工作人员通过不同的指标窗口进行逐级查询，如图10所示。
Figure 9. Progress management system
图9. 进度管理系统
Figure 10. Decision support system
图10. 辅助决策系统
质量管理从整体上把控搬迁各个环节的数据质量，对各级搬迁主导单位的工作进行评价考核。系统支持对避灾搬迁任务县、任务市及所涉及的安置区相关工作的评价结果进行录入、查询、汇总和显示的功能，同时预留提供搬迁对象评价、省级用户对第三方技术单位和其他技术单位的工作评价结果进行录入、汇总和显示的功能，如图11所示。
Figure 11. Quality management system
图11. 质量管理系统
督导核查图12主要包括任务管理、督导实施、问题管理模块用于及时核查搬迁工作中存在的问题，推进整改落实，系统主要用户为省、市级搬迁人员或督导人员，用户需要通过系统辅助完成实地督导核查工作，利用系统对督导任务进行管理、对督导核查问题进行记录、对督导问题整改进行跟踪等，对督导核查流程进行信息化管理。
Figure 12. Supervision and management
图12. 督导核查管理
运维管理图13提供运维管理员常见功能的快捷入口、CPU (Central Processing Unit)、内存、JVM (Java Virtual Machine)、服务器、磁盘信息展示、机器运行状态的信息展示等便捷入口。用于对系统进行整体运维及数据监控确保工作的顺利进行。
Figure 13. Operation and maintenance management system
图13. 运维管理系统
6. 结语
陕西省避灾搬迁信息化管理系统有效支撑了全省地质灾害避险搬迁对象认定、项目申报、工作质量管理、督导核查、决策支持、信息共享等核心业务，通过标准化、定制化业务流程，建立地质灾害避险搬迁各环节电子台账，避灾搬迁工作的过程资料(对象认定资料、腾退复垦、项目手续资料等佐证资料)信息留痕，便于各级随时核实修正，确保搬迁信息可查、可看、可验证。采用电子签名、在线制表、二维码识别确保线上线下数据一致性，提升数据报送质量。系统建成后，在陕西省灾害避险搬迁2023年增发国债项目中发挥了重要的支撑作用，为全省地质灾害避险搬迁工作提供了技术保障。相关成果能够对地质灾害避险搬迁信息化管理具有一定借鉴意义。
基金项目
陕西测绘地理信息局科技创新项目——分布式时空数据治理技术在林业信息化中的研究与应用(SCK2024-08)。