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1SoftGIS及相關理論簡介

11SoftGIS簡介SoftGIS是一個基于網絡，利用地理信息系統技術收集、分析并傳遞有關地區環境數據的研究方法，目的是根據居民對生活環境的感知，建立綜合的地理信息數據庫，在芬蘭包括赫爾辛基、艾斯堡在內的多個知名城市均有應用，領域涉及范圍廣泛，包括城市安全、環境健康等，在當地政府和公眾中均產生了較大影響［8－9］。SoftGIS的研究內容和研究手段決定了其本質上是一個多學科、多理論交差的研究方法，涉及地理信息系統、知識構建理論、空間規劃、人文地理學和環境心理學等方面。SoftGIS提供一個信息分享的平臺，使得居民有機會能表達其對地方土地利用政策及環境變化的感受、態度與評價等，這些信息可為土地利用研究者、規劃者和政府管理者提供長期的、動態的參考（圖1）。

12PPGIS與SoftGIS的對比PPGIS是社會行為與GIS技術在某一地理空間上的結合，它通過網絡實現地理信息系統數據的獲取、分享和交互處理［10］。地圖是重要的交流和決策支持工具，能夠更快速而直接地傳達更多、更豐富以及更易于理解的信息，為開展自救、互救、應急服務提供輔助決策信息［11］。SoftGIS是對傳統PPGIS理念的延續和提升。與PPGIS相關系統相比，SoftGIS的特點在于重視收集和分析城市居民對居住區域環境的認識、環境對居民生產生活的影響以及對區域社會經濟發展的作用，搭建起政府管理者、研究人員、企業和公眾之間溝通的橋梁，強調形成一個知識構建的循環過程。圖1展示了SoftGI中涉及的主要要素。SoftGIS通過網絡調研獲得當地居民第一手感官數據，建立數據庫，并以此地理信息系統為平臺，通過項目實踐不斷積累數據，通過分析環境信息的硬數據與軟數據，為研究者解決復雜性課題提供更多挖掘數據的研究機會，使城市生態地質環境管理與大數據時代的發展同步。

2SoftGIS在京津冀地質環境評價中的應用

21加強城市地質環境管理的必要性我國地質構造條件復雜多樣，多個城市在社會經濟發展中遇到了一系列地質環境問題，嚴重制約著新型城鎮化發展。加強“京津冀一體化”過程中的城市地質環境工作，對于緩解城鎮化進程中的資源環境短缺、促進生態文明建設具有重要的現實意義。盡管如此，從基本國情出發，我國城市既難以像一些人口密度低的國家或地區那樣采取嚴厲限制向災害高風險區發展的策略，也無力在短期內大幅度增加投資來降低災害的風險度［2］。有效保護城市地質環境、加強城市地質環境安全的管理與評價工作，當前應重點從2個方面入手：提高城市地質環境安全評價與管理水平，提高城市地質環境系統的總體運行效率；加強城市地質環境安全的教育宣傳，利用當前發達的信息傳播形式，讓社會公眾、政府管理者充分認識城市地質環境資源的寶貴性，全面提高城市地質環境安全意識，并盡可能地發動大家參與到實際行動中來。

22城市地質環境“群測群防”的必要性京津冀一體化必須要面對地區發展與地質環境之間的矛盾，城市人口稠密，工程建設活躍，地質災害、環境污染的影響效應更大，并且隨著大數據時代的來臨，社會公眾綜合素質迅速提高，對城市地質環境信息的透明度和管理程度要求更高。提高城市運行效率和地質環境安全度，是地質工作者應該重點考慮的問題。城市地質環境評價與管理是一項綜合性較強的系統工程，著重調查研究城市地區“人類工程—經濟活動—地質環境”之間的相互影響，目的是為相關城市政府管理部門提供數據調查、數據分析和決策輔助等技術支撐。一直以來，城市地質環境信息都是以電視媒體或網頁新聞的形式，這是一種單向、沒有交互的方式［12］。在網絡、電腦、智能手機等通訊設備快速發展和普及的時代，公眾越來越不認可被動式地接受信息，而是更多地習慣于互動式的信息。讓公眾有效參與到預警信息評估中，并能就發生在周圍的一些問題與專家進行探討，除了有利于政府管理人員作出更加準確的決策，還能消除預警信息給公眾帶來的負面影響［12］。要想有效預防、減輕城市地質環境風險，保障地質環境安全，首先要對地區的自然地理和人居環境條件有全面的了解。這就需要調查自然屬性，并進行社會經濟脆弱性分析和風險影響分析。只有充分考慮不同群體利益，使各階層的意見得到適度反饋和利益均衡，才能為城市的發展提供不竭動力［13］。居民對其日常生活環境的評價也是重要的信息來源，地方的本土居民通常要比專家在內的其他任何人都更加了解當地的情況，對于這種本地居民信息的收集需要一個系統性的、長期連續的方法和平臺。

23SoftGIS在京津冀地質環境管理中的應用分析通過互聯網和智能手機的廣泛應用，SoftGIS可以將城市地質環境的評價與管理問題帶給廣大的社會群體，生成具有地域認同性的知識和信息，為更科學合理的城市地質環境評價與管理提供參考依據，因而是從地質工作者角度有效實踐群眾路線、服務于京津冀一體化發展的重要技術路徑。SoftGI決策體系實現了兩大綜合，即地質環境與社會人文和經濟發展的綜合、監測評估與政府管理的綜合，提高了管理水平和力度。借助京津冀地區信息化程度相對較高的優勢，將SoftGIS引入城市地質環境評價體系中，并建立面向服務架構的預警系統，以服務的方式來和獲取城市地質環境安全預警中所需的信息，進一步提高城市運行效率和地質環境安全度，可改善目前預警系統剛性較強、信息共享困難的問題，是在地質環境工作中的“群測群防”，也是對“群眾路線”思想的有效實踐。同時，SoftGIS可為不同的鄉鎮、街道和社區量身定做設計這種平臺，幫助居民充分細致地評價當地的地質環境安全，為研究人員和規劃決策者提供長期和廣泛的信息源。公眾通過手機、Web等工具參與SoftGIS以實現城市地質環境安全信息的提交、交流與共享，而公眾所反饋的現象又為城市地質環境安全應急指揮系統提供了實時的信息。這些相對“主觀”和“軟性”的信息可以與專家或規劃者的“理性”或“客觀”意見相互補充，從而提高決策的可行性和執行效率，為不同尺度的空間規劃或決策提供更加細致的服務。由此，通過利用一個更加開放的模式來收集和分析城市地質環境數據，SoftGIS可以將傳統的地質環境調查監測項目提升為一系列持續性的資源環境管理活動。

3門頭溝礦區地質環境案例研究

31門頭溝礦區地質環境分析與評估指標以北京市門頭溝區王平鎮南港村、東馬各莊村、韭園村和東辛房辦事處的圈門地區為研究案例，根據上述研究內容，嘗試建立SoftGIS支持系統，居民參與SoftGIS調查的過程，可視為公眾參與環境管理的過程。南港村位于鎮域東南部，地處九龍山北麓、永定河南岸馬家溝上游，韭園溝西南部，東徑116°01′，北緯39°57′，海拔270m，西北距鎮政府駐地3km，東南距區政府駐地（直線）約7km。山場面積315hm2，人口65戶，200人（2012年統計數據）［14］。東馬各莊村位于鎮域東南部，南港村北部，東徑116°01′，北緯39°58′，海拔200米。現有人口94戶，212人，全部為居民戶口。南港村與東馬各莊煤礦歷史悠久，自明清時期開始開采，存在地裂縫（近代開采所致）和采空塌陷（解放前就存在）等地質環境問題，對周邊村莊均有不同程度的地質影響。南港村資源環境與產業發展問題和矛盾比較突出，在京津冀周邊郊區中具有一定的代表性。東馬各莊村和南港村生態系統服務功能顯著退化，由于煤炭導致含水層破壞，加上常年少雨少雪，泉水和溪水斷流干涸，對居民生產生活有較嚴重影響。韭園村情況稍好，有2眼泉水常年流淌，林果采摘收入可觀，但能否避免地質環境的總體影響，仍需跟蹤研究。本次調研的圈門地區與南港村和東馬各莊村都經營過較大型煤礦，曾經的礦業生產對地質環境的破壞仍然影響著當地居民的生活。為更好地設計開發“SoftGIS地質環境決策支持系統”，我們進行了多次現場踏勘，并進行了調研，參與調研的人員包括：60—80年代的4位老村長，他們見證了該區域近50年的礦業、農業、林業發展歷史；90年代至現在的村長、書記、委員、勞動保障員和大學生村官，他們見證了當前的發展轉型。另外，采訪了當地的居民近80戶，了解當前居民的經濟收入、地質環境破壞對他們生活的影響以及對村莊未來發展的預期。結合理論研究，確定了6類調研數據，22個數據小項，分為非空間數據調研和空間數據調研2項（表1）。然后進行SoftGIS系統開發，最終目的是建立“北京礦區地質環境承載力監測與綜合決策支持系統”和完成相關區域研究報告。

32SoftGIS平臺設計與實現根據SoftGIS和PPGIS的設計原理，結合研究課題的情況，進行了改進和完善。基于WebGIS三層體系結構，搭建了“SoftGIS地質環境決策支持系統”這一平臺（圖2）。網址為：wwwbjsoftgiscom。

321數據來源北京礦區生態地質環境承載力綜合調研平臺主要采用了國家測繪地理信息局建設并推廣的“天地圖”地理信息公共服務平臺所提供的地圖數據服務接口，利用編程接口將“天地圖”的服務資源嵌入到本平臺所研發的網站中，從而有效緩解地理信息資源開發利用中技術難度大、建設成本高、動態更新難等突出問題。其中，基礎空間背景數據來源于“天地圖”。該調研平臺使用了天地圖所提供的WMTS服務接口。WMTS（webmaptileservice）地圖切片服務基于OGC（opengeospatialconsortium）開放式地理信息系統協會所制定的統一接口標準，該服務標準定義了一些操作，這些操作允許用戶訪問切片地圖。WMTS提供了一種采用預定義圖塊的方法Web地圖服務的標準化解決方案。在服務器端把地圖切割成一定大小的瓦片，采用HTTP協議，通過指定的參數返回相應的地圖瓦片［15］。這里，切片地圖最大比例尺選擇級別為17級（比例尺近似1：4500）進行顯示，提供普通矢量地圖、衛星影像和地形渲染3種顯示方式。調研數據總體分兩部分進行入庫：1）項目調研時期由項目人員通過紙質調研問卷方式向當地村民采集的信息，這部分數據按照數據庫設計，進行后期電子錄入；2）根據前期調研所收集的信息，了解到當地村民中很多都布設了寬帶，被調研者可以在家中訪問在線調研平臺“北京礦區生態地質環境承載力綜合調研”填寫調研信息，為后期大面積收集調研數據提供了可能性。

322數據管理“SoftGIS地質環境決策支持系統”平臺的設計來源于SoftGIS和PPGIS成熟的理念和實踐經驗。這一平臺為北京門頭溝區尤其是煤礦區的公眾了解自我生活環境和周邊地質環境問題提供了一個全新的方式。“SoftGIS地質環境決策支持系統”平臺以WindowsServer2008R2為服務器，使用世界主流的開源關系型數據庫PostgreSQL及其對應的空間數據組件PostGIS來存儲所采集的調研數據。根據調研設計需求，一個完整的調研問卷需要填寫調研對象基本信息、家庭位置、常活動的重要地帶、地質安全隱患識別、問卷反饋等共12個頁面的信息，每一套問卷都是空間數據與屬性數據的統一（圖3）。問卷所涉及的每一個調研頁面都作為一個對象即一張數據庫表保存入庫。調研者可以在結束調研前修改其所填寫的所有信息，包括在地圖上標注的地理信息；一旦提交問卷，其所有的信息作為一套完整的調研問卷信息保存到后臺數據庫，從而保證了調研數據的完整性和真實性。當然，這其中也有一些是用戶填寫的無效數據，需要再后期數據分析中做出判讀。

33評價結果與分析評價指標選取的方法，從3個方面確定指標，包括社會、經濟、環境（經濟承載力、地質環境背景、地質環境現狀及預期和公眾參與評價）。采用層次分析法作為城市地質環境承載力評價的基本方法。具體評價過程如下：1）分析系統中各指標因素之間的關系，建立系統的遞階層次結構2）構造判斷矩陣對同一層次的各要素對上一層次各準則的相對重要性進行兩兩比較并構造兩兩比較判斷矩陣。各層指標的組合權重值參見表2。最后，檢驗判斷矩陣的隨機一致性，計算結果表明判斷矩陣具有滿意的一致性，不需重新調整。將綜合指數作為定量化指標，建立如下城市地質環境承載力指數數學模型并進行礦山地質環境影響評價。采用上述數據處理方法，將上面確定的18個指標進行處理，依據量化分級方法，將各指標量化分級，結果見表3。通過調研發現該村經濟收入和生活環境狀況均不容樂觀，全村40歲以下的青壯年幾乎100％進城務工或求學。約95％的居民表示對地質環境情況高度關注，但只有53％的居民認可當前的管理和宣傳情況，表明在地質環境方面深入群眾進行宣傳和管理還需要加強。約97％的受訪者認為垃圾回收處理妥當，房子、道路和寬帶上網等基礎設施建設情況較好，但99％的受訪者對水資源狀況和地質環境安全狀況表示擔心和不滿，對這兩大方面的保護和治理還有較大的努力空間。根據調研結果可以看出，東馬各莊村、南港村和韭園村集中反映了地下水和飲用水質量及資源的問題；而圈門地區由于棚戶區改造等原因，主要反映了垃圾分類方面的環境問題，居民垃圾分類意識和生活區域垃圾衛生較差。長期的地下煤礦開采，嚴重破壞了調研區域的地下水資源。很多村民反映缺水和水質差的問題，韭園村村民大多依靠山上的泉水供應，只是近年來山泉水也少了很多。各個調研區域都反映了采空塌陷這一地災類型。調研對象普遍認為采空塌陷已處于嚴重影響的程度，認知程度與專家勘查研究結果基本一致。根據實地調研走訪，調研地區政府都設置相應的應急避險標識和場所，在發生較大型地災危險時，村民可以逃離至應急避難場地。根據調研反饋結果，部分村民在發生自然災害時，逃生路線的選擇主要分為3部分：1）往周邊高處逃離；2）根據群測群防員的指揮逃離至指定的避難場所；3）逃離至家附近的公路。由于更加全面的數據還在進一步整理中，本文通過對初步調研結果的展示和分析，構建和闡述了基于SoftGIS的地質環境“群測群防”體系，并把現有收集的數據進行了整理分析，將人的感受與地質環境二者結合在一起考慮，該研究方法獲得了相關領域專家和廣大居民的認可。另外，從統計資料和水土分析化驗等途徑也獲取了部分數據，最終統一使用相關性分析方法進行統計分析，詳細的數據分析以及各地區的對比研究將另行單獨討論。

4結論及建議

京津冀作為一個新的增長極，正處于一體化快速發展階段。城市群是一個十分復雜的“社會－經濟－環境”復合生態系統，促進城市社會、經濟和環境之間的協調發展，是京津冀一體化中城市地質環境工作的中心任務。SoftGIS融合了多學科理論觀點，充分挖掘地質環境信息服務于社會和政府管理的巨大潛力，使監測、評估與管理綜合為一體。我們以門頭溝礦區為案例，嘗試初步設計了“SoftGIS地質環境決策支持系統”平臺，最終目標是建立“北京礦區地質環境承載力監測與綜合決策支持系統”，并通過群測群防體系加強公眾參與，增加公眾對城市地質環境的保護意識。當前在這一領域的理論研究和實踐，還有較多的空間需要探索，這也是在城市地質環境領域走“群眾路線”和建設生態文明的應有之義。在京津冀一體化過程中應用SoftGIS技術搭建起城市地質環境評價信息化平臺，集公眾智慧、群測群防，必將可以極大地促進城市“社會－經濟－環境”的協調發展，從而最終實現城市生態文明。

作者：孫楠 秦沛 張會昌 潘雪婷 邢宇鑫 單位：哈爾濱水利規劃設計研究院有限公司