商云濤，孔昭煜，李丹丹，李曉蕾，郭 慧

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 100037；2.全國地質(zhì)資料館，北京 100037)

中國幾乎擁有著地球上所有的地貌類型，導(dǎo)致在各地貌單元中頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害均有發(fā)生。近些年來，伴隨極端氣候多發(fā)和人類活動(dòng)加劇，各種突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，如地震、泥石流、崩塌、滑坡、臺風(fēng)、洪水等[1]，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會進(jìn)步，災(zāi)害多發(fā)造成的損失將會更大，其中地震災(zāi)害由于其具有出現(xiàn)的突發(fā)性、持續(xù)的瞬時(shí)性、傷亡的嚴(yán)重性、破壞的殘酷性、危害的持續(xù)性、影響的廣泛性顯得尤為突出。自2008年汶川地震發(fā)生后，國內(nèi)先后發(fā)生了玉樹地震、雅安地震、九寨溝地震等地質(zhì)災(zāi)害，給我國造成了重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。很多災(zāi)害發(fā)生后，一線的救援人員由于沒有獲取相應(yīng)的地質(zhì)資料，導(dǎo)致災(zāi)害救援效率較低。所以在地震發(fā)生后，如何快速獲取災(zāi)害信息，開展針對性的應(yīng)急服務(wù)，對盡量減少地震災(zāi)害對人們的危害，保障人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全具有極其重要的意義。

本文通過應(yīng)用GIS的空間分析技術(shù)與地質(zhì)資料數(shù)據(jù)特點(diǎn)，開發(fā)了地質(zhì)資料地震應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)地震信息的實(shí)時(shí)獲取、地質(zhì)資料快速集成、地震專題服務(wù)形成、服務(wù)發(fā)布等功能，為更好的服務(wù)于地震相關(guān)搶險(xiǎn)救災(zāi)工作者，了解地震地及周邊地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境和水文環(huán)境，為救災(zāi)工作提供更全面的地質(zhì)參考服務(wù)，更快更準(zhǔn)確的為救災(zāi)工作減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失提供資料服務(wù)支撐[2]。

1 地質(zhì)資料應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)定位與作用

1.1 系統(tǒng)定位

地震災(zāi)害應(yīng)急救援涉及的范圍廣、部門多，導(dǎo)致資料的獲取困難[3]，特別是地質(zhì)資料具有科學(xué)性、多源性、多元異構(gòu)性、多時(shí)空尺度和海量等特點(diǎn)[4]，導(dǎo)致地質(zhì)資料無法被快速發(fā)現(xiàn)和高效利用，因此形成一個(gè)地質(zhì)資料快速發(fā)現(xiàn)與服務(wù)的應(yīng)急系統(tǒng)是對政府部門在地震應(yīng)急救災(zāi)管理方面的重要補(bǔ)充。通過對地質(zhì)資料地震應(yīng)急系統(tǒng)的研究，以全國地質(zhì)資料館館藏資料為基礎(chǔ)，探索地震專題數(shù)據(jù)庫建設(shè)和地震應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及系統(tǒng)的應(yīng)用，研究具有推廣價(jià)值的系統(tǒng)應(yīng)用軟件，完善系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 系統(tǒng)作用

基于Web GIS的地震應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)著力與提高防治地質(zhì)災(zāi)害工作，不僅能起到防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)的作用，還能有效地支持和推進(jìn)政府對地質(zhì)工作的管理。系統(tǒng)集數(shù)據(jù)存儲、管理、專業(yè)綜合分析和信息傳輸與發(fā)布、信息實(shí)時(shí)處理與快速?zèng)Q策等功能于一體，構(gòu)建高效、穩(wěn)定、安全的網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)平臺。便于地震信息資料的科學(xué)化管理，保證各種資料的完整性，快速有效的進(jìn)行各種信息的查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)和輸出，有助于科學(xué)使用地震空間信息和屬性信息，為政府防災(zāi)減災(zāi)和社會經(jīng)濟(jì)服務(wù)，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 應(yīng)急系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

地質(zhì)資料地震應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)總體框架如圖1所示，其組成主要分為以下幾個(gè)部分：地震應(yīng)急數(shù)據(jù)層、地震應(yīng)急應(yīng)用層和地震應(yīng)急服務(wù)層。通過信息流程規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)接口、服務(wù)協(xié)議、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)將3個(gè)層有機(jī)結(jié)合起來，確保系統(tǒng)在統(tǒng)一管理、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、安全高效的基礎(chǔ)上建設(shè)運(yùn)行。

圖1 地質(zhì)資料地震應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

2.1 地震應(yīng)急數(shù)據(jù)層

通過分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地震震源信息與海量的多源異構(gòu)應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的融合，這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括震源信息、基礎(chǔ)地理信息、地質(zhì)圖、地質(zhì)資料、元數(shù)據(jù)等，為各種共享服務(wù)、地圖服務(wù)、資料服務(wù)、專題信息關(guān)聯(lián)等提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)庫采用基于Oracle/MS SQL Server的ArcSDE大型空間數(shù)據(jù)庫、Oracle/MS SQL Server關(guān)系表和文件編目庫等結(jié)合進(jìn)行存儲，針對不同的數(shù)據(jù)類型和應(yīng)用特點(diǎn)采用不同的存儲模式。其中，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫與地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫主要采用Oracle+ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的一體化存儲管理；震源信息數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫與元數(shù)據(jù)庫采用Oracle/MS SQL Server編目+SAN存儲的方式進(jìn)行分布式存儲、管理、維護(hù)和管理。采用資料數(shù)據(jù)分布存儲與集中存儲相互結(jié)合的方式，在服務(wù)器存儲中預(yù)先存儲部分本地?cái)?shù)據(jù)，通過該種資料數(shù)據(jù)存儲方式可以進(jìn)一步加強(qiáng)地震應(yīng)急服務(wù)的自主性，減少對網(wǎng)絡(luò)帶寬的依賴，提高應(yīng)急響應(yīng)的能力[5]。同時(shí)應(yīng)急系統(tǒng)可以直接從外部獲取符合OGC(開放地理空間信息聯(lián)盟，Open Geospatial Consortium)的WMS、WMTS WFS標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，例如通過直接獲取天地圖服務(wù)、GoogleMap等標(biāo)準(zhǔn)地理信息服務(wù)來作為系統(tǒng)展示的底圖數(shù)據(jù)。

2.2 地震應(yīng)急應(yīng)用層

地震應(yīng)急應(yīng)用層主要包括數(shù)據(jù)獲取、資料集成、專題制作、服務(wù)發(fā)布、應(yīng)急分發(fā)這5部分，主要以獲取的地震震源信息為應(yīng)急系統(tǒng)啟動(dòng)觸發(fā)器，以震源信息為檢索關(guān)鍵詞進(jìn)行其相關(guān)資料數(shù)據(jù)的檢索、集成，實(shí)現(xiàn)符合OGC標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)地理地圖服務(wù)、地質(zhì)圖服務(wù)的疊加、融合、檢索，并向外提供WMS、WMTS、WFS服務(wù)接口，使得其他開放平臺可以直接調(diào)取相關(guān)服務(wù)。按照地震應(yīng)急專題模板生成相應(yīng)的地震專題，審核通過后開展服務(wù)的發(fā)布與分發(fā)工作。

2.3 地震應(yīng)急服務(wù)層

地震應(yīng)急服務(wù)層是以互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁的形式可視化地震災(zāi)情，其中展示的最主要內(nèi)容包括地震震中坐標(biāo)、震級、影響范圍等地震信息，以及相關(guān)的地質(zhì)圖在線瀏覽、調(diào)用服務(wù)及地質(zhì)資料的關(guān)聯(lián)、查詢、瀏覽等在線服務(wù)。

3 應(yīng)急系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

應(yīng)急系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線如圖2所示，系統(tǒng)在地震發(fā)生后，通過中國地震臺網(wǎng)的開放接口獲取地震相關(guān)信息后，通過數(shù)據(jù)檢索、篩選、集成形成資料與地圖服務(wù)列表，并根據(jù)模板生成專題服務(wù)，經(jīng)審核后在線服務(wù)。

圖2 地質(zhì)資料地震應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線圖

3.1 地震信息獲取

在地震發(fā)生之后，由應(yīng)急系統(tǒng)通過中國地震臺網(wǎng)的開放數(shù)據(jù)接口自動(dòng)獲取其發(fā)布的地震信息標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，獲取相關(guān)信息的要求包括：①地震的震中位于中國境內(nèi)；②地震震級為4級及以上地震；③信息自動(dòng)獲取的時(shí)間間隔為30 min/次。

3.2 應(yīng)急地質(zhì)資料快速集成

應(yīng)急系統(tǒng)根據(jù)所獲取的地震信息，例如震中所在地的名稱及震中坐標(biāo)信息，結(jié)合國家行政區(qū)劃數(shù)據(jù)庫確認(rèn)震中所在地所屬的省、市、縣行政區(qū)劃范圍，集合以上關(guān)鍵信息通過元數(shù)據(jù)庫對基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫和地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，其檢索的具體要求如下所述。

1) 地質(zhì)圖檢索主要通過對震中坐標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)，結(jié)合地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫中圖幅的空間分布進(jìn)行集成檢索，檢索的優(yōu)先級以比例尺為準(zhǔn)，檢索順序?yàn)?∶5萬、1∶20萬、1∶25萬、1∶50萬標(biāo)準(zhǔn)分幅地質(zhì)圖。檢索結(jié)果也根據(jù)比例尺由大到小進(jìn)行排列形成列表。

2) 地質(zhì)資料檢索主要通過地名進(jìn)行檢索，其檢索的優(yōu)先級是地震震中所在的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣市、區(qū)市、省。其中在縣市這一級別根據(jù)中國縣市行政區(qū)劃將周邊縣市的資料進(jìn)行地名檢索，以這種方式來應(yīng)對地震發(fā)生在行政區(qū)交界位置的情況。并對檢索結(jié)果進(jìn)行篩選，報(bào)告題名中包含災(zāi)害、地震、地下水、水環(huán)境等關(guān)鍵詞的資料優(yōu)先置頂顯示，以此為后續(xù)管理員在后期優(yōu)化專題服務(wù)提供便利。完成相關(guān)檢索后，將檢索的元數(shù)據(jù)列表分類導(dǎo)出。

3.3 應(yīng)急系統(tǒng)專題服務(wù)

根據(jù)系統(tǒng)篩選導(dǎo)出的文檔資料、地質(zhì)圖服務(wù)、元數(shù)據(jù)列表，利用地震應(yīng)急系統(tǒng)專題服務(wù)模板生成專題服務(wù)。其中地震等級為5級以上地震專題服務(wù)生成后，系統(tǒng)將通過郵件及短信平臺向管理員發(fā)出郵件與短信，提醒管理員進(jìn)行專題服務(wù)優(yōu)化、審核與發(fā)布等后續(xù)工作。

3.4 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)布

管理員需要登錄數(shù)字地質(zhì)資料館后臺管理系統(tǒng)，進(jìn)入應(yīng)急專題列表，再根據(jù)地震發(fā)生地方、時(shí)間等實(shí)際情況對專題中的數(shù)據(jù)列表進(jìn)行篩選排序、重要數(shù)據(jù)導(dǎo)入和無用數(shù)據(jù)刪除等操作，以此保證專題數(shù)據(jù)服務(wù)的質(zhì)量。并啟動(dòng)應(yīng)急專題服務(wù)發(fā)布審核流程，在經(jīng)過審核確認(rèn)后，通過數(shù)字地質(zhì)資料館后臺管理系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)布(圖3)。

圖3 專題服務(wù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

3.5 應(yīng)急系統(tǒng)分發(fā)服務(wù)

專題服務(wù)發(fā)布完成后，管理員通過全國地質(zhì)資料館微信公眾號及數(shù)字地質(zhì)資料館網(wǎng)站為平臺發(fā)布相關(guān)應(yīng)急服務(wù)信息，擴(kuò)大服務(wù)的社會影響，使得更多的用戶可以獲取相關(guān)信息。并且根據(jù)應(yīng)急搶險(xiǎn)隊(duì)伍的數(shù)據(jù)使用需求進(jìn)行特定地質(zhì)資料及圖件的公開化處理，為其震后救援、災(zāi)情預(yù)測、災(zāi)后重建等提供應(yīng)急支持和輔助決策。

4 應(yīng)急系統(tǒng)功能與實(shí)例

該系統(tǒng)在建成后先后提供了20余次應(yīng)急服務(wù)。本文以重慶市武隆縣地震為例，在地震發(fā)生后，采用B/S結(jié)構(gòu)，借鑒了網(wǎng)站的信息組織方式，基于Web的信息管理和展示方式，采用組件化和模塊化設(shè)計(jì)開發(fā)的地質(zhì)資料地震應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)自動(dòng)響應(yīng)，完成了武隆縣的地震信息的處理、分析、發(fā)布和管理，實(shí)現(xiàn)了海量資料數(shù)據(jù)的高效調(diào)度、空間數(shù)據(jù)與文本資料的融合、網(wǎng)站式的災(zāi)情發(fā)布，為重慶市武隆縣地震自然災(zāi)害搶險(xiǎn)救災(zāi)工作提供服務(wù)(圖4)。

圖4 重慶武隆縣地震自然災(zāi)害專題服務(wù)界面

4.1 在線地圖發(fā)布對比

地震發(fā)生后，第一時(shí)間獲取地震災(zāi)區(qū)相關(guān)信息，并根據(jù)相關(guān)信息從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫中篩選提取地震災(zāi)區(qū)相關(guān)圖件，充分利用GIS的直觀、精確地圖顯示效果，對震中信息、地形圖、衛(wèi)星遙感圖，以及不同類型、不同比例尺地質(zhì)圖疊加在一個(gè)顯示框中，用戶可以通過自主勾選，進(jìn)行地圖對比顯示分析，幫助用戶快速定位震中周邊地形、地質(zhì)、水文和災(zāi)害調(diào)查信息。

4.2 在線資料瀏覽與定制下載

通過優(yōu)化資料元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)布協(xié)議及數(shù)據(jù)交換接口的深入研究，完善現(xiàn)有的資料檢索與篩選機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)資料在災(zāi)害發(fā)生后能夠通過地震信息被快速定位，并通過篩選排序后以列表的形式進(jìn)行發(fā)布，用戶通過點(diǎn)擊相關(guān)資料可以進(jìn)行資料數(shù)據(jù)的在線瀏覽。并將災(zāi)區(qū)相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害防治資料保密技術(shù)處理后，發(fā)布于專題服務(wù)中，方便災(zāi)害救援隊(duì)伍快速獲取相關(guān)資料。

5 結(jié) 語

地質(zhì)資料地震應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了真正的信息快速檢索、發(fā)布、共享功能，與其他開放數(shù)據(jù)平臺均有良好的數(shù)據(jù)接口，本身可以提供海量的多源異構(gòu)資料數(shù)據(jù)的融合與共享功能；具有良好的拓展延伸性，使用符合國內(nèi)、國際標(biāo)準(zhǔn)的GIS和Web技術(shù)，這為開展更廣泛的災(zāi)害應(yīng)急提供技術(shù)保障。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地震災(zāi)害救援資料快速獲取，讓相關(guān)部門及時(shí)了解地震地及周邊地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境和水文環(huán)境，為救災(zāi)工作提供更全面的地質(zhì)參考，更快更準(zhǔn)確地投入到救災(zāi)工作，減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。