曾維祖，楊 力，晉云霞，黃新茹，潘勇杰，張力文

（四川省地震局，四川 成都 610041）

四川是一個(gè)多強(qiáng)震省份，2017年1月1日至2022年6月14日共發(fā)生4.0級(jí)以上地震88次。根據(jù)四川省地震局應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，將地震災(zāi)害事件等級(jí)應(yīng)急處置工作分為I—IV級(jí)響應(yīng)，而地震應(yīng)急值班工作作為應(yīng)急處置流程中的重要環(huán)節(jié)，如何為政府提供更精準(zhǔn)、更具時(shí)效性的應(yīng)急信息產(chǎn)品，從而輔助政府決策、減輕地震事件影響、提升地震部門公共服務(wù)能力是當(dāng)前地震應(yīng)急工作中的重要研究課題（邵永謙等，2020）。目前，四川省地震局總值班室應(yīng)急信息產(chǎn)品產(chǎn)出主要依靠值班員在地震事件發(fā)生后手動(dòng)采編地震事件信息，并向政府相關(guān)部門上報(bào)地震信息。在震情信息文稿撰寫過程中，由于地震事件具有突發(fā)性，發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)無明顯規(guī)律，無法提前準(zhǔn)備相關(guān)工作，并且上行信息中關(guān)鍵內(nèi)容較多，規(guī)定嚴(yán)謹(jǐn)，單純依靠人為編寫應(yīng)急值班信息，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、且容易因人為疏忽而導(dǎo)致嚴(yán)重錯(cuò)誤，進(jìn)而造成惡劣影響。若地震信息采編工作由網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)通過相關(guān)程序自動(dòng)完成，無疑是科學(xué)而有效的，這樣既可滿足政府對(duì)信息獲取的時(shí)效性要求，又可減輕值班人員的工作量，提高應(yīng)急值班工作整體效率（奚沖霄等，2019）。其他行業(yè)部門已經(jīng)有關(guān)于上行信息編發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究（張洪衛(wèi)等，2002；劉繼敏等，2007）。地震系統(tǒng)在1998年有學(xué)者針對(duì)地震信息服務(wù)的工作程序提出設(shè)想（吳忠良，1998），而后福建省地震局于2004年采用C語(yǔ)言與UNIX系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)地震速報(bào)信息發(fā)布程序（廖詩(shī)榮等，2004），此后相關(guān)研究機(jī)構(gòu)通過不同方式實(shí)現(xiàn)地震速報(bào)信息的快速編發(fā)，如中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心的國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)地震速報(bào)綜合信息發(fā)布系統(tǒng)采用了實(shí)時(shí)地震數(shù)據(jù)與WebGIS服務(wù)實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)為用戶提供快速服務(wù)（侯建民等，2009）；江西省地震局通過MATLAB7與基于web的Google地圖服務(wù)開發(fā)了地震速報(bào)信息發(fā)送軟件（曾文敬等，2013）；新疆維吾爾自治區(qū)地震局基于新疆地震信息互聯(lián)網(wǎng)門戶網(wǎng)站，使用網(wǎng)站腳本、EQIM地震信息共享平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了地震速報(bào)信息自動(dòng)發(fā)布（劉平仁等，2016）；北京市地震局基于JOPENS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，利用C＃和MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)了地震速報(bào)和地震目錄數(shù)據(jù)服務(wù)功能（奚沖霄等，2019），另外針對(duì)非天然地震事件信息發(fā)布也設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)處理軟件（奚沖霄等，2021）；上海市地震局采用JAVAEE架構(gòu)設(shè)計(jì)和開發(fā)了上海測(cè)震臺(tái)網(wǎng)業(yè)務(wù)自動(dòng)化產(chǎn)出系統(tǒng)（邵永謙等，2020）。本研究結(jié)合四川省地震局應(yīng)急值班工作實(shí)際流程，研發(fā)實(shí)現(xiàn)地震應(yīng)急值班信息即時(shí)編發(fā)系統(tǒng)，為準(zhǔn)確快速編發(fā)地震應(yīng)急值班信息、更好地開展地震應(yīng)急值班工作提供一種可靠工具，可進(jìn)一步增強(qiáng)地震應(yīng)急值班信息產(chǎn)出的準(zhǔn)確性及時(shí)效性，提高震情信息發(fā)布服務(wù)質(zhì)量，為上級(jí)管理部門快速?zèng)Q策及時(shí)部署提供有力依據(jù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文采用Python3.8.10作為開發(fā)語(yǔ)言，利用PyQt5.15.4繪制圖形用戶界面，設(shè)計(jì)的地震應(yīng)急值班信息即時(shí)編發(fā)系統(tǒng)如圖1所示?？紤]到四川省地震應(yīng)急值班工作流程，系統(tǒng)采用中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心開發(fā)的一款基于微信企業(yè)號(hào)的地震信息自動(dòng)推送平臺(tái)，即“地震信息播報(bào)機(jī)器人”作為輸入信息源，同時(shí)系統(tǒng)添加針對(duì)適配12322、四川地震臺(tái)等正式測(cè)定短信信息適配提取規(guī)則。為進(jìn)一步提高地震事件自動(dòng)監(jiān)測(cè)效率，本系統(tǒng)基于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心“地震信息播報(bào)機(jī)器人”微信企業(yè)號(hào)和網(wǎng)頁(yè)微信實(shí)現(xiàn)了對(duì)地震事件的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)主要功能：快速生成時(shí)效性要求最嚴(yán)格的兩期地震應(yīng)急值班信息；根據(jù)震中位置自動(dòng)計(jì)算相關(guān)市縣及省界距離，同時(shí)繪制距離圖件輔助解釋。系統(tǒng)整體而言，分為菜單欄、模式選擇欄、輸入?yún)?shù)欄、信息源輸入欄、繪圖結(jié)果顯示欄、計(jì)算結(jié)果顯示欄、規(guī)范化測(cè)距結(jié)果顯示欄、底部狀態(tài)欄共八部分（圖1）組成。菜單欄提供打開重要文件位置、工具、日志、幫助及文件夾路徑設(shè)置功能。輸入?yún)?shù)欄根據(jù)編發(fā)地震應(yīng)急值班信息審簽流程共分為當(dāng)期信息期號(hào)、值班員、值班處長(zhǎng)、帶班領(lǐng)導(dǎo)四部分，并在不同模式下提供鎖定輸入功能，保證自動(dòng)監(jiān)測(cè)模式下內(nèi)容正常輸出。界面下部為結(jié)果顯示欄，均與距離計(jì)算模塊有關(guān)，分別展示震中與主要城市距離以及震中與四川距離最近縣城，并實(shí)現(xiàn)格式化輸出具體距離。底部狀態(tài)欄主要顯示各重要運(yùn)算過程節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖2所示。

圖1 地震應(yīng)急值班信息即時(shí)編發(fā)系統(tǒng)主界面

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2 系統(tǒng)流程圖

首先值班員通過輸入地震事件正式報(bào)網(wǎng)頁(yè)鏈接、正式測(cè)定短信，或通過網(wǎng)頁(yè)微信實(shí)時(shí)監(jiān)控獲取地震事件正式報(bào)網(wǎng)頁(yè)鏈接，再進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行流程（圖3）。自動(dòng)監(jiān)測(cè)模式下，首先利用WeChat API接口實(shí)現(xiàn)對(duì)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心地震信息播報(bào)機(jī)器人推送的地震事件進(jìn)行監(jiān)控，再根據(jù)信息報(bào)送規(guī)則，識(shí)別鄰省及本省不同震級(jí)的地震事件，對(duì)四川M＞4.0地震進(jìn)行后續(xù)處理，而不滿足條件的地震事件則不處理，回到監(jiān)控狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到報(bào)送規(guī)定震級(jí)后繼續(xù)執(zhí)行下一步程序，最后系統(tǒng)自動(dòng)提取推送的地震事件正式報(bào)網(wǎng)頁(yè)鏈接，采用網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)定位提取所需關(guān)鍵要素形成結(jié)構(gòu)化信息，根據(jù)提取的震中經(jīng)緯度與各縣市經(jīng)緯度代入式（4）計(jì)算得到震中距及震中距主要縣市距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)震情信息、距離數(shù)據(jù)、圖件產(chǎn)品規(guī)范輸出。而手動(dòng)模式則采用人工輸入地震信息播報(bào)機(jī)器人正式報(bào)或地震事件正式測(cè)定短信作為數(shù)據(jù)源，省去規(guī)則匹配步驟，直接對(duì)信息源內(nèi)容作后續(xù)計(jì)算處理，最后實(shí)現(xiàn)信息、圖件產(chǎn)品的規(guī)范化輸出。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，各系統(tǒng)功能按執(zhí)行順序分別承擔(dān)事件監(jiān)控、信息提取、規(guī)則識(shí)別、文件輸出等功能?？紤]到系統(tǒng)的普適性，選擇采用不同開發(fā)平臺(tái)的數(shù)據(jù)、程序接口并嚴(yán)格按照各接口使用規(guī)范獲取市縣經(jīng)緯度坐標(biāo)等地圖數(shù)據(jù)以及實(shí)現(xiàn)微信數(shù)據(jù)監(jiān)控。而地震事件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源采用中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心地震信息播報(bào)機(jī)器人推送地震事件的正式報(bào)信息，其中除地震三要素信息外，還有歷史地震信息、震中周邊市縣及與震中距離、震中地質(zhì)背景等，內(nèi)容詳實(shí)，根據(jù)不同信息編發(fā)模板可選用不同的內(nèi)容數(shù)據(jù)，極大地提高了系統(tǒng)維護(hù)與更新的普適性與靈活性。

2.1 WeChat API信息實(shí)時(shí)監(jiān)控

采用開源項(xiàng)目wxpy庫(kù)及itchat庫(kù)調(diào)用網(wǎng)頁(yè)微信數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)地震信息播報(bào)機(jī)器人推送信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。根據(jù)微信推送類型，可分為公眾號(hào)信息與個(gè)人號(hào)信息，本系統(tǒng)僅保留公眾號(hào)信息中地震信息播報(bào)機(jī)器人所推送地震事件速報(bào)及正式報(bào)信息，其余信息均被過濾不做保存或使用，信息接收接口均為內(nèi)置，微信服務(wù)器收發(fā)數(shù)據(jù)均為微信內(nèi)部加密數(shù)據(jù)，外部不可抓取或調(diào)用，減少信息泄露風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)規(guī)則識(shí)別需報(bào)送地震事件后，監(jiān)控模塊可直接利用該條正式報(bào)信息鏈接做進(jìn)一步信息提取或數(shù)據(jù)計(jì)算。WeChat API信息實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊輸入：期號(hào)等預(yù)輸入?yún)?shù)、登錄Web WeChat；輸出：符合報(bào)送規(guī)定的地震事件正式報(bào)鏈接URL。

2.2 距離計(jì)算

由于數(shù)據(jù)源所提供距離信息不滿足實(shí)際應(yīng)急值班工作需求，存在部分地震事件缺失距離信息的情況，且以往多采用手動(dòng)測(cè)定的方式求取距離，時(shí)效性有所欠缺，故本系統(tǒng)編寫距離計(jì)算模塊用于自動(dòng)計(jì)算所需關(guān)鍵距離信息。本系統(tǒng)通過兩地經(jīng)緯度計(jì)算距離，使用Haversine（半正矢）公式來做距離計(jì)算。半正矢在三角函數(shù)中，稱（1-cosα）/2為角α的半正矢，記作havα。對(duì)于球面上任意兩點(diǎn)，圓心角的半正矢值可以通過式（1）計(jì)算：

式中：d為兩點(diǎn)間的距離；r為球半徑；φ1、φ2為兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的緯度；λ1、λ2為兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的經(jīng)度；d/r為圓心角，以弧度制度量。通過反正切函數(shù)解出d：

代入可得：

計(jì)算時(shí)取地球半徑為6 371.004 km。各縣市經(jīng)緯度通過高德地圖開發(fā)者平臺(tái)API接口獲取，默認(rèn)為政府駐地經(jīng)緯度坐標(biāo)。經(jīng)過多次使用測(cè)算，系統(tǒng)測(cè)算的距離結(jié)果與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心地震事件正式報(bào)的距離結(jié)果是一致的，誤差約為0.26%。

2.3 文檔生成

四川省地震局總值班室承擔(dān)著把震情信息報(bào)送至不同行政管理部門的任務(wù)，各期地震信息均以基本固定內(nèi)容的Word文檔進(jìn)行上報(bào)。在梳理了不同期數(shù)地震信息后，針對(duì)時(shí)效性要求最為嚴(yán)格的前兩期地震信息，預(yù)設(shè)對(duì)應(yīng)的震情信息模板，通過計(jì)算機(jī)程序提取、計(jì)算關(guān)鍵信息，完成模板文件的填充渲染。類似于采用Word文檔書簽生成模板文檔（閻楷，2010），本系統(tǒng)使用python開源項(xiàng)目docxtpl庫(kù)編寫，該庫(kù)包含兩個(gè)主要庫(kù)：python-docx與Jinja2。前者用于利用python語(yǔ)言操作docx文件（讀、寫、新建），后者為Python的功能齊全的通用模板語(yǔ)言（模板引擎、模板系統(tǒng)），其具備完整的unicode支持。使用占位變量的模板文件在經(jīng)過動(dòng)態(tài)賦值后輸出對(duì)應(yīng)預(yù)期文件，可近似看作一個(gè)文檔渲染的過程。系統(tǒng)對(duì)四川省地震局應(yīng)急值班信息進(jìn)行了Jinja2語(yǔ)法改寫，對(duì)發(fā)震時(shí)間、震級(jí)、經(jīng)緯度、距離等22個(gè)位置做了占位處理，形成兩期震情信息模板。作為模板系統(tǒng)Jinja2還提供了獨(dú)特的語(yǔ)法系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)、表達(dá)式、過濾器等功能。模板中的特殊占位符允許編寫類似于Python語(yǔ)法的代碼，相較于Word文檔的書簽功能，Jinja2得益于控制結(jié)構(gòu)、表達(dá)式等功能，在模板編輯渲染、圖像處理等方面更加靈活，整體運(yùn)行性能和模板可讀性良好，因此非專業(yè)人員亦可對(duì)模板按需做簡(jiǎn)要修改。

系統(tǒng)運(yùn)行過程中獲取到對(duì)應(yīng)變量后，即可對(duì)模板文件進(jìn)行統(tǒng)一填充渲染，并自動(dòng)生成以“月-日-時(shí)-分-震中位置-震級(jí)”為名的文件夾，內(nèi)含兩期值班信息與兩張距離圖件。經(jīng)測(cè)試，在系統(tǒng)運(yùn)行得到所有占位變量后，實(shí)際動(dòng)態(tài)賦值渲染操作用時(shí)約0.285 s，其效率已滿足實(shí)際工作所需。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

四川省地震局應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案對(duì)省內(nèi)及省外地震事件有著不同的處理規(guī)則，為此本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)省內(nèi)外地震事件處理時(shí)略有區(qū)別，其區(qū)別主要體現(xiàn)在省內(nèi)外地震事件處理時(shí)所繪制的距離圖件有所不同，對(duì)于省外地震事件而言，系統(tǒng)繪制震中與四川省界最近距離、與四川省最近縣市距離，以及震中與成都市距離；對(duì)于省內(nèi)地震事件而言，系統(tǒng)繪制震中與周邊縣市距離，以及與成都市距離。所繪制圖件主要用于輔助解釋說明，以備值班員更好地應(yīng)對(duì)上級(jí)行政管理部門的問訊。

以2022年6月1日17時(shí)四川省雅安市蘆山縣6.1級(jí)地震為例，在值班時(shí)，預(yù)輸入信息編發(fā)期數(shù)及人員，待地震事件發(fā)生后通過輸入短信、正式報(bào)鏈接或使用網(wǎng)頁(yè)微信監(jiān)控“地震信息播報(bào)機(jī)器人”消息推送，系統(tǒng)開始運(yùn)行，提取關(guān)鍵要素、計(jì)算距離，最后顯示運(yùn)行結(jié)果（圖4）、繪制距離圖件、輸出前兩期地震應(yīng)急值班信息（圖5）。系統(tǒng)能夠輸出兩種不同來源的格式化距離輸出結(jié)果：1）地震信息播報(bào)機(jī)器人中周邊市縣距離信息（若存在，在文檔生成過程中由紅色字體突出顯示）；2）系統(tǒng)測(cè)算出的主要市縣距離信息。系統(tǒng)計(jì)算出的距離結(jié)果與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心發(fā)布的距離結(jié)果基本一致，當(dāng)?shù)卣鹦畔⒉?bào)機(jī)器人無距離推送時(shí)，系統(tǒng)計(jì)算的結(jié)果可做有效替代，同時(shí)系統(tǒng)提供地震事件震中與四川省界、四川最近縣市、成都市距離，實(shí)際應(yīng)用上更加符合四川省地震局地震應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案所劃分的應(yīng)急響應(yīng)處置流程。除上述系統(tǒng)描述與說明外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)時(shí)使用多線程方式提高整體計(jì)算效率。當(dāng)數(shù)據(jù)源中含有距離信息時(shí)輸出結(jié)果中將會(huì)保留系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果與數(shù)據(jù)源中提供的距離信息，可供使用人員按需刪改。

圖4 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果界面

圖5 系統(tǒng)輸出文檔結(jié)果

經(jīng)過多次地震事件實(shí)際使用測(cè)試，人工編發(fā)信息所用時(shí)間為7～10 min，系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)模式生成信息用時(shí)在2～5 s，手動(dòng)模式用時(shí)10～15 s，且信息提取、距離計(jì)算準(zhǔn)確，說明使用本系統(tǒng)能夠極大地提高地震應(yīng)急值班信息編發(fā)效率，減少人為疏忽造成的遺漏與錯(cuò)誤。

4 結(jié)束語(yǔ)

開發(fā)的四川省地震局地震應(yīng)急值班信息即時(shí)編發(fā)系統(tǒng)，集成了數(shù)據(jù)快速提取、距離快速計(jì)算、模板自動(dòng)填充、規(guī)則識(shí)別、自動(dòng)監(jiān)測(cè)等功能，實(shí)現(xiàn)了15～20 s內(nèi)地震應(yīng)急值班信息快速規(guī)范地編發(fā)。相較于傳統(tǒng)手工填報(bào)方法，極大地提升了工作效率，有效地避免了人為導(dǎo)致的震中位置經(jīng)緯度、地名輸入錯(cuò)誤等問題。地震應(yīng)急值班信息即時(shí)編發(fā)系統(tǒng)在經(jīng)過多個(gè)版本完善迭代后，已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際地震應(yīng)急值班工作中，且取得了良好的應(yīng)用效果。自2021年4月以來，系統(tǒng)測(cè)試與實(shí)際部署運(yùn)行期間，截至2022年6月共有效應(yīng)對(duì)地震事件70次，其中2021年56次、2022年14次，值班員均能在接收到地震事件正式測(cè)定信息后2 min內(nèi)無差錯(cuò)自動(dòng)產(chǎn)出相應(yīng)的結(jié)果，滿足了上級(jí)行政管理部門對(duì)值班工作的各項(xiàng)要求。隨著應(yīng)急值班工作規(guī)則的修訂，系統(tǒng)的修改與優(yōu)化可以快速適配新要求、新規(guī)則，具備較強(qiáng)通用性。下一步將著力于系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)更新與維護(hù)、行業(yè)內(nèi)部EQIM數(shù)據(jù)接入等多個(gè)方面的更新升級(jí)，爭(zhēng)取進(jìn)一步填補(bǔ)突發(fā)地震事件后信息填報(bào)自動(dòng)化的空白。