劉 欽 姜立新※ 帥向華 聶高眾 陳維鋒 張 鵬 車愛蘭

1) 中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045

2) 中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

3) 四川省地震局，四川成都 610041

4) 應(yīng)急管理部國家減災(zāi)中心，北京 100124

5) 上海交通大學(xué)，上海 200240

引言

從國外地震應(yīng)急處置與信息服務(wù)的實(shí)踐來看，歐美、日本等發(fā)達(dá)國家都建立了較為完善的地震應(yīng)急指揮體系，用來開展地震應(yīng)急技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、災(zāi)害預(yù)警、趨勢預(yù)測、多源災(zāi)情信息共享集成利用、地震信息可視化表達(dá)、應(yīng)急輔助決策等研究，為政府應(yīng)急救災(zāi)決策提供重要的技術(shù)支持，有效減輕地震災(zāi)害損失[1]。美國聯(lián)邦緊急事務(wù)管理局（Federal Emergency Management Agency，F(xiàn)EMA）等機(jī)構(gòu)建立了包括衛(wèi)星、無人機(jī)、氣球等在內(nèi)的聯(lián)合觀測平臺，研發(fā)了ShakeMap、HAZUS、PAGER等災(zāi)害評估系統(tǒng)，可在震后3—5分鐘內(nèi)給出烈度信息，在短時(shí)間內(nèi)對災(zāi)害損失進(jìn)行評估，對地震應(yīng)急信息進(jìn)行有效整合，能較系統(tǒng)地為政府提供有效應(yīng)急對策建議；日本建立了面向地震應(yīng)急的從中央到地方的快速聯(lián)絡(luò)通信網(wǎng)，構(gòu)建了DIS、RAS等地震災(zāi)害應(yīng)急系統(tǒng)，能夠快速提供災(zāi)情調(diào)查、烈度圖速報(bào)等信息；歐洲基于光學(xué)、Lidar、SAR等多源觀測手段，實(shí)現(xiàn)地震災(zāi)害監(jiān)測和動(dòng)態(tài)災(zāi)情分析[2-3]。

我國在地震臺網(wǎng)及速報(bào)系統(tǒng)、地震應(yīng)急指揮模式、應(yīng)急協(xié)同技術(shù)體系、地震應(yīng)急管理、地震應(yīng)急快速評估等方面開展了較多的研究工作[4]。建成了覆蓋國家、31個(gè)省、150個(gè)大中城市和地震現(xiàn)場的全國一體化地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)，建立了災(zāi)情獲取、應(yīng)急響應(yīng)和聯(lián)動(dòng)信息服務(wù)平臺[2]。地震應(yīng)急初期能提供災(zāi)害損失評估和地震災(zāi)害背景等地震應(yīng)急信息產(chǎn)品，能快速、持續(xù)地提供災(zāi)情動(dòng)態(tài)產(chǎn)品。在汶川8.0級、玉樹7.1級、尼泊爾8.1級等國內(nèi)外的破壞性地震中，迅速了解地震災(zāi)害影響，估計(jì)災(zāi)害發(fā)展趨勢[5-6]。與發(fā)達(dá)國家相比，主要差距有： ① 地震影響場計(jì)算模型偏差較大； ② 災(zāi)情信息采集手段單一； ③ 地面承災(zāi)體精細(xì)化數(shù)據(jù)缺失，導(dǎo)致地震損失評估的準(zhǔn)確性難以滿足決策需求； ④ 地震應(yīng)急產(chǎn)品發(fā)布渠道不健全； ⑤ 應(yīng)急協(xié)同技術(shù)系統(tǒng)存在 “孤島” ； ⑥ 震后應(yīng)急信息可視化缺乏有效的數(shù)據(jù)融合及數(shù)據(jù)挖掘； ⑦ 不能滿足海量災(zāi)情數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析與發(fā)布[1,7] 。

總體來看，地震災(zāi)后信息匯聚、發(fā)布與決策支持技術(shù)的發(fā)展趨勢是：地震信息感知多來源、多手段；震情分析與決策全時(shí)程、智能化；地震信息服務(wù)全流程、可視化；系統(tǒng)平臺一體化，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)高度集成與融合。本文將對國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目 “地震應(yīng)急全時(shí)程災(zāi)情匯聚與決策服務(wù)技術(shù)研究” 的研究目標(biāo)、科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)以及成果進(jìn)展進(jìn)行介紹。

1 項(xiàng)目研究目標(biāo)與內(nèi)容

1.1 研究目標(biāo)

針對震前震時(shí)震后全時(shí)程災(zāi)情信息服務(wù)需求，研究年度地震危險(xiǎn)區(qū)地震災(zāi)害損失預(yù)評估技術(shù)，研究震后基于地震專業(yè)傳感網(wǎng)和群智感知網(wǎng)的實(shí)時(shí)災(zāi)情獲取、匯聚與整合技術(shù)，研究震后高準(zhǔn)確性評估和分區(qū)決策支持技術(shù)。研發(fā)基于云架構(gòu)的智能化、可視化地震應(yīng)急信息全流程服務(wù)平臺和應(yīng)用終端，開展面向多行業(yè)多用戶應(yīng)急協(xié)同服務(wù)示范，實(shí)現(xiàn)7級以上大地震災(zāi)情信息全時(shí)程服務(wù)。

1.2 研究內(nèi)容

針對震前災(zāi)情難以預(yù)估，震后災(zāi)情獲取緩慢且碎片化，災(zāi)情評估誤差較大，決策支持不到位，災(zāi)情服務(wù)缺位等關(guān)鍵技術(shù)問題，本項(xiàng)目將研究震前危險(xiǎn)區(qū)損失預(yù)評估技術(shù)方法，研究震后多源信息整合技術(shù)及匯集應(yīng)用模式，研究地震應(yīng)急信息內(nèi)容管理與共享應(yīng)用模型，研究地震災(zāi)情信息綜合分析與決策支持技術(shù)，研究地震應(yīng)急決策信息可視化技術(shù)，研發(fā)基于云計(jì)算的應(yīng)急協(xié)同發(fā)布模型與面向?qū)ο蟮牡卣饝?yīng)急協(xié)同應(yīng)用終端及軟件，建立基于云技術(shù)的地震綜合應(yīng)急產(chǎn)品產(chǎn)出及發(fā)布技術(shù)平臺。

研究分3個(gè)層次： ① 災(zāi)情信息獲取與綜合分析，包括震前和震后預(yù)評估、快速評估和災(zāi)情信息多手段同步獲取與融合分析，及分區(qū)輔助決策支持信息； ② 災(zāi)情信息服務(wù)產(chǎn)品生成，包括基于可視化的系列化災(zāi)情展示圖件、面向多用戶的定制化災(zāi)情服務(wù)產(chǎn)品； ③ 綜合集成與示范應(yīng)用，包括災(zāi)情信息推送與準(zhǔn)實(shí)時(shí)服務(wù)平臺及協(xié)同服務(wù)應(yīng)用示范（圖1）。

圖 1 技術(shù)路線Fig. 1 Technical roadmap

1.3 解決的6個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題及采取的方法

（1）地震危險(xiǎn)區(qū)災(zāi)害損失預(yù)評估技術(shù)與服務(wù)。構(gòu)建我國各地建筑物現(xiàn)狀的地震災(zāi)害致死性評估矩陣，通過致死性矩陣計(jì)算未來地震可能的死亡人數(shù)；獲知應(yīng)對未來地震需要的救災(zāi)資源，為應(yīng)對未來可能地震需做的應(yīng)急準(zhǔn)備和應(yīng)急處置措施提出建議[8]。

（2）基于地震專業(yè)傳感器災(zāi)情實(shí)時(shí)獲取和融合。利用實(shí)時(shí)地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)，獲取地震破裂軌跡，模擬地震破裂過程，給出發(fā)震斷層類型、發(fā)震破裂半徑，確定宏觀震中。利用強(qiáng)震動(dòng)臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)，對缺少臺站地區(qū)地震動(dòng)參數(shù)估計(jì)值進(jìn)行系統(tǒng)偏差校正。對不同時(shí)段產(chǎn)出的震情、災(zāi)情快速融合，分階段給出地震影響場修正。

（3）基于群智感知的災(zāi)情實(shí)時(shí)獲取和融合。建立災(zāi)情信息的分級分類標(biāo)準(zhǔn)、空間化模式和安全傳輸與存儲規(guī)范[9]。建立跨網(wǎng)絡(luò)跨終端災(zāi)情信息采集與匯聚系統(tǒng)。建立群智感知公眾涉災(zāi)信息的融合與分析服務(wù)原型系統(tǒng)。構(gòu)建自動(dòng)獲取與統(tǒng)計(jì)短信、網(wǎng)絡(luò)輿情等災(zāi)情信息的系統(tǒng)。

（4）災(zāi)害損失高精度評估和分區(qū)域輔助決策支持。構(gòu)建一套新型的致死性和易損性相結(jié)合的快速評估軟件，在震后產(chǎn)出地震可能造成的人員死亡、次生災(zāi)害、救災(zāi)需求，進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)分析。建立震后適合于各區(qū)域的輔助決策模版。

（5）面向?qū)ο蟮臑?zāi)情信息產(chǎn)品生成與協(xié)同服務(wù)。建立地震應(yīng)急信息可視化表達(dá)技術(shù)規(guī)則以及分對象、分內(nèi)容、分時(shí)段的地震災(zāi)后信息可視化服務(wù)技術(shù)指南。建立多源異構(gòu)災(zāi)情數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表達(dá)模型，產(chǎn)出動(dòng)態(tài)更新的災(zāi)情可視化數(shù)據(jù)。基于新型機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘算法的大數(shù)據(jù)輔助決策信息可視化表現(xiàn)與定向智能發(fā)布技術(shù)，清晰有效、實(shí)時(shí)更新地傳達(dá)與交互決策信息。

（6）全時(shí)程地震災(zāi)情服務(wù)信息推送與準(zhǔn)實(shí)時(shí)發(fā)布。建立一套基于海量災(zāi)情信息的快速查詢與提取技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急信息實(shí)時(shí)匯集、抽取、展示與快速產(chǎn)出標(biāo)準(zhǔn)化，提供分時(shí)段、動(dòng)態(tài)快速產(chǎn)出與服務(wù)?；谠破脚_，完成地震應(yīng)急信息聚合，建立多層聚合應(yīng)急信息服務(wù)示范原型系統(tǒng)。

2 項(xiàng)目研究進(jìn)展與主要成果

2.1 地震災(zāi)情信息多手段獲取與融合分析技術(shù)

這項(xiàng)成果是充分利用行業(yè)資源和社會資源，解決地震災(zāi)情獲取難、緩慢且碎片化問題。利用各類地震臺網(wǎng)的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)，5分鐘內(nèi)給出初步地震影響場范圍，給出地震基本參數(shù)；15分鐘內(nèi)給出初步確定發(fā)震斷層類型和破裂半徑，推算出地震動(dòng)最大位移和宏觀震中位置，初步給出地震動(dòng)強(qiáng)度初步預(yù)測圖；20分鐘內(nèi)給出地震烈度分布；25分鐘內(nèi)進(jìn)行地震動(dòng)強(qiáng)度預(yù)測圖的修正，并根據(jù)后續(xù)獲取的震后2小時(shí)內(nèi)的余震信息和地形地貌信息等時(shí)空地理信息進(jìn)行地震影響場的動(dòng)態(tài)融合計(jì)算結(jié)果。同時(shí)，震后利用通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)和災(zāi)情速報(bào)員，研發(fā)跨網(wǎng)絡(luò)跨終端一體化的災(zāi)情信息采集報(bào)送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)上報(bào)信息的一體化采集、接入和管理，實(shí)現(xiàn)面向通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)的災(zāi)情泛在信息智能感知、知識發(fā)現(xiàn)及災(zāi)情信息的動(dòng)態(tài)融合，產(chǎn)出分時(shí)段的地震災(zāi)情信息。該成果在一定程度上解決了黑箱期地震災(zāi)情信息獲取的瓶頸問題，為地震應(yīng)急指揮和救災(zāi)決策提供科學(xué)有效的科技服務(wù)支撐。

2.1.1 基于地震專業(yè)傳感器災(zāi)情實(shí)時(shí)獲取和融合

（1）利用實(shí)時(shí)地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)，采用波形疊加方法和背投影技術(shù)，獲取地震破裂軌跡，模擬地震破裂過程，給出發(fā)震斷層類型，發(fā)震破裂半徑，確定宏觀震中位置。建立利用最小二乘法評估地震破裂斷層幾何分布方法。利用初始P波可以判斷斷層的破裂方向，還需要判斷地震破裂長度和比例。基于Wells和Coppersmith[10]的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，根?jù)震級來確定地震破裂斷層長度。利用最小二乘法，通過斷層距模型評估的臺站理論烈度與實(shí)際觀測的臺站儀器烈度之間誤差平方和的最小值來確定地震破裂斷層分布于震中兩側(cè)的比例。

式中，sdi是指所有臺站實(shí)測烈度與該臺站到第i斷層理論烈度的加權(quán)均方差；Wij是根據(jù)斷層距設(shè)置的權(quán)重；Ij是指j臺的實(shí)測烈度；Iij是指j臺站到i斷層的理論烈度值；M是震級；Rij是j臺站到i斷層的最小距離；A、B、C是回歸系數(shù)；R0是控制近場烈度的一個(gè)有限值（代表震中一定范圍內(nèi)的地震動(dòng)飽和）。

自動(dòng)檢測地震、拾取震相并快速（5分鐘內(nèi)）確定地震基本參數(shù)，利用改進(jìn)的CAP方法進(jìn)行多次地震震源機(jī)制的反演，給出發(fā)震斷層類型。以蘆山M4.0以上地震震源機(jī)制CAP結(jié)果為例（圖2）。

圖 2 蘆山M4.0以上地震震源機(jī)制CAP結(jié)果Fig. 2 The earthquake mechanism CAP results of earthquakes above M4.0 in Lushan

（2）根據(jù)有限移動(dòng)源理論，選取不同時(shí)間窗的初始P波參數(shù)，利用一定范圍臺站的趨勢面插值分析地震波的多普勒效應(yīng)，分析初始P波參數(shù)與PGV、PGA和極震區(qū)烈度的相關(guān)性?；诔跏糚波的地震影響場快速判斷方法，對于不同區(qū)域、震源深度及破裂類型的中強(qiáng)地震均具有較好的適應(yīng)性。該方法的準(zhǔn)確率受地震動(dòng)參數(shù)、P波初始時(shí)刻及臺站選擇的影響，對于震中附近臺站非常稀疏的地震無法適用。近場地震動(dòng)參數(shù)在同一距離不同方向上的差異性較大，臺站選擇在兼顧方向的前提下，距震中距離應(yīng)盡量小。Pd的最優(yōu)初始時(shí)段選擇為3—5 s和9—10 s，Pv的最優(yōu)初始時(shí)段選擇為4—5 s和9—10 s，Dp的最優(yōu)初始時(shí)段選擇為6 s以后。該方法中使用地震動(dòng)參數(shù)的可靠性為Pv＜Pd＜Dp，總體正確率較高，達(dá)到了70%以上。

（3）利用震后獲取的強(qiáng)震動(dòng)臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)對缺少臺站地區(qū)地震動(dòng)參數(shù)估計(jì)值進(jìn)行系統(tǒng)偏差校正，減小發(fā)震斷層類型和速報(bào)震級不確定性引入的地震動(dòng)估計(jì)的誤差。用于缺少臺站數(shù)據(jù)地區(qū)地震動(dòng)參數(shù)外推的地震動(dòng)衰減關(guān)系，是基于以往地震中獲取的強(qiáng)震記錄并不區(qū)分地震的發(fā)震斷層類型和震源機(jī)制的一種綜合平均結(jié)果。并且相同震級的地震地震動(dòng)參數(shù)相當(dāng)離散，地震動(dòng)衰減關(guān)系存在地震事件間（interearthquake）的不確定性。此外，速報(bào)地震并不能保證最初的地震震級是完全正確的。利用我國目前現(xiàn)有的地震動(dòng)衰減關(guān)系直接估計(jì)缺少臺站地區(qū)的地震動(dòng)參數(shù)值，與實(shí)際的臺站測量值之間存在較大的偏差。考慮局部場地效應(yīng)，將臺站實(shí)際的觀測值換算至基巖參考面。借助當(dāng)?shù)厮p關(guān)系±3倍標(biāo)準(zhǔn)差的準(zhǔn)則進(jìn)行異常數(shù)據(jù)判別，然后將折算后的觀測值與利用衰減關(guān)系的估計(jì)值進(jìn)行最小二乘法的對數(shù)線性擬合，得到兩者之間的偏差因子來校正缺少臺站地區(qū)地震動(dòng)參數(shù)的系統(tǒng)偏差。利用臺站記錄到的實(shí)際觀測數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)不同地震動(dòng)衰減關(guān)系模型下，實(shí)際觀測值與理論計(jì)算值之間的殘差，提出了利用有限觀測記錄對震動(dòng)圖估計(jì)值的對數(shù)偏差校正方法。該方法同樣適合于其他地震動(dòng)參數(shù)（PGV，Sa（0.2 s）、Sa（1 s）和Sa（3 s）等）的偏差校正。

針對2019年6月17日四川長寧6.0級地震、2020年1月19日新疆伽師6.4級地震驗(yàn)證偏差校正技術(shù)的可行性（圖3）。進(jìn)一步改進(jìn)基于強(qiáng)震臺網(wǎng)的地震動(dòng)強(qiáng)度圖的偏差校正算法，并改進(jìn)編制了相應(yīng)的偏差校正核心程序，應(yīng)用到四川長寧等地震的地震動(dòng)強(qiáng)度圖計(jì)算中。

（4）建立震后測震臺網(wǎng)、強(qiáng)震動(dòng)臺網(wǎng)、地震預(yù)警臺網(wǎng)的地震物理參數(shù)實(shí)時(shí)獲取接口，基于云架構(gòu)實(shí)現(xiàn)地震專業(yè)傳感器到云中心的數(shù)據(jù)匯集和處理，對不同時(shí)段產(chǎn)出的地震震情、災(zāi)情快速融合，分階段給出地震影響場修正。破壞性地震發(fā)生后，在生成第一版本震動(dòng)圖的基礎(chǔ)上，在不同時(shí)間段內(nèi)能夠進(jìn)一步獲取關(guān)于本次地震更詳盡的信息，可以進(jìn)一步修正第一版本的震動(dòng)圖來逼近災(zāi)區(qū)破壞的真實(shí)情況。震后獲取的信息主要包括震源機(jī)制解、震源破裂過程、強(qiáng)震臺站觀測值、余震分布精定位等。針對不同信息的特點(diǎn)，開發(fā)相應(yīng)的專家修正模型，其中主要包括地震的點(diǎn)源、點(diǎn)橢源、線源、斷層投影面、有限斷層面源及有限地震記錄的自動(dòng)異常判別、系統(tǒng)偏差校正、估計(jì)值與觀測值的混合插值等功能模塊。利用震源機(jī)制解結(jié)果進(jìn)一步修正地震的破裂方向；利用震源破裂過程進(jìn)一步約束有限斷層面源破裂的空間位置和尺度；利用余震分布精定位進(jìn)一步控制斷層投影面源的空間位置和尺度以及破裂的方向；利用強(qiáng)震記錄進(jìn)一步修正估計(jì)值的系統(tǒng)偏差。

圖 3 新疆伽師地震的地震動(dòng)強(qiáng)度圖Fig. 3 Ground motion intensity of the Jiashi earthquake in Xinjiang

2.1.2 基于群智感知技術(shù)的災(zāi)情信息獲取與處理

圍繞異源、異質(zhì)、異構(gòu)災(zāi)情信息的統(tǒng)一時(shí)空編碼、動(dòng)態(tài)整合匯聚、精準(zhǔn)分析及研判的基于群智感知的災(zāi)情實(shí)時(shí)獲取和融合關(guān)鍵技術(shù)，開展跨網(wǎng)絡(luò)跨終端一體化災(zāi)情采集報(bào)送、面向社會公眾的泛在涉災(zāi)信息智能感知與融合分析、地震應(yīng)急期災(zāi)情數(shù)據(jù)挖掘與輿情監(jiān)控、災(zāi)情信息綜合管理與服務(wù)、川滇地震多發(fā)區(qū)承災(zāi)體基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)、災(zāi)情信息分類編碼與整合技術(shù)規(guī)范等研究，搭建基于群智感知技術(shù)的災(zāi)情信息獲取與處理平臺，形成 “災(zāi)情信息業(yè)務(wù)采集—泛在信息交叉驗(yàn)證—基礎(chǔ)信息無縫融合—綜合信息持續(xù)服務(wù)” 迭代更新的技術(shù)鏈條。

（1）建立災(zāi)情信息的分級分類標(biāo)準(zhǔn)、空間化模式和安全傳輸與存儲規(guī)范，公網(wǎng)、北斗、衛(wèi)通跨網(wǎng)跨端信息接入?yún)R集、無縫整合、綜合管理技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、電網(wǎng)的災(zāi)情泛在信息感知、融合同化與地震影響場反演技術(shù)，建立跨網(wǎng)絡(luò)跨終端災(zāi)情信息采集與匯聚系統(tǒng)。

（2）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)輿情、手機(jī)熱力圖變化、電信電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)破壞等與地震烈度分布的相關(guān)性，建立震后10分鐘、20分鐘直到120分鐘快速獲取電信基站退服信息、電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)破壞信息的機(jī)制，構(gòu)建自動(dòng)獲取與統(tǒng)計(jì)短信、網(wǎng)絡(luò)輿情等災(zāi)情信息的系統(tǒng)。

（3）基于深度學(xué)習(xí)和自然語義解析的涉災(zāi)輿情快速抓取、準(zhǔn)確識別與社會影響分析方法，建立群智感知公眾涉災(zāi)信息的融合與分析服務(wù)原型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)情關(guān)鍵信息和特征的智能提取與分析，提出災(zāi)情可視化共享與分時(shí)段發(fā)布服務(wù)技術(shù)。

（4）基于剖分編碼的時(shí)空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與精準(zhǔn)網(wǎng)格化模型，構(gòu)建村鄉(xiāng)粒度承災(zāi)體數(shù)據(jù)庫及公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。建立多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的一體化編碼和開放接口技術(shù)?；谥悄艹槿〖夹g(shù)和虛擬化管理技術(shù)，構(gòu)建跨平臺多源災(zāi)情數(shù)據(jù)管理服務(wù)系統(tǒng)。

系統(tǒng)現(xiàn)已在應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害災(zāi)情管理系統(tǒng)中集成部署。解決了跨網(wǎng)跨端異源災(zāi)情數(shù)據(jù)的一致性編碼、異步融合、接續(xù)服務(wù)、復(fù)雜區(qū)劃管理等難點(diǎn)問題，實(shí)現(xiàn)了光纖寬帶網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、北斗短報(bào)文、衛(wèi)星通信網(wǎng)跨網(wǎng)絡(luò)接入，以及桌面端、移動(dòng)端的跨端無縫連續(xù)服務(wù)，能夠支撐 “部、省、市、縣、鄉(xiāng)、村” 6級災(zāi)害信息員開展大地震震后信息的一體化采集、接入和管理。此外，系統(tǒng)與應(yīng)急管理部應(yīng)急信息員數(shù)據(jù)庫（災(zāi)害信息員數(shù)據(jù)庫）進(jìn)行了整體集成（圖4），實(shí)現(xiàn)了震后30分鐘內(nèi)完成信息員應(yīng)急聯(lián)絡(luò)和調(diào)度，獲取震區(qū)現(xiàn)場信息和情況。

2.2 高準(zhǔn)確性評估與動(dòng)態(tài)修正技術(shù)

該項(xiàng)成果有利于提升地震災(zāi)害快速評估準(zhǔn)確性和決策支持的針對性，解決地震災(zāi)害的震前災(zāi)情難預(yù)估、評估誤差大的問題。國內(nèi)首創(chuàng)完成了地震災(zāi)害預(yù)評估模型、基于深度學(xué)習(xí)的新型快速評估方法、地震后次生地質(zhì)災(zāi)害造成人員死亡的評估技術(shù)、具有地域特征的分區(qū)化輔助決策支撐技術(shù)等，特別是利用人口、烈度、死亡率、建筑物抗致死性水平之間的關(guān)系，發(fā)展新型的致死性評估技術(shù)，使人員死亡評估的準(zhǔn)確性達(dá)到50%誤差的水平，具有創(chuàng)新性。上述內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)，使地震災(zāi)情分析的誤差，由以往的數(shù)量級誤差降低到50%左右，這無疑是地震應(yīng)急領(lǐng)域技術(shù)方面的一次飛躍，且填補(bǔ)了國內(nèi)地震應(yīng)急領(lǐng)域的部分技術(shù)空白。項(xiàng)目通過基于深度學(xué)習(xí)的地震損失和人員傷亡快速評估方法研究、模型化輔助決策技術(shù)研究與分區(qū)模板構(gòu)建、地震評估災(zāi)情修正技術(shù)研究和基于致死性的震前預(yù)評估和震后災(zāi)情綜合分析技術(shù)研究，在地震損失和人員傷亡精確評估、根據(jù)針對性的輔助決策模板構(gòu)建、基于人口熱力圖獲取宏觀震中和滑坡人員傷亡糾正、基于致死性的震前預(yù)評估研究等幾大方面進(jìn)行改進(jìn)，以提高震后災(zāi)情評估的精度。

圖 4 災(zāi)害信息員數(shù)據(jù)庫Fig. 4 Disaster informationist database

基于抗致死性水平矩陣構(gòu)建了人員死亡評估模型，在確定區(qū)域抗致死性水平的前提下，基于等級對應(yīng)的分烈度人員死亡率和各個(gè)烈度內(nèi)的人口數(shù)量進(jìn)行快速評估計(jì)算。8次歷史地震的評估結(jié)果與實(shí)際死亡數(shù)量處于同一數(shù)量級，誤差在±30%之內(nèi)。22次地震的實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，對于不同區(qū)域和不同等級的地震，評估結(jié)果的誤差均在±50%之內(nèi)。這說明基于抗致死性水平的人員死亡評估模型的有效性和實(shí)用性。

以不同類型建筑物抗致死性水平區(qū)間范圍為基礎(chǔ)，通過對每一類建筑物影響因素，以及區(qū)域影響因素的確定和權(quán)重計(jì)算，構(gòu)建實(shí)地調(diào)查建筑物抗致死性水平計(jì)算模型。并結(jié)合實(shí)地調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建不同行政級別抗致死性水平計(jì)算模型。結(jié)合已經(jīng)開展的江蘇省鹽城市和宿遷市的 “鄉(xiāng)鄉(xiāng)到” 預(yù)評估實(shí)地調(diào)查，對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)級別行政單元實(shí)現(xiàn)了全覆蓋，調(diào)查點(diǎn)的選取按照一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)3—4個(gè)調(diào)研點(diǎn)進(jìn)行選取，其中包括每一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的集鎮(zhèn)所在地和其下轄的2—3個(gè)行政村。其中，鹽城市調(diào)研鄉(xiāng)鎮(zhèn)級別行政單元159個(gè)，調(diào)研點(diǎn)合計(jì)391個(gè)；宿遷市鄉(xiāng)鎮(zhèn)級別行政單元149個(gè)，調(diào)研點(diǎn)合計(jì)367個(gè)。驗(yàn)證了提出調(diào)查方法的評估模型的科學(xué)性和可推廣性。

2.3 服務(wù)于多對象的可視化全時(shí)程災(zāi)情信息產(chǎn)品產(chǎn)出

該項(xiàng)成果利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和可視化技術(shù)解決地震應(yīng)急決策支持不到位、災(zāi)情服務(wù)缺位的關(guān)鍵問題。建立一套系統(tǒng)性、分時(shí)段、更具針對性、精準(zhǔn)服務(wù)的地震災(zāi)后信息可視化服務(wù)技術(shù)規(guī)則體系。將數(shù)據(jù)感知，數(shù)據(jù)統(tǒng)一表達(dá)和數(shù)據(jù)萃取，檢索查詢結(jié)合起來，解決數(shù)據(jù)的融合理論；設(shè)計(jì)分布式可擴(kuò)展的融合算法，對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效快速處理，實(shí)時(shí)的產(chǎn)生可視化結(jié)果數(shù)據(jù)。借助圖形化的手段，輸出分析結(jié)果并生成動(dòng)態(tài)圖表。利用大數(shù)據(jù)分析、云平臺和可視化技術(shù)，構(gòu)建一套可以智能化產(chǎn)出災(zāi)情信息服務(wù)產(chǎn)品的系統(tǒng)和一套可面向不同對象在不同時(shí)段開展災(zāi)情信息服務(wù)的平臺。該項(xiàng)成果能夠?yàn)榈卣馂?zāi)后提供清晰有效、實(shí)時(shí)更新的信息，能夠傳達(dá)與溝通指揮決策信息，具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性。

2.3.1 基于大數(shù)據(jù)方法的地震應(yīng)急信息可視化

以多源時(shí)空震情災(zāi)情信息、群智感知災(zāi)情信息的綜合評估產(chǎn)出及應(yīng)急決策信息為輸入數(shù)據(jù)，在大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性、高維性、動(dòng)態(tài)性挖掘以及分類、聚類等整合分析的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一表達(dá)模型來融合多源異構(gòu)的地震災(zāi)后應(yīng)急信息大數(shù)據(jù)。利用自適應(yīng)的信息融合方法，面向不同對象、不同內(nèi)容、不同時(shí)段的可視化需求，設(shè)計(jì)高效的索引和查詢算法，利用分布式和邊緣計(jì)算技術(shù)對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效快速處理，最終產(chǎn)生多維、靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的可視化結(jié)果數(shù)據(jù)。

建立分響應(yīng)級別、分對象、分內(nèi)容、分時(shí)段的地震災(zāi)后信息可視化服務(wù)技術(shù)指南，根據(jù)技術(shù)規(guī)則和技術(shù)指南，利用圖模型分析、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)優(yōu)化的方法，建立多源異構(gòu)災(zāi)情數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表達(dá)模型，并基于分布式計(jì)算和信息融合的方法，提供海量災(zāi)情數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)計(jì)算能力，產(chǎn)出動(dòng)態(tài)更新的災(zāi)情可視化數(shù)據(jù)。對于產(chǎn)出的可視化數(shù)據(jù)，針對其關(guān)聯(lián)性、高維性和動(dòng)態(tài)性，采用機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)挖掘的方法，結(jié)合多源異構(gòu)可視化信息融合技術(shù)，基于大數(shù)據(jù)輔助決策信息可視化表現(xiàn)與定向智能發(fā)布技術(shù)，采用可視化成圖的方法，清晰有效、實(shí)時(shí)更新地產(chǎn)出地震應(yīng)急信息[11]。

2.3.2 地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)應(yīng)急協(xié)同

統(tǒng)計(jì)分析不同時(shí)段、不同場景下政府、公眾和各類媒介等對象對應(yīng)急信息協(xié)同需求，梳理出面向部門時(shí)的地震應(yīng)急協(xié)同的流程，構(gòu)建多場景下、多層次、多對象針對災(zāi)情和決策信息協(xié)同發(fā)布的精細(xì)化策略，建立了特定場景下的應(yīng)急信息協(xié)同發(fā)布模式；基于地震應(yīng)急系統(tǒng)流程，構(gòu)建協(xié)同網(wǎng)絡(luò)、協(xié)同矩陣和多主體多階段動(dòng)態(tài)決策的地震應(yīng)急協(xié)同模型，開發(fā)地震應(yīng)急協(xié)同技術(shù)系統(tǒng)和應(yīng)用終端軟件，研制面向部門的地震應(yīng)急協(xié)同展示硬件終端，為不同對象、不同部門提供全時(shí)程的地震應(yīng)急信息協(xié)同發(fā)布、地震災(zāi)害損失協(xié)同評估、救援態(tài)勢協(xié)同標(biāo)繪、應(yīng)急指揮協(xié)同決策、地震災(zāi)情協(xié)同研判、應(yīng)急信息系統(tǒng)展示等地震應(yīng)急協(xié)同服務(wù)（圖5）。

按國家應(yīng)急預(yù)案啟動(dòng)一級響應(yīng)、二級響應(yīng)、三級及以下響應(yīng)3種不同場景。在不同場景應(yīng)急模式下，所有協(xié)同對象按分級授權(quán)以GIS一張圖為載體進(jìn)行交互和調(diào)度。

2.3.3 基于云技術(shù)的地震應(yīng)急產(chǎn)品與信息服務(wù)平臺

地震應(yīng)急產(chǎn)品與信息服務(wù)平臺采用先進(jìn)的技術(shù)和專業(yè)算法，將地震相關(guān)數(shù)據(jù)，通過接口及時(shí)、安全、完整地匯總至臺網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中，并通過先進(jìn)的軟件技術(shù)、科學(xué)的算法模型處理并分析數(shù)據(jù)，將相關(guān)課題的成果產(chǎn)品展示在用戶面前，方便用戶快捷、直觀地查看地震課題產(chǎn)品，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行評估計(jì)算輔助決策。地震應(yīng)急產(chǎn)品與信息服務(wù)平臺由接入層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層5部分組成。圖6為系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)圖。

目前該平臺已經(jīng)在中國地震臺網(wǎng)中心初步搭建，其中地震觀測數(shù)據(jù)匯聚、地震事件自動(dòng)觸發(fā)、動(dòng)態(tài)評估、輔助決策、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換分發(fā)、不同場景應(yīng)急展示等功能已經(jīng)投入到實(shí)際工作中（圖7）。

圖 5 地震應(yīng)急協(xié)同技術(shù)平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)路線圖Fig. 5 Technical roadmap for design and implementation of earthquake emergency coordination technology platform

圖 6 基于云技術(shù)的地震應(yīng)急產(chǎn)品及信息服務(wù)平臺系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)圖Fig. 6 Hierarchical design of earthquake emergency products and information service platform based on cloud technology

圖 7 基于云技術(shù)的地震應(yīng)急產(chǎn)品與信息服務(wù)平臺界面Fig. 7 Implementation of earthquake emergency products and information service platform based on cloud technology

3 技術(shù)創(chuàng)新

項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)與產(chǎn)出匯聚共享，提供了地震應(yīng)急全過程產(chǎn)品匯集與服務(wù)。項(xiàng)目創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了涵蓋地震監(jiān)測、震害防御、應(yīng)急處置領(lǐng)域的地震應(yīng)急全時(shí)程的應(yīng)急產(chǎn)品產(chǎn)出與服務(wù)，建立了地震監(jiān)測數(shù)據(jù)產(chǎn)出對地震應(yīng)急的直接信息服務(wù)渠道，研制了從發(fā)震時(shí)刻到應(yīng)急處置的全鏈條的產(chǎn)品服務(wù)平臺，提供了多場景的可視化展示應(yīng)用模式。項(xiàng)目研究成果具有廣泛的應(yīng)用前景，數(shù)據(jù)資源實(shí)時(shí)接入、各類業(yè)務(wù)模型適用性強(qiáng)、應(yīng)急產(chǎn)出產(chǎn)品豐富、信息服務(wù)模式具有針對性，在經(jīng)過實(shí)用化和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)機(jī)制完善后，能夠投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。

4 預(yù)期效益

項(xiàng)目利用地震傳感器的專業(yè)信息，實(shí)現(xiàn)震后分鐘級和不同時(shí)段的地震災(zāi)情影響范圍快速科學(xué)評估，加強(qiáng)地震災(zāi)情的快速評估技術(shù)手段，提升地震災(zāi)情快速評估的專業(yè)型和科學(xué)性，全面增強(qiáng)面向地震應(yīng)急決策的信息支撐服務(wù)能力，提升震后應(yīng)急管理部門指揮決策的科學(xué)水平，減輕地震對災(zāi)區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)的損失。為地震災(zāi)情的快速評估和救災(zāi)決策提供更及時(shí)的信息支撐，將提高地震災(zāi)情時(shí)空分布精細(xì)化研判能力，為地震發(fā)生后處于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域家庭和公共財(cái)產(chǎn)的及時(shí)和有效轉(zhuǎn)移贏得更為寶貴的時(shí)間，從而減輕因?yàn)?zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失。

項(xiàng)目解決震后應(yīng)急信息來源廣、內(nèi)容復(fù)雜、形式多樣，在信息梳理、內(nèi)容管理、產(chǎn)品發(fā)布、動(dòng)態(tài)展示等方面存在很多關(guān)鍵技術(shù)問題，豐富地震災(zāi)情信息獲取手段，形成涵蓋災(zāi)情收集、信息速報(bào)、監(jiān)測預(yù)警、分析評估、智能協(xié)同和動(dòng)態(tài)發(fā)布等地震應(yīng)急全過程技術(shù)平臺，提升地震應(yīng)急信息服務(wù)能力，對快速、科學(xué)施救具有重要意義。

項(xiàng)目圍繞 “重大自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防范” 重點(diǎn)專項(xiàng)，針對中強(qiáng)以上破壞性地震，根據(jù)政府決策和社會公眾服務(wù)需求，形成一套面向地震災(zāi)后信息匯聚、發(fā)布與決策支持的技術(shù)鏈條，研制一套基于云架構(gòu)的智能化地震應(yīng)急信息全流程應(yīng)用服務(wù)平臺，項(xiàng)目成果應(yīng)用極具科學(xué)價(jià)值和社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益。