任忠,叢培歷,李嘉昕,張瑞華,蔡宗文

(1.包頭市地震局, 內(nèi)蒙古 包頭 014010;2.福建省海洋地震觀測(cè)中心,福建 廈門(mén) 361021)

0 引 言

隨著城市化、現(xiàn)代化和網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程加速,人們對(duì)生命線工程的依賴程度越來(lái)越高,各產(chǎn)業(yè)鏈之間的相互關(guān)聯(lián)更加緊密,城市減災(zāi)與地震安全問(wèn)題日益突出。地震發(fā)生后,各級(jí)地震部門(mén)作為第一響應(yīng)人,在新技術(shù)和新需求的雙重推動(dòng)下,提高信息化服務(wù)本領(lǐng)、主動(dòng)服務(wù)社會(huì),是防震減災(zāi)事業(yè)現(xiàn)代化的必然要求。目前,國(guó)家與省級(jí)地震部門(mén)具有完善的地震公共服務(wù)系統(tǒng)。福建省地震局自2012年起率先開(kāi)發(fā)部署了地震微信公眾服務(wù)平臺(tái),為社會(huì)大眾提供震后行為指導(dǎo)服務(wù)[1-2]中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心推出了地震信息播報(bào)機(jī)器人系統(tǒng)[3],解決了地震信息公共服務(wù)內(nèi)容供給不足的問(wèn)題,大大提升了地震信息公共服務(wù)能力與水平;多個(gè)省局也構(gòu)建滿足震情發(fā)布與災(zāi)情獲取與快速評(píng)估評(píng)估的信息服務(wù)體系[4],為社會(huì)公眾提供統(tǒng)一、權(quán)威、高效、快捷的防震減災(zāi)綜合信息服務(wù)。

包頭市是內(nèi)蒙古自治區(qū)最大的重工業(yè)城市,位于河套地震帶中部,主城區(qū)有兩條活斷層通過(guò),發(fā)生破壞性地震的潛在危險(xiǎn)性高,地震形勢(shì)復(fù)雜嚴(yán)峻,被國(guó)務(wù)院列為國(guó)家地震重點(diǎn)監(jiān)視防御城市。近年來(lái),包頭市地震局建成了自治區(qū)首個(gè)盟市級(jí)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)和預(yù)警臺(tái)網(wǎng),地震監(jiān)測(cè)能力和速報(bào)能力得到全面提升。面對(duì)潛在的地震風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害,傳統(tǒng)的應(yīng)對(duì)地震方式,服務(wù)產(chǎn)品單一、專題資料產(chǎn)出速度慢、震情與災(zāi)情信息傳遞不通暢,不能滿足政府抗震救災(zāi)決策需求和社會(huì)公眾日益增長(zhǎng)的地震安全需求。在新技術(shù)倒逼、社會(huì)公眾應(yīng)急避險(xiǎn)需求和政府決策需求倒逼的情況下,作為地市級(jí)地震部門(mén),提升地震公共服務(wù)能力和信息化水平是當(dāng)務(wù)之急,急需建設(shè)一套地震信息一體化服務(wù)系統(tǒng),在破壞性地震發(fā)生后的關(guān)鍵時(shí)間段發(fā)揮關(guān)鍵作用。本系統(tǒng)相較于已有的公眾震情服務(wù)系統(tǒng)在服務(wù)能力上具有較大的提升,實(shí)現(xiàn)了一個(gè)公眾服務(wù)號(hào)下公眾及政府服務(wù)功能自動(dòng)切換,地震專題服務(wù)及公眾服務(wù)無(wú)縫對(duì)接。本系統(tǒng)提供的應(yīng)急服務(wù)產(chǎn)品更加豐富,在為社會(huì)公眾提供震情服務(wù)和應(yīng)對(duì)避險(xiǎn)服務(wù)的同時(shí),注重地震部門(mén)、政府應(yīng)急部門(mén)的需求,利用微信快捷和雙向互動(dòng)的特點(diǎn),在本地及周邊較大地震發(fā)生時(shí)為政府應(yīng)急部門(mén)提供震時(shí)防災(zāi)救災(zāi)輔助決策基礎(chǔ)數(shù)據(jù),同時(shí)在非震時(shí)提供更加接近實(shí)戰(zhàn)的地震模擬演練場(chǎng)景。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

建立一個(gè)能夠綜合管理地震信息、提供信息共享的多源多信息數(shù)字化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)地震信息綜合管理,為各級(jí)應(yīng)急管理人員提供一個(gè)先進(jìn)便捷的管理平臺(tái)及決策支持系統(tǒng)。系統(tǒng)以“智能、專業(yè)、高效”為準(zhǔn)則,基于移動(dòng)智能終端的可視化軟件系統(tǒng),系統(tǒng)由前端及后端組成。前端通過(guò)微信平臺(tái)為用戶提供HTML5個(gè)性化服務(wù),后端以WEB方式對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、產(chǎn)出、管理等服務(wù)。在大量調(diào)研、認(rèn)真考察和收集本地區(qū)地震項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上,搭建以本地區(qū)地震地質(zhì)資料、交通、人口、避難場(chǎng)所、救援力量以及科普資料為主的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù);采用LBS技術(shù)、GIS技術(shù)、圖像預(yù)處理技術(shù)、Ajax技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù),利用本地化地震影響場(chǎng)模型及地震應(yīng)對(duì)模型,依據(jù)本地應(yīng)對(duì)策略,快速產(chǎn)出震情服務(wù)、地震應(yīng)對(duì)、地震專題等豐富的應(yīng)急產(chǎn)品,并且通過(guò)微信平臺(tái)實(shí)時(shí)對(duì)外發(fā)布。系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)獲取中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心地震速報(bào)數(shù)據(jù)或手動(dòng)輸入模擬演練地震參數(shù),以此為觸發(fā)條件,自動(dòng)產(chǎn)出各類應(yīng)急產(chǎn)品,根據(jù)不同策略的人員分類,通過(guò)微信平臺(tái)實(shí)時(shí)推送信息服務(wù);利用本地化地震影響場(chǎng)模型及地震應(yīng)對(duì)模型,為不同位置人員提供地震震情、地震應(yīng)對(duì)服務(wù),為政府相關(guān)部門(mén)提供專題報(bào)告、專題圖件以及演練指導(dǎo)服務(wù),其主要技術(shù)框架(圖1)。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

針對(duì)社會(huì)公眾以及政府工作的需求,系統(tǒng)在功能上由震情服務(wù)子系統(tǒng)、地震應(yīng)對(duì)子系統(tǒng)、專題服務(wù)子系統(tǒng)、后臺(tái)管理系統(tǒng)組成(圖2),所有系統(tǒng)都統(tǒng)一集成到包頭市地震信息服務(wù)平臺(tái)上。社會(huì)大眾與政府相關(guān)部門(mén)成員通過(guò)信息分組服務(wù),利用微信公眾服務(wù)號(hào)提供的個(gè)性化微信菜單實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能分組定制,提供以下服務(wù):為社會(huì)公眾提供震情速報(bào)信息、地震烈度影響分析、歷史及周邊地震查詢服務(wù),以及震時(shí)地震應(yīng)對(duì)及震后行為指導(dǎo)服務(wù)、避震規(guī)劃、救援力量查詢、地震知識(shí)瀏覽、地震災(zāi)情反饋服務(wù)、知識(shí)競(jìng)答服務(wù)以及地震動(dòng)區(qū)劃查詢服務(wù);為政府相關(guān)應(yīng)急部門(mén)提供專題圖件、專題報(bào)告發(fā)布及審核服務(wù),為救災(zāi)決策指揮提供數(shù)據(jù)支撐;為人員密集場(chǎng)所、大型企業(yè)、生命線工程和市縣級(jí)地震應(yīng)急機(jī)構(gòu)提供演練指導(dǎo)服務(wù);為地震部門(mén)自動(dòng)獲取災(zāi)情及烈度反饋、各類宏觀異常上報(bào)資料,以微信模板消息的形式向地震部門(mén)快速推送;后臺(tái)管理提供微信前端個(gè)性化菜單維護(hù),用戶分組管理以及功能定制等功能。

圖2 地震微信公眾服務(wù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

圖3 震情推送與地震應(yīng)對(duì)服務(wù)

2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

2.1 開(kāi)發(fā)模式

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用B/S開(kāi)發(fā)模式,以PHP+MYSQL結(jié)合JavaScript(以下簡(jiǎn)稱JS)編程語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)工具。服務(wù)器開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為IIS+PHP,客戶端采用Html結(jié)合JS,數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL。開(kāi)發(fā)框架采用Bootstrap快速開(kāi)發(fā) Web 應(yīng)用程序的前端工具包,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一界面、統(tǒng)一登錄、統(tǒng)一風(fēng)格的頁(yè)面,使系統(tǒng)能同時(shí)滿足目前主流網(wǎng)頁(yè)瀏覽器應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)電腦瀏覽器及手機(jī)平臺(tái)自適應(yīng)服務(wù)。地圖系統(tǒng)采用百度地圖JSAPI,利用圖像預(yù)處理技術(shù)、LBS技術(shù)、AJAX技術(shù)實(shí)現(xiàn)WEBGIS地圖服務(wù),通過(guò)底層開(kāi)發(fā)進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)MySQL數(shù)據(jù)入庫(kù),編制矢量數(shù)據(jù)疊加、展示、距離計(jì)算等功能模塊,實(shí)現(xiàn)GIS地圖放大縮小、地圖測(cè)距、地圖漫游、地圖檢索。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)化的表格數(shù)據(jù)由關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)MySQL管理, 關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)保存在不同的表中,而不是將所有數(shù)據(jù)放在一個(gè)大的倉(cāng)庫(kù)內(nèi)。包括地震目錄數(shù)據(jù)、避難場(chǎng)所數(shù)據(jù)、救援力量數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)以及控制數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)表等組成,各個(gè)數(shù)據(jù)表之間通過(guò)關(guān)鍵字進(jìn)行連接。

2.3 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)挖掘

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)由電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)組成。電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)作為系統(tǒng)的地圖支撐,包含線化電子地圖、影像電子地圖、暈渲電子地圖三種風(fēng)格的地圖,可切換使用,能夠滿足地震應(yīng)急指揮各方面的需要。構(gòu)建目標(biāo)經(jīng)緯度范圍內(nèi)不同級(jí)別對(duì)應(yīng)柵格圖片網(wǎng)站鏈接地址,采用影像網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)技術(shù)對(duì)反映包頭市現(xiàn)狀的適合社會(huì)大眾及政府決策支持的百度柵格影像地圖進(jìn)行爬取,根據(jù)影像數(shù)據(jù)的新舊程度定時(shí)自動(dòng)分級(jí)獲取包頭市全區(qū)衛(wèi)星影像地圖、道路交通等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)矢量化以及柵格化保存與加工。

2.4 地震烈度影響場(chǎng)選擇

由于受地質(zhì)構(gòu)造的影響,地震烈度等震線的內(nèi)部一般呈橢圓型,由不同地區(qū)地震烈度內(nèi)圈等震線的長(zhǎng)軸與短軸長(zhǎng)度之比的差異,可以反映地震影響程度及破壞程度。不同地震受場(chǎng)地地形、場(chǎng)地條件等的影響,其地震影響場(chǎng)存在較大差異,利用地震斷裂構(gòu)造及歷史地震資料所建設(shè)的地震構(gòu)造背景劃分資料庫(kù),根據(jù)發(fā)震位置及所處構(gòu)造背景識(shí)別地震破裂方向,確定地震烈度衰減的長(zhǎng)軸方向,并充分利用地震影響場(chǎng)分析確定不同位置地震烈度以及對(duì)應(yīng)地震影響程度。系統(tǒng)中直接采用第五代地震動(dòng)區(qū)劃圖(GB 18306-2015)編制所使用東部強(qiáng)震區(qū)地震烈度衰減關(guān)系模型(表1)[5],該模型可以保證衰減關(guān)系在R=0時(shí)烈度相等,中間距離保持長(zhǎng)短軸烈度的差別,遠(yuǎn)場(chǎng)等震線為圓形,即橢圓長(zhǎng)短軸衰減曲線趨于重合[6]。

表1 橢圓長(zhǎng)短軸衰減關(guān)系系數(shù)

中國(guó)東部強(qiáng)震區(qū)地震烈度衰減關(guān)系模型公式為:

I=A+BM+Clg(R+R0)

(1)

上式中,I為影響烈度,M和R為震級(jí)和震中距,A、B、C、和R0為回歸參數(shù)。

2.5 地震應(yīng)對(duì)模型建立

建立避難場(chǎng)所和救援隊(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù),利用社會(huì)大眾微信反饋的LBS信息,獲取用戶的位置經(jīng)緯度坐標(biāo)信息,通過(guò)百度坐標(biāo)變換,利用地震烈度衰減關(guān)系,確定所處位置地震影響烈度大小,通過(guò)不同地震烈度應(yīng)對(duì)方法,向社會(huì)大眾、政府自動(dòng)推送應(yīng)對(duì)措施。采用最優(yōu)或最短路徑算法確定受災(zāi)市民住所(所處位置)地震應(yīng)急避難路線,建立應(yīng)急避難處置模型,確定避難規(guī)劃路線。

2.6 地震專題信息生成

利用地震專題信息模板化技術(shù),根據(jù)地震規(guī)模大小及可能對(duì)本地各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)可能影響大小結(jié)合人口數(shù)據(jù)進(jìn)行地震震情及災(zāi)情初步評(píng)估,自動(dòng)合成各類專題圖片以及專題報(bào)告信息。包括震中分布圖、烈度影響圖、斷層分布圖、人口熱力圖、等專題圖件,同時(shí)自動(dòng)生成各種應(yīng)急決策信息模板,包括值班信息報(bào)告、震情通告、震情簡(jiǎn)報(bào)等專題資料。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 震情推送與地震應(yīng)對(duì)服務(wù)

采用高性能、分布式內(nèi)存對(duì)象緩存系統(tǒng)Memcahe以及分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),通過(guò)在內(nèi)存中緩存的巨大hash表,存儲(chǔ)包括圖像、文件、索引、SQL語(yǔ)句結(jié)果等數(shù)據(jù),利用數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)分離技術(shù),提升讀取數(shù)據(jù)讀取效率,實(shí)現(xiàn)大數(shù)量的地震震情及地震應(yīng)對(duì)措施一對(duì)一并行推送服務(wù)。對(duì)接中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)正式對(duì)外發(fā)布的速報(bào)信息,采用上述地震橢圓衰減(震源深度校正)模型快速估算震中烈度和用戶所在位置烈度及震感信息,采用地震震時(shí)應(yīng)對(duì)模型,計(jì)算用戶所在位置地震影響烈度,向社會(huì)公眾快速推送烈度影響、應(yīng)對(duì)措施、避難規(guī)劃及應(yīng)急救援力量查詢等個(gè)性化服務(wù)。

3.2 地震應(yīng)急專題服務(wù)

(1)針對(duì)震時(shí)應(yīng)急實(shí)際需求,在系統(tǒng)自動(dòng)獲取包頭市或包頭市附近有影響地震自動(dòng)速報(bào)或正式速報(bào)信息后,當(dāng)識(shí)別到包頭市本地發(fā)生的地震或?qū)Π^影響烈度達(dá)到2度的地震時(shí),自動(dòng)向地震部門(mén)人員及授權(quán)應(yīng)急指揮成員以微信模板方式推送地震震情通報(bào)、地震災(zāi)害信息以及應(yīng)急狀態(tài)信息。同時(shí)通過(guò)災(zāi)害估計(jì)模塊準(zhǔn)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)急專題圖件、專題資料以及專題報(bào)告并以個(gè)性化微信菜單方式為授權(quán)人員提供查詢、瀏覽服務(wù),并在應(yīng)急期結(jié)束時(shí)自動(dòng)停止服務(wù)。其地震應(yīng)急信息服務(wù)產(chǎn)品主要包括震中分布圖、烈度影響圖、斷層分布圖(顯示地震距斷層垂直距離)、不同時(shí)間尺度、不同范圍、不同震級(jí)歷史地震分布圖、臺(tái)站分布圖、人口熱力圖、震中附近行政圖(周邊縣市、鄉(xiāng)鎮(zhèn))、公路、鐵路道路交通等專題圖件,同時(shí)自動(dòng)生成各種應(yīng)急決策信息,包括值班信息報(bào)告、震情通告、震情簡(jiǎn)報(bào)等內(nèi)容(圖4),提升了地震部門(mén)的信息服務(wù)能力與水平,有效支撐了政府部門(mén)的地震應(yīng)對(duì)工作。

圖4 地震專題

(2)針對(duì)地震部門(mén)、大型企業(yè)和學(xué)校非震時(shí)模擬演練,專門(mén)開(kāi)發(fā)了演練專題模塊。系統(tǒng)可以人工輸入應(yīng)急演練模擬地震的參數(shù),通過(guò)服務(wù)器后臺(tái)服務(wù)的方式,自動(dòng)產(chǎn)出各類應(yīng)急專題資料(圖5),可以通過(guò)電腦終端、大屏幕以及手機(jī)終端方式進(jìn)行實(shí)時(shí)查看準(zhǔn)時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生地震災(zāi)害圖文信息,增強(qiáng)地震應(yīng)急演練的實(shí)戰(zhàn)效果。

圖5 模擬演練場(chǎng)景構(gòu)建

圖6 后臺(tái)管理模塊

3.3 后臺(tái)管理

針對(duì)地震部門(mén)和政府指揮機(jī)構(gòu)的實(shí)際需求,開(kāi)發(fā)以電腦客戶端授權(quán)形式的后臺(tái)管理模塊。后臺(tái)系統(tǒng)包括微信服務(wù)菜單定制、應(yīng)急指揮部成員菜單定制、關(guān)注用戶分組、用戶組別設(shè)定、用戶日志管理、應(yīng)急專題資料管理、災(zāi)情上報(bào)信息管理等功能。能對(duì)應(yīng)急指揮部成員提供專題圖件、專題資料進(jìn)行定制管理,也可以對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生的專題資料信息進(jìn)行編輯、維護(hù)、審核、發(fā)布,能為政府應(yīng)急工作提供更加豐富的地震信息服務(wù)產(chǎn)品。

4 結(jié) 語(yǔ)

自然災(zāi)害中,地震是群災(zāi)之首,提供高效快捷的震情服務(wù)和專題信息服務(wù)是減少災(zāi)害損失、保持社會(huì)穩(wěn)定的有效手段。地震發(fā)生后的30分鐘是地震部門(mén)發(fā)揮作用的關(guān)鍵時(shí)間段。包頭地震信息服務(wù)系統(tǒng)自成功開(kāi)發(fā)與應(yīng)用以來(lái),經(jīng)過(guò)實(shí)際震例檢驗(yàn),為包頭市社會(huì)公眾、市縣級(jí)地震部門(mén)以及政府在地震應(yīng)急響應(yīng)、處置、救援等應(yīng)急行動(dòng)中提供了快速?zèng)Q策參考信息,凸顯了地市級(jí)地震部門(mén)在履行防震減災(zāi)“促一方發(fā)展、保一方平安”的職責(zé)擔(dān)當(dāng),收到良好的社會(huì)和減災(zāi)效益。包頭地震信息服務(wù)系統(tǒng)與其他信息服務(wù)系統(tǒng)相比較,有以下特點(diǎn):一是變被動(dòng)服務(wù)為主動(dòng)服務(wù),為社區(qū)、學(xué)校、公眾、政府的地震科普、地震應(yīng)對(duì)、應(yīng)急響應(yīng)等提供了新的傳播媒介;二是有效拓展社會(huì)大眾、學(xué)校、社區(qū)獲取地震科普知識(shí)渠道,體現(xiàn)了地震部門(mén)以人民為中心的服務(wù)理念,增強(qiáng)應(yīng)對(duì)地震突發(fā)事件的能力,減少社會(huì)恐慌,減輕地震損失三是在服務(wù)能力上具有較大的提升,實(shí)現(xiàn)了一個(gè)公眾服務(wù)號(hào)下公眾及政府服務(wù)功能自動(dòng)切換,地震專題服務(wù)及公眾應(yīng)對(duì)服務(wù)無(wú)縫對(duì)接,地震信息資源高度共享;四是有利于地震應(yīng)急指揮部成員的管理,為指揮部成員快速提供自動(dòng)生成的地震專題圖、專題決策輔助報(bào)告,提升政府部門(mén)地震應(yīng)對(duì)效率,為政府相關(guān)應(yīng)急決策提供快速輔助支持。基于以上優(yōu)點(diǎn),本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),為其他州市級(jí)地震部門(mén)提供參考和借鑒,具有較好的推廣價(jià)值。

目前關(guān)注人群和宣傳覆蓋面不夠,隨著震例的積累和服務(wù)面的擴(kuò)大,包頭市地震局通過(guò)實(shí)踐不斷探索適合本地區(qū)的地震應(yīng)急信息社會(huì)化應(yīng)用和服務(wù)新模式,擴(kuò)大與新媒體平臺(tái)的對(duì)接力度,進(jìn)一步擴(kuò)大服務(wù)范圍,更好地發(fā)揮州市級(jí)地震部門(mén)的作用。