區(qū)域地震應(yīng)急速報信息系統(tǒng)研究——以江蘇省為例*

畢雪梅

(江蘇省地震局)

0 引言

近十年來，發(fā)達國家先后建立了多種防災(zāi)減災(zāi)的應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)［1-3］，如美國的“緊急事物管理系統(tǒng)”(EMS)，歐洲五國的“重大緊急事件智能管理系統(tǒng)”(MEMbrain)等，對于人類抗御各種自然和人為災(zāi)害起到了積極的作用.我國在防震減災(zāi)信息管理和輔助決策系統(tǒng)工程方面也做出了許多研究和重要實踐.“九五”期間，初步建成了全國地震應(yīng)急快速響應(yīng)系統(tǒng).“十五”和“十一五”期間，開展了60余個城市的震害預(yù)測和防震減災(zāi)對策研究［4-6］.但現(xiàn)有的應(yīng)急系統(tǒng)還難以滿足地震應(yīng)急需求.針對多類型、多渠道、多時序報送上來的地震災(zāi)情速報信息缺乏有效的處理和提取手段，僅能生成單一要素空間分布的專題圖，無法快速獲得能夠滿足不同用戶需求的自然地理、社會經(jīng)濟、人文等信息的空間分布及其疊加分析結(jié)果，而這是應(yīng)急指揮調(diào)度和救災(zāi)決策的基礎(chǔ).

為保障震后應(yīng)急工作快速有效地展開，該研究著眼于災(zāi)區(qū)孕災(zāi)體、承災(zāi)體和孕災(zāi)環(huán)境等，重點考慮地震參數(shù)對自然地理、社會經(jīng)濟和人文各類因素的影響，采用面向用戶和面向服務(wù)的思想，設(shè)計了震害專題圖集結(jié)構(gòu)體系和表現(xiàn)形式，探索出了能夠快速制作專題圖和出圖的方法，并利用3S技術(shù)和.NET技術(shù)研制出了江蘇省地震應(yīng)急速報信息系統(tǒng)，為提高應(yīng)急救災(zāi)指揮能力提供必要的輔助決策信息.

1 系統(tǒng)設(shè)計

地震應(yīng)急速報信息系統(tǒng)的設(shè)計，不僅要面向目前應(yīng)急的需要，更要考慮將來的需要.因此，在總體設(shè)計思路上采用目前最先進的體系架構(gòu)——面向服務(wù)的軟件架構(gòu) (Service-Oriented Architecture，SOA)和組件式 GIS，從而為本期項目的實施和今后項目的擴展提供技術(shù)保障.

1.1 系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)方法

(1)面向服務(wù)的軟件架構(gòu)(SOA)

基于SOA的系統(tǒng)構(gòu)建方法，是將一個基于SOA架構(gòu)系統(tǒng)中的所有程序功能都封裝在一些功能模塊中，利用這些已經(jīng)封裝好的功能模塊組裝構(gòu)建所需要的程序或者系統(tǒng)，而這些功能模塊就是SOA架構(gòu)中的不同的服務(wù)(services).

因此，從本質(zhì)上來說SOA架構(gòu)體現(xiàn)了一種復(fù)合的概念:它通過定義服務(wù)間良好的接口和契約將系統(tǒng)聯(lián)系起來(見圖1 SOA模型).這些接口使得系統(tǒng)中的服務(wù)能夠統(tǒng)一和通用，使系統(tǒng)交互更為方便.從而實現(xiàn)了業(yè)務(wù)和功能的分離，解決了系統(tǒng)對運行環(huán)境的依賴.

圖1 SOA模型

(2)組件式GIS(ComGIS)

ComGIS的基本思想是把GIS的各大功能模塊劃分為幾個組件，每個組件完成不同的功能.它采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和組件式軟件的GIS系統(tǒng)(包括基礎(chǔ)平臺和應(yīng)用系統(tǒng))，各個GIS組件之間，以及GIS組件與其他非GIS組件之間，可以方便地通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來，形成最終的GIS基礎(chǔ)平臺以及應(yīng)用系統(tǒng).

從廣義角度來說，目前智能視頻分析技術(shù)主要包括視頻分析、視頻識別以及視頻改善3類。其中視頻分析類實現(xiàn)目標移動方向檢測、周界入侵檢測、目標運動、車流量統(tǒng)計、人流量等功能；視頻識別類包括人臉識別、步態(tài)識別和車牌識別，其主要的技術(shù)是在大量視頻流圖像找出局部中的一些畫面的共同特性；視頻改善類可以針對或者是對振動的圖像進行一部分的優(yōu)化處理，以達到增強視頻可監(jiān)控性能，包括：車輛牌照識別影像消模糊處理、紅外夜視圖像的增強處理、圖像光變與陰影抑制處理等[3]。

1.2 系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)框架的設(shè)計基于SOA企業(yè)框架設(shè)計的思想、符合已有系統(tǒng)的框架標準，對基于該框架開發(fā)系統(tǒng)能保證應(yīng)用以后的平滑升級.在系統(tǒng)的框架設(shè)的模塊設(shè)計中使用當前主流的面向組件技術(shù)的設(shè)計思想，組件化的設(shè)計思想可以使系統(tǒng)的耦合度更低、復(fù)用性更強、維護更容易.

1.3 系統(tǒng)界面設(shè)計

用戶界面設(shè)計的類型主要有問題描述語言、數(shù)據(jù)表格、圖形與圖標、菜單、對話框以及窗口等等.在界面設(shè)計時，采用自頂而上逐層分解的方法.

地震應(yīng)急速報信息系統(tǒng)采用全新的Ribbon界面，把命令組織成一組"標簽"，每一組包含了相關(guān)的命令.與傳統(tǒng)的菜單式用戶界面相比較，Ribbon界面的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾個方面:

(1)所有功能有組織地集中存放，不再需要查找級聯(lián)菜單、工具欄等等;

(2)更好地在每個應(yīng)用程序中組織命令;

(3)提供足夠顯示更多命令的空間;

(4)豐富的命令布局使用戶更容易地找到重要的、常用的功能.

1.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫由空間數(shù)據(jù)庫及非空間數(shù)據(jù)庫組成.考慮到江蘇省的屬地特點和應(yīng)急需求，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)由基礎(chǔ)影像數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、震害影像庫和地震災(zāi)情數(shù)據(jù)庫等子數(shù)據(jù)庫構(gòu)成(見圖2).其中，空間數(shù)據(jù)庫包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、人文數(shù)據(jù)和地震專題等數(shù)據(jù)庫，非空間數(shù)據(jù)庫包括人員傷亡、災(zāi)情調(diào)查、社會經(jīng)濟、人口、救災(zāi)物資儲備、救災(zāi)力量、聯(lián)絡(luò)方式等信息數(shù)據(jù).

圖2 地震應(yīng)急速報系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的組成和結(jié)構(gòu)

1.5 功能設(shè)計與實現(xiàn)

地圖操作提供常用的GIS地圖操作功能，包括圖層的加載與保存、全圖顯示、放大、縮小、地圖漫游、視圖前進與后退、圖像要素的選擇與清空、幾何量測等.查詢統(tǒng)計現(xiàn)有的應(yīng)急系統(tǒng)僅能實現(xiàn)簡單的查詢和量測功能，遠遠無法滿足地震應(yīng)急和輔助決策的需求.據(jù)此，該系統(tǒng)重點研發(fā)了多功能、多條件復(fù)合查詢統(tǒng)計功能，提供查詢圖層和表格的選擇、雙向查詢、地震信息(歷史強震、現(xiàn)代地震和余震等)、震中距主要城市距離的查詢統(tǒng)計等.見圖3.

圖3 查詢統(tǒng)計的基本功能

(2)災(zāi)情編輯

災(zāi)情編輯提供地圖文件的生成和災(zāi)情的錄入與批量導入功能.其中，地圖文件的生成包含震中和余震空間分布的生成、震中距主要城市距離的生成;災(zāi)情的錄入包含人員傷亡和12322短信的手工錄入和批量文件導入.

(3)專題信息

由于部分用戶并不具備相關(guān)專業(yè)背景知識，難以在短期內(nèi)從繁雜的數(shù)據(jù)中提取出所需信息，因此系統(tǒng)研發(fā)時根據(jù)地圖用途和用戶的專業(yè)需求不同，將地震應(yīng)急所需了解的各類信息進行分類，并做好配圖，通過點擊每個主題下的專題圖，即可查閱該類專題所提供的相關(guān)信息.見圖4.

圖4 專題信息

專題信息分為如下幾個主題:地質(zhì)地貌、社會經(jīng)濟、地震信息和救災(zāi)關(guān)注焦點等幾個主題，每個主題又分為若干個專題.

2 設(shè)計了震害分布專題圖集的內(nèi)容結(jié)構(gòu)體系

震害分布專題圖集的設(shè)計緊緊圍繞“地震災(zāi)害”這一主題，以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù)為載體，旨在綜合反映地震的孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體、致災(zāi)因子、災(zāi)情評估、災(zāi)害響應(yīng)等方面的地震專題信息.專題圖集內(nèi)容的編排按照科學性、邏輯性、時序性的原則，由地球內(nèi)部到地球外部，由震源震中到災(zāi)區(qū)邊緣，由自然環(huán)境到人文環(huán)境，由地震發(fā)生到社會響應(yīng)，各部分內(nèi)容相輔相承、前后呼應(yīng).

圖集內(nèi)容主要包括7個主題:序圖、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體、致災(zāi)因子、災(zāi)情評估、應(yīng)急響應(yīng)和附錄，每個主題由若干個子題的專題圖集組成.各地可根據(jù)用途，結(jié)合地方特色，選用不同比例尺不同精度的模板，制作相應(yīng)的專題圖.

由于讀者對象、地圖用途和涉密程度等的不同，各專題圖所承載的信息負荷量、采用的數(shù)據(jù)精度、顯示的空間范圍也不完全一致.震害空間分布圖集的主題、子題、每個子題的專題內(nèi)容和建議的圖幅空間范圍詳見參考文獻7.

3 震害分布圖集的表現(xiàn)形式

震害研究和制圖的對象是地理環(huán)境與人地系統(tǒng)，地域分異理論是區(qū)域地理學的基本理論，區(qū)域災(zāi)害是區(qū)域地理的重要組成部分.因此，震害制圖必須在空間上客觀地反映區(qū)域災(zāi)害總體規(guī)律、表達災(zāi)害系統(tǒng)內(nèi)部相互關(guān)系、揭示災(zāi)害組合及災(zāi)情程度的地域分異等.

該研究基于以下幾方面進行震害分布圖集表現(xiàn)形式進行了詳細地設(shè)計.

(1)地理底圖的設(shè)計

地理底圖是震害專題內(nèi)容的載體，分為中國地理底圖、災(zāi)區(qū)地理底圖、重災(zāi)區(qū)縣地理底圖三類.根據(jù)用途和幅面尺寸采用相應(yīng)地圖比例尺(或分辨率)的電子地圖和航空航天影像.

(2)專題圖表現(xiàn)形式的設(shè)計

震害專題圖的表現(xiàn)形式綜合運用了多種制圖表現(xiàn)方法.根據(jù)地震災(zāi)害現(xiàn)象的特征采用定位符號法、范圍法、質(zhì)底法、線狀符號法、象形符號法等;根據(jù)資料統(tǒng)計單元特性采用比值分級法、分區(qū)統(tǒng)計圖表法、定位圖表法、動線法等.例如，在地質(zhì)構(gòu)造專題圖中，采用質(zhì)地法描述不同的地質(zhì)年代和巖石特性，線狀符號展示活斷層的位置和走向;范圍法表示不同烈度的地震影響場的空間分布情況.在人口圖中，利用分區(qū)統(tǒng)計法和分級法計算各級行政區(qū)的年齡結(jié)構(gòu)組成，以不同的柱狀圖表現(xiàn)各年齡結(jié)構(gòu)人口的差異(見圖5).

圖5 比值分級法和分區(qū)統(tǒng)計圖表法

(3)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的空間成圖

此外系統(tǒng)還提供了GPS數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、圖表、圖片和照片等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的空間分布成圖功能.現(xiàn)場工作人員通過攜帶手持GPS或者車載GPS，將現(xiàn)場災(zāi)情收集到的各種災(zāi)情信息和災(zāi)區(qū)調(diào)查信息與位置信息一并傳回，通過主鍵與模板中的某個圖層關(guān)聯(lián)，從而展現(xiàn)震害的實時空間分布和變化情況.同時，現(xiàn)場采集的GPS信息也為日后的影像配準和校正提供空間參考.這種方法不僅可以實現(xiàn)現(xiàn)場災(zāi)情調(diào)查信息的空間化分布成圖，還可以將現(xiàn)有的應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)、災(zāi)情速報系統(tǒng)和12322防災(zāi)減災(zāi)公益短信平臺系統(tǒng)中的災(zāi)情信息以空間化形式展現(xiàn).

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)根據(jù)震后應(yīng)急工作的需要，及時開展地震災(zāi)害速報信息收集、分析、處理，為應(yīng)急指揮決策提供服務(wù).該系統(tǒng)采用了3S、SOA等先進技術(shù)，確定了災(zāi)害分布專題圖集的內(nèi)容、表現(xiàn)形式，制作了災(zāi)害專題圖模板，實現(xiàn)了12322防震減災(zāi)公共服務(wù)平臺短信數(shù)據(jù)和災(zāi)情統(tǒng)計數(shù)據(jù)在該系統(tǒng)的標注和顯示，探索出了能夠快速制作專題圖和出圖的方法和文件格式等拓展內(nèi)容，提高了工作效率.為江蘇省在“十五”期間建成的地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)的充實和完善起到了積極的作用.

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