基于VGI的地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引文格式： 馬磊，陳秀萬，隋建波，等. 基于VGI的地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪通報(bào)，2015(4)：97-100.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0120

基于VGI的地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬磊1,2，陳秀萬1，隋建波3，劉晶4，許玉斌1,4，高原5

(1. 北京大學(xué)遙感所，北京 100871； 2. 北京方位科技有限公司，北京 100190； 3. 中國地震應(yīng)急搜救中心，

北京 100049； 4. 北京大學(xué)數(shù)字中國研究院，北京 100871； 5. 總裝備部工程設(shè)計(jì)總院，北京 100028)

Design and Implementation of the VGI-based Earthquake Disaster

Quick Report System

MA Lei，CHEN Xiuwan，SUI Jianbo，LIU Jing，XU Yubin, GAO Yuan

摘要：志愿者地理信息(VGI)是一種新興的空間信息采集模式。在近年來的全球?yàn)?zāi)害救援過程中，公眾發(fā)布的大量信息發(fā)揮了巨大作用。針對(duì)我國地震災(zāi)情信息采集和速報(bào)工作的實(shí)際情況，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于VGI的地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)，能夠?qū)I(yè)人員和公眾采集的災(zāi)情數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的組織融合，從而提高災(zāi)害信息采集效率與救援效果。

關(guān)鍵詞：志愿者地理信息(VGI)；地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)；救援

中圖分類號(hào)：P208

收稿日期：2014-03-29

基金項(xiàng)目：“十二五”國家科技支撐計(jì)劃(2011BAH05B08)

作者簡(jiǎn)介：馬磊(1980—)，男，博士，研究方向?yàn)闉?zāi)害應(yīng)急與空間信息綜合應(yīng)用。E-mail：immerma@126.com

一、引言

我國位于世界兩大地震帶——環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震斷裂帶發(fā)育，地震活動(dòng)頻繁，是世界上地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。近年來，汶川、玉樹、蘆山等地震給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生活帶來了巨大損失。地震災(zāi)害的防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)工作研究刻不容緩。地震發(fā)生后，如何盡快、準(zhǔn)確地獲取地震災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)、影響范圍、傷亡范圍等災(zāi)情信息，直接關(guān)系到地震的震情分析與判斷、災(zāi)害救援和應(yīng)急指揮等。因此地震災(zāi)情速報(bào)工作的重要性和緊迫性尤為突出，同時(shí)也是目前研究的焦點(diǎn)和難點(diǎn)之一[1]。

根據(jù)我國的國家災(zāi)害應(yīng)急與管理體系，目前包括地震災(zāi)情在內(nèi)的各類災(zāi)情獲取和上報(bào)主要還是行業(yè)主管部門完成，然后根據(jù)災(zāi)害的級(jí)別，在市級(jí)、省級(jí)乃至國家級(jí)災(zāi)害應(yīng)急綜合部門進(jìn)行匯總，并通過行業(yè)垂管的模式，保證了災(zāi)情信息獲取的專業(yè)性。

近年來，隨著信息技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、智能終端和社交網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展，公眾在災(zāi)害應(yīng)急、災(zāi)情獲取、信息匯總與傳播等方面的參與程度越來越高，給災(zāi)情獲取和災(zāi)情速報(bào)提供了新的機(jī)遇，不但將災(zāi)情采集和獲取的參與范圍由專業(yè)人員擴(kuò)展到范圍更廣的公眾，同時(shí)提高了災(zāi)情的傳播效率。因此，將公眾參與的廣泛性和已有行業(yè)管理的專業(yè)性與準(zhǔn)確性結(jié)合在一起，可以更好地支撐地震災(zāi)情速報(bào)工作。

二、VGI簡(jiǎn)介

志愿者地理信息(volunteered geographic information，VGI)是由 M.Goodchild等于2007 年提出的概念，用來描述由公眾用戶自發(fā)發(fā)布的地理信息，以區(qū)別之前由專業(yè)測(cè)繪人員生產(chǎn)和發(fā)布的地理信息[2]。李德仁等認(rèn)為狹義的VGI是由大量的非專業(yè)用戶利用3S技術(shù)自發(fā)創(chuàng)建地理信息，廣義的VGI是與狹義相關(guān)的概念、模式、方法和技術(shù)[3]，是指用戶利用GIS、GNSS和RS等技術(shù)手段自發(fā)獲取和創(chuàng)建地理信息，以及共享地理信息的概念、模式、方法和技術(shù)的總稱。VGI主要是在Web2.0技術(shù)支持下迅速發(fā)展起來的，是用戶生成內(nèi)容(user-generated content，UGC)這一網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)象在地理信息領(lǐng)域的應(yīng)用與表現(xiàn)。

VGI在數(shù)據(jù)采集、移動(dòng)健康、LBS等應(yīng)用領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用和研究。在災(zāi)害應(yīng)急領(lǐng)域，M.Goodchild[4]、K.Starbird[5]等探討了VGI在災(zāi)害救援方面的應(yīng)用；M.Zook等則詳細(xì)分析了VGI在海地地震救災(zāi)過程中的應(yīng)用[6]；張仁軍[7]等分析了VGI在災(zāi)害預(yù)警中的應(yīng)用。GoogleMaps、OpenStreetMap和Wikimapia等成為VGI用戶生產(chǎn)和使用VGI信息的主要平臺(tái)。近年來，隨著移動(dòng)信息技術(shù)的快速發(fā)展，帶有定位功能的移動(dòng)終端得到普及，為VGI的應(yīng)用提供了更大的便利。我國近年來幾次大地震發(fā)生后，公眾利用微博客等社交網(wǎng)站發(fā)布了大量的與災(zāi)區(qū)災(zāi)情有關(guān)的信息，體現(xiàn)出公眾參與的熱情，同時(shí)也驗(yàn)證了VGI應(yīng)用模式在我國的可行性。

為了加強(qiáng)地震災(zāi)情速報(bào)的準(zhǔn)確性和高效性，加快災(zāi)情采集和匯總分析的速度，進(jìn)一步提高災(zāi)情速報(bào)工作的效率，將VGI模式引入地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)是提高地震救災(zāi)領(lǐng)域的信息化保障水平的有益嘗試。

三、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

基于VGI的地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)需要將已有的地震行業(yè)主管部門垂直體系內(nèi)的信息采集與面向公眾的信息采集相結(jié)合，提高信息采集的效率和廣度。

1. 系統(tǒng)需求分析

在基于VGI的地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)中，用戶包括基層信息上報(bào)人員、中心信息匯集人員、中心信息標(biāo)注人員和公眾。不同用戶對(duì)系統(tǒng)的需求分析如下：

1) 基層信息上報(bào)人員：利用系統(tǒng)提供的輸入界面以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的格式便捷地填報(bào)當(dāng)?shù)貫?zāi)情信息，信息包括位置信息。

2) 中心信息標(biāo)注人員：利用系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)錄入界面，將自己通過其他渠道(如熱線電話、E-mail、與當(dāng)?shù)刎?fù)責(zé)人聯(lián)系或網(wǎng)絡(luò))采集到的災(zāi)情信息錄入、標(biāo)注到電子地圖上。

3) 公眾：利用系統(tǒng)的VGI數(shù)據(jù)采集界面，將自己了解的災(zāi)情信息進(jìn)行填報(bào)，為了保證信息的可用性，除了災(zāi)情信息外，還需要提供一些個(gè)人信息。

4) 信息匯集人員：將不同來源的信息匯集后，制作生成災(zāi)情速報(bào)簡(jiǎn)報(bào)，提供給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，以指揮決策。

系統(tǒng)的信息流如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)信息流

2. 系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為5層：網(wǎng)絡(luò)通信層、數(shù)據(jù)獲取層、數(shù)據(jù)庫層、GIS平臺(tái)層和應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)通信層承擔(dān)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸，包括Internet、Intranet、地震局“12322”電話熱線，以及將數(shù)據(jù)從移動(dòng)終端傳輸?shù)椒?wù)器的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和北斗短報(bào)文通信；數(shù)據(jù)獲取層包括連入系統(tǒng)的地震監(jiān)測(cè)臺(tái)站數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)、工作人員通過系統(tǒng)上報(bào)及公眾上報(bào)的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫層完成對(duì)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫的管理，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(地理數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等)、災(zāi)情速報(bào)信息、速報(bào)人員信息及災(zāi)情簡(jiǎn)報(bào)信息等；GIS平臺(tái)層實(shí)現(xiàn)基于GIS的數(shù)據(jù)管理，包括地圖顯示、數(shù)據(jù)標(biāo)繪、空間分析及專題制圖等功能；應(yīng)用層則是實(shí)現(xiàn)地震災(zāi)情采集、速報(bào)和管理的核心功能，包括災(zāi)情標(biāo)注、簡(jiǎn)報(bào)管理、歷史災(zāi)情查詢和人員管理等。系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)架構(gòu)

3. 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、災(zāi)情信息數(shù)據(jù)庫、人員數(shù)據(jù)庫、歷史(災(zāi)情)信息數(shù)據(jù)庫、簡(jiǎn)報(bào)信息數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫。各數(shù)據(jù)庫具體描述見表1。

四、系統(tǒng)主要功能模塊及實(shí)現(xiàn)

1. 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)主要功能模塊分為GIS管理模塊、災(zāi)情填報(bào)模塊、人員查詢模塊、速報(bào)簡(jiǎn)報(bào)制作模塊、簡(jiǎn)報(bào)上報(bào)模塊、歷史災(zāi)情查詢模塊、系統(tǒng)管理模塊等。

(1) GIS管理模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)基本的地圖操作功能，包括地圖瀏覽、地圖標(biāo)注、圖層控制等功能。一方面為上層應(yīng)用提供基礎(chǔ)的地圖瀏覽與查詢功能；另一方面為簡(jiǎn)報(bào)制作提供標(biāo)注與制圖功能。

表1　數(shù)據(jù)庫描述表

(2) 災(zāi)情填報(bào)模塊

災(zāi)情上報(bào)可以通過表單填寫和地圖標(biāo)注兩種方式實(shí)現(xiàn)，根據(jù)權(quán)限分為速報(bào)人員和公眾兩種用戶。速報(bào)人員根據(jù)權(quán)限填報(bào)自己負(fù)責(zé)區(qū)域的災(zāi)情信息；公眾可以根據(jù)災(zāi)情的位置自由填報(bào)。

(3) 人員管理模塊

該模塊包括速報(bào)人員管理、速報(bào)人員位置關(guān)聯(lián)、速報(bào)人員查詢3部分內(nèi)容。

1) 速報(bào)人員管理：對(duì)地震相關(guān)部門工作人員、基層信息采集人員、“三網(wǎng)一員”、公眾等人員的信息進(jìn)行管理，包括人員的查看、編輯、修改、刪除等操作；同時(shí)為各省局提供接口，能夠編輯、修改省局下屬部門提供的人員數(shù)據(jù)更新功能。

2) 人員位置關(guān)聯(lián)：將信息采集人員的位置和地圖數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，以支持基于地圖的查詢和管理。

3) 速報(bào)人員查詢：對(duì)速報(bào)人員進(jìn)行屬性查詢和地圖查詢。此外，可以依據(jù)災(zāi)情空間分布從全國災(zāi)情速報(bào)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中鎖定地震災(zāi)區(qū)災(zāi)情速報(bào)人員，提示重要速報(bào)聯(lián)系人員并推送到系統(tǒng)主界面，供中心人員盡快查詢與聯(lián)絡(luò)，獲取第一手災(zāi)情信息。

(4) 簡(jiǎn)報(bào)制作模塊

該模塊完成災(zāi)情速報(bào)簡(jiǎn)報(bào)的編輯，提供標(biāo)準(zhǔn)化的界面，為用戶提供簡(jiǎn)報(bào)信息的輸入，支持上報(bào)內(nèi)容、上報(bào)范圍、工作流程和災(zāi)情速報(bào)簡(jiǎn)報(bào)的編制，支持在地圖上標(biāo)注來自災(zāi)區(qū)及其周圍災(zāi)情速報(bào)人員和公眾的速報(bào)災(zāi)情信息。簡(jiǎn)報(bào)完成后，定制郵件和彩信上報(bào)版式，實(shí)現(xiàn)基于郵件和彩信的簡(jiǎn)報(bào)上報(bào)。

(5) 歷史災(zāi)情查詢模塊

該模塊主要管理歷史的震情和災(zāi)情信息，供簡(jiǎn)報(bào)制作時(shí)查詢附近歷史地震信息，同時(shí)可以管理歷史災(zāi)情簡(jiǎn)報(bào)數(shù)據(jù)。

(6) 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理包括用戶管理、日志管理、配置管理等功能。用戶管理實(shí)現(xiàn)用戶檔案的添加、修改和刪除等操作。系統(tǒng)分為管理員、速報(bào)員和公眾用戶3種。管理員能夠?qū)ζ胀ㄙ~戶進(jìn)行管理，同時(shí)能夠管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。日志管理記錄系統(tǒng)每一步管理操作，按時(shí)間和事件分類排序。配置管理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的配置等功能。

2. 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與部署

系統(tǒng)部署時(shí)，邏輯上劃分為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、Web服務(wù)器3部分。其中數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提供系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理功能；應(yīng)用服務(wù)器提供面向客戶端的C/S子系統(tǒng)功能；Web服務(wù)器提供B/S子系統(tǒng)的功能，通過瀏覽器或手機(jī)等訪問。系統(tǒng)部署如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)部署

系統(tǒng)采用B/S和C/S混合架構(gòu)，基于ArcGIS Server搭建，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008，Web 服務(wù)器采用MS IIS，遙感影像服務(wù)器采用ArcGIS(www.arcgis.com)，前端開發(fā)采用Microsoft SilverLight。

圖4和圖5分別展示了災(zāi)情填報(bào)界面和簡(jiǎn)報(bào)制作界面。

圖4　災(zāi)情填報(bào)界面

圖5　簡(jiǎn)報(bào)制作界面

五、結(jié)束語

VGI是一種新興的地理信息采集方式，因?yàn)槠洮F(xiàn)勢(shì)性、快速更新及公眾參與等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地與傳統(tǒng)的專業(yè)地理信息采集形成互補(bǔ)，在災(zāi)害應(yīng)急等領(lǐng)域發(fā)揮出巨大的作用。本文結(jié)合地震災(zāi)害速報(bào)應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于VGI的地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)，可以在傳統(tǒng)專業(yè)災(zāi)情采集的基礎(chǔ)上，為公眾提供災(zāi)情上報(bào)的平臺(tái)和入口，便于提高與公眾的交互，進(jìn)一步提升災(zāi)害發(fā)生后的災(zāi)情采集效率。但VGI信息的準(zhǔn)確度和有效性還有待提高，本文的應(yīng)用也是將VGI災(zāi)情信息和專業(yè)災(zāi)情信息分圖層顯示，VGI信息的具體應(yīng)用效果還需要在實(shí)際工作中進(jìn)一步評(píng)價(jià)。同時(shí)，對(duì)VGI信息可用性的評(píng)估也是下一步工作的重要內(nèi)容。

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