天津市地震災(zāi)情信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙士達(dá) 張楠 劉傳軍

天津市地震災(zāi)情信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙士達(dá) 張楠 劉傳軍

研究了災(zāi)情信息的主要獲取途徑和綜合分析方法，利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、百度LBS(Location Based Services,基于位置的服務(wù))云、百度地圖API（Application Programming Interface,應(yīng)用程序編程接口）和鷹眼軌跡等技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，建立天津市地震局災(zāi)情信息服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要分為移動(dòng)采集終端、數(shù)據(jù)接收服務(wù)器和災(zāi)情信息分析展示平臺(tái)三個(gè)部分，其中移動(dòng)終端用于災(zāi)情信息的采集和發(fā)送；數(shù)據(jù)接收服務(wù)器用于災(zāi)情數(shù)據(jù)的接收和存儲(chǔ)；災(zāi)情信息分析展示平臺(tái)用于災(zāi)情信息分析與展示。通過該系統(tǒng)的建設(shè)，提升了災(zāi)情信息的綜合分析能力，為震后輔助決策提供了有力支持。

災(zāi)情信息 信息服務(wù) 地震災(zāi)害 地震應(yīng)急

隨著智能手機(jī)的普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過智能手機(jī)獲取和反饋信息已經(jīng)成為信息傳播的一個(gè)重要途徑[1]。地震行業(yè)內(nèi)的很多專家也開展了基于移動(dòng)終端的災(zāi)情信息獲取工作，并取得了很好的效果。如基于Android平臺(tái)的災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)[2]；基于Android系統(tǒng)的避難場所查詢系統(tǒng)；公眾參與式地震災(zāi)情信息服務(wù)平臺(tái)[3]；地震信息微信自動(dòng)發(fā)布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[4]。除了通過手機(jī)APP（Application的縮寫，應(yīng)用程序）和微信公眾號(hào)上報(bào)地震災(zāi)害信息外，通過發(fā)送短信到“12322”短信速報(bào)平臺(tái)和撥打“12322”災(zāi)情熱線電話也是災(zāi)情信息獲取的重要途徑。

手機(jī)APP、微信公眾號(hào)、“12322”短信速報(bào)平臺(tái)和“12322”災(zāi)情熱線都是震后獲取災(zāi)情信息的重要手段，但是各個(gè)系統(tǒng)獲取的災(zāi)情信息數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、信息展現(xiàn)形式不統(tǒng)一，這不利于災(zāi)情信息的統(tǒng)一分析和展示。如何將現(xiàn)有的災(zāi)情信息獲取手段進(jìn)行整合，將各種途徑獲取的災(zāi)情信息進(jìn)行統(tǒng)一的分析和展示是我們目前的一項(xiàng)重點(diǎn)工作。

天津市地震災(zāi)情信息服務(wù)系統(tǒng)就是一套整合我局現(xiàn)有災(zāi)情獲取手段，對(duì)災(zāi)情信息集中處理、分析、展示和發(fā)布的綜合性信息服務(wù)系統(tǒng)。此外，該系統(tǒng)還具有信息發(fā)布、位置軌跡監(jiān)控等功能，可以在區(qū)域應(yīng)急指揮中發(fā)揮重要的作用。

1 災(zāi)情信息服務(wù)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

天津市地震局現(xiàn)有的獲取災(zāi)情信息的手段有基于安卓系統(tǒng)的災(zāi)情信息報(bào)送應(yīng)用、基于微信服務(wù)號(hào)的災(zāi)情信息獲取系統(tǒng)、天津市應(yīng)急辦重點(diǎn)地區(qū)視頻監(jiān)控和“12322”災(zāi)情速報(bào)平臺(tái)[5]。

災(zāi)情信息服務(wù)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)如圖1所示，地震后推送服務(wù)器會(huì)將地震快訊推送到手機(jī)終端，手機(jī)終端收到地震快訊后，可以將災(zāi)情信息反饋到數(shù)據(jù)接收服務(wù)器；指揮中心匯總和處理數(shù)據(jù)接收服務(wù)器、重點(diǎn)地區(qū)視頻監(jiān)控和12322災(zāi)情速報(bào)平臺(tái)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)以云存儲(chǔ)的方式保存到LBS云數(shù)據(jù)庫中；災(zāi)情信息展示系統(tǒng)通過云檢索的方式按指定的條件檢索云數(shù)據(jù)庫，并通過列表和地圖兩種模式將信息展示出來。

其中推送服務(wù)使用的是百度云推送服務(wù)，百度云推送服務(wù)不僅可以提供免費(fèi)的、高并發(fā)推送服務(wù)，還提供了推送服務(wù)的二次開發(fā)接口；移動(dòng)終端的災(zāi)情上報(bào)主要是通過手機(jī)移動(dòng)終端安卓APP實(shí)現(xiàn)，APP將各類上報(bào)信息封裝為JSON(JavaScript Object Notation, JS 對(duì)象標(biāo)記)格式的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收服務(wù)器；數(shù)據(jù)接收服務(wù)器主要是在服務(wù)器上部署Apache、PHP和Mysql三款軟件，并通過PHP的開發(fā)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與存儲(chǔ)；視頻監(jiān)控的視頻信號(hào)來源主要是我局部署在各個(gè)臺(tái)站的視頻監(jiān)控和市應(yīng)急辦提供的天津重點(diǎn)區(qū)域視頻監(jiān)控信號(hào)；12322災(zāi)情速報(bào)平臺(tái)是天津市地震局“十二五”期間部署的地震災(zāi)情短信報(bào)送平臺(tái)；LBS云數(shù)據(jù)庫是一種基于位置服務(wù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)；數(shù)據(jù)信息綜合展示平臺(tái)是一個(gè)災(zāi)情數(shù)據(jù)綜合展示、處理和分析頁面。

圖1 災(zāi)情信息服務(wù)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

圖2 信息推送交互過程

2 移動(dòng)終端安卓APP的設(shè)計(jì)

2.1 全量定位技術(shù)

目前針對(duì)Android移動(dòng)終端的定位技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)方法有很多，其中GPS（Global Position System,全球定位系統(tǒng)）定位和網(wǎng)絡(luò)定位應(yīng)用的最為普遍，其中網(wǎng)絡(luò)定位包括移動(dòng)基站定位和WIFI（Wireless Fidelity，無限局域網(wǎng)）定位。GPS定位是通過移動(dòng)終端上的GPS芯片獲取GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位的，所以該種定位方式定位精度很高。但是每次定位時(shí)，終端上的定位芯片需要獲取3至4顆GPS芯片的信號(hào)才能定位，所以GPS定位的速度會(huì)很慢。同時(shí)GPS芯片在室內(nèi)無法獲取GPS衛(wèi)星信號(hào)，所以室內(nèi)環(huán)境無法使用GPS定位。網(wǎng)絡(luò)定位一般是通過移動(dòng)基站或者是無限局域網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行定位的，網(wǎng)絡(luò)定位的定位速度比較快，一般情況下，可以在0.2秒到1秒內(nèi)完成定位。網(wǎng)絡(luò)定位的缺點(diǎn)也很明顯，那就是定位精度問題。網(wǎng)絡(luò)定位會(huì)受到周邊WIFI網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)基站網(wǎng)絡(luò)的分布情況所影響，所以定位精度波動(dòng)較大[6]。

在地震災(zāi)情信息采集應(yīng)用開發(fā)時(shí)，我們將網(wǎng)絡(luò)定位應(yīng)用于災(zāi)情信息接收時(shí)的快速定位；將GPS定位應(yīng)用于在室外進(jìn)行災(zāi)情信息上報(bào)的精確定位。但是在室內(nèi)進(jìn)行災(zāi)情信息上報(bào)時(shí)，GPS定位和網(wǎng)絡(luò)定位都不夠理想，所以本文引入了百度室內(nèi)定位技術(shù)。百度室內(nèi)定位技術(shù)是以WIFI定位技術(shù)為基礎(chǔ)，基于運(yùn)動(dòng)傳感器、陀螺儀、氣壓計(jì)、電子羅盤和磁力計(jì)等硬件設(shè)備和大規(guī)模機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)的高精度室內(nèi)定位技術(shù)。本文所使用的百度定位SDK(Software Development Kit, 軟件開發(fā)工具包)版本還獲得了百度獨(dú)家地磁定位技術(shù)的支持，使得單體建筑定位精度達(dá)到1-3米。

本文所介紹的地震信息采集系統(tǒng)采用的GPS定位、網(wǎng)絡(luò)定位和室內(nèi)定位相結(jié)合的全量定位方案，該方案不僅可以滿足應(yīng)用中各個(gè)功能不同的定位要求，還能實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的復(fù)用。

2.2 推送服務(wù)技術(shù)

信息推送服務(wù)是指推送服務(wù)器定向地將各類信息實(shí)時(shí)地送達(dá)到終端的服務(wù)。目前推送服務(wù)從技術(shù)上分主要有兩類，一類是長鏈推送，另一類是輪詢推送。由于輪詢推送信息到達(dá)延遲比較大，所以本項(xiàng)目的推送服務(wù)采用長鏈的推送方式。長鏈的推送方式實(shí)質(zhì)是在推送服務(wù)器與推送接收服務(wù)之間建立一條靜態(tài)虛電路，數(shù)據(jù)信息在這條虛電路中按照HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議）協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互[7]。

本項(xiàng)目的推送服務(wù)是使用第三方的推送服務(wù)，即集成百度推送SDK進(jìn)行開發(fā)而實(shí)現(xiàn)的推送服務(wù)。使用百度推送SDK不僅可以免費(fèi)使用百度的推送服務(wù)，而且還能大大地縮減移動(dòng)端接收服務(wù)的開發(fā)成本和周期。百度推送SDK將推送時(shí)的異步數(shù)據(jù)交互進(jìn)行了封裝，在進(jìn)行推送信息接收服務(wù)開發(fā)時(shí)，并不需要了解推送信息在TCP/ IP層中是如何傳遞的，只需要通過推送SDK相關(guān)的方法進(jìn)行配置和接收數(shù)據(jù)即可，推送服務(wù)信息交互過程如圖2所示。

本系統(tǒng)的推送服務(wù)主要用于推送地震快訊和地震災(zāi)情信息，其中地震快訊主要推送給受到地震災(zāi)害影響區(qū)域的用戶；地震災(zāi)害信息將分別為政府、媒體和一般用戶推送不同的內(nèi)容。地震快訊的推送方式采用LBS推送，基于位置的定向推送，只向受到地震災(zāi)害影響的區(qū)縣進(jìn)行信息推送。地震災(zāi)害信息的推送采用標(biāo)簽推送，將不同的推送對(duì)象標(biāo)記為不同的標(biāo)簽，分別向不同的標(biāo)簽推送不同的內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)分組推送。

2.3 地圖導(dǎo)入

在地震震中位置顯示和災(zāi)情信息上報(bào)等功能中都需要使用地圖底圖。本項(xiàng)目采用百度地圖作為底圖，通過在移動(dòng)端應(yīng)用中集成百度地圖SDK來實(shí)現(xiàn)地圖的導(dǎo)入。地圖底圖的導(dǎo)入不單單是圖層的導(dǎo)入，地圖SDK還將其封裝的一些方法接口一并導(dǎo)入，供開發(fā)者使用，如POI（Point of Interest，興趣點(diǎn)）檢索、地理編碼（正、反向編碼）、覆蓋層的繪制、地圖模式等[8]。

地圖SDK的方法接口需要統(tǒng)一調(diào)用才能實(shí)現(xiàn)具體功能。比如在顯示地震震中位置時(shí)，就需要調(diào)用反向地理編碼接口將經(jīng)緯度轉(zhuǎn)為地圖中的位置；再通過添加覆蓋層接口在特定的位置添加覆蓋層來顯示震中位置，如圖3(a)所示。在災(zāi)情反饋時(shí)，有可能上報(bào)的位置并不是災(zāi)情所在地，這就需要滑動(dòng)地圖選擇災(zāi)情發(fā)生的位置。在這個(gè)過程中，需要時(shí)時(shí)監(jiān)聽屏幕中央指針的位置并調(diào)用正向地址編碼接口，將地圖位置轉(zhuǎn)為經(jīng)緯度信息和其所對(duì)應(yīng)的地址信息，如圖3(b)所示。

2.4 鷹眼軌跡與地圖圍欄

地震現(xiàn)場工作人員在開展現(xiàn)場工作時(shí)，需要實(shí)時(shí)地向后方指揮部反饋位置信息，以便后方指揮部為現(xiàn)場工作人員提供實(shí)時(shí)的信息支持。要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場工作人員位置信息實(shí)時(shí)反饋給后方指揮部，需要涉及到綁路、去噪等專業(yè)的定位技術(shù)，加大了系統(tǒng)開發(fā)難度和成本。為了解決這一問題，在系統(tǒng)開發(fā)中引入了百度鷹眼軌跡SDK，借助鷹眼軌跡SDK封裝的方法可以快速地實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目中所需要的功能[9]。

鷹眼軌跡SDK主要集成了位置軌跡和地圖圍欄兩大功能。其中位置軌跡功能不僅可以將位置軌跡記錄在手機(jī)終端上，還可以將位置數(shù)據(jù)打包成JSON格式，按照HTTP協(xié)議發(fā)送到后臺(tái)服務(wù)器。地圖圍欄功能主要用于重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)控，當(dāng)現(xiàn)場工作人員進(jìn)入到預(yù)先設(shè)定的危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，手機(jī)終端就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，提示工作人員進(jìn)入到危險(xiǎn)區(qū)。圖4(a)和圖4(b)分別為位置軌跡在現(xiàn)場工作人員手機(jī)和后方指揮部服務(wù)器中的顯示。

圖3 導(dǎo)入百度地圖

圖4 歷史軌跡

3 數(shù)據(jù)信息綜合展示平臺(tái)的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)信息綜合展示平臺(tái)是將收集到的災(zāi)情信息和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)相結(jié)合，以地圖和列表兩種模式展示災(zāi)情信息的平臺(tái)。其中災(zāi)情信息的數(shù)據(jù)主要來源于手機(jī)APP、微信公眾號(hào)、“12322”短信速報(bào)平臺(tái)等[10]；互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)主要來源于百度POI數(shù)據(jù)。由于各種渠道獲取的災(zāi)情數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)庫類型并不統(tǒng)一，需要統(tǒng)一處理后才能綜合使用。

3.1 地圖LBS.云

百度地圖LBS云是百度地圖針對(duì)位置數(shù)據(jù)應(yīng)用推出的平臺(tái)級(jí)服務(wù)，該平臺(tái)支持海量位置數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和檢索。本項(xiàng)目中使用LBS云服務(wù)主要出于以下三種考慮：一是不同數(shù)據(jù)類型的災(zāi)情數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，通過云存儲(chǔ)的方式保存到LBS云中不需要添加服務(wù)器和數(shù)據(jù)維護(hù)，減少了系統(tǒng)后期維護(hù)成本；二是在處理災(zāi)情數(shù)據(jù)檢索時(shí)，LBS云檢索接口會(huì)自動(dòng)處理數(shù)據(jù)的異步響應(yīng)問題，降低了系統(tǒng)開發(fā)難度；三是LBS云不但具有海量的存儲(chǔ)能力，還具有高并發(fā)的檢索能力，保證了在地圖模式下，并發(fā)檢索大量災(zāi)情數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

LBS云位置數(shù)據(jù)表包括基礎(chǔ)列和自定義擴(kuò)展列，其中基礎(chǔ)列主要是存儲(chǔ)位置數(shù)據(jù)所需的基本字段；自定義擴(kuò)展列是根據(jù)開發(fā)需要為災(zāi)情信息相關(guān)屬性添加的數(shù)據(jù)庫字段。位置數(shù)據(jù)是通過云存儲(chǔ)的方式存儲(chǔ)到LBS云端的，目前云存儲(chǔ)分為批量存儲(chǔ)和地圖位置標(biāo)示兩種方式，本項(xiàng)目主要采用批量存儲(chǔ)的方式。云檢索主要是通過發(fā)送HTTP請(qǐng)求來實(shí)現(xiàn)的，展示平臺(tái)向LBS云檢索接口發(fā)送HTTP請(qǐng)求，LBS云平臺(tái)根據(jù)檢索條件將響應(yīng)結(jié)果以JSON的形式返回給展示平臺(tái)，展示平臺(tái)對(duì)JSON數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并根據(jù)實(shí)際要求對(duì)解析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和顯示。

3.2 POI位置數(shù)據(jù)的檢索與應(yīng)用

百度POI數(shù)據(jù)十分龐大，包括學(xué)校、醫(yī)院、政府機(jī)關(guān)、商場、車站等近百種類型的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新、數(shù)據(jù)充足可以為災(zāi)后的應(yīng)急救援工作提供數(shù)據(jù)支持。本項(xiàng)目中通過調(diào)用POI數(shù)據(jù)檢索接口實(shí)現(xiàn)位置數(shù)據(jù)的獲取，其檢索過程與LBS云檢索類似也是通過發(fā)送HTTP請(qǐng)求完成的。POI數(shù)據(jù)的檢索方式主要分為周邊檢索、區(qū)域檢索、詳情檢索和關(guān)鍵字檢索等。POI數(shù)據(jù)與災(zāi)情信息相結(jié)合可以更好地完成災(zāi)情上報(bào)區(qū)域的應(yīng)急處置工作。

3.3 災(zāi)情信息的綜合展示

災(zāi)情信息綜合展示主要分為列表展示和地圖展示兩種模式。災(zāi)情信息展示時(shí)，展示系統(tǒng)會(huì)將篩選條件（區(qū)域、破壞程度、人員傷亡等）發(fā)送給LBS云，請(qǐng)求響應(yīng)數(shù)據(jù)；LBS云接收到響應(yīng)請(qǐng)求后，將響應(yīng)數(shù)據(jù)返回給展示系統(tǒng)；展示系統(tǒng)將響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理后進(jìn)行展示。為了避免大量數(shù)據(jù)同時(shí)出現(xiàn)在同一頁面內(nèi)，地圖和列表兩種展示模式均采用分頁展示的形式。

為了更加準(zhǔn)確地判定災(zāi)情信息上報(bào)位置的周邊環(huán)境，展示系統(tǒng)還集成了百度地圖的全景功能，通過該功能可以查看到災(zāi)情上報(bào)點(diǎn)位周邊受災(zāi)前的街景信息。圖5為地震災(zāi)情信息綜合展示平臺(tái)，通過該平臺(tái)可以查看全部的災(zāi)情數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊某一個(gè)災(zāi)情信息點(diǎn)可以查看其具體內(nèi)容和檢索在位置周邊的POI數(shù)據(jù)。

圖5 地震災(zāi)情信息綜合展示平臺(tái)

4 結(jié)論與展望

根據(jù)我局現(xiàn)有的災(zāi)情信息獲取手段，通過移動(dòng)終端和服務(wù)端的軟件開發(fā)，建設(shè)了我局災(zāi)情信息服務(wù)系統(tǒng)的主體框架。借助LBS云存儲(chǔ)整合不同災(zāi)情獲取手段獲取的災(zāi)情信息，并實(shí)現(xiàn)了災(zāi)情的特定檢索。本文還介紹了項(xiàng)目開發(fā)過程中如何使用第三方開源程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)功能并詳細(xì)地描述了各個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)原理。目前系統(tǒng)功能還相對(duì)簡單，引入到該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源也不夠豐富，隨著后續(xù)項(xiàng)目的開展，我們將豐富該系統(tǒng)的災(zāi)情分析功能并導(dǎo)入更多的輔助數(shù)據(jù)來完善該系統(tǒng)。

作者單位：天津市地震局

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