“大數(shù)據(jù)”應(yīng)用于地震應(yīng)急的新進(jìn)展
——手機(jī)熱力圖機(jī)器人全國(guó)地震值班系統(tǒng)

姚 迪

“大數(shù)據(jù)”應(yīng)用于地震應(yīng)急的新進(jìn)展
——手機(jī)熱力圖機(jī)器人全國(guó)地震值班系統(tǒng)

姚 迪

在信息技術(shù)日新月異、大數(shù)據(jù)技術(shù)風(fēng)起云涌、信息生成機(jī)制發(fā)生革命性變化的背景下，分析我國(guó)震后災(zāi)情獲取面臨的困境，探討手機(jī)熱力圖在地震應(yīng)急中的應(yīng)用。本文以浙江省地震局手機(jī)熱力圖國(guó)內(nèi)地震值班系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用為例, 詳述其之于地震應(yīng)急救援的可喜前景,同時(shí)也指出該系統(tǒng)尚有技術(shù)提升空間和細(xì)節(jié)改善需求。

大數(shù)據(jù) 地震應(yīng)急 手機(jī)熱力圖

1 為什么需要大數(shù)據(jù)

高效的救災(zāi)行動(dòng)必須依靠政府正確的救災(zāi)決策，而政府的救災(zāi)決策則取決于政府對(duì)災(zāi)情的認(rèn)知程度。因此，災(zāi)情信息是政府抗震救災(zāi)的重要決策依據(jù)。作為防震減災(zāi)工作的主管部門(mén)，地震局有責(zé)任和義務(wù)去及時(shí)獲取災(zāi)情，及時(shí)分析判斷，及時(shí)提取出有助于抗震救災(zāi)決策的關(guān)鍵信息，真正起到政府參謀助手的作用。

汶川地震后，我國(guó)地震應(yīng)急形成了“應(yīng)急準(zhǔn)備、震時(shí)響應(yīng)、應(yīng)急處置、恢復(fù)重建”的四階段工作模式。其中震時(shí)響應(yīng)是指震后2小時(shí)內(nèi)的決策過(guò)程，即在 0－2小時(shí)內(nèi)快速持續(xù)獲取災(zāi)情，分析判斷災(zāi)情，擬定救災(zāi)方案，完成指揮決策，部署救援力量?？梢?jiàn)，響應(yīng)是否得當(dāng)是應(yīng)急行動(dòng)有效與否的基礎(chǔ)，我們需要的以地震應(yīng)急為目標(biāo)的災(zāi)情服務(wù)應(yīng)當(dāng)盡可能地精準(zhǔn)、及時(shí)和全面。

但是，震時(shí)響應(yīng)階段往往正處于“黑箱期”。即由于災(zāi)區(qū)通信、交通不暢或中斷，災(zāi)情的統(tǒng)計(jì)與上報(bào)需要一定的時(shí)間，完整的災(zāi)情獲取十分困難，甚至無(wú)法和災(zāi)區(qū)取得聯(lián)系。因此，黑箱期災(zāi)情獲取的途境就是必須通過(guò)不依賴(lài)災(zāi)區(qū)上報(bào)的手段去獲取災(zāi)情。而現(xiàn)有的快速評(píng)估系統(tǒng)只能依靠經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行快速計(jì)算，這種計(jì)算的結(jié)果往往不能準(zhǔn)確快速地獲得極災(zāi)區(qū)位置和范圍、極災(zāi)區(qū)烈度、人員傷亡情況、重大次生災(zāi)害分布、建筑物破壞等。換言之，我們迫切需要發(fā)展其他的監(jiān)控或監(jiān)測(cè)手段間接地去獲取災(zāi)情。

“大數(shù)據(jù)”時(shí)代的到來(lái)，為發(fā)展新的災(zāi)情信息快速獲取技術(shù)、為提高震后應(yīng)急決策的科學(xué)性和精準(zhǔn)性提供了歷史性機(jī)遇。

熱力圖研討會(huì)

2 大數(shù)據(jù)應(yīng)用之手機(jī)熱力圖全國(guó)地震值班系統(tǒng)

也立即將大數(shù)據(jù)思維應(yīng)用到地震應(yīng)急的相關(guān)研究中，開(kāi)發(fā)了一些跨行業(yè)大數(shù)據(jù)災(zāi)情獲取技術(shù)，不斷彌補(bǔ)傳統(tǒng)手段的不足，縮短黑箱期。一是利用通訊基站，移動(dòng)基站的靜默是重要的災(zāi)情標(biāo)志；地震發(fā)生時(shí)，強(qiáng)烈的震動(dòng)可能會(huì)對(duì)基站的光纖、設(shè)備、機(jī)房等設(shè)施造成一定的損壞，從而影響基站的正常運(yùn)行，導(dǎo)致基站退服。在震后10分鐘，移動(dòng)通訊運(yùn)營(yíng)商就可以確定退服基站的位置和分布。二是利用網(wǎng)絡(luò)輿情信息。震后，災(zāi)區(qū)內(nèi)或受影響的災(zāi)區(qū)周邊區(qū)域的民眾會(huì)大量在微博、QQ群、論壇上發(fā)布地

互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展以后，加上科技方面的發(fā)展，數(shù)據(jù)成為新的生產(chǎn)資料，計(jì)算能力成為新的生產(chǎn)力。正如《大數(shù)據(jù)時(shí)代》所言“人類(lèi)從依靠自身判斷做決定到依靠數(shù)據(jù)做決定的轉(zhuǎn)變，是大數(shù)據(jù)做出的最大貢獻(xiàn)之一?！?/p>

地震應(yīng)急專(zhuān)家們震消息和他所知道的災(zāi)情信息，通過(guò)這種信息的及時(shí)收集和分析，可以有效了解災(zāi)區(qū)局部的災(zāi)情，通過(guò)一定的技術(shù)分析來(lái)推測(cè)災(zāi)區(qū)災(zāi)情的總體概況。但是這兩者之于地震部門(mén)的困境是與相關(guān)部門(mén)的信息共享舉步維艱，運(yùn)營(yíng)商不能給我們開(kāi)放后臺(tái)信息，比如：發(fā)帖人的IP地址等。

在此背景下，浙江省地震局按照“兩個(gè)堅(jiān)持、三個(gè)轉(zhuǎn)變”的新要求，充分利用杭州互聯(lián)網(wǎng)+產(chǎn)業(yè)發(fā)展高地的優(yōu)勢(shì)，銳意創(chuàng)新，手機(jī)熱力圖全國(guó)地震值班系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

什么是熱力圖？就是利用獲取的手機(jī)數(shù)據(jù)，定位該區(qū)域的用戶(hù)數(shù)量，通過(guò)用戶(hù)數(shù)量渲染地圖顏色，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)展示該地區(qū)人口密度。熱力圖其實(shí)就是手機(jī)數(shù)量的分布圖，當(dāng)然代表那個(gè)時(shí)刻的該地區(qū)的人流，所以熱力圖也叫“人口熱力圖”。

臨安4.2級(jí)地震前后5分鐘手機(jī)人流熱力圖

熱力圖之于地震應(yīng)急會(huì)帶來(lái)什么？浙江省地震局早在2014年就開(kāi)始醞釀?wù)归_(kāi)研討，目標(biāo)是通過(guò)熱力圖來(lái)提供震區(qū)人員地震前后多時(shí)間節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化，特別是大震巨災(zāi)時(shí)由于基站退服（地震烈度≥Ⅷ）造成的人流分布數(shù)據(jù)缺失，快速圈定重災(zāi)區(qū)實(shí)時(shí)人口分布，為政府決策和災(zāi)難救援提供重要的參考信息。實(shí)現(xiàn)思路是大數(shù)據(jù)+移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)+人流熱力圖分析。

我們尋找到熱心公益的杭州個(gè)推公司提供強(qiáng)大的手機(jī)位置大數(shù)據(jù)源。

我們與杭州遠(yuǎn)眺公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)人口熱力圖機(jī)器人全國(guó)地震值班系統(tǒng)。遠(yuǎn)眺公司主要采用了時(shí)間統(tǒng)計(jì)特性研究和空間運(yùn)動(dòng)特性研究的分析方法，構(gòu)建相應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型來(lái)探索這些統(tǒng)計(jì)特性背后的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

目前，該系統(tǒng)技術(shù)上相對(duì)成熟，可以實(shí)現(xiàn)：一是人流熱力圖?？梢圆榭疵總€(gè)區(qū)域的人流熱力圖，實(shí)時(shí)掌握區(qū)域人流密度情況。二是熱力圖回放。查看在不同時(shí)間點(diǎn)的熱力圖變化，可以比對(duì)地震前后的人流變化情況。三是熱力圖自動(dòng)生成。系統(tǒng)對(duì)接EQIM系統(tǒng)，試運(yùn)行期間，當(dāng)國(guó)內(nèi)3.0級(jí)以上地震發(fā)生，EQIM正式發(fā)布后10秒內(nèi)人口熱力分布圖自動(dòng)觸發(fā)生成截圖。

2017年1月12日，手機(jī)熱力圖機(jī)器人全國(guó)地震值班系統(tǒng)正式運(yùn)行，至2017年7月11日16時(shí)，共進(jìn)行182次全國(guó)3.0級(jí)及以上地震的值班，機(jī)器人性能穩(wěn)定，并在一些地震應(yīng)急中進(jìn)行了嘗試性應(yīng)用，表現(xiàn)良好，反響不錯(cuò)。在4月12日臨安4.2級(jí)地震發(fā)生后，該系統(tǒng)立即形成震前震后5分鐘兩張人流熱力圖，得出重要結(jié)論，震中無(wú)人、5公里半徑只有1000人，屬于人員稀少地區(qū)，為浙江局地震應(yīng)急指揮與決策提供了智力支持和技術(shù)保障。8月8日21時(shí)19分四川省阿壩州九寨溝縣7.0級(jí)地震發(fā)生后，該系統(tǒng)于21時(shí)37分（臺(tái)網(wǎng)中心正式測(cè)定報(bào)告發(fā)出后10秒）即產(chǎn)出第一幅熱力圖產(chǎn)品（震前5分鐘人口熱力圖），21時(shí)39分第二張（震后5分鐘人口熱力圖）產(chǎn)品產(chǎn)出。按照程序規(guī)則，當(dāng)發(fā)生7.0-7.4級(jí)地震時(shí)，機(jī)器人自動(dòng)在熱力圖上標(biāo)示出以震中為圓心的60公里半徑圓（經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)約相當(dāng)于地震烈度VII度及以上區(qū)域）及30公里半徑圓，并給出相應(yīng)范圍內(nèi)的人口數(shù)量。

九寨溝7.0級(jí)地震前后5分鐘手機(jī)人流熱力圖

3 熱力圖地震值班系統(tǒng)的應(yīng)用前景

手機(jī)熱力圖全國(guó)地震值班系統(tǒng)推出以來(lái)，我局已經(jīng)分別與青海省地震局、寧夏地震局等簽署了手機(jī)人流熱力圖值班系統(tǒng)服務(wù)合作協(xié)議，就共同致力于熱力圖開(kāi)發(fā)充滿(mǎn)信心。

我們認(rèn)為，手機(jī)熱力圖機(jī)器人全國(guó)地震值班系統(tǒng)之于地震應(yīng)急救援主要有以下七個(gè)方面的應(yīng)用前景。

一是該系統(tǒng)可以快速修正人口數(shù)據(jù)，判斷災(zāi)區(qū)真實(shí)的人口分布情況。

二是根據(jù)震前震后熱力圖產(chǎn)出對(duì)比分析人口分布差異，可判斷出人員的疏散方向和疏散區(qū)域，得出人員的集中區(qū)域，繼而判斷出極重災(zāi)區(qū)位置?？山鉀Q汶川地震出現(xiàn)的極震區(qū)與震中不重合造成的災(zāi)情判斷困難的問(wèn)題。

三是針對(duì)我國(guó)東部地區(qū)中小有感地震應(yīng)急，能快速圈定地震有感范圍、極災(zāi)區(qū)和成災(zāi)區(qū)范圍、為政府快速確定應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別提供技術(shù)支持。

四是可以勾畫(huà)地震影響圖（定量）。

五是根據(jù)熱力圖動(dòng)態(tài)變化確定重點(diǎn)救援目標(biāo)，如出現(xiàn)熱力圖不隨時(shí)間演化的區(qū)域，即重點(diǎn)救援目標(biāo)指引。如若能實(shí)現(xiàn)精確定位到個(gè)體，便可進(jìn)一步預(yù)估傷亡數(shù)量，并預(yù)測(cè)救援物資和人員需求。

六是根據(jù)熱力圖動(dòng)態(tài)變化快速判斷道路是否暢通。從而快速生成最佳路徑，引導(dǎo)救援隊(duì)伍。

七是根據(jù)震前震后熱力圖產(chǎn)出對(duì)比人口的流動(dòng)軌跡，形成流動(dòng)模式，這對(duì)于人道主義救援和災(zāi)后重建意義重大。

浙江青海開(kāi)展手機(jī)人流熱力圖值班系統(tǒng)服務(wù)合作

4 問(wèn)題與建議

手機(jī)熱力圖機(jī)器人全國(guó)地震值班系統(tǒng)應(yīng)用于地震應(yīng)急救援的前景令人振奮，但是必須看到這一切前景實(shí)現(xiàn)的前提是必須在有人區(qū)，且利用智能設(shè)備的有人區(qū)。同時(shí)，由國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不平衡的現(xiàn)狀決定，東南部地區(qū)應(yīng)用效果必強(qiáng)于西北部。多震省份與少震弱震區(qū)對(duì)該系統(tǒng)的需要也不盡相同，需要系統(tǒng)按需進(jìn)一步產(chǎn)出差異化產(chǎn)品。

盡管該系統(tǒng)在理論技術(shù)上已經(jīng)較成熟，但是在向全國(guó)推廣而言，尚有很多技術(shù)細(xì)節(jié)有待規(guī)范，許多技術(shù)應(yīng)用有待挖掘，比如系統(tǒng)信息的產(chǎn)出方式、失效等規(guī)范設(shè)定，系統(tǒng)信息的及時(shí)共享與發(fā)布的路徑統(tǒng)一等。

該系統(tǒng)本質(zhì)上體現(xiàn)的是時(shí)間點(diǎn)的對(duì)比和變化趨勢(shì)，呈現(xiàn)出人口總體的行為特征，因此即使精度進(jìn)一步提高，在重點(diǎn)目標(biāo)救援上的準(zhǔn)確率也不會(huì)太高；但是另一方面，是否可以充分利用這種人群差異化的行為特征選擇培養(yǎng)潛在的熱心公益人群，激發(fā)個(gè)體參與災(zāi)情傳遞的熱情，形成政府與公眾災(zāi)情信息融合共生的良性生態(tài)，給救災(zāi)減災(zāi)工作注入了源源不絕的新鮮血液。

作者單位：浙江省地震局