基于通信大數(shù)據(jù)的地震影響初步判斷＊

張勇，趙學(xué)志，肖爽

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基于通信大數(shù)據(jù)的地震影響初步判斷＊

張勇，趙學(xué)志，肖爽

（上海市地震局，上海 200062）

破壞地震發(fā)生之后，在最短的時(shí)間內(nèi)，判斷地震可能造成的有感范圍、極震區(qū)范圍，對(duì)地震應(yīng)急工作的開(kāi)展是至關(guān)重要的。歷次地震中，多次發(fā)生地震影響范圍的判斷失誤，甚至破裂方向出現(xiàn)巨大偏差，大大影響震后應(yīng)急工作的開(kāi)展。主要介紹通過(guò)通信大數(shù)據(jù)判斷大致的地震破裂方向、有感范圍和極震區(qū)范圍的方法，為震后應(yīng)急提供比較準(zhǔn)確的救援支持。

破裂方向；有感范圍；極震區(qū)；通信大數(shù)據(jù)

1 引言

破壞地震發(fā)生之后，前期的數(shù)小時(shí)內(nèi)，外界得不到災(zāi)區(qū)任何信息，我們稱之為黑箱期。黑箱期內(nèi)，我們需要快速判斷破裂方向、有感范圍和極震區(qū)，提供給應(yīng)急救援隊(duì)伍，使其快速進(jìn)入地震破壞最嚴(yán)重的區(qū)域開(kāi)展地震應(yīng)急救援工作。

在歷次地震中，黑箱期內(nèi)多次使用活斷層判斷影響場(chǎng)方向，但是因?yàn)榛顢鄬游赐耆矫骰蛘唠[伏斷層的存在，這樣的判斷方法出現(xiàn)了很大的偏差，如魯?shù)榈卣鸱较蚺袛酁楸睎|向，實(shí)際為北西向；景谷地震方向判斷為北東向，實(shí)際為北西向。因影響場(chǎng)判斷的錯(cuò)誤，災(zāi)害評(píng)估也因此出現(xiàn)了巨大的偏差，應(yīng)急救援隊(duì)伍甚至前進(jìn)的方向都出現(xiàn)了錯(cuò)誤，導(dǎo)致這幾次地震救援效率大大降低，也使人民的生命和財(cái)產(chǎn)損失更加巨大。因此，如何在黑箱期內(nèi)，迅速判斷地震的破裂方向、有感范圍和極震區(qū)是地震發(fā)生后的重中之重[1]。我們之前使用傳統(tǒng)的根據(jù)破裂帶判斷影響場(chǎng)的方法容易出現(xiàn)巨大錯(cuò)誤，因此我們急需尋找一種更加可靠的方法，迅速判斷地震影響情況，開(kāi)啟應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)[2]，迅速開(kāi)展應(yīng)急救援，大大降低地震災(zāi)害帶來(lái)的損失。

2 通信大數(shù)據(jù)判斷影響場(chǎng)

多次地震后，使用活斷層的方法偏差太大。經(jīng)過(guò)研究，我們發(fā)現(xiàn)地震發(fā)生后，移動(dòng)基站的退服情況、電網(wǎng)的中斷、手機(jī)入網(wǎng)中斷、手機(jī)數(shù)據(jù)通信的分布與地震影響場(chǎng)分布情況存在很大的關(guān)系。

這些判斷影響場(chǎng)的方法準(zhǔn)確性比較高，但是數(shù)據(jù)的獲得難度太大，移動(dòng)基站數(shù)據(jù)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)、手機(jī)斷網(wǎng)數(shù)據(jù)牽涉到隱私、涉密、價(jià)格等問(wèn)題，電網(wǎng)公司和運(yùn)營(yíng)商都不允許將數(shù)據(jù)提供給我們地震系統(tǒng)[3]。因此，我們經(jīng)過(guò)多次調(diào)研，發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)第三方公司獲得手機(jī)數(shù)據(jù)通信大數(shù)據(jù)，該方法可靠度高，而且也能以便宜的價(jià)格獲得到該類數(shù)據(jù)。

3 通信大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

數(shù)據(jù)主要來(lái)源于第三方移動(dòng)推送服務(wù)商?，F(xiàn)在不管是安卓還是IOS系統(tǒng)，它們的APP軟件都嵌入了各種消息SDK，推送服務(wù)商可以以一定時(shí)間間隔動(dòng)態(tài)采集經(jīng)過(guò)用戶授權(quán)的設(shè)備、位置、搜索內(nèi)容等相關(guān)信息。使用消息SDK平臺(tái)的用戶規(guī)模巨大，裝機(jī)的SDK用戶數(shù)達(dá)到百億，覆蓋數(shù)十億終端，日常用戶近十億，在線用戶數(shù)也超過(guò)了數(shù)億。數(shù)據(jù)收集到之后，我們還需要對(duì)這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行臟數(shù)據(jù)去除、去重、格式轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)清洗，再通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘針對(duì)海量數(shù)據(jù)使用分布式計(jì)算方法進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理，挖掘得到結(jié)果集。

因數(shù)據(jù)量非常大，我們采用Geohash編碼[5]進(jìn)行空間檢索，將二維的經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換成字符串，每一個(gè)字符串代表了某一矩形區(qū)域，也就是說(shuō)，這個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)所有的經(jīng)緯度坐標(biāo)都共享相同的Geohash字符串。因此，相當(dāng)于將整個(gè)上海平面均分為若干矩形方格，5位的編碼可分割為10 km2的矩形塊，即上?？梢苑殖山? 000個(gè)Geohash塊；而6位編碼能精細(xì)到約0.34 km2，即上?？梢苑殖山?0 000個(gè)Geohash塊。

4 地震影響判斷指標(biāo)

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、電力設(shè)施、人員速度及位移等都可能受到相應(yīng)的影響，這些也能在數(shù)據(jù)層上有一定的表現(xiàn)。此時(shí)，我們就可以通過(guò)Geohash數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，構(gòu)建模型，我們主要可以通過(guò)7個(gè)指標(biāo)進(jìn)行判斷。地震影響判斷指標(biāo)關(guān)系如圖1所示。

圖1 地震影響判斷指標(biāo)關(guān)系圖

地震影響判斷指標(biāo)為以下幾個(gè)：①活躍基站數(shù)。統(tǒng)計(jì)某個(gè)時(shí)間切片、某個(gè)Geohash塊中設(shè)備連接的活躍基站數(shù)量驟減，或者遠(yuǎn)低于之前平均水平，說(shuō)明該范圍發(fā)生大規(guī)?；就朔＂诨钴SWiFi熱點(diǎn)數(shù)量。某個(gè)時(shí)間切片、某個(gè)Geohash塊中，移動(dòng)設(shè)備上報(bào)的WiFi熱點(diǎn)數(shù)量驟減，或者遠(yuǎn)低于之前平均水平，說(shuō)明該范圍發(fā)生大規(guī)模無(wú)線熱點(diǎn)斷電。③無(wú)線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量。聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)設(shè)備定時(shí)上報(bào)連接狀態(tài)，某個(gè)時(shí)間切片、某個(gè)Geohash塊中，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備數(shù)量驟減時(shí)，說(shuō)明該范圍內(nèi)發(fā)生大規(guī)模無(wú)線網(wǎng)絡(luò)斷網(wǎng)。④匯總在線設(shè)備數(shù)量。某個(gè)時(shí)間切片、某個(gè)Geohash塊中匯總在線設(shè)備數(shù)量發(fā)生驟減，或者遠(yuǎn)低于之前平均水平，說(shuō)明該范圍發(fā)生大規(guī)模數(shù)據(jù)阻塞。⑤平均移動(dòng)速度。通過(guò)獲得移動(dòng)設(shè)備的位置數(shù)據(jù)，再對(duì)比前后兩個(gè)時(shí)間間隔的位移，可以計(jì)算每個(gè)設(shè)備的平均移動(dòng)速度。某個(gè)時(shí)間切片、某個(gè)Geohash塊中整體平均移動(dòng)速度驟增，或遠(yuǎn)高于之前平均水平時(shí)，說(shuō)明該范圍內(nèi)發(fā)生大規(guī)模人群遷徙。⑥瞬時(shí)移動(dòng)速度。某個(gè)時(shí)間切片、某個(gè)Geohash塊中整體瞬時(shí)移動(dòng)速度驟增，說(shuō)明該范圍內(nèi)發(fā)生大規(guī)模人群快速移動(dòng)。⑦異常震動(dòng)設(shè)備數(shù)量?？赏ㄟ^(guò)移動(dòng)設(shè)備加速度傳感器檢測(cè)第三軸方向加速度，某個(gè)時(shí)間切片、某個(gè)Geohash塊中異常震動(dòng)設(shè)備數(shù)量驟增，或遠(yuǎn)高于之前平均水平時(shí)，說(shuō)明該范圍內(nèi)發(fā)生大規(guī)模異常震動(dòng)。

5 影響場(chǎng)的判斷

將上海市劃分為成百上千個(gè)Geohash塊后，對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理，最后再判斷各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，就可以判斷地震影響場(chǎng)的方向，大致判斷地震的影響范圍。

從圖2可以看到，將上海分割成個(gè)Geohash塊后，判斷其數(shù)據(jù)指標(biāo)。深灰色塊代表活躍基站數(shù)、活躍WiFi熱點(diǎn)數(shù)量、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量、匯總在線設(shè)備數(shù)量驟減，說(shuō)明地震對(duì)這幾個(gè)區(qū)域造成了破壞，地震烈度可能達(dá)到八度。淡灰色塊代表平均移動(dòng)速度、瞬時(shí)移動(dòng)速度、異常震動(dòng)設(shè)備數(shù)量驟增，說(shuō)明這幾個(gè)區(qū)域大范圍人員有震感，地震烈度為四至七度。再將深灰色塊和淡灰色塊的范圍分別連接起來(lái)，可以大致畫(huà)出兩個(gè)橢圓，小橢圓為極震區(qū)范圍，大橢圓為有感范圍。這個(gè)就是簡(jiǎn)單判斷的影響場(chǎng)范圍，而橢圓的方向就是本次地震的破裂方向。如果地震強(qiáng)度較大，造成的破壞也巨大，就可能出現(xiàn)三層橢圓的情況。外面兩層橢圓和之前的情況相同，但是最內(nèi)層我們無(wú)法收集到數(shù)據(jù)，說(shuō)明手機(jī)通信中斷，地震烈度可能達(dá)到九度或者更高。

圖2 上海被分割成Geohash塊示意圖

6 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了通過(guò)通信大數(shù)據(jù)來(lái)簡(jiǎn)單判斷地震影響場(chǎng)方向、范圍的方法。通過(guò)將上海分割成若干個(gè)Geohash塊后，再對(duì)各個(gè)塊中得到的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、判斷之后，根據(jù)連接的基站數(shù)、終端位移等條件判斷并顯示，簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確地給出地震的三個(gè)影響程度，判斷地震影響場(chǎng)的方向。地震影響范圍和影響場(chǎng)范圍確定之后，地震應(yīng)急救援人員就能第一時(shí)間趕到地震破壞最嚴(yán)重的地方開(kāi)展救援工作，大大提高應(yīng)急救援工作效率和準(zhǔn)確率，加強(qiáng)地震工作能力，最大限度地減輕地震災(zāi)害給人們帶來(lái)的損失。

［1］程顯洲.基于AHP與差異權(quán)重聚類的地震災(zāi)害快速評(píng)估模型研究［D］.蘭州：中國(guó)地震局蘭州地震研究所，2013.

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2095－6835（2018）20－0043－02

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.20.043

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：18DZ1200500）；上海市地震局科技專項(xiàng)（編號(hào)：2018專 4）；大中城市地震災(zāi)害情景構(gòu)建重點(diǎn)專項(xiàng)（編號(hào)：2016QJGJ02）資助

張勇（1986—），男，上海人，本科，工程師，主要從事地震應(yīng)急工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕