区域地震应急速报信息系统研究——以江苏省为例*

毕雪梅

(江苏省地震局)

0 引言

近十年来，发达国家先后建立了多种防灾减灾的应急响应系统［1-3］，如美国的“紧急事物管理系统”(EMS)，欧洲五国的“重大紧急事件智能管理系统”(MEMbrain)等，对于人类抗御各种自然和人为灾害起到了积极的作用.我国在防震减灾信息管理和辅助决策系统工程方面也做出了许多研究和重要实践.“九五”期间，初步建成了全国地震应急快速响应系统.“十五”和“十一五”期间，开展了60余个城市的震害预测和防震减灾对策研究［4-6］.但现有的应急系统还难以满足地震应急需求.针对多类型、多渠道、多时序报送上来的地震灾情速报信息缺乏有效的处理和提取手段，仅能生成单一要素空间分布的专题图，无法快速获得能够满足不同用户需求的自然地理、社会经济、人文等信息的空间分布及其叠加分析结果，而这是应急指挥调度和救灾决策的基础.

为保障震后应急工作快速有效地展开，该研究着眼于灾区孕灾体、承灾体和孕灾环境等，重点考虑地震参数对自然地理、社会经济和人文各类因素的影响，采用面向用户和面向服务的思想，设计了震害专题图集结构体系和表现形式，探索出了能够快速制作专题图和出图的方法，并利用3S技术和.NET技术研制出了江苏省地震应急速报信息系统，为提高应急救灾指挥能力提供必要的辅助决策信息.

1 系统设计

地震应急速报信息系统的设计，不仅要面向目前应急的需要，更要考虑将来的需要.因此，在总体设计思路上采用目前最先进的体系架构——面向服务的软件架构 (Service-Oriented Architecture，SOA)和组件式 GIS，从而为本期项目的实施和今后项目的扩展提供技术保障.

1.1 系统建设技术方法

(1)面向服务的软件架构(SOA)

基于SOA的系统构建方法，是将一个基于SOA架构系统中的所有程序功能都封装在一些功能模块中，利用这些已经封装好的功能模块组装构建所需要的程序或者系统，而这些功能模块就是SOA架构中的不同的服务(services).

因此，从本质上来说SOA架构体现了一种复合的概念:它通过定义服务间良好的接口和契约将系统联系起来(见图1 SOA模型).这些接口使得系统中的服务能够统一和通用，使系统交互更为方便.从而实现了业务和功能的分离，解决了系统对运行环境的依赖.

图1 SOA模型

(2)组件式GIS(ComGIS)

ComGIS的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个组件，每个组件完成不同的功能.它采用面向对象技术和组件式软件的GIS系统(包括基础平台和应用系统)，各个GIS组件之间，以及GIS组件与其他非GIS组件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS基础平台以及应用系统.

从广义角度来说，目前智能视频分析技术主要包括视频分析、视频识别以及视频改善3类。其中视频分析类实现目标移动方向检测、周界入侵检测、目标运动、车流量统计、人流量等功能；视频识别类包括人脸识别、步态识别和车牌识别，其主要的技术是在大量视频流图像找出局部中的一些画面的共同特性；视频改善类可以针对或者是对振动的图像进行一部分的优化处理，以达到增强视频可监控性能，包括：车辆牌照识别影像消模糊处理、红外夜视图像的增强处理、图像光变与阴影抑制处理等[3]。

1.2 系统总体框架

系统框架的设计基于SOA企业框架设计的思想、符合已有系统的框架标准，对基于该框架开发系统能保证应用以后的平滑升级.在系统的框架设的模块设计中使用当前主流的面向组件技术的设计思想，组件化的设计思想可以使系统的耦合度更低、复用性更强、维护更容易.

1.3 系统界面设计

用户界面设计的类型主要有问题描述语言、数据表格、图形与图标、菜单、对话框以及窗口等等.在界面设计时，采用自顶而上逐层分解的方法.

地震应急速报信息系统采用全新的Ribbon界面，把命令组织成一组"标签"，每一组包含了相关的命令.与传统的菜单式用户界面相比较，Ribbon界面的优势主要体现在如下几个方面:

(1)所有功能有组织地集中存放，不再需要查找级联菜单、工具栏等等;

(2)更好地在每个应用程序中组织命令;

(3)提供足够显示更多命令的空间;

(4)丰富的命令布局使用户更容易地找到重要的、常用的功能.

1.4 数据库设计

整个系统数据库由空间数据库及非空间数据库组成.考虑到江苏省的属地特点和应急需求，系统数据库建设由基础影像数据库、基础地理信息数据库、震害影像库和地震灾情数据库等子数据库构成(见图2).其中，空间数据库包括基础地理数据、影像数据、人文数据和地震专题等数据库，非空间数据库包括人员伤亡、灾情调查、社会经济、人口、救灾物资储备、救灾力量、联络方式等信息数据.

图2 地震应急速报系统数据库的组成和结构

1.5 功能设计与实现

地图操作提供常用的GIS地图操作功能，包括图层的加载与保存、全图显示、放大、缩小、地图漫游、视图前进与后退、图像要素的选择与清空、几何量测等.查询统计现有的应急系统仅能实现简单的查询和量测功能，远远无法满足地震应急和辅助决策的需求.据此，该系统重点研发了多功能、多条件复合查询统计功能，提供查询图层和表格的选择、双向查询、地震信息(历史强震、现代地震和余震等)、震中距主要城市距离的查询统计等.见图3.

图3 查询统计的基本功能

(2)灾情编辑

灾情编辑提供地图文件的生成和灾情的录入与批量导入功能.其中，地图文件的生成包含震中和余震空间分布的生成、震中距主要城市距离的生成;灾情的录入包含人员伤亡和12322短信的手工录入和批量文件导入.

(3)专题信息

由于部分用户并不具备相关专业背景知识，难以在短期内从繁杂的数据中提取出所需信息，因此系统研发时根据地图用途和用户的专业需求不同，将地震应急所需了解的各类信息进行分类，并做好配图，通过点击每个主题下的专题图，即可查阅该类专题所提供的相关信息.见图4.

图4 专题信息

专题信息分为如下几个主题:地质地貌、社会经济、地震信息和救灾关注焦点等几个主题，每个主题又分为若干个专题.

2 设计了震害分布专题图集的内容结构体系

震害分布专题图集的设计紧紧围绕“地震灾害”这一主题，以基础地理信息数据和遥感影像数据为载体，旨在综合反映地震的孕灾环境、承灾体、致灾因子、灾情评估、灾害响应等方面的地震专题信息.专题图集内容的编排按照科学性、逻辑性、时序性的原则，由地球内部到地球外部，由震源震中到灾区边缘，由自然环境到人文环境，由地震发生到社会响应，各部分内容相辅相承、前后呼应.

图集内容主要包括7个主题:序图、孕灾环境、承灾体、致灾因子、灾情评估、应急响应和附录，每个主题由若干个子题的专题图集组成.各地可根据用途，结合地方特色，选用不同比例尺不同精度的模板，制作相应的专题图.

由于读者对象、地图用途和涉密程度等的不同，各专题图所承载的信息负荷量、采用的数据精度、显示的空间范围也不完全一致.震害空间分布图集的主题、子题、每个子题的专题内容和建议的图幅空间范围详见参考文献7.

3 震害分布图集的表现形式

震害研究和制图的对象是地理环境与人地系统，地域分异理论是区域地理学的基本理论，区域灾害是区域地理的重要组成部分.因此，震害制图必须在空间上客观地反映区域灾害总体规律、表达灾害系统内部相互关系、揭示灾害组合及灾情程度的地域分异等.

该研究基于以下几方面进行震害分布图集表现形式进行了详细地设计.

(1)地理底图的设计

地理底图是震害专题内容的载体，分为中国地理底图、灾区地理底图、重灾区县地理底图三类.根据用途和幅面尺寸采用相应地图比例尺(或分辨率)的电子地图和航空航天影像.

(2)专题图表现形式的设计

震害专题图的表现形式综合运用了多种制图表现方法.根据地震灾害现象的特征采用定位符号法、范围法、质底法、线状符号法、象形符号法等;根据资料统计单元特性采用比值分级法、分区统计图表法、定位图表法、动线法等.例如，在地质构造专题图中，采用质地法描述不同的地质年代和岩石特性，线状符号展示活断层的位置和走向;范围法表示不同烈度的地震影响场的空间分布情况.在人口图中，利用分区统计法和分级法计算各级行政区的年龄结构组成，以不同的柱状图表现各年龄结构人口的差异(见图5).

图5 比值分级法和分区统计图表法

(3)多源异构数据的空间成图

此外系统还提供了GPS数据、影像数据、图表、图片和照片等多源异构数据的空间分布成图功能.现场工作人员通过携带手持GPS或者车载GPS，将现场灾情收集到的各种灾情信息和灾区调查信息与位置信息一并传回，通过主键与模板中的某个图层关联，从而展现震害的实时空间分布和变化情况.同时，现场采集的GPS信息也为日后的影像配准和校正提供空间参考.这种方法不仅可以实现现场灾情调查信息的空间化分布成图，还可以将现有的应急指挥决策系统、灾情速报系统和12322防灾减灾公益短信平台系统中的灾情信息以空间化形式展现.

4 结束语

该系统根据震后应急工作的需要，及时开展地震灾害速报信息收集、分析、处理，为应急指挥决策提供服务.该系统采用了3S、SOA等先进技术，确定了灾害分布专题图集的内容、表现形式，制作了灾害专题图模板，实现了12322防震减灾公共服务平台短信数据和灾情统计数据在该系统的标注和显示，探索出了能够快速制作专题图和出图的方法和文件格式等拓展内容，提高了工作效率.为江苏省在“十五”期间建成的地震应急指挥技术系统的充实和完善起到了积极的作用.

［1］ Shabestari，Khosrow T，Yamazaki Fumio，Saita Jun，et al.Estimation of the spatial distribution of ground motion parameters for two recent earthquakes in Japan.Tectonophysics，2004，390(1-4):193-204.

［2］ Keilis-Borok，Vladimir，Ismail-Zadeh，et al.Non-linear dynamics of the lithosphere and intermediate-term earthquake prediction.Tectonophysics，2001，338(3-4):247-260.

［3］ Gao Yunxue.Suggestions on how to reduce earthquake disasters on living buildings in villages and towns of China.Chinese Science Abstracts Series B，1995，14(3):60.

［4］ 陈秀万，杨凯欣，方裕，等.基于空间信息技术的城市应急救援联动系统研究［J］.地理与地理信息科学，2003，19(4):49-53.

［5］ 张晓东，张国民.关于地震预警的思考.国际地震动态，2004，(6):43-47.

［6］ 朱煌武.突发性地震灾害危机的预警和应急管理机制.灾害学，2004(1):78-82

［7］ 毕雪梅，邓民宪，洪海春，等.基于GIS的震害空间分布图集的设计与编制.防灾减灾工程学报，2011，(4):457-461.