基于VGI的地震灾情速报系统设计与实现

引文格式： 马磊，陈秀万，隋建波，等. 基于VGI的地震灾情速报系统设计与实现[J].测绘通报，2015(4)：97-100.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0120

基于VGI的地震灾情速报系统设计与实现

马磊1,2，陈秀万1，隋建波3，刘晶4，许玉斌1,4，高原5

(1. 北京大学遥感所，北京 100871； 2. 北京方位科技有限公司，北京 100190； 3. 中国地震应急搜救中心，

北京 100049； 4. 北京大学数字中国研究院，北京 100871； 5. 总装备部工程设计总院，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)是一种新兴的空间信息采集模式。在近年来的全球灾害救援过程中，公众发布的大量信息发挥了巨大作用。针对我国地震灾情信息采集和速报工作的实际情况，本文设计并实现了基于VGI的地震灾情速报系统，能够将专业人员和公众采集的灾情数据进行有效的组织融合，从而提高灾害信息采集效率与救援效果。

关键词：志愿者地理信息(VGI)；地震灾情速报系统；救援

中图分类号：P208

收稿日期：2014-03-29

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划(2011BAH05B08)

作者简介：马磊(1980—)，男，博士，研究方向为灾害应急与空间信息综合应用。E-mail：immerma@126.com

一、引言

我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间，地质构造复杂，地震断裂带发育，地震活动频繁，是世界上地震灾害最严重的国家之一。近年来，汶川、玉树、芦山等地震给社会经济和人民生活带来了巨大损失。地震灾害的防灾、减灾、救灾工作研究刻不容缓。地震发生后，如何尽快、准确地获取地震灾害的发生时间、地点、震级、影响范围、伤亡范围等灾情信息，直接关系到地震的震情分析与判断、灾害救援和应急指挥等。因此地震灾情速报工作的重要性和紧迫性尤为突出，同时也是目前研究的焦点和难点之一[1]。

根据我国的国家灾害应急与管理体系，目前包括地震灾情在内的各类灾情获取和上报主要还是行业主管部门完成，然后根据灾害的级别，在市级、省级乃至国家级灾害应急综合部门进行汇总，并通过行业垂管的模式，保证了灾情信息获取的专业性。

近年来，随着信息技术、移动通信技术、智能终端和社交网络应用的发展，公众在灾害应急、灾情获取、信息汇总与传播等方面的参与程度越来越高，给灾情获取和灾情速报提供了新的机遇，不但将灾情采集和获取的参与范围由专业人员扩展到范围更广的公众，同时提高了灾情的传播效率。因此，将公众参与的广泛性和已有行业管理的专业性与准确性结合在一起，可以更好地支撑地震灾情速报工作。

二、VGI简介

志愿者地理信息(volunteered geographic information，VGI)是由 M.Goodchild等于2007 年提出的概念，用来描述由公众用户自发发布的地理信息，以区别之前由专业测绘人员生产和发布的地理信息[2]。李德仁等认为狭义的VGI是由大量的非专业用户利用3S技术自发创建地理信息，广义的VGI是与狭义相关的概念、模式、方法和技术[3]，是指用户利用GIS、GNSS和RS等技术手段自发获取和创建地理信息，以及共享地理信息的概念、模式、方法和技术的总称。VGI主要是在Web2.0技术支持下迅速发展起来的，是用户生成内容(user-generated content，UGC)这一网络现象在地理信息领域的应用与表现。

VGI在数据采集、移动健康、LBS等应用领域被广泛应用和研究。在灾害应急领域，M.Goodchild[4]、K.Starbird[5]等探讨了VGI在灾害救援方面的应用；M.Zook等则详细分析了VGI在海地地震救灾过程中的应用[6]；张仁军[7]等分析了VGI在灾害预警中的应用。GoogleMaps、OpenStreetMap和Wikimapia等成为VGI用户生产和使用VGI信息的主要平台。近年来，随着移动信息技术的快速发展，带有定位功能的移动终端得到普及，为VGI的应用提供了更大的便利。我国近年来几次大地震发生后，公众利用微博客等社交网站发布了大量的与灾区灾情有关的信息，体现出公众参与的热情，同时也验证了VGI应用模式在我国的可行性。

为了加强地震灾情速报的准确性和高效性，加快灾情采集和汇总分析的速度，进一步提高灾情速报工作的效率，将VGI模式引入地震灾情速报系统的建设是提高地震救灾领域的信息化保障水平的有益尝试。

三、系统分析与设计

基于VGI的地震灾情速报系统需要将已有的地震行业主管部门垂直体系内的信息采集与面向公众的信息采集相结合，提高信息采集的效率和广度。

1. 系统需求分析

在基于VGI的地震灾情速报系统中，用户包括基层信息上报人员、中心信息汇集人员、中心信息标注人员和公众。不同用户对系统的需求分析如下：

1) 基层信息上报人员：利用系统提供的输入界面以标准规范的格式便捷地填报当地灾情信息，信息包括位置信息。

2) 中心信息标注人员：利用系统提供的数据录入界面，将自己通过其他渠道(如热线电话、E-mail、与当地负责人联系或网络)采集到的灾情信息录入、标注到电子地图上。

3) 公众：利用系统的VGI数据采集界面，将自己了解的灾情信息进行填报，为了保证信息的可用性，除了灾情信息外，还需要提供一些个人信息。

4) 信息汇集人员：将不同来源的信息汇集后，制作生成灾情速报简报，提供给相关领导，以指挥决策。

系统的信息流如图1所示。

图1　系统信息流

2. 系统总体框架

系统从结构上分为5层：网络通信层、数据获取层、数据库层、GIS平台层和应用层。网络通信层承担系统中数据的传输，包括Internet、Intranet、地震局“12322”电话热线，以及将数据从移动终端传输到服务器的移动通信网络和北斗短报文通信；数据获取层包括连入系统的地震监测台站数据、现场采集的数据、工作人员通过系统上报及公众上报的数据；数据库层完成对数据和数据库的管理，包括基础数据(地理数据和社会经济数据等)、灾情速报信息、速报人员信息及灾情简报信息等；GIS平台层实现基于GIS的数据管理，包括地图显示、数据标绘、空间分析及专题制图等功能；应用层则是实现地震灾情采集、速报和管理的核心功能，包括灾情标注、简报管理、历史灾情查询和人员管理等。系统的架构如图2所示。

图2　系统架构

3. 数据库设计

地震灾情速报系统数据库主要包括基础地理信息数据库、灾情信息数据库、人员数据库、历史(灾情)信息数据库、简报信息数据库和系统管理数据库。各数据库具体描述见表1。

四、系统主要功能模块及实现

1. 系统功能模块

系统主要功能模块分为GIS管理模块、灾情填报模块、人员查询模块、速报简报制作模块、简报上报模块、历史灾情查询模块、系统管理模块等。

(1) GIS管理模块

该模块实现基本的地图操作功能，包括地图浏览、地图标注、图层控制等功能。一方面为上层应用提供基础的地图浏览与查询功能；另一方面为简报制作提供标注与制图功能。

表1　数据库描述表

(2) 灾情填报模块

灾情上报可以通过表单填写和地图标注两种方式实现，根据权限分为速报人员和公众两种用户。速报人员根据权限填报自己负责区域的灾情信息；公众可以根据灾情的位置自由填报。

(3) 人员管理模块

该模块包括速报人员管理、速报人员位置关联、速报人员查询3部分内容。

1) 速报人员管理：对地震相关部门工作人员、基层信息采集人员、“三网一员”、公众等人员的信息进行管理，包括人员的查看、编辑、修改、删除等操作；同时为各省局提供接口，能够编辑、修改省局下属部门提供的人员数据更新功能。

2) 人员位置关联：将信息采集人员的位置和地图数据相关联，以支持基于地图的查询和管理。

3) 速报人员查询：对速报人员进行属性查询和地图查询。此外，可以依据灾情空间分布从全国灾情速报网数据库中锁定地震灾区灾情速报人员，提示重要速报联系人员并推送到系统主界面，供中心人员尽快查询与联络，获取第一手灾情信息。

(4) 简报制作模块

该模块完成灾情速报简报的编辑，提供标准化的界面，为用户提供简报信息的输入，支持上报内容、上报范围、工作流程和灾情速报简报的编制，支持在地图上标注来自灾区及其周围灾情速报人员和公众的速报灾情信息。简报完成后，定制邮件和彩信上报版式，实现基于邮件和彩信的简报上报。

(5) 历史灾情查询模块

该模块主要管理历史的震情和灾情信息，供简报制作时查询附近历史地震信息，同时可以管理历史灾情简报数据。

(6) 系统管理模块

系统管理包括用户管理、日志管理、配置管理等功能。用户管理实现用户档案的添加、修改和删除等操作。系统分为管理员、速报员和公众用户3种。管理员能够对普通账户进行管理，同时能够管理系统数据库。日志管理记录系统每一步管理操作，按时间和事件分类排序。配置管理实现系统关键参数的配置等功能。

2. 系统实现与部署

系统部署时，逻辑上划分为数据库服务器、应用服务器、Web服务器3部分。其中数据库服务器提供系统的数据库管理功能；应用服务器提供面向客户端的C/S子系统功能；Web服务器提供B/S子系统的功能，通过浏览器或手机等访问。系统部署如图3所示。

图3　系统部署

系统采用B/S和C/S混合架构，基于ArcGIS Server搭建，数据库采用SQL Server 2008，Web 服务器采用MS IIS，遥感影像服务器采用ArcGIS(www.arcgis.com)，前端开发采用Microsoft SilverLight。

图4和图5分别展示了灾情填报界面和简报制作界面。

图4　灾情填报界面

图5　简报制作界面

五、结束语

VGI是一种新兴的地理信息采集方式，因为其现势性、快速更新及公众参与等优点，能够有效地与传统的专业地理信息采集形成互补，在灾害应急等领域发挥出巨大的作用。本文结合地震灾害速报应用场景，设计实现了一个基于VGI的地震灾情速报系统，可以在传统专业灾情采集的基础上，为公众提供灾情上报的平台和入口，便于提高与公众的交互，进一步提升灾害发生后的灾情采集效率。但VGI信息的准确度和有效性还有待提高，本文的应用也是将VGI灾情信息和专业灾情信息分图层显示，VGI信息的具体应用效果还需要在实际工作中进一步评价。同时，对VGI信息可用性的评估也是下一步工作的重要内容。

参考文献：

[1]马宗晋. 中国的地震减灾系统工程[J]． 灾害学，2005，20(2)：1-5.

[2]GOODCHILD M F. Citizens as Sensors: The World of Volunteered Geography [J]. Geo-Journal， 2007， 69(4): 211-221.

[3]李德仁， 钱新林. 浅论自发地理信息的数据管理[J]. 武汉大学学报：信息科学版， 2010，35(4)：379-383.

[4]GOODCHILD M F,GLENNON J A. Crowdsourcing Geographic Information for Disaster Response: A Research Frontier[J].International Journal of Digital Earth, 2010,3(3):231-241.

[5]STARBIRD K.Digital Volunteerism During Disaster: Crowdsourcing Information Processing[J].ACM，2011(5)：7-12.

[6]ZOOK M, GRAHAM M,SHELDON T,et al. Volunteered Geographical Information and Crowdsourcing Disaster Relief: A Case Study of the Haitian Earthquake [J]. World Medical & Healthy Policy, 2010(2)：7-33.

[7]张仁军, 沈林. 应用自发地理信息的灾害预警技术[J]. 重庆理工大学学报：自然科学版，2013, 27(10)：80-83,116.

[8]路志越, 鄂栋臣. 基于 ArcGIS Engine 的地震风险预报与评估系统的设计与实现[J]. 测绘通报, 2013 (3): 50-52.