地震应急救援差异性查询平台设计与实现[1]

杨天青 杨 波 席 楠 张维佳



地震应急救援差异性查询平台设计与实现[1]

杨天青1）杨 波2）席 楠1）张维佳1）

1）中国地震台网中心，北京 100045 2）北京市地震局，北京 100080

本文系统介绍了地震应急救援差异性查询平台的设计思路，包括多源数据处理与集成方法、查询方式与结果展示方式设计、系统架构设计、功能模块设计和关键技术等内容。地震应急救援差异性查询平台将来源于不同部门的影响我国地震应急救援能力的各类因素数据纳入到统一的管理平台，向各级政府、不同部门和相关地震应急人员提供便捷直观的信息查询服务，建立部门之间信息共享的桥梁，有效缓解了部门之间数据孤立的壁垒。

地震应急救援差异性查询平台 多源数据 WEB专题图

引言

中国的地震应急救援体系从2000年提出并开展建设以来，历经十多年的努力，取得了令人瞩目的成就，地震应急救援体系的整体框架已经基本建立，并基本形成了国家、省、地市一体的应急指挥技术系统（姜立新等，2012）。近年来各地方也十分重视本地的地震应急能力建设，尤其是汶川地震以来，各地在地震应急救援组织体系建设、地震应急预案体系建设、灾情速报队伍建设、防震减灾知识宣传、应急避难场所建设等方面都加大了建设力度，民众的防灾减灾意识也有了逐渐的提高。但是由于我国幅员辽阔，板块运动导致各地的地形地貌、构造环境以及由此产生的地震活动性背景差异较大，而且由于各地经济发展水平不均衡现象突显，各方面因素共同影响了我国地震应急救援水平的区域差异性。为了充分把握这种差异性，指导各地地震应急救援能力建设发展方向，进一步发展壮大我国的地震应急救援体系理论基础，由中国地震局地质所牵头，9个协作单位合作承担的“中国地震应急救援的区域差异性分析”行业专项项目，通过对我国影响地震应急救援20多类因素（人文社会经济、地震背景、现有能力、未来需求等）的高精度（县乡精度和公里格网精度）分析，确定了各类因素的区域差异性及其对应急救援的贡献率，得到了综合性的应急救援差异性分析结果。以期从地震应急区划的角度，指导各地未来应急救援事业发展建设的主要方向和主要投入目标，为推动我国地震应急救援体系的系统化建设和应急救援能力建设的本地化发展提供研究依据（苏桂武，2012）。为了更方便直观地展示项目收集的应急救援差异性要素数据集和研究成果集，该项目以开源的Geoserver平台为基础，开发B/A/S多层架构的“中国地震应急救援区域差异性查询平台”，供各地建设主管单位和应急人员查询浏览。

地震应急救援区域差异性查询平台的主要功能是汇集项目收集整理的我国地震应急救援差异性要素集和应急救援差异性分析成果集，利用质底法和分区统计图表法等专题地图表示方法在线渲染应急救援差异性要素的空间分布差异性，并通过用户配置、空间关联、点击和拉框查询等方式自动提取目标范围内的各类要素值，以专题图和信息列表的方式展示，为用户提供方便、快捷、需求导向的应急能力综合差异性查询服务。

1 需求分析

（1）地震应急救援差异性要素分析与数据处理

地震应急救援差异性要素集主要从自然条件、人文社会经济条件、地震危害性背景、现有应急救援能力等方面着手，收集包括地形地貌、气象气候、水文条件、人口及人口素质、经济发展水平与产业布局、土地利用、建筑物抗震能力、地震危害性背景以及各类重点目标生命线工程等40余类差异性要素集，并在此基础上通过大规模问卷调查/访谈、模型评价等方法，分析计算出基于不同地震危害性水平下的县市地震应急能力评价结果集（包括房屋破坏、人员伤亡和直接经济损失）、县市地震应急救援能力建设需求主要类型及其建设的宏观建议。项目收集和产出要素集或成果集主要由9个协作任务承担单位从各个行业收集整理或分析计算得出，具有明显的多语义性、多时空性、多尺度性、获取手段多源性、存储格式多源性、空间基准不一致性等特点。

多语义性：表现为同一信息在不同数据源中采用不同的字段名称定义，或同一信息有不同的定义含义等，例如有些数据源中将手机或固定电话数量定义为该区域范围内的总数量，另外一些数据源却将该字段定义为该区域范围内的人均持有量。

多时空性：不仅表现为收集数据集的数据采集年代存在明显的不一致，还表现在产出的部分成果集表现的是采集数据基础上的未来10—20年的预测结果。

多尺度性：在本项目中有些数据集是以县市尺度为基本的数据单元，而有些数据是以公里格网为基本数据单元表现的。

获取手段多源性：该项目涉及的数据庞杂，数据获取方法也多种多样，包括现有应急基础数据库中的、遥感获取的、在线地图提取、导航数据提取的、统计调查的等等，其数据的提取和处理方法都各不相同。

存储格式多源性：不同数据集的收集或生产单位一般会按照各自的习惯和所使用的GIS软件平台等存储数据，另外数据格式也和数据的生成方式相关。在该项目中，数据集的格式主要涵盖空间矢量数据、栅格数据和属性表三大类，具体存储的格式又各不相同。

空间基准不一致性：不同来源的空间数据有着不同的坐标参考体系和不同的投影方式。从该项目中的多源数据获取方式就决定了其数据空间基准不一致的问题。

为有效合理的利用多源数据，必须按照一定的方法和原则，重新组合专题属性数据，改善地理空间实体的几何精度（崔铁军等，2007）。针对该项目中存在的上述多源性问题，本文主要通过以下三种途径进行数据处理，一是根据《国务院抗震救灾指挥部地震应急基础数据库格式规范》和其他相关规范，建立地震应急救援要素集的数据定义格式，避免语义混淆；二是按照统一的空间数据统计底图（包括全国县市行政区划底图和覆盖全国的公里格网底图），通过数据合并、空间定位和属性关联等方式实现空间数据与属性数据的匹配，通过栅格数据分析将公里格网的要素集统一到统一的栅格底图中，建立拓扑关系，使空间数据具备拓扑一致性；三是以元数据的方式规范数据生产方法的说明。

（2）查询用户和场景分析

地震应急救援差异性分析项目总体目标是尝试编制我国第一代地震应急区划图（草案），用于从地域针对性和类型针对性等不同角度，指导各地未来应急救援事业发展建设的主要方向和主要投入目标；以期为推动我国地震应急救援体系的系统化建设和应急救援能力建设的本地化发展提供研究依据（苏桂武，2012）。从项目的总体目标看，该项目研究成果的服务对象大致分为以下三类：

一是省、市、县人民政府防震减灾主要负责人，查询辖区范围内的地震应急救援分析现状、未来应急救援事业发展建设的主要方向和投入目标等。

二是地震部门分管地震应急的主要司室或部门，查询年度地震危险区内或相关片区内的各县市应急救援因素信息。

三是为从事地震应急相关领导和人员，在破坏性地震发生后，查询震区地震应急救援相关背景信息。

前两类服务对象的查询场景主要是日常查询，查询范围单元主要是各级行政区划或片区范围。第三类服务对象的查询场景主要是震后查询，查询范围单元是该次地震的预估影响范围，可能跨不同的行政区划。因此在系统设计时，要考虑不同的查询用户和查询场景，设计查询范围输入方式。

（3）查询方式和结果展示方式设计

地震应急救援差异性查询平台所要展示的是各类体现地震应急救援相关的要素集和成果集。该平台的主要用户多数是从事突发性应急事件处置工作的管理人员，该类用户统筹管理、快速反应能力较强，技术背景相对较弱。针对上述情况，在平台的查询方式设计时主要考虑访问便捷、交互操作简单、界面直观等方面的要求。查询结果展示方式主要考虑结果展示直观、可应用性强，同时可提供多项要素的集合展示功能。

2 系统架构

地震应急救援差异性查询平台体系架构设计，主要考虑数据统一存储、系统访问便捷、结果展示直观、查询结果共享、业务可扩展性强、维护方便等需求，同时考虑该平台侧重空间数据的在线专题展示，系统主要参考OGC的WMS地理信息服务规范，采用B/A/S多层结构设计，由数据层、支撑层、服务层和表现层四个层次组成，具体如图1所示。数据层包括基础地理数据、各类指标专题数据和全国各县县情数据；支撑层是系统运行的底层支撑，系统开发运行于J2EE框架，Apache Tomcat提供Web服务支撑，GeoServer提供地图空间服务支撑，MySQL提供数据库支撑；服务层由各类服务组件组成，查询指标专题管理提供了区域各项查询指标的服务定制，报告模板管理为专题查询报告提供模板化管理，综合查询组件实现了各类查询应用请求的响应，空间服务组件为区域定位、地震影响场定位和县情定位提供服务支持；应用层提供了各项人机交互功能应用集成，包括县情查询、综合查询、差异查询、报告生成等功能。

3 关键技术

（1）多源地理数据处理与集成技术

地理空间数据集成的目的是为了实现异构空间数据源的共享与互操作。空间地理数据集成的主要内容一般包括地理数据模型的融合、地理要素语义的融合和空间地理数据投影和坐标系统的统一。根据本项目收集的数据集的特点，空间数据基本都是以县级行政区划作为最基本的数据单元，所有数据都有统一的县行政区划代码，因此本文主要采用格式转换，规范数据模型、统一地理要素语义定义和属性关联等方式，实现地震应急救援差异性数据集的集成处理。

（2）基于WEB的专题图生成与发布技术

专题地图是为某种特殊需要而着重显示制图区域内一种或几种自然现象或社会经济现象，内容包括地理底图和专题内容。基于WEB的专题地图生成与发布主要采用WMS提供的地理底图与专题数据相结合的方法。当客户端发送一个专题地图请求时，WEB服务层将用户的请求进行业务封装并传送给地图应用服务器，解析出客户所需要的数据项、数据范围和专题地图表示方法，调度所需的矢量数据和专题统计数据，并进行可视化，再利用WMS规范所定义方法将可视化的专题地图发布成图片的形式，实现基于WEB的专题地图的生成与发布。

4 功能模块设计

围绕系统实现的主要目标和主要应用场景，通过数据分析处理、用户分析和查询方式设计，本着便捷、易用、直观的原则，地震应急救援差异性查询平台系统功能主要设计包括：地图浏览、综合查询、模版管理、文件浏览和系统管理等功能模块。系统功能模块结构图如图2所示。

地震应急救援差异性查询平台所要展示的地震应急救援查询指标集主要以空间地理数据形式存储，按人文经济自然差异性背景、地震危害性与应急救援能力差异性指标和地震应急能力区划与建设需求三大类指标集进行组织，各单项指标分别按照数据属性归到这三类指标数据集中。

空间数据查询是通过地图要素的操作从地图上检索数据的过程，常用的空间数据查询方式有：由指针选择要素、由图形选择要素、由空间关系选择要素和属性与空间数据查询相结合的方式选择要素等（陈建飞，2003）。本文参考常用空间数据查询方式，设计了点击查询、拉框查询、按省或地市区划查询、自定义范围查询和县情查询五种查询方式，查询结果以在线地图渲染方式、查询专题图和查询报告三种展示方式供用户参阅。

在线地图渲染方式展示主要利用质底法和分区统计图表法，对查询要素在线展示方式进行设计，单因素在线渲染主要采用质底法，利用颜色深浅或不同色系对显示要素的数量差别或类型差别进行渲染，多因素类比查询主要采用分区统计图表法对同一行政区划范围内的同类要素的指标值以图表的方式进行展示。

地震应急救援查询指标集按人文经济自然差异性背景、地震危害性与应急救援能力差异性指标和地震应急能力区划与建设需求三大类指标集进行组织，各单项指标分别按照数据属性归到类指标数据集中。应急救援差异性查询平台主要功能界面如图3所示。

查询报告方式主要按照预先定义的不同查询分析报告模板，设置查询报告字典和查询参数，系统按照既定需求自动生成模板格式的查询分析报告。

查询专题图生成主要是根据客户端发送的专题地图请求，调用地图服务器提供的专题地图生成方法和相应矢量数据和专题数据进行可视化渲染，并利用WMS规范定义的GetMap方法将专题渲染结果发布成图片（如图4），以便打印或插入文档时服务。

5 应用与讨论

地震是一个突发性灾种、涉及面广、破坏性强，抗震救灾是全社会共同面对的问题。而地震应急救援差异性分析项目旨在从宏观角度分析影响地震应急救援能力的各个因素，其数据基础来源于不同的部门。地震应急救援差异性查询平台正是将这些来源于不同部门的影响我国地震应急救援能力的各类因素数据纳入到统一的管理平台，并向各级政府、不同部门和相关地震应急人员提供便捷直观的信息查询服务，建立部门之间信息共享的桥梁，做好共同应对突发性地震灾害的信息服务。该平台建成后已经在2015年度地震重点危险区应急准备督查工作和新疆皮山6.5级地震应急工作中得到应用并发挥了重要的作用。将来随着地震应急救援信息的日益丰富，为进一步满足不同用户信息需求的个性化定制需求，还需要对纳入该平台的信息做好进一步的分级分类，优化用户查询体验。

崔铁军，郭黎，2007．多远地理空间矢量数据集成与融合方法探讨．测绘科学技术学报，24（1）：1—4.

陈建飞，2003．地理信息系统导论．北京：科学出版社.

姜立新，帅向华，聂高众，2012．地震应急指挥协同技术平台设计研究．震灾防御技术，7（3）：294—302.

苏桂武，2012．中国地震应急救援的区域差异性分析项目任务书．北京：中国地震局．

Design and Realization of Earthquake Emergency Rescue Differential Query Platform

Yang Tianqing1）, Yang Bo2）, Xi Nan1）and Zhang Weijia1）

1）China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China 2）Earthquake Administration of Beijing Municipality, Beijing 100080, China

This paper introduces the design method of the earthquake emergency rescue differential query platform, including multisource geological data processing and integration method, data query method and result display mode, system architecture, function module design and key technology and so on. Various datasets that affect the ability of earthquake emergency rescue in China from different departments are integrated into a unified management platform, to provide convenient and objective information query service to different users, including government sectors, different emergency coordination departments and earthquake emergency related personnel, establishing the information sharing bridge, effectively alleviating the data isolation barriers between departments.

Earthquake emergency rescue differential query platform; Multisource geological data; WEB thematic map

[1] 基金项目 “十二五”国家科技支撑计划项目（2014BAK03B01-05）；中国地震局政策研究课题（CEA-ZC/2-04-03/2015）

［收稿日期］2015-08-04

［作者简介］杨天青，女，生于1978年。高级工程师。主要从事地震灾害与地震应急等方面的研究。E-mail：ytq@seis.ac.cn

杨天青，杨波，席楠，张维佳，2016．地震应急救援差异性查询平台设计与实现．震灾防御技术，11（1）：125—131．

doi：10.11899/zzfy20160114