基于开源软件的参与式感知框架及在群测群防中的应用

蒋 锐

（曲靖师范学院 信息工程学院 云南 曲靖 655011）

1 引言

群测群防是指县、乡、村地方政府组织城镇或农村社区居民为防治地质灾害而自觉建立与实施的具体措施。是在地质灾害多发地区实施的带有主动应对性质的一种有组织的减灾行动,是当前形势下最有效的群众性防灾减灾手段[1]。随着智能手机的大量使用。手机感测逐渐成为一个新兴的研究热点领域。智能手机嵌入大量传感器，如加速度计、数字罗盘、陀螺仪、GPS、麦克风和照相机等。通过这些感测装置，人们能够快速方便地收集身边各种类型的环境信息。因此手机感测广泛地运用于如健康监测、人类行为、社会互动、交通监控、商业和环境监测等领域。但这些系统运行成本较高，研究建立一个基于开源软件和参与式感知技术的信息收集框架，具有一定的现实意义。在此基础上构建一个面向地质灾害群测群防的具体应用，提升监测手段、规范监测业务，具有一定的应用价值。

2 参与式感知技术

手机感知模式分为两种形式，参与式感知和机会感知。参与式感知是手机用户积极参与到感知活动中。而在机会感知中，感知活动没有用户的主动参与，由系统自动进行信息的收集。参与感知使公众和专业用户能够收集、分析和分享收集到的信息。在诸多领域得到广泛运用。

3 数据形式

参与式感知系统内，需要记录的信息分为两个类别：一是感知项目的基本信息，如感测项目的标题、日期、探查区域、名称、关键词、备注等。二是由传感器收集到并包含空间位置的环境信息，例如如每个监测点上的记录信息的类别、周边环境的监测数据、图像及视频信息，具体表现为多种格式的带有空间信息的多媒体信息。

4 工作流程

信息采集分为三个阶段：准备阶段，数据采集阶段，和信息应用阶段。

在准备阶段中，组织者根据项目监测实施的目的，对监测流程和监测条目等内容进行计划和准备。工作内容包括规划探查区域划定、调查项目、人员和时间安排表等。项目的基本信息应规范并制作成模板统一存储在数据库中，以便在实施监测操纵时有统一的流程和信息采集格式。

然后是数据采集阶段。采集人员依据准备阶段中确定好的操作流程，在野外监测点上获得环境信息。因为野外的网络条件一般不太好，具体需采集信息的流程和条目需要缓存到智能终端上。采集到的信息同样需要暂存，并在网络畅通环境上进行数据上传。在涉及到多个工作组任务分配有重叠时，如果网络情况良好，采集人员可以实时访问系统数据库获取其他工作组的情况，以查看工作区域是否存在重叠。

最后一个是应用阶段。在数据采集并集中上传至服务器后，能够用于显示、统计和分析等操作。这个阶段的数据用户包括组织者、参与者和其他需要信息的人员。

5 基于开源软件的系统架构

系统由空间数据库、GIS服务器、参与式感知模块和客户端应用程序组成。

5.1 空间数据库

系统使用开源软件PostgreSQL和PostGIS作为空间数据库，完成对探查区域的基本地理信息、监测点的空间、信息采集时间、环境变量值和业务流程信息等进行存储。在一些地理信息精度要求比较高的探查项目中，数据库中要需要由组织者保存并维护一套大比例尺基本地理信息图层，为探查区域提供详细的基础地理信息，如行政区划、地形地貌、水文地质、公路和居民点等。

业务数据也同样保存在空间数据库中，主要包括项目信息和采集到的监测点环境信息。项目信息存储在多张物理表中，如项目基本信息表、监测点信息表、监测条目表、人员分配信息表等。为增加系统通用性，系统还设计了一个业务流程表，用于统一规范监测行为。采集信息存储在环境信息采集表中，包括编号、时间、使用仪器、条目、人员和监测值等信息，通过外键和项目基本信息进行关联。系统能够同时支持多个监测项目，为避免造成单个表数据过多的问题，针对每个项目提供一个独立的采集表。

5.2 GIS服务器

系统使用GEOSERVER作为地理信息系统服务器，提供通过Web地图服务（WMS），Web特征服务（WFS）等地理信息引擎和协议来提供基本的地理信息服务。WMS用于提供基础地理信息的显示，而WFS用于监测点（区）空间信息的建立。

5.3 参与式感知模块

参与式感知模块需要自行开发。功能是和客户端、数据库进行信息交互。它由三个子模块组成，一个项目模块、一个监测信息录入模块和一个应用服务模块。项目模块对应于探查项目的创建，主要是建立监测条目模板；监测信息录入模块对应于数据的输入，即将采集到的数据缓存或是上传到数据库中；应用服务模块对应于信息的应用，能从数据库中读取项目信息、基本地理信息和监测信息，并对其中空间信息部分使用GIS服务器进行渲染，交由客户端进行显示。

5.4 客户端应用程序

客户端基于Android平台下的开源软件mapsforge开发，除提供地图、监测点显示和录入监测信息外，还提供了地图数据离线缓存功能，以实现在网络条件不佳时客户端能离线使用。

6 在地质灾害群测群防中的应用

群测群防是在监测期内对区域地表进行周期性简易监测，然后对这些监测资料进行整理、统计分析，达到以下监测和及时预警目的。系统为其提供以下功能。

（1）信息采集模板创建。由地质灾害易发区的县、乡、村地方政府进行组织策划，根据群测群防工作的目的设置监测方法、监测内容。由探查区域、隐患点和时间表来设定监测程序模板。模板可由县级政府统一制定，并存储在数据库中方便下级单位使用。

（2）数据采集。监测分为三类，一是简易监测，以钢卷尺、直尺或游标卡尺作为监测工具，在裂缝和排水沟两测埋设裂缝观测标志，标志应具有可供量测的明清晰端面或中心，定期量出标志间距离求得裂缝变化值；二是巡视观察，采用常规地质调查法，定期对滑坡坡体或其上建筑出现的宏观变形形迹（如裂缝的发生及发展、地面沉降、下陷等）和与变形有关的异常现象（如地声、地下水异常、掉石块等）进行巡视观测和详细记录，对监测网点进行日常巡查维护管理；三是各处变形特征的照片。群测群防人员下载模板，依据模板设定，采集监测信息，并上传图像文件。

（3）信息应用。在采集过程中通过模板指导工作，信息上传后由监测站将其汇入监测预警系统进行分析处理。如果需要预警，预警由政府部门发布，并在终端上显示，同时能查询到的还有应急预案信息，方便工作人员组织撤离危险区域。

7 总结和结论

研究采用基于开源软件来降低系统的开发及部署成本。并对参与式感知功能需求分析的基础上实现了原型系统。通过在地质灾害群测群防中的运用，参与感测系统可以辅助监测任务。具有一定的应用价值。