自然灾害风险防控和应急救援平台构建与实践——以浙江省为例

张 磊，吴彬卓，滕舟斌

（1.浙江省应急管理数字与技术中心, 浙江 杭州 310007；2.浙江米来智能科技有限公司, 浙江 杭州 310012）

0 引言

自然灾害是当今世界人类最为关注的全球性问题之一，每年都有成千上万的人遭受自然灾害带来的生命和财产损失。应对自然灾害成为人类社会共同关注的问题。中国是自然灾害多发频发的国家，由各类自然灾害带来的经济损失和受影响人口对社会经济发展造成了重大影响。2020年，全年各种自然灾害共造成1.38亿人次受灾，591人因灾死亡或失踪，589.1万人次紧急转移安置，直接经济损失3 701.5亿元[1]。在此严峻的形势下，开发一个高效、精准的自然灾害风险防控和应急救援平台已成为自然灾害综合防控和应急管理的重要研究方向。

国外自然灾害风险管理系统研究起步较早，陆续开发了一些灾害管理和评估的平台，如美国多灾害评估管理系统（HAZUS-MH）、日本灾害管理系统（Phoneix DMS）、全球灾害统一编码平台（GLIDE平台）和联合国全球风险评估数据平台（GAR）等[2]。与国外相比，我国自然灾害风险管理系统研究起步虽晚，但发展迅速。王东明[2]、雷声等[3]、张磊等[4]、王艳杰等[5]结合灾害风险管理理论，分别提出了地震灾害风险防治业务平台、山洪灾害风险防控关键技术、地质灾害防治管理平台、灾害数据管理平台，利用Web 2.0、物联网传感器和移动终端对气象灾害、地震灾害、山洪灾害、地质灾害等单一灾种进行数据采集、分析处理与可视化发布，系统功能向预报预警、辅助决策和公众服务化等方向发展[6−7]。

综上所述，现有自然灾害管理系统的研究工作主要存在以下问题：一是多以单一灾种单线垂直联系的模式建设，数据之间以点对点共享为主，综合防灾管理能力弱，实时共享程度低；二是侧重于非常态救灾情景下的应用，跨领域、多灾种、全流程的风险分析与精密管控不足；三是向社会、公众的信息推送能力不足，政府-社会-公众多元协同性不够[8]。针对上述问题，文中综合运用移动互联网、网络地理信息系统、大数据检索等新一代信息技术，对浙江省自然灾害风险防控和应急救援平台进行研究与实践，可供类似工程借鉴。

1 需求分析

1.1 政务需求分析

根据《中华人民共和国突发事件应对法》，浙江省相关部门自然灾害突发事件应对政务管理需求主要包括以下四个方面。一是预防与应急：专业部门对易引发自然灾害事件的风险源、风险区域进行调查、评估，并定期进行检查、监控；应急部门统筹建设应急预案体系、应急避让场所和应急救援队伍等。二是监测与预警：专业部门建立监测网络进行专业监测和预警，应急部门根据共享的气象、水利、自然资源等专业部门的预报预警信息，进行灾害形势分析、会商与研判；按风险研判结果，发布自然灾害综合监测预警和风险提示单，进行风险管控。三是应急处置与救援：自然灾害突发事件发生后，按照应急预案启动相应等级的应急响应措施，如开放避灾场所、转移人员、调度应急物资、救援队伍、救援装备和开展现场救援等；组织相关部门和专家开展应急会商和决策分析，制定应急处置方案，过程中不断加密会商，直至灾害得到有效处置。四是灾后恢复与重建：突发事件得到控制和消除后，应急部门对突发事件造成损失进行评估，督促相关部门恢复被损坏的交通、通信、供水、供电等基础设施和社会治安秩序；开展复盘评估，总结经典案例充实到案例库中，指导日后风险研判和应急处置与救援工作。

1.2 业务流程分析

自然灾害风险管控和应急救援业务流程相应的包括以下几方面内容。通过省公共数据平台获取各专业部门各类灾害的风险隐患、承灾体、减灾资源和监测数据，叠加综合风险区划图和综合风险态势图等综合风险识别图层，形成风险识别“一张图”，全面掌握全省自然灾害底数；值班人员根据气象预报和各专业部门共享的专业预报预警信息，根据灾害风险程度，开展灾害形势分析和会商研判等风险研判工作；依据风险研判结果，发布综合预警信息；根据实际灾害风险程度下发风险提示单，进行风险管控；如灾害风险达到一定程度，按照应急预案启动相应等级的应急响应，值班人员加强值班值守，组织相关部门和专家开展应急会商和决策分析，制定应急处置方案；根据应急处置方案，进行应急力量和物资等的指挥调度，开展应急处置工作；同时密切关注气象预报和灾害现场应急监测信息，及时进行加密会商和决策分析，不断修订应急处置方案，优化应急力量和物资调度，直至灾害得到有效处置；灾后开展基础设施恢复和灾害损失调查等灾后恢复工作，并开展复盘评估，总结经典案例充实到案例库中，指导日后风险研判和应急处置与救援工作。整个过程通过风险提示单和风险管控表等机制与其他部门进行业务协同，提升风险管控力，并及时向全社会发布风险预报预警结果和灾情信息。

2 平台设计

2.1 整体框架

依据需求分析，自然灾害风险防控和应急救援平台框架结构主要分为7层：感知层、设施层、数据资源层、支撑层、应用层、接入层和用户层（图1）。

图1 总体框架图Fig.1 General frame diagram

（1）感知层是由位移、倾斜角、雨量、图像捕捉装置、卫星、航空、移动智能终端等监测传感器单元组成的传感网络。

（2）设施层主要包括云服务器、存储资源、网络资源等。

（3）数据资源层主要包括数据资源目录、数据资源模型构建、数据标准化整合、数据库以及数据协同更新。数据资源目录是交换共享的基础，资源目录涵盖自然灾害数据、风险管控数据、减灾数据、会商研判数据、案例数据、日常工作和用户数据等。

（4）支撑层主要包括支撑平台运行的各类支撑软件，如WebGIS引擎、检索引擎、模型中心、管理系统等，以及应用中间件Tomcat、Nginx等。

（5）应用层主要集成了各具体功能的应用入口，包括浙江应急（浙政钉、微信）、浙江安全码小程序（支付宝）、工作门户、指挥驾驶舱、浙里办等应用。

（6）接入层主要实现各类用户的接入，通过电脑、移动平板、智能手机、大屏等访问平台应用，实现数据的在线填报和展示。

（7）用户层是平台服务的各类角色的用户，主要包括各级防指、各级减灾委及相关成员单位、基层防灾减灾工作人员、社会组织及公众等。

2.2 逻辑结构

从平台所具备的功能看，可分为数据采集与上报，数据汇聚与清洗、数据存储与管理、数据共享与公开、数据展示与应用、日常工作与业务等几大方面，具体逻辑结构如图2所示。

图2 逻辑结构图Fig.2 Logical structure diagram

数据采集与上报，主要为应急管理部门人员提供减灾资源、灾情数据等信息的采集、填报、逐级报送等。数据汇聚与清洗，主要是通过交换方式，汇聚气象、水利、自然资源、住建、公安等部门的信息，对行政村、自然村、威胁人员进行数据清洗、比对。数据存储与管理，主要包括对各类结构化、非结构化信息的管理与维护。数据展现与应用，主要面向各级防指、减灾委，对各类数据进行查询、统计、分析，并以各种图表形式进行展示，辅助决策。日常工作与业务则主要是面向应急管理工作人员，提供事件分发、处理、统计、督查等闭环管理功能。

2.3 功能设计

自然灾害风险防控和应急救援平台功能结构以自然灾害日常风险防控和灾害事件应对过程为主线，涉及日常管理、风险识别、监测预警、研判管控、应急救援、灾后恢复、移动端系统、指挥驾驶舱等。同时通过一体化智能化公共数据平台，实现跨地区、跨部门的信息交换和共享，功能结构见图3。

图3 功能结构图Fig.3 Function architecture diagram

（1）日常管理模块。在日常管理方面，为全省自然灾害风险管理组织体系人员进行动态管理和角色授权，对自然灾害领域专家、救援队伍、避灾安置场所和应急物资储备等备灾资源进行常态化管理，开展值班值守登记，发布应急预案和宣传教育视频、方案等。

（2）风险识别模块。以摸清区域范围内各类自然灾害风险底数为目标，开展地质灾害风险防范区调查、山洪风险区调查、城市易涝点调查、森林火险点调查、建筑物调查、建筑工地调查、农家乐基本情况调查、海上养殖人员调查等，对区域范围内风险底数信息进行系统化的收集、汇总和统筹管理。

（3）监测预警模块。通过气象、地质灾害、小流域山洪、城市内涝等单一灾种预警判据模型进行分布式计算，生成区域性风险预警预报结果，叠加到矢量电子地图中，实时展示气象、地质灾害点、小流域山洪风险区、城市易涝点等风险预警级别。同时实时接入各类物联网专业监测设备，展现监控对象专业监测指标变化情况。

（4）研判管控模块。将单一灾种预报预警数据[9]与水利工程、城镇和农村危房、建筑工地等重点场所信息进行叠加，通过空间分析，汇总受影响人员数量，结合专家知识进行综合研判，生成以县域为基本单元的综合风险评估“五色图”、风险提示单和管控措施建议表。通过数据分析和位置服务精准掌控各县（市、区）基层责任人到岗履职和人员转移情况，及时发布管控力指数排名，督促各地根据风险提示单和管控建议表，落实具体管控措施。

（5）应急救援模块。实时掌握和跟踪全省各类灾害期间发生的突发事件处置情况，根据灾害事件类型、危险等级等自动筛选匹配专家队伍、救援队伍、救援装备和应急物资，为救援方案制定提供精准辅助信息[10]。根据救援方案快速调度队伍、装备和物资，分配通行二维码，并实时跟踪队伍、装备和物资运输车辆的到达情况。

（6）灾后恢复模块。主要是面向电力、通信、民航、铁路等单位，开通在线数据交换或填报功能，动态跟踪供电、通讯基站、航班和动车停运、道路损坏、城市内涝等受灾害影响情况以及灾后恢复情况。

（7）移动端系统是平台移动端入口，共包括7个模块，根据用户角色授予不同的功能模块使用权限。二维码管理模块：按不同业务类型及状态生成红色、绿色和灰色二维码；位置服务模块：通过移动GPS定位功能获取WGS84经纬度坐标；码上转模块：通过扫描二维码或在线填报转移人员情况；码上知模块：结合位置服务，获取周边风险点、监测预警、应急响应、避灾安置场所、避险路线、救援力量、救援物资等信息；码上报模块：通过文字、图片、视频、语音等方式，上报灾险情情况；码上通模块：凭借二维码快速到达救援现场，在应急管制区域内通行；组织体系模块：快速查找和显示全省自然灾害风险管理组织体系人员信息，进行应急语音视频通话。

（8）指挥驾驶舱是平台大屏指挥入口，主要利用WebGIS技术、数据检索技术和图表可视化技术，基于一张图实时展示自然灾害应急准备、风险识别、风险研判、风险管控、应急救援、灾后恢复等各类统计数据、空间分布及发展趋势情况。

2.4 数据库设计

自然灾害数据涵盖广泛，根据灾害系统理论和《国家应急平台体系信息资源分类与编码规范》，全面梳理自然灾害风险防控领域数据资源，分析数据之间层次、类别和关系，对数据资源进行统一规划，制定统一数据资源编码与分类体系。按统一数据分类体系将自然灾害数据划分为致灾因子数据、孕灾环境数据、承灾体数据、减灾数据和灾情数据。致灾因子数据分为自然致灾因子与人为致灾因子；孕灾环境数据包括孕育产生灾害的自然环境数据与人文环境数据；承灾体数据是指致灾因子作用对象的相关数据，通常分为人员和财产两类；减灾数据是指防灾减灾相关的数据，包括医院、避灾场所、救援专家、救援队伍、救援装备和物资等；灾情数据指各方面对灾害损失程度的反映，包括人员伤亡与经济损失等。

以防控台风洪涝灾害为例，其致灾体涵盖台风、地质灾害、小流域山洪、城市内涝，孕灾环境涵盖基础地理信息、气象、水文、地质环境、土壤植被等数据，承灾体涵盖居民地、建筑物、学校、建筑工地、道路、桥梁、人员等。按数据类型划分为属性数据和空间数据两大类，空间数据统一采用CGCS2000坐标系，基础地理信息数据是由自然资源部门提供高清的电子地图、影像地图。

在数据库建设中，采用经典的E-R（实体-关系）方法设计数据库的整体数据结构。以自然灾害突发事件为核心，设计平台核心实体-关系结构。数据存储部分由关系型数据库PostgreSQL和Redis组成，通过数据库驱动连接访问。

3 关键技术

3.1 开发框架

本平台基于J2EE Web与移动应用技术规范，使用Intellij IDEA2018、WebStorm2018进行开发。采用前后端分离的开发模式[11]，前端负责数据的展现与交互，后端负责业务逻辑的实现和服务接口的提供，前端和后端通过HTTP/HTTPS协议传输JSON/GeoJSON格式的数据，达到前后端解耦的目的（图4）。只要约定后端的服务接口，前端和后端可同时开发，后端的服务接口只要一次开发就可供多种前端平台共用。

图4 技术架构图Fig.4 Technical architecture diagram

前端采用MVVM（Model-View-ViewModel）设计思想，Model代表数据模型，定义数据修改和操作的业务逻辑，View代表界面组件，负责将数据模型展现；ViewModel是一个同步View和Model对象。浏览器端选用遵循MVVM思想的Vue框架。其中，ElementUI提供丰富的UI组件库，快速实现页面展示；Echarts提供丰富的图表可视化组件，快速制作图表和大屏；Vueroute负责路由管理；Axios负责与后端的交互，用于转换请求数据和响应数据。支付宝小程序开发同样遵循MVVM思想，由AXML模板、ACSS样式、JSON配置、JS文件构成。AXML文件用来编写页面的标签和骨架；AXSS文件用于编写小程序的样式，JSON文件用来配置页面的样式，JS文件用来编写小程序的页面逻辑，通过Javascript和各类组件开发系统。

后端采用Jersey+Spring+Mybatis框架。资源层主要是由Jersey框架负责，生成Restful风格服务，响应客户端请求；服务层处于资源层和持久层（Dao层）之间，完成操作业务逻辑的封装。Mybatis框架对持久层提供支持，负责数据库访问和操作，包括增、删、改、查等；Spring作为管理容器，负责应用对象的创建、初始化、销毁以及对象间关联关系的维护。

3.2 WebGIS技术

WebGIS是地理信息系统与互联网结合产物，为实现地理信息数据的共享与互操作提供了途径[12−13]。它是一种分布式的地理信息系统，由服务器端和客户端构成，客户端一般指浏览器，也可以是其它应用程序，实现对空间数据采集、存储、查询、分析、显示等。

通过WebGIS提供在线的GIS服务，例如电子地图矢量瓦片服务、符号化配置、位置服务、缓冲区分析、空间分析、电子围栏等GIS功能。结合风险防控与应急救援的业务逻辑和GIS能力，提供一处发布，多用户跨平台共享和更新能力。

3.3 数据检索技术

面对应急大规模数据检索时，数据库本身自带的检索性能会显著降低，无法满足实时数据检索的需求。使用Solr搜索引擎能解决上述问题。Solr专注于企业级搜索服务管理，其底层的核心技术通过Lucene实现。Lucene采用倒排索引方法建立高效索引文件，通过中文分词、GeoHash编码、Quard编码技术分别建立分词和空间索引。SolrCloud是Solr的重要组件之一，基于Solr和Zookeeper实现，提供分布式的全文检索服务[14]。通过SolrJ开发接口构建了一个面向自然灾害业务的数据检索模型，主要包括数据源设置、数据表索引映射、分词库设置、索引库建立、数据更新策略、检索服务等，提供数据实时搜索服务、空间检索服务以及多条件组合检索等。

3.4 动态配置技术

为提升平台通用性、灵活性以及快速响应能力，满足自然灾害灾种扩展和需求变化，平台引入流程引擎、数据模板和元数据技术，将业务数据表结构信息、数据字典分别进行管理。通过WKT（Well-known text）格式表示矢量几何对象、空间参照系统及进行空间参照系统之间的转换，扩充业务表结构的空间能力。基于数据表结构，通过配置化手段创建符合业务要求的动态录入表单、移动表单、共享表单、填报流程、校验规则以及统计报表模板。

4 浙江省实践应用

自然灾害风险防控和应急救援平台于2020年梅汛期在浙江省投入运行。依托一体化智能化公共数据平台，汇聚气象、水利、自然资源、建设、农业农村、应急等16个部门216项数据，形成全省统一的自然灾害综合数据库，数据资源达1亿多条，并实现了数据实时动态管理。图5是集成数据资源目录，包括26.8万基层防汛防台责任人，958位自然灾害领域专家，704支救援队伍，19 133个避灾场所和3 595个物资储备点，9 195个地质灾害风险防范区，14 895个小流域山洪风险区，293个城市易涝点，2 506个平原洪水影响区以及水利工程、城镇和农村危房、建筑工地等易受台风洪涝影响的重点场所和近10年来各地历史受灾信息。

图5 数据资源目录显示界面Fig.5 Data resource catalog interface

2021年第6号台风“烟花”于7月l8日2时生成，22日至26日持续影响浙江省，气象、水利、自然资源等部门分别发布不同等级专业预警，平台依托动态风险模型综合各专业部门预警及县（市、区）各类受威胁人员情况，生成以县域为基本单元的综合风险动态五色图。图6是25日23时生成的综合风险动态五色图，为未来24 h全省台风防御工作提供直观综合风险预警。

图6 风险五色图Fig.6 Five-colored map of risk

根据台风“烟花”路径、预报降雨及实时降雨等信息，省防指工作人员利用平台进行空间分析，不间断计算台风影响区域内风险防范区受威胁人员应转移数，下发各地复核；市、县两级防指根据各地实际风险状况排查应转移对象，滚动确认应转移人数，并在平台上实时更新；县（市、区）防指适时启动人员转移事件，乡、村两级利用“二维码”梯次组织人员转移（图7左）；移动端实时呈现人员转移情况，各级防指对人员转移率较低的地区进行督促监督指导（图8）。图9为7月26日15时的防汛防台人员转移截图，全省重点危险区应转移人数10.2万人，建筑工地应转103.7万人，所有地市均完成了全部人员转移，转移率均达到100%。

图7 二维码（报平安、通行码）Fig.7 QR code(Safety check, passphrase)

图8 移动端界面（人员转移）Fig.8 Interface of mobile terminal(Personnel transfer)

图9 指挥驾驶舱（人员转移动态展示）Fig.9 Commend compartment(Personnel transfer dynamic display)

在“烟花”台风防御过程中，省防指工作人员通过平台为抢险救援专家、队伍和物资运送等人员赋绿色二维码（图7右），授予高速公路免费通行、优先乘坐公共交通工具和允许进入由公安部门管控的现场救援区域等权限，使其快速到达现场，参与抢险救援。

各地通过平台提交物资调拨申请，在线快速生成抢险物资调拨方案，台风影响期间省防指紧急调拨19.88万件各类抢险物资（图10），驰援宁波、湖州、嘉兴、绍兴和舟山等地，4 h内全部送达。

图10 物资前置情况统计表Fig.10 Statistical table of material of advance allocated

5 结语

文中提出一种适应自然灾害常态减灾和非常态救灾情景下的自然灾害风险防控和救援平台的设计方案。与以往的单一灾害风险防控解决方案相比，文中平台不仅改变了分散化、碎片化的风险防控方式，而且从整个自然灾害突发事件应对过程出发，对日常管理、风险识别、风险研判、监测预警、研判管控、应急救援、灾害恢复进行了全面解析，构建了防抗救一体化的综合业务平台。该平台利用移动互联网、数据检索、动态配置、WebGIS等技术搭建一个自然灾害综合业务系统，构建横向到边、纵向到底、反应敏捷、支撑有力、多元协同的自然灾害风险防控信息化管理体系，有效打破职能部门间的信息壁垒，整合共享自然灾害信息资源，实现了跨领域、多灾种、全流程的自然灾害风险闭环管理和精准管控的目标。