基于微信的地市级地震信息服务系统开发与应用

任忠,丛培历,李嘉昕,张瑞华,蔡宗文

(1.包头市地震局, 内蒙古 包头 014010;2.福建省海洋地震观测中心,福建 厦门 361021)

0 引 言

随着城市化、现代化和网络化进程加速,人们对生命线工程的依赖程度越来越高,各产业链之间的相互关联更加紧密,城市减灾与地震安全问题日益突出。地震发生后,各级地震部门作为第一响应人,在新技术和新需求的双重推动下,提高信息化服务本领、主动服务社会,是防震减灾事业现代化的必然要求。目前,国家与省级地震部门具有完善的地震公共服务系统。福建省地震局自2012年起率先开发部署了地震微信公众服务平台,为社会大众提供震后行为指导服务[1-2]中国地震台网中心推出了地震信息播报机器人系统[3],解决了地震信息公共服务内容供给不足的问题,大大提升了地震信息公共服务能力与水平;多个省局也构建满足震情发布与灾情获取与快速评估评估的信息服务体系[4],为社会公众提供统一、权威、高效、快捷的防震减灾综合信息服务。

包头市是内蒙古自治区最大的重工业城市,位于河套地震带中部,主城区有两条活断层通过,发生破坏性地震的潜在危险性高,地震形势复杂严峻,被国务院列为国家地震重点监视防御城市。近年来,包头市地震局建成了自治区首个盟市级测震台网和预警台网,地震监测能力和速报能力得到全面提升。面对潜在的地震风险和灾害,传统的应对地震方式,服务产品单一、专题资料产出速度慢、震情与灾情信息传递不通畅,不能满足政府抗震救灾决策需求和社会公众日益增长的地震安全需求。在新技术倒逼、社会公众应急避险需求和政府决策需求倒逼的情况下,作为地市级地震部门,提升地震公共服务能力和信息化水平是当务之急,急需建设一套地震信息一体化服务系统,在破坏性地震发生后的关键时间段发挥关键作用。本系统相较于已有的公众震情服务系统在服务能力上具有较大的提升,实现了一个公众服务号下公众及政府服务功能自动切换,地震专题服务及公众服务无缝对接。本系统提供的应急服务产品更加丰富,在为社会公众提供震情服务和应对避险服务的同时,注重地震部门、政府应急部门的需求,利用微信快捷和双向互动的特点,在本地及周边较大地震发生时为政府应急部门提供震时防灾救灾辅助决策基础数据,同时在非震时提供更加接近实战的地震模拟演练场景。

1 系统设计

1.1 系统架构设计

建立一个能够综合管理地震信息、提供信息共享的多源多信息数字化系统,实现地震信息综合管理,为各级应急管理人员提供一个先进便捷的管理平台及决策支持系统。系统以“智能、专业、高效”为准则,基于移动智能终端的可视化软件系统,系统由前端及后端组成。前端通过微信平台为用户提供HTML5个性化服务,后端以WEB方式对系统数据进行分析、产出、管理等服务。在大量调研、认真考察和收集本地区地震项目统计资料的基础上,搭建以本地区地震地质资料、交通、人口、避难场所、救援力量以及科普资料为主的基础数据库;采用LBS技术、GIS技术、图像预处理技术、Ajax技术、大数据分析及数据挖掘等技术,利用本地化地震影响场模型及地震应对模型,依据本地应对策略,快速产出震情服务、地震应对、地震专题等丰富的应急产品,并且通过微信平台实时对外发布。系统通过自动获取中国地震台网中心地震速报数据或手动输入模拟演练地震参数,以此为触发条件,自动产出各类应急产品,根据不同策略的人员分类,通过微信平台实时推送信息服务;利用本地化地震影响场模型及地震应对模型,为不同位置人员提供地震震情、地震应对服务,为政府相关部门提供专题报告、专题图件以及演练指导服务,其主要技术框架(图1)。

图1 系统技术构架

1.2 系统功能设计

针对社会公众以及政府工作的需求,系统在功能上由震情服务子系统、地震应对子系统、专题服务子系统、后台管理系统组成(图2),所有系统都统一集成到包头市地震信息服务平台上。社会大众与政府相关部门成员通过信息分组服务,利用微信公众服务号提供的个性化微信菜单实现系统功能分组定制,提供以下服务:为社会公众提供震情速报信息、地震烈度影响分析、历史及周边地震查询服务,以及震时地震应对及震后行为指导服务、避震规划、救援力量查询、地震知识浏览、地震灾情反馈服务、知识竞答服务以及地震动区划查询服务;为政府相关应急部门提供专题图件、专题报告发布及审核服务,为救灾决策指挥提供数据支撑;为人员密集场所、大型企业、生命线工程和市县级地震应急机构提供演练指导服务;为地震部门自动获取灾情及烈度反馈、各类宏观异常上报资料,以微信模板消息的形式向地震部门快速推送;后台管理提供微信前端个性化菜单维护,用户分组管理以及功能定制等功能。

图2 地震微信公众服务系统功能设计

图3 震情推送与地震应对服务

2 系统开发

2.1 开发模式

系统开发采用B/S开发模式,以PHP+MYSQL结合JavaScript(以下简称JS)编程语言作为开发工具。服务器开发语言为IIS+PHP,客户端采用Html结合JS,数据库采用MySQL。开发框架采用Bootstrap快速开发 Web 应用程序的前端工具包,实现统一界面、统一登录、统一风格的页面,使系统能同时满足目前主流网页浏览器应用,实现电脑浏览器及手机平台自适应服务。地图系统采用百度地图JSAPI,利用图像预处理技术、LBS技术、AJAX技术实现WEBGIS地图服务,通过底层开发进行矢量数据MySQL数据入库,编制矢量数据叠加、展示、距离计算等功能模块,实现GIS地图放大缩小、地图测距、地图漫游、地图检索。

2.2 数据库设计

结构化的表格数据由关系数据库系统MySQL管理, 关联数据将数据保存在不同的表中,而不是将所有数据放在一个大的仓库内。包括地震目录数据、避难场所数据、救援力量数据、数据字典数据以及控制数据数据表等组成,各个数据表之间通过关键字进行连接。

2.3 基础地理数据挖掘

基础地理信息数据库由电子地图数据库组成。电子地图数据库作为系统的地图支撑,包含线化电子地图、影像电子地图、晕渲电子地图三种风格的地图,可切换使用,能够满足地震应急指挥各方面的需要。构建目标经纬度范围内不同级别对应栅格图片网站链接地址,采用影像网络爬虫技术对反映包头市现状的适合社会大众及政府决策支持的百度栅格影像地图进行爬取,根据影像数据的新旧程度定时自动分级获取包头市全区卫星影像地图、道路交通等基础数据实现数据库矢量化以及栅格化保存与加工。

2.4 地震烈度影响场选择

由于受地质构造的影响,地震烈度等震线的内部一般呈椭圆型,由不同地区地震烈度内圈等震线的长轴与短轴长度之比的差异,可以反映地震影响程度及破坏程度。不同地震受场地地形、场地条件等的影响,其地震影响场存在较大差异,利用地震断裂构造及历史地震资料所建设的地震构造背景划分资料库,根据发震位置及所处构造背景识别地震破裂方向,确定地震烈度衰减的长轴方向,并充分利用地震影响场分析确定不同位置地震烈度以及对应地震影响程度。系统中直接采用第五代地震动区划图(GB 18306-2015)编制所使用东部强震区地震烈度衰减关系模型(表1)[5],该模型可以保证衰减关系在R=0时烈度相等,中间距离保持长短轴烈度的差别,远场等震线为圆形,即椭圆长短轴衰减曲线趋于重合[6]。

表1 椭圆长短轴衰减关系系数

中国东部强震区地震烈度衰减关系模型公式为:

I=A+BM+Clg(R+R0)

(1)

上式中,I为影响烈度,M和R为震级和震中距,A、B、C、和R0为回归参数。

2.5 地震应对模型建立

建立避难场所和救援队基础数据库,利用社会大众微信反馈的LBS信息,获取用户的位置经纬度坐标信息,通过百度坐标变换,利用地震烈度衰减关系,确定所处位置地震影响烈度大小,通过不同地震烈度应对方法,向社会大众、政府自动推送应对措施。采用最优或最短路径算法确定受灾市民住所(所处位置)地震应急避难路线,建立应急避难处置模型,确定避难规划路线。

2.6 地震专题信息生成

利用地震专题信息模板化技术,根据地震规模大小及可能对本地各个乡镇可能影响大小结合人口数据进行地震震情及灾情初步评估,自动合成各类专题图片以及专题报告信息。包括震中分布图、烈度影响图、断层分布图、人口热力图、等专题图件,同时自动生成各种应急决策信息模板,包括值班信息报告、震情通告、震情简报等专题资料。

3 系统应用

3.1 震情推送与地震应对服务

采用高性能、分布式内存对象缓存系统Memcahe以及分布式数据库技术,通过在内存中缓存的巨大hash表,存储包括图像、文件、索引、SQL语句结果等数据,利用数据库读写分离技术,提升读取数据读取效率,实现大数量的地震震情及地震应对措施一对一并行推送服务。对接中国地震台网正式对外发布的速报信息,采用上述地震椭圆衰减(震源深度校正)模型快速估算震中烈度和用户所在位置烈度及震感信息,采用地震震时应对模型,计算用户所在位置地震影响烈度,向社会公众快速推送烈度影响、应对措施、避难规划及应急救援力量查询等个性化服务。

3.2 地震应急专题服务

(1)针对震时应急实际需求,在系统自动获取包头市或包头市附近有影响地震自动速报或正式速报信息后,当识别到包头市本地发生的地震或对包头影响烈度达到2度的地震时,自动向地震部门人员及授权应急指挥成员以微信模板方式推送地震震情通报、地震灾害信息以及应急状态信息。同时通过灾害估计模块准实时产生的应急专题图件、专题资料以及专题报告并以个性化微信菜单方式为授权人员提供查询、浏览服务,并在应急期结束时自动停止服务。其地震应急信息服务产品主要包括震中分布图、烈度影响图、断层分布图(显示地震距断层垂直距离)、不同时间尺度、不同范围、不同震级历史地震分布图、台站分布图、人口热力图、震中附近行政图(周边县市、乡镇)、公路、铁路道路交通等专题图件,同时自动生成各种应急决策信息,包括值班信息报告、震情通告、震情简报等内容(图4),提升了地震部门的信息服务能力与水平,有效支撑了政府部门的地震应对工作。

图4 地震专题

(2)针对地震部门、大型企业和学校非震时模拟演练,专门开发了演练专题模块。系统可以人工输入应急演练模拟地震的参数,通过服务器后台服务的方式,自动产出各类应急专题资料(图5),可以通过电脑终端、大屏幕以及手机终端方式进行实时查看准时自动产生地震灾害图文信息,增强地震应急演练的实战效果。

图5 模拟演练场景构建

图6 后台管理模块

3.3 后台管理

针对地震部门和政府指挥机构的实际需求,开发以电脑客户端授权形式的后台管理模块。后台系统包括微信服务菜单定制、应急指挥部成员菜单定制、关注用户分组、用户组别设定、用户日志管理、应急专题资料管理、灾情上报信息管理等功能。能对应急指挥部成员提供专题图件、专题资料进行定制管理,也可以对系统自动产生的专题资料信息进行编辑、维护、审核、发布,能为政府应急工作提供更加丰富的地震信息服务产品。

4 结 语

自然灾害中,地震是群灾之首,提供高效快捷的震情服务和专题信息服务是减少灾害损失、保持社会稳定的有效手段。地震发生后的30分钟是地震部门发挥作用的关键时间段。包头地震信息服务系统自成功开发与应用以来,经过实际震例检验,为包头市社会公众、市县级地震部门以及政府在地震应急响应、处置、救援等应急行动中提供了快速决策参考信息,凸显了地市级地震部门在履行防震减灾“促一方发展、保一方平安”的职责担当,收到良好的社会和减灾效益。包头地震信息服务系统与其他信息服务系统相比较,有以下特点:一是变被动服务为主动服务,为社区、学校、公众、政府的地震科普、地震应对、应急响应等提供了新的传播媒介;二是有效拓展社会大众、学校、社区获取地震科普知识渠道,体现了地震部门以人民为中心的服务理念,增强应对地震突发事件的能力,减少社会恐慌,减轻地震损失三是在服务能力上具有较大的提升,实现了一个公众服务号下公众及政府服务功能自动切换,地震专题服务及公众应对服务无缝对接,地震信息资源高度共享;四是有利于地震应急指挥部成员的管理,为指挥部成员快速提供自动生成的地震专题图、专题决策辅助报告,提升政府部门地震应对效率,为政府相关应急决策提供快速辅助支持。基于以上优点,本系统的实现,为其他州市级地震部门提供参考和借鉴,具有较好的推广价值。

目前关注人群和宣传覆盖面不够,随着震例的积累和服务面的扩大,包头市地震局通过实践不断探索适合本地区的地震应急信息社会化应用和服务新模式,扩大与新媒体平台的对接力度,进一步扩大服务范围,更好地发挥州市级地震部门的作用。