長白山天池火山監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)研究1

張 羽1) 馮啟民2) 劉瑞豐3) 楊清福1)

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長白山天池火山監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)研究

張 羽馮啟民劉瑞豐楊清福

1）吉林省地震局，長春 130117 2）中國海洋大學(xué)，青島 266100 3）中國地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

長白山天池火山是我國最具潛在噴發(fā)可能的活火山，至今尚未建立和提出火山監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)的構(gòu)建技術(shù)。本文分析討論了國外多個(gè)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)案例，借鑒國內(nèi)外成熟思路，得出一套適應(yīng)長白山天池火山地理和火山監(jiān)測(cè)手段的火山監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)。研究結(jié)果表明，火山監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)可提供海量數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)與管理，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)處理，危險(xiǎn)性分級(jí)，災(zāi)情、災(zāi)評(píng)信息速報(bào)，預(yù)警級(jí)別發(fā)布，信息傳播與共享功能。具有為政府應(yīng)急決策、公眾逃生避險(xiǎn)、重大工程實(shí)施緊急處置提供及時(shí)火山預(yù)警服務(wù)的實(shí)際意義。

火山災(zāi)害 火山預(yù)警平臺(tái) WebGIS ArcGIS

引言

長白山天池火山是一座活火山，在1萬年以來曾有過多次噴發(fā)，包括距今5000年、距今4000年、公元946年（Xu等，2013）、公元1668、1702年和公元1903年的噴發(fā)（Yu等，2013）。天池火山位于西太平洋板塊俯沖帶前緣，西太平洋板塊向西俯沖為天池火山活動(dòng)提供了動(dòng)力條件。初步的深部物探和地震層析成像結(jié)果顯示，天池火山下存在地殼和地幔雙層巖漿房，具有再次噴發(fā)的物質(zhì)基礎(chǔ)。特別是公元946年的噴發(fā)屬于爆炸式大噴發(fā)（魏海泉等，2004；Wei等，2013），原始森林被燃燒成到處可見的炭化木；火山泥石流沿松花江擴(kuò)展到吉林市豐滿一帶，仍可見15m厚的堆積物；火山灰向東擴(kuò)散到了2000km之外的千島群島。因此，針對(duì)長白山天池火山深入開展預(yù)警技術(shù)研究，研發(fā)符合實(shí)際需求的預(yù)警平臺(tái)是十分必要的。

火山噴發(fā)預(yù)警相對(duì)地震預(yù)警而言，地震發(fā)生更具突然性，火山噴發(fā)相對(duì)有一個(gè)可監(jiān)測(cè)的過程；地震發(fā)生的地點(diǎn)和時(shí)間都有很大的不確定性，火山噴發(fā)地是確定的，其噴發(fā)初始期多具一些活動(dòng)形態(tài)的顯示，相對(duì)地震預(yù)報(bào)而言，噴發(fā)預(yù)測(cè)難度相對(duì)較低。火山災(zāi)害的應(yīng)急對(duì)策和措施與地震災(zāi)害應(yīng)急對(duì)策和措施有很多相似之處，災(zāi)害應(yīng)急管理的基本程序和規(guī)則基本是一致的，加之可以借鑒國外火山災(zāi)害應(yīng)急對(duì)策的成功經(jīng)驗(yàn)，這些技術(shù)都為預(yù)警平臺(tái)的建設(shè)提供了現(xiàn)成的技術(shù)基礎(chǔ)。本文借鑒國外火山災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)和國內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合吉林省地震局現(xiàn)有火山監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)和災(zāi)害應(yīng)急指揮場所基礎(chǔ)設(shè)施，設(shè)計(jì)了長白山天池火山監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)（以下簡稱平臺(tái)）構(gòu)建技術(shù)方案。

1 平臺(tái)需求分析

1.1 研究現(xiàn)狀

美國地質(zhì)勘探局提出火山預(yù)警框架（Ewert等，2005），對(duì)1980年以來美國火山活動(dòng)趨勢(shì)、地質(zhì)調(diào)查、火山監(jiān)測(cè)綜合評(píng)價(jià)，提出了火山災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因子識(shí)別和預(yù)警區(qū)劃技術(shù)。日本政府通過國際合作，提出了國家災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)（Government of Japan，2006），用于提高應(yīng)對(duì)海嘯、地震、火山、天氣等自然災(zāi)害防御能力。印尼能源和礦產(chǎn)資源部提出地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)（Wirakusumah，2003），應(yīng)用火山監(jiān)測(cè)識(shí)別與決策技術(shù)，有效減輕和應(yīng)對(duì)印尼地質(zhì)災(zāi)害。近年火山預(yù)警系統(tǒng)在世界多火山國家迅速發(fā)展，美國、日本、印尼、菲律賓、冰島等國家均建立了火山預(yù)警系統(tǒng)。1991年噴發(fā)的皮納吐坡火山成功應(yīng)對(duì)案例（Raymundo等，2003），更充分說明建設(shè)火山預(yù)警系統(tǒng)的必要性和緊迫性。

雖然火山監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)在我國是第一次，但已經(jīng)具備了建設(shè)此系統(tǒng)的技術(shù)和方法。中國地震局對(duì)火山的監(jiān)測(cè)已經(jīng)進(jìn)行了20多年。1999年建成了長白山火山監(jiān)測(cè)站，建立了初級(jí)火山觀測(cè)系統(tǒng)，已獲取了多種和大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)火山噴發(fā)活動(dòng)進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測(cè)，掌握了火山活動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，能把握火山活動(dòng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)（許建東，2011），為預(yù)警平臺(tái)提供了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和火山活動(dòng)動(dòng)態(tài)。通過本文研究成果的實(shí)施，將進(jìn)一步擴(kuò)大監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)的覆蓋范圍，增加監(jiān)測(cè)手段，提升預(yù)測(cè)的精度，更全面地監(jiān)視火山的活動(dòng)狀態(tài)，為預(yù)警平臺(tái)建設(shè)提供數(shù)據(jù)依據(jù)（楊清福等，2007）。

多年來，中國地震局為了達(dá)到最大限度地減輕地震災(zāi)害的目標(biāo)，自1999年起開始研制基于GIS的地震應(yīng)急輔助決策信息平臺(tái)，經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)從單機(jī)版發(fā)展成網(wǎng)絡(luò)版，實(shí)現(xiàn)了異地空間數(shù)據(jù)的同步操作、實(shí)時(shí)共享（許建東等，2005）。從地震災(zāi)害范圍預(yù)測(cè)，地震災(zāi)害預(yù)測(cè)，災(zāi)害區(qū)劃，到現(xiàn)場災(zāi)害信息采集、處理、標(biāo)識(shí)；從應(yīng)急預(yù)案到智能制定應(yīng)急輔助對(duì)策；從信息集成到應(yīng)急信息發(fā)布等方面均達(dá)到了國際的先進(jìn)水平，標(biāo)志著我國基于WebGIS的平臺(tái)開發(fā)技術(shù)已經(jīng)高度成熟（劉讓圖等，2013）。

1.2 滿足預(yù)警級(jí)別判定需求

利用火山地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、火山形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、火山流體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、影像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)資源，處理產(chǎn)出火山活動(dòng)特征類信息、火山噴發(fā)危險(xiǎn)標(biāo)志類參數(shù)信息、火山預(yù)警類信息、火山災(zāi)害預(yù)警發(fā)布和應(yīng)急對(duì)策類信息；跟蹤災(zāi)情，匯集處理災(zāi)害信息，產(chǎn)出災(zāi)害區(qū)劃、應(yīng)急需求、應(yīng)急行動(dòng)指令等信息服務(wù)產(chǎn)品；日常產(chǎn)出大量常規(guī)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，對(duì)原始數(shù)據(jù)和各種數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，對(duì)火山噴發(fā)危險(xiǎn)性和預(yù)警級(jí)別進(jìn)行判定，從而判定火山處于平靜、動(dòng)蕩、臨界和噴發(fā)危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)分析。平臺(tái)建設(shè)滿足火山活動(dòng)跟蹤、火山危害預(yù)警、火山災(zāi)害應(yīng)急、政府救援決策和科學(xué)研究提供全面、可靠的信息服務(wù)需要。

1.3 滿足火山災(zāi)害救援需求

為了有效減輕火山災(zāi)害，世界多火山國家和地區(qū)在提高建設(shè)工程抗御火山災(zāi)害標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還十分重視火山預(yù)警平臺(tái)的建設(shè)?；鹕絿姲l(fā)是有初動(dòng)征兆的，而且火山大規(guī)模噴發(fā)有一個(gè)過程。預(yù)警平臺(tái)就是利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)跟蹤火山區(qū)活動(dòng)信息，發(fā)現(xiàn)火山噴發(fā)前兆信息并發(fā)出預(yù)警。通過可能造成的破壞范圍和程度快速估計(jì)，制定出有效對(duì)策措施，發(fā)布應(yīng)急對(duì)策指令。爭取在火山災(zāi)害到達(dá)城市、村鎮(zhèn)和重大工程場地前，撤離、疏散人員，實(shí)施緊急處置措施，達(dá)到減輕災(zāi)害、減少經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡的目的。

為了迅速制定火山災(zāi)害的應(yīng)急決策以及開展快速救援行動(dòng)，必須首先了解火山災(zāi)害的影響程度和范圍，及時(shí)把握災(zāi)區(qū)的火山災(zāi)害總體情況。平臺(tái)具有跟蹤災(zāi)情現(xiàn)場和應(yīng)急行動(dòng)狀況的功能，快速確定重點(diǎn)救災(zāi)區(qū)域，根據(jù)災(zāi)情產(chǎn)出應(yīng)急決策。為緊急人員救助提供依據(jù)，可以爭取時(shí)間，迅速救出被埋壓人員。另外，火山災(zāi)害發(fā)生后，極易導(dǎo)致公眾的恐慌與混亂，嚴(yán)重影響社會(huì)秩序，通過向全社會(huì)公布災(zāi)情信息，有助于加強(qiáng)正面宣傳和輿論引導(dǎo)，保障公眾與社會(huì)知情權(quán)，避免不必要的恐慌，有助于維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定和有秩序地應(yīng)急響應(yīng)。

1.4 滿足預(yù)警信息服務(wù)需求

平臺(tái)是整個(gè)“長白山天池火山監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目”的應(yīng)用部分，是信息服務(wù)窗口。它直接面對(duì)各類型的服務(wù)對(duì)象，承擔(dān)著火山災(zāi)害預(yù)警發(fā)布、災(zāi)情發(fā)布和應(yīng)急對(duì)策信息的發(fā)布任務(wù)。為政府部門、企事業(yè)單位和民眾提供步調(diào)一致的應(yīng)急行動(dòng)信息。只有將這些信息迅速發(fā)送給服務(wù)用戶，才能最終實(shí)現(xiàn)本工程的防災(zāi)減災(zāi)目標(biāo)。該系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地工作，將最終決定整個(gè)項(xiàng)目總體效益的發(fā)揮。

國務(wù)院、省、地市級(jí)抗震救災(zāi)指揮中心在接收到火山預(yù)警信息后，根據(jù)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，迅速啟動(dòng)應(yīng)急系統(tǒng)，通過信息發(fā)布系統(tǒng)，為火山應(yīng)急救援提供信息和技術(shù)支持。利用火山預(yù)警信息，快速啟動(dòng)國務(wù)院和省級(jí)抗震救災(zāi)指揮中心應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)，可以大幅度地縮短應(yīng)急救援的響應(yīng)時(shí)間，最大限度地減輕火山災(zāi)害損失。

國家級(jí)電視臺(tái)和廣播電臺(tái)、省級(jí)電視臺(tái)和廣播電臺(tái)等部門接收到火山預(yù)警信息后，可以快速地告知民眾，采取緊急疏散措施，最大限度減輕人員傷亡。大型企業(yè)單位、重大工程、生命線工程等部門可利用預(yù)警信息，采取緊急救災(zāi)措施，減少經(jīng)濟(jì)損失。

2 平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)路線

吉林省地震局“十五”期間已建成實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)多手段傳輸信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，地震應(yīng)急指揮系統(tǒng)，辦公樓區(qū)有近900m的空間可作為應(yīng)急指揮場所、公眾展示場所、機(jī)房、操作室、指揮室、新聞發(fā)布室，滿足平臺(tái)建設(shè)的基建要求。在此基礎(chǔ)上建立火山監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火山活動(dòng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，為火山噴發(fā)危險(xiǎn)性分析和預(yù)警級(jí)別判定提供基礎(chǔ)信息。建立火山噴發(fā)危險(xiǎn)性識(shí)別與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、現(xiàn)場災(zāi)情速報(bào)與損失評(píng)估、應(yīng)急預(yù)案與對(duì)策信息服務(wù)為一體的火山監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，為政府應(yīng)急決策、公眾逃生避險(xiǎn)和應(yīng)急救援行動(dòng)提供及時(shí)的火山災(zāi)害預(yù)警信息服務(wù)，為有效減輕火山災(zāi)害發(fā)揮重要作用。

平臺(tái)由數(shù)據(jù)匯集與存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析與成像系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與判定系統(tǒng)、災(zāi)害預(yù)測(cè)與應(yīng)急系統(tǒng)、災(zāi)情速報(bào)與評(píng)估系統(tǒng)、信息分析與發(fā)布系統(tǒng)、火山監(jiān)測(cè)預(yù)警中心預(yù)警信息顯示系統(tǒng)、火山監(jiān)測(cè)預(yù)警中心機(jī)房與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)8個(gè)部分組成（圖1）。其中，前6部分主體為方法和軟件設(shè)計(jì)，后2部分屬基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

2.1 數(shù)據(jù)匯集與存儲(chǔ)系統(tǒng)

多源多學(xué)科數(shù)據(jù)合理、全面的存儲(chǔ)于規(guī)范化、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中，是平臺(tái)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫根據(jù)現(xiàn)實(shí)性可分為實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)庫和非實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)庫兩類（圖2）。實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)庫定義為火山監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，用于存儲(chǔ)火山監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)牡卣饠?shù)據(jù)、形變數(shù)據(jù)、流體數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)。非實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)庫經(jīng)過數(shù)據(jù)入庫工程開展的數(shù)據(jù)資源調(diào)查評(píng)估、多源數(shù)據(jù)耦合與挖掘、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理、數(shù)據(jù)入庫一系列工作形成的海量數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量達(dá)TB級(jí)。非實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)庫根據(jù)學(xué)科和功能的需要分為5類，分別是：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、火山活動(dòng)數(shù)據(jù)庫、火山災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫、火山對(duì)策應(yīng)急響應(yīng)數(shù)據(jù)庫、火山預(yù)警模型知識(shí)庫。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)選用ArcGIS規(guī)范化的地理信息數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)，Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)嚴(yán)格規(guī)范化、可維護(hù)性強(qiáng)、高移植性、運(yùn)行穩(wěn)定并高效、少有數(shù)據(jù)安全隱患。

2.2 數(shù)據(jù)分析與成像系統(tǒng)

對(duì)數(shù)據(jù)的處理、管理、成像操作是當(dāng)今災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)具有的基本功能，結(jié)合本地化特色和功能要求，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)分析與成像系統(tǒng)（圖3）。數(shù)據(jù)處理功能是將火山監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)中心實(shí)時(shí)傳輸?shù)卣?、形變、流體、影像數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的處理，研發(fā)地震數(shù)據(jù)處理、形變數(shù)據(jù)處理、流體地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理、影像觀測(cè)系統(tǒng)4個(gè)子功能應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)管理功能是對(duì)數(shù)據(jù)庫中的海量數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用，研發(fā)消息交換與參數(shù)管理、地震參數(shù)速報(bào)、數(shù)據(jù)庫管理、運(yùn)行監(jiān)控與展示服務(wù)4個(gè)子功能應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)成像功能是對(duì)數(shù)據(jù)庫中的多學(xué)科數(shù)據(jù)綜合分析和成圖，包括研發(fā)火山區(qū)域多尺度三維地形成圖、火山區(qū)域?qū)嶓w分布仿真成圖、流體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間序列分析成像、形變監(jiān)測(cè)三維反演成像、火山地震活動(dòng)動(dòng)態(tài)三維模擬、火山噴發(fā)三維場景模擬6個(gè)子功能應(yīng)用程序。通過數(shù)據(jù)的處理、管理、成像功能的實(shí)現(xiàn)，揭示火山活動(dòng)性變化規(guī)律，深層次挖掘動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)隱含的火山活動(dòng)特征信息。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與判定系統(tǒng)

火山噴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是指火山噴發(fā)的可能性，火山預(yù)警級(jí)別判定是指判別應(yīng)急響應(yīng)的級(jí)別。兩者既有聯(lián)系又有區(qū)別，各自的確定方法不同，作用也不同（圖4）。火山噴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別基于火山噴發(fā)相關(guān)模型和指標(biāo)體系，利用火山監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以及火山噴發(fā)危險(xiǎn)性指標(biāo)集，綜合火山噴發(fā)危險(xiǎn)性識(shí)別的專家意見，產(chǎn)出火山危險(xiǎn)性識(shí)別軟件產(chǎn)品，為火山噴發(fā)預(yù)測(cè)、預(yù)警級(jí)別判定以及啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)提供重要依據(jù)。

火山預(yù)警級(jí)別判定是決定應(yīng)急的級(jí)別，它不僅要根據(jù)火山噴發(fā)危險(xiǎn)性會(huì)商的結(jié)論，而且要估計(jì)這種危險(xiǎn)性可能造成的危害風(fēng)險(xiǎn)，包括災(zāi)害范圍、災(zāi)害程度，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)帶來的影響，應(yīng)急行動(dòng)的規(guī)模等，要制定一套行政審報(bào)發(fā)布程序，嚴(yán)格遵守。一旦判定預(yù)警級(jí)別，就必須迅速采取相應(yīng)的有效應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)。發(fā)布的預(yù)警級(jí)別就是應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)的命令。

2.4 災(zāi)害預(yù)測(cè)與應(yīng)急系統(tǒng)

災(zāi)害預(yù)測(cè)將火山噴發(fā)危害風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別子系統(tǒng)產(chǎn)出的成果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到火山災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫、火山預(yù)警模型知識(shí)庫中，再通過火山噴發(fā)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃子系統(tǒng)產(chǎn)出災(zāi)害預(yù)測(cè)結(jié)果。預(yù)測(cè)結(jié)果可表示為火山噴發(fā)之前，估計(jì)出各種災(zāi)害在火山噴發(fā)的不同時(shí)段內(nèi)，可能發(fā)生的影響程度，便于各級(jí)政府有目標(biāo)的采取迅速有效的應(yīng)急措施，對(duì)防范減輕火山災(zāi)害至關(guān)重要。

應(yīng)急系統(tǒng)包括應(yīng)急預(yù)案編制工程和應(yīng)急對(duì)策制定子系統(tǒng)。通過建立應(yīng)急預(yù)案編制規(guī)范、區(qū)域級(jí)應(yīng)急預(yù)案編制、應(yīng)急法規(guī)建議共同組成應(yīng)急預(yù)案編制工程，并將成果數(shù)據(jù)入庫到火山預(yù)警模型知識(shí)庫，火山對(duì)策、應(yīng)急響應(yīng)類數(shù)據(jù)庫。應(yīng)急對(duì)策制定子系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫的海量信息匯集處理能力，依據(jù)現(xiàn)場災(zāi)情真實(shí)場景，以及現(xiàn)場應(yīng)急行動(dòng)進(jìn)展情況，科學(xué)制定應(yīng)急響應(yīng)建議（聶高眾等，2011）。災(zāi)害預(yù)測(cè)與應(yīng)急系統(tǒng)功能拓?fù)淙鐖D5所示。

2.5 災(zāi)情速報(bào)與評(píng)估系統(tǒng)

火山災(zāi)害發(fā)生時(shí)，災(zāi)情變化有很大不確定性，只有跟蹤掌握現(xiàn)場災(zāi)情狀況，再現(xiàn)真實(shí)的災(zāi)害場景，反映現(xiàn)場應(yīng)急行動(dòng)進(jìn)展情況，才能做出合理有效的應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)指揮決策（聶高眾等，2012）。災(zāi)區(qū)情況可通過兩類方法進(jìn)行描述，一是災(zāi)情速報(bào)子系統(tǒng)將災(zāi)區(qū)現(xiàn)場信息通過現(xiàn)場災(zāi)情信息集成處理與標(biāo)識(shí)、災(zāi)情短信匯集處理兩類通道，快速傳輸?shù)交鹕奖O(jiān)測(cè)預(yù)警中心的數(shù)據(jù)庫；二是災(zāi)害損失評(píng)估子系統(tǒng)依據(jù)數(shù)據(jù)庫海量資源，綜合評(píng)價(jià)現(xiàn)場災(zāi)情信息，產(chǎn)出實(shí)際損失的評(píng)價(jià)結(jié)果（圖6）。

現(xiàn)場災(zāi)情信息集成處理與標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)部署了多種途徑和方法跟蹤災(zāi)害真實(shí)情景，將有多種災(zāi)害數(shù)據(jù)信息需要處理，有多種情景需要標(biāo)識(shí)和再現(xiàn)。包括災(zāi)害類別、發(fā)生地點(diǎn)、危害程度等，也包括現(xiàn)場應(yīng)急行動(dòng)的進(jìn)程、問題、需求等。需要本子系統(tǒng)進(jìn)行災(zāi)情信息分類、數(shù)據(jù)處理、可視化標(biāo)識(shí)才能清楚地顯示出來。

災(zāi)情短信匯集處理基于建立培訓(xùn)專業(yè)與業(yè)余災(zāi)情速報(bào)員隊(duì)伍，利用移動(dòng)通信和基站定位技術(shù)，依托12322短信服務(wù)平臺(tái)及災(zāi)情速報(bào)員網(wǎng)絡(luò)，研制災(zāi)情調(diào)查信息的報(bào)送與災(zāi)情反饋信息的自動(dòng)處理子系統(tǒng)。

災(zāi)害損失評(píng)估在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖基礎(chǔ)上，利用區(qū)域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，研究各種災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致發(fā)生危害損失及其影響程度的估計(jì)模型，建立損失區(qū)劃方法，形成具有分析、判別以及數(shù)據(jù)可視化功能的災(zāi)害損失快速預(yù)估軟件產(chǎn)品。綜合現(xiàn)場災(zāi)情信息，產(chǎn)出實(shí)際損失的評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.6 信息分析與發(fā)布系統(tǒng)

信息分析與發(fā)布是平臺(tái)成果展示的窗口，包括空間數(shù)據(jù)高效管理服務(wù)、綜合數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)維護(hù)、信息發(fā)布與核心控制4類功能（圖7）。應(yīng)用程序設(shè)計(jì)選用符合ArcGIS標(biāo)準(zhǔn)的RIA開發(fā)模式，研發(fā)B/S訪問方式的系統(tǒng)軟件（盧廷玉等，2012），具備遠(yuǎn)程操作、異地維護(hù)、多源信息發(fā)布的特點(diǎn)。

空間數(shù)據(jù)高效管理服務(wù)是空間數(shù)據(jù)高效管理服務(wù)軟件，該軟件是基于地理信息環(huán)境下開發(fā)的，針對(duì)多源多種海量數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)調(diào)用、成圖顯示、數(shù)據(jù)更新等需求的應(yīng)用程序。旨在提高大型動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)組調(diào)用速度，方便大型關(guān)系數(shù)據(jù)群的查詢，提出優(yōu)化的分布式計(jì)算與圖形顯示的構(gòu)成方法。

綜合數(shù)據(jù)管理是將火山監(jiān)測(cè)預(yù)警中心和火山監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的遙測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，全部監(jiān)測(cè)目錄數(shù)據(jù)、臺(tái)站信息、現(xiàn)場信息反饋、監(jiān)測(cè)指標(biāo)等數(shù)據(jù)通過跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)導(dǎo)入或錄入至Oracle數(shù)據(jù)庫中，形成數(shù)據(jù)集成與積累，為火山危險(xiǎn)性會(huì)商、火山預(yù)警、應(yīng)急對(duì)策、災(zāi)情預(yù)測(cè)與速報(bào)、應(yīng)急信息發(fā)布等系統(tǒng)服務(wù)。

系統(tǒng)維護(hù)提供必不可少的輔助功能，定義系統(tǒng)的使用、簽發(fā)、公文發(fā)放的部門與人員的權(quán)限，以保證系統(tǒng)及模塊使用的安全、有效；形成固定模式的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，便于系統(tǒng)使用；對(duì)數(shù)據(jù)成果定期備份；為用戶提供系統(tǒng)使用幫助說明。

信息核心控制是平臺(tái)的神經(jīng)中樞，整個(gè)平臺(tái)的消息轉(zhuǎn)控中心。它負(fù)責(zé)收集整理所有外來的消息，由信息核心控制子系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度傳遞到不同的系統(tǒng)；同時(shí)也負(fù)責(zé)把所有其他系統(tǒng)的信息按照要求傳送到平臺(tái)內(nèi)部系統(tǒng)或者傳送到平臺(tái)外部，比如省市公共安全應(yīng)急指揮中心，國家級(jí)火山中心等。使預(yù)警平臺(tái)能順利接收用戶各類別訪問，高效、穩(wěn)定匯集分發(fā)大量信息與數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)交互安全。

2.7 機(jī)房網(wǎng)絡(luò)與預(yù)警信息顯示系統(tǒng)

利用吉林省地震局現(xiàn)有應(yīng)急指揮大廳作為火山監(jiān)測(cè)預(yù)警中心的應(yīng)急指揮場所，利用門廳作為公眾展示廳，并對(duì)兩個(gè)大廳進(jìn)行土建改造和軟、硬件設(shè)備配置工作，實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息顯示系統(tǒng)的功能需求。應(yīng)急指揮廳原有6塊60寸顯示屏幕將遷移到公眾展示廳，作為公眾展示廳的顯示設(shè)備。應(yīng)急指揮大廳總建筑面積400m，公眾展示廳總建筑面積120 m，對(duì)其進(jìn)行裝修、布線、消防、避雷、安裝等土建改造工程。軟、硬件設(shè)備配置主要包括顯示類設(shè)備、高清攝像視頻采集類設(shè)備、機(jī)房切換及監(jiān)視類設(shè)備、會(huì)議與音響類設(shè)備、控制系統(tǒng)及V3C可視化流程軟件、輔助類設(shè)備、現(xiàn)場流動(dòng)車等（圖8）。

3 火山災(zāi)害預(yù)警流程

火山監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)設(shè)計(jì)方案科學(xué)、合理，建設(shè)規(guī)模、投資規(guī)模適當(dāng)，在空間布局和功能設(shè)計(jì)上能夠滿足天池火山災(zāi)害預(yù)警的需要，充分反映了我國在該領(lǐng)域的最新研究成果，發(fā)揮了火山監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的整體效能，可有效降低預(yù)警信息不可靠等帶來的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。各功能系統(tǒng)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)桨l(fā)布預(yù)警決策（李志強(qiáng)等，2005），總結(jié)出了一套嚴(yán)謹(jǐn)而又行之有效的火山災(zāi)害預(yù)警流程（圖9）。

（1）數(shù)據(jù)分析與成像系統(tǒng)。實(shí)時(shí)處理由長白山區(qū)域火山中心實(shí)時(shí)傳輸?shù)牡卣稹⑿巫?、流體、影像數(shù)據(jù)，將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到火山監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中，并提供數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)成像功能。

（2）數(shù)據(jù)匯集與存儲(chǔ)系統(tǒng)。構(gòu)建多學(xué)科多源的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫，開展數(shù)據(jù)入庫工程，借鑒數(shù)據(jù)資源調(diào)查評(píng)估和多源數(shù)據(jù)耦合與挖掘數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，合理的研發(fā)數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫，滿足數(shù)據(jù)訪問需求。

（3）風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與判定系統(tǒng)?？偨Y(jié)火山噴發(fā)危險(xiǎn)性和預(yù)警級(jí)別的關(guān)系，提煉產(chǎn)出預(yù)警級(jí)別的各種具體指標(biāo)集，建立預(yù)警判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)?；鹕綖?zāi)害發(fā)生前，經(jīng)過標(biāo)志識(shí)別與專家會(huì)商意見，確定綠色、黃色、橙色、紅色4個(gè)危險(xiǎn)性級(jí)別（表1）。

表1 危險(xiǎn)性判別依據(jù)表

續(xù)表

（4）災(zāi)情速報(bào)與評(píng)估系統(tǒng)?；鹕綖?zāi)害發(fā)生前，災(zāi)評(píng)速報(bào)子系統(tǒng)可產(chǎn)出豐富的災(zāi)害評(píng)估結(jié)果。火山災(zāi)害發(fā)生時(shí)，災(zāi)情速報(bào)子系統(tǒng)借助多種通訊手段收集災(zāi)區(qū)現(xiàn)場信息，經(jīng)預(yù)處理后將成果數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中，結(jié)合災(zāi)評(píng)速報(bào)子系統(tǒng)產(chǎn)出更準(zhǔn)確的災(zāi)害趨勢(shì)描述信息，并將成果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫為其它子系統(tǒng)提供分析依據(jù)。

（5）災(zāi)害預(yù)測(cè)與應(yīng)急。根據(jù)前期危險(xiǎn)性分級(jí)與災(zāi)害評(píng)價(jià)產(chǎn)出成果，發(fā)布注意警惕級(jí)、警報(bào)級(jí)、災(zāi)害級(jí)、災(zāi)難級(jí)4級(jí)預(yù)警級(jí)別，產(chǎn)出全面的應(yīng)急輔助決策方案。協(xié)助指揮員、行業(yè)專家部署應(yīng)急方案，效率的開展應(yīng)急救援行動(dòng)。

（6）信息分析與發(fā)布系統(tǒng)。它即是信息傳播共享的窗口，又是平臺(tái)管理、維護(hù)、操作的窗口，整合所有數(shù)據(jù)庫資源，集成所有子系統(tǒng)功能，可為火山應(yīng)急避險(xiǎn)、公眾逃生避難、緊急救援提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)及時(shí)向社會(huì)發(fā)布火山噴發(fā)和災(zāi)害信息，保障公眾知情權(quán)，使公眾及時(shí)了解災(zāi)情，增加火山安全感。有助于加強(qiáng)正確的輿論引導(dǎo)，避免不必要的恐慌，維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定。

4 結(jié)論和意義

（1）借鑒國外火山災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)和國內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合吉林省地震局現(xiàn)有火山監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)和災(zāi)害應(yīng)急指揮場所基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)包括實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯集與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析與成像、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與判定、災(zāi)害預(yù)測(cè)與應(yīng)急、災(zāi)情速報(bào)與評(píng)估、信息分析與發(fā)布功能的綜合火山監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，滿足預(yù)警級(jí)別判定需求、火山災(zāi)害救援需求、預(yù)警信息服務(wù)需求。有效減輕火山災(zāi)害及其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的沖擊和影響，為維護(hù)國家公共安全、構(gòu)建和諧社會(huì)和保持經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供可靠的保障。

（2）災(zāi)時(shí)它是政府指揮救災(zāi)行動(dòng)的參謀部。預(yù)警平臺(tái)全天候把握著火山的脈搏，一旦發(fā)現(xiàn)火山的初動(dòng)跡象，預(yù)警平臺(tái)立即進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)。在強(qiáng)化對(duì)火山活動(dòng)監(jiān)測(cè)分析的同時(shí)，立即啟動(dòng)火山危險(xiǎn)性分析與預(yù)警會(huì)商，進(jìn)行噴發(fā)危險(xiǎn)性和預(yù)警級(jí)別的判定。一旦判定黃色、橙色、紅色預(yù)警級(jí)別，預(yù)警平臺(tái)會(huì)在10分鐘內(nèi)估計(jì)出災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、影響區(qū)域和危害程度，并建議啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案級(jí)別。并立即向?yàn)?zāi)害影響相關(guān)區(qū)域的各級(jí)政府、新聞媒體、企事業(yè)單位以及社會(huì)民眾發(fā)布預(yù)警信息與應(yīng)急建議，使其立即進(jìn)入應(yīng)急行動(dòng)狀態(tài)。

（3）平時(shí)它是火山科研、區(qū)域建設(shè)服務(wù)、培訓(xùn)和宣傳的基地。利用預(yù)警平臺(tái)，開展火山科學(xué)研究以及火山監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)發(fā)展研究；開展長白山天池火山區(qū)域土地利用開發(fā)規(guī)劃，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，環(huán)境保護(hù)，項(xiàng)目選址等建設(shè)支持服務(wù)；可作為火山災(zāi)害應(yīng)急演練指揮平臺(tái)使用，也可用于火山災(zāi)害的科普宣傳和應(yīng)急教育基地。

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Zhang Yu, Feng Qimin, Liu Ruifengand Yang Qingfu

1) Earthquake Administration of Jilin Province, Changchun 130117, China 2) Ocean University of China, Qingdao 266100, China 3) China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China

Changbaishan Tianchi Volcano is an active volcano which has the most potential to erupt in China. In this paper, we reviewed some disaster early-warning systems abroad, and developed a framework of such a system for Changbaishan Tianchi volcano. The result shows that the platform we developed is capable of providing storage and management of massive data warehouses, transmitting and processing of real-time data, risk classification, rapid reporting of disaster information, releasing of early-warning rate, disseminating and sharing of information. In practice, the platform is significant in prompting early-warning services for government in emergency decision, organizing evacuation from disaster, and planning emergency disposal of major projects.

Volcano disaster; Early warning platform of volcano; WebGIS; ArcGIS

地震行業(yè)科研專項(xiàng)資助項(xiàng)目（201208005）；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41072249）；吉林省科技發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目（20082122）共同資助

2013-08-23

張羽，男，生于1980年。碩士，工程師。主要從事地理信息系統(tǒng)研發(fā)，地震、火山災(zāi)害應(yīng)急、評(píng)估等方面工作。E-mail: 28620273@qq.com

張羽，馮啟民，劉瑞豐，楊清福，2014．長白山天池火山監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)研究. 震災(zāi)防御技術(shù)，9（2）：201—212.