地震應(yīng)急關(guān)鍵信息提取與快速發(fā)布技術(shù)研究*

李 敏，李兆隆，伙 俊，李永強

(云南省地震局，云南昆明650224)

0 前言

“十五”項目建設(shè)以來，我國在地震應(yīng)急指揮決策領(lǐng)域開展了較多的研究工作，包括地震應(yīng)急指揮模式、應(yīng)急指揮技術(shù)體系、地震應(yīng)急管理、地震快速評估等 (姜立新等，2003)。在“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)工程”的推動下，建成了覆蓋國家、區(qū)域、重點城市、災(zāi)害現(xiàn)場的4級應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)，促使應(yīng)急指揮模式發(fā)生了較大變化，應(yīng)急響應(yīng)從傳統(tǒng)分散型的應(yīng)急模式轉(zhuǎn)化為集現(xiàn)代計算機、網(wǎng)絡(luò)通訊、災(zāi)害評估和指揮決策等技術(shù)為一體的綜合性應(yīng)急體系工作，實現(xiàn)了地震震情、災(zāi)情的應(yīng)急指揮決策快速響應(yīng)，災(zāi)害損失的快速評估與動態(tài)跟蹤、輔助決策的信息服務(wù)和可視化指揮等系統(tǒng)工程。系統(tǒng)建成以來，為地震應(yīng)急指揮提供豐富的理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗，大大提高了我國的地震應(yīng)急響應(yīng)能力。在提高破壞性地震的快速響應(yīng)、應(yīng)急產(chǎn)出服務(wù)能力方面發(fā)揮了積極的作用 (帥向華等，2009)。

隨著地震應(yīng)急指揮體系開放性、共享性、互聯(lián)程度的不斷擴大 (林山，劉鳳仙，2011)，地震應(yīng)急信息服務(wù)保障問題逐漸成為各級地震應(yīng)急技術(shù)平臺體系應(yīng)用、運維的核心業(yè)務(wù)工作，特別是汶川和玉樹地震發(fā)生后，國家、社會、公眾對地震應(yīng)急處置的關(guān)注達到了空前的高度，對災(zāi)情的獲取、快速評估與發(fā)布要求更高，要求發(fā)布速度要更快，這就對應(yīng)急響應(yīng)和處置工作提出了新要求和挑戰(zhàn)。

1 地震應(yīng)急信息服務(wù)現(xiàn)狀分析

以云南省乃至全國多次破壞性地震的應(yīng)急處置情況為例，各級政府領(lǐng)導(dǎo)對地震發(fā)生后數(shù)分鐘內(nèi)震區(qū)基本情況、災(zāi)情信息的獲取需求尤為強烈。地震發(fā)生后，指揮部領(lǐng)導(dǎo)在第一時間趕赴應(yīng)急指揮中心的過程中，從收到的地震三要素，到開展快速評估工作，再到初步評估結(jié)果產(chǎn)出，一系列工作流程執(zhí)行完畢至少需要20～30 min，在這段應(yīng)急信息獲取的空窗期內(nèi)，指揮部領(lǐng)導(dǎo)除簡單的地震三要素外，將無法通過其他渠道進一步的獲取關(guān)鍵的災(zāi)情和震區(qū)基本信息。這在一定程度上延誤了指揮部領(lǐng)導(dǎo)快速掌握震情、災(zāi)情，甚至延誤做出應(yīng)急指揮決策的關(guān)鍵時間點。

同時，在應(yīng)急期內(nèi)，應(yīng)急指揮中心作為各類震情、災(zāi)情信息的匯集、處置、評估的核心機構(gòu)，雖然在災(zāi)情獲取、動態(tài)跟蹤等方面相對其他應(yīng)急工作組具有無可比擬的時間優(yōu)勢，但同等時間條件下，其他地震應(yīng)急工作組 (如現(xiàn)場救援、災(zāi)害評估組等)卻無法全面、及時獲取這些有效信息，特別是地震應(yīng)急現(xiàn)場工作隊員在奔赴災(zāi)區(qū)的行進過程中，對當(dāng)前地震的震情、災(zāi)情、地震應(yīng)急處置進展缺乏了解，而這些信息對工作隊到災(zāi)區(qū)開展工作卻極為重要。

綜上，結(jié)合云南地震應(yīng)急指揮中心多次破壞性地震應(yīng)急響應(yīng)經(jīng)驗，現(xiàn)階段省級地震應(yīng)急指揮中心應(yīng)急信息發(fā)布模式，存在以下主要問題和困難:

(1)在應(yīng)急快速響應(yīng)期內(nèi)，指揮部領(lǐng)導(dǎo)和核心應(yīng)急工作組存在信息獲取的空窗期。

(2)在目前省級地震應(yīng)急指揮中心采用的人工收集編輯綜合信息，通過手機短信的形式發(fā)送給各級領(lǐng)導(dǎo)和地震應(yīng)急隊員的工作模式，存在手工編輯困難、發(fā)送速度緩慢、發(fā)送對象難以管理、發(fā)送優(yōu)先級無法調(diào)整等問題。

(3)由于沒有數(shù)據(jù)庫的支持，無法對已發(fā)送的應(yīng)急信息進行綜合管理，無法存儲、查詢、瀏覽信息發(fā)送內(nèi)容和過程，導(dǎo)致對震后應(yīng)急處置的總結(jié)和分析工作難以開展。

圖1 地震應(yīng)急指揮中心應(yīng)急快速評估信息產(chǎn)出流程圖Fig.1 Diagram for output of the emergency rapid assessment information by the provincial earthquake emergency commanding center

2 地震應(yīng)急關(guān)鍵信息提取研究 (以云南為例)

作為我國地震災(zāi)害最頻繁、最嚴重的地區(qū)之一，西南地區(qū)面臨大震巨災(zāi)的高危風(fēng)險。雖然“5·12”汶川地震后隨著各部門對各類應(yīng)急響應(yīng)平臺的建設(shè)不斷深入，各類應(yīng)急響應(yīng)處置平臺先后得到了補充和提高，但大多圍繞基于硬件環(huán)境的應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)展開，而較少基于應(yīng)急響應(yīng)流程、機制類的應(yīng)急管理問題進行研究，這與人們對地震應(yīng)急救援研究的方向及深度、廣度，以及對西南地區(qū)的特殊性重視不足有關(guān)。

尤其是“8·03”魯?shù)榈卣穑捎谔厥獾乩憝h(huán)境的因素，共造成了617人遇難，100余人失蹤的慘痛災(zāi)難，因此，筆者以西南地區(qū)的特殊行政生態(tài)環(huán)境為背景，結(jié)合2014年度云南省地震應(yīng)急指揮中心應(yīng)對多次6.0級以上破壞性地震應(yīng)急響應(yīng)工作情況，綜合研究了云南省地震災(zāi)害區(qū)域特點和應(yīng)急救援特征，分析指揮部領(lǐng)導(dǎo)、工作組對應(yīng)急快速影響期內(nèi)應(yīng)急關(guān)鍵信息的獲取需求，確定了以行政區(qū)劃、自然地理特征、人口特征、經(jīng)濟特征、房屋特征為主要結(jié)構(gòu)的應(yīng)急期內(nèi)核心短信結(jié)構(gòu) (表1)。筆者認為，通過科學(xué)有效的提煉，由以上5個分類描述信息共同組成的不超過200個字符的快速短信，可以在收到地震“三要素”后第一時間為指揮長、各應(yīng)急工作組清晰展示震中地區(qū)基本情況，為接下來的各項應(yīng)急處置工作提供一定的數(shù)據(jù)支持，進而提升做出應(yīng)急指揮決策的關(guān)鍵時間點。

表1 快速響應(yīng)核心信息組成結(jié)構(gòu)Tab.1 Consist structure of the key information about the fast response

2.1 行政區(qū)劃

筆者以“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)工程”建設(shè)成果云南省地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，將云南省16個州 (市)1 129個縣進行行政區(qū)劃編碼，描述震中所在縣區(qū)，及所屬州 (市)和其行政中心所在地信息，如表2所示。

表2 行政區(qū)劃信息組成結(jié)構(gòu)Tab.2 Consist structure of the information about the administrative division

2.2 自然地理

云南地處我國西南高原，山地面積占全省國土面積的94%，地勢北高南低，南北之間高差懸殊達6 000 m，中部斷陷盆地星羅棋布。由于地形陡峭，容易引發(fā)滑坡、崩塌及泥石流等次發(fā)災(zāi)害，幾乎每次發(fā)生在云南的破壞性地震都會引發(fā)不同程度的滑坡、崩塌 (王景來，楊子漢，1988)。筆者以云南省地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和百度百科詞條為基礎(chǔ)，描述目標縣區(qū)所在州 (市)區(qū)位 (東、南、西、北部)，海拔高低、地勢情況、水系分布情況、平壩高原山地分布情況、氣候情況，如表3、4所示。

2.3 人口和經(jīng)濟特征

受特殊地理環(huán)境及民族特性影響，云南省東部地區(qū)人口的數(shù)量、群體規(guī)模和密度都遠遠超過西部，且各地縣的經(jīng)濟水平、人口數(shù)量和密度存在較大差距，最高人口密度 (昆明市五華區(qū)8 387人/km2)與最低人口密度 (怒江州貢山獨龍族怒族自治縣9人/km2)、最高GDP水平 (昆明市五華區(qū)84 884元/人)與最低GDP(昭通市鎮(zhèn)雄縣6 163元/人)差異巨大 (云南省統(tǒng)計局，2013)。筆者以2013年云南省統(tǒng)計年鑒為基礎(chǔ) (云南省統(tǒng)計局，2013)，以人口密度、GDP指數(shù)、農(nóng)民人均純收入水平、財政收入指標和城鎮(zhèn)居民可支配收入為屬性，將云南省129個縣經(jīng)濟人口特征進行綜合聚類分析，如表5所示。

由于云南省各地區(qū)發(fā)展水平差異巨大，為科學(xué)分類，客觀描述各縣區(qū)經(jīng)濟和人口發(fā)展水平，筆者對各縣區(qū)數(shù)據(jù)指標采用非層次K-Means聚類方法，通過距離矩陣的方式進行極差標準化處理:

其中，G為目標縣區(qū)極差值，x1為第一屬性值，min(x)為該縣區(qū)第一屬性在全省相同屬性中的最小值，max(x)為最大值。

表3 區(qū)域海拔和縣城地形概況示例Tab.3 Examples of the regional altitude and landform of the county town

表4 自然地理概況Tab.4 Natural geography in the study areas

表5 人口和經(jīng)濟特征示例Tab.5 Examples of the characteristic of population and econonic in the study areas

最終將目標縣區(qū)人口和經(jīng)濟水平特征分別以人口高密集、密集、均值、較稀疏、稀疏和經(jīng)濟水平極高、較高、中等、較低、極低5級進行劃分。

2.4 房屋結(jié)構(gòu)特征

云南地區(qū)房屋建筑類型主要包括鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、內(nèi)框架結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土廠房、磚混結(jié)構(gòu)、磚結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、木構(gòu)架房屋、土坯房屋等。其它還有少量具有地域民族特色的圓木屋 (主要分布在麗江、寧蒗瀘沽湖畔彝族地區(qū))、穿斗木結(jié)構(gòu)竹編墻或木板墻 (主要分布在滇南、滇西南傣族、佤族地區(qū))(周光全等，2007)。筆者在進行房屋結(jié)構(gòu)特征分類時，同時參考了2011年度中國地震局地震行業(yè)科研專項“西南地震應(yīng)急對策新模式與關(guān)鍵技術(shù)研究 (201108013)”研究成果和云南房屋結(jié)構(gòu)為抽樣調(diào)查統(tǒng)計情況，綜合考慮了房屋抗震設(shè)防情況，房屋結(jié)構(gòu)比例 (盧永坤，戴博洋，2011)，進而確定目標縣區(qū)房屋結(jié)構(gòu)綜合特征，如表6所示。

表6 農(nóng)村房屋結(jié)構(gòu)特征概述Tab.6 Brief description of the houses in rural area

2.5 提取信息編碼建庫

通過對以上信息提取，以云南為例，建立129個縣區(qū)包含行政區(qū)劃、人口密度特征、經(jīng)濟特征、自然地理、房屋構(gòu)造特征屬性的核心關(guān)鍵信息編碼庫，使得每一目標縣區(qū)對應(yīng)特定編碼ID，如表7所示。

表7 核心信息結(jié)構(gòu)示例Tab.7 Examples of the structure of key information

3 信息快速發(fā)布機制研究

3.1 硬件平臺

信息快速發(fā)布硬件平臺包含一套應(yīng)急操作終端、一套服務(wù)器處理端、一臺網(wǎng)絡(luò)交換機、一臺連接服務(wù)器操作端的SIM卡擴展池，其網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 快速發(fā)布作用機制

EQIM的數(shù)據(jù)交換分為客戶端和本地EQIM服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換以及本地EQIM服務(wù)器和中國地震局EQIM服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換 (楊陳等，2009)，在EQIM客戶端部署監(jiān)聽程序，獲取地震速報數(shù)據(jù)。地震速報信息獲取和和快速發(fā)布主要分為接收數(shù)據(jù)EQIM、解析速報參數(shù)、匹配數(shù)據(jù)編碼、信息發(fā)送4個步驟 (圖3)。Pool(2);//創(chuàng)建線程

圖2 硬件拓撲結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Topological structure of the hardware

exec.execute(new Receiver());//線程執(zhí)行從EQIM獲取數(shù)據(jù)，放入隊列

exec.execute(new Sender());//從隊列中解析獲取地震速報參數(shù)

完成速報信息提取后，匹配數(shù)據(jù)編碼，從數(shù)據(jù)庫中抽取目標詞條，向預(yù)設(shè)分組對象快速發(fā)布核心信息 (圖4)。

圖4 核心信息發(fā)布示例圖Fig.4 Diagram of example of key-information release

圖3 信息快速發(fā)布流程圖Fig.3 Diagram for information rapid release

EQIM通過SOCKET通信方式以XML格式交換數(shù)據(jù) (李大輝等，2001)，信息快速發(fā)布主要采用基于TCP/IP通信協(xié)議編程實現(xiàn)。Socket通常用來實現(xiàn)客戶端和服務(wù)端的連接，一個Socket由一個IP地址和一個端口號唯一確定。Socket通訊的過程是Server端Listen(監(jiān)聽)某個端口是否有連接請求，Client端向Server端發(fā)出Connect(連接)請求，Server端向Client端發(fā)回Accept(接受)消息 (林洋等，2013)。監(jiān)聽程序LissClient及方法，主要參數(shù)包括EQIM服務(wù)器IP、端口，客戶端的登錄用戶及密碼，建立與EQIM服務(wù)器的連接，實現(xiàn)地震速報數(shù)據(jù)的監(jiān)聽和獲取。主要實現(xiàn)代碼如下:

public boolean connect()throws IOException，LissException

{

private LissClient msgSrcClient;

private ArrayBlockingQueue＜Result＞queue;

this.msgSrcClient=new LissClient(profile.host，profile.port);//啟用監(jiān)聽socket程序

this.msgSrcClient.setTimeOut(10000);//設(shè)置連接中斷時間

this.msgSrcClient.login;//登陸EQIM客戶端

this.msgSrcClient.setServerPassiveMode(true);//設(shè)置客戶端數(shù)據(jù)傳輸方式

this.locResIn=this.msgSrcClient.retrieveResult("LOC");//獲取標識符LOC的數(shù)據(jù)

ExecutorService exec=Executors.newFixedThread

4 結(jié)論與討論

該流程以EQIM系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收和自動解析，較好地解決了信息發(fā)布的時效性和準確性，而利用地震應(yīng)急關(guān)鍵信息提取、數(shù)據(jù)匹配和模板預(yù)設(shè)，實現(xiàn)了地震應(yīng)急期內(nèi)的關(guān)鍵信息的快速推送，在2014年度云南省8月3日魯?shù)?.5級、10月7日景谷6.6級地震的應(yīng)急響應(yīng)工作中得到了初步應(yīng)用，其核心信息通過調(diào)制解調(diào)器擴展池快速送達指揮部領(lǐng)導(dǎo)和各應(yīng)急工作組，對各方面第一時間了解震區(qū)基本情況發(fā)揮了積極作用，起到了一定的減災(zāi)實效。但目前，信息發(fā)布的內(nèi)容和形式還較單一，核心信息庫也僅是以縣級作為目標統(tǒng)計單元，隨著地震應(yīng)急技術(shù)的發(fā)展，對應(yīng)急期內(nèi)核心信息的內(nèi)容及表現(xiàn)形式需求的不斷提高，我們在地震應(yīng)急信息結(jié)構(gòu)、發(fā)布模式和架構(gòu)體系等應(yīng)用方面還需要進行不斷地探索和研究。

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