地震應急救援地理支撐平臺及應用案例

張媛劉亢陳華杰甄林鋒

地震應急救援地理支撐平臺及應用案例

張媛1劉亢1陳華杰2甄林鋒2

地震應急救援是一項跨部門、多學科、多領域的系統(tǒng)工程，需要快速的應急響應能力。本文基于我國地震應急救援現(xiàn)狀和業(yè)務需求，提出了地震應急救援地理支撐平臺建設構(gòu)想。地震應急救援地理支撐平臺以地震空間數(shù)據(jù)庫為基礎數(shù)據(jù)支撐，以專業(yè)的地震分析模型、先進的GIS地理平臺技術(shù)為技術(shù)保障，以地圖為主要信息載體，為地震應急救援中各類受眾人員提供專業(yè)、權(quán)威的災情信息。

地震應急救援 GIS 地理支撐平臺 應用模式

1 引言

地震以其突發(fā)性和巨大的破壞性給人類生存安全、社會經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定帶來了嚴重的危害。我國是一個地震多發(fā)國家，自二十世紀以來，我國大陸已經(jīng)經(jīng)歷了五個地震活躍期【1】，特別是進入21世紀以來，2008年的“汶川地震”、2010年的“玉樹地震”、2013年的“蘆山地震”，這些大震都給當?shù)厝嗣袢罕妿砹酥卮蟮娜松韨龊拓敭a(chǎn)損失，也給我國地震預測預報、防震減災、應急救援工作提出了新的要求。在防震減災工作體系中，監(jiān)測預報是基礎，震災預防是重點，應急救援是關(guān)鍵【2】。地震應急救援工作的根本宗旨在于搶救生命、減少損失，需要專業(yè)的人員、先進的裝備，更需要科學的指揮決策。

GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）是一門圍繞空間數(shù)據(jù)的采集、管理、分析、制圖展開研究的學科。GIS技術(shù)在地震應急救援中的應用可追溯到20世紀90年代【3】。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，GIS在地震災后統(tǒng)計、災后專題圖制作、地震模型分析、指導災后應急救援工作等方面發(fā)揮了重大的作用【4】。當前隨著計算機技術(shù)、測繪技術(shù)、遙感技術(shù)的迅猛發(fā)展，GIS技術(shù)正朝著3S集成化、實用化、平臺化的方向發(fā)展。本文基于GIS地理平臺技術(shù)，闡述了地震應急救援地理支撐平臺的建設構(gòu)想，建設一個整合各類資源、具有開放接口、人人都能使用、共享協(xié)同的應急地理支撐平臺將極大提高地震應急救援工作的效率、有力保障地震應急救援工作的科學決策、提升地震應急救援工作的管理水平。

2 地震應急救援發(fā)展現(xiàn)狀及需求【5】【6】

地震應急救援工作從時間性上來講具有突發(fā)性強、需要快速反應的特點；從工作內(nèi)容上來講，包括災情研判、應急救援力量的調(diào)動投放、現(xiàn)場救援工作的開展、各類信息的獲取處理等，都需要有序、快速、高效地進行。我國在經(jīng)歷了多個“五年”計劃的地震應急指揮系統(tǒng)建設及近幾年重大地震的磨煉，地震應急救援的信息獲取及處理能力、應急響應及處置能力、綜合保障能力都得到了提高，也出臺了一系列政策法律法規(guī)，初步建設成了較為完善的地震應急救援體系。但是我國的地震應急救援體系起步較晚，而地震應急救援本身是一項跨部門、多學科、多領域的綜合性復雜工作，從近幾年的重大地震應急救援情況來看，也暴露出了一些不足或薄弱環(huán)節(jié)。有研究人員將我國與美國、日本等發(fā)達國家在地震應急管理方面進行了對比，指出在應急機制、組織體系、科技保障、應急預案形式、法律體系方面都有待進一步健全和完善【7】。本文接下來將結(jié)合地震應急救援的業(yè)務需求，重點分析GIS平臺技術(shù)在地震應急救援工作中的作用。

2.1 地震空間數(shù)據(jù)庫建設需求

地震空間數(shù)據(jù)庫是地震應急救援重要的基礎數(shù)據(jù)之一。地震空間數(shù)據(jù)庫包

括：基礎地理數(shù)據(jù)庫、人口經(jīng)濟分布數(shù)據(jù)、學校醫(yī)療機構(gòu)分布數(shù)據(jù)、消防救援力量分布數(shù)據(jù)、地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)、路網(wǎng)數(shù)據(jù)、鐵路數(shù)據(jù)等等。地震空間數(shù)據(jù)的建設是一項浩大持續(xù)的系統(tǒng)工程，需要國家、省、市、縣甚至鄉(xiāng)鎮(zhèn)各級地震、政府部門一起投入建設。在地震空間數(shù)據(jù)庫建設中，GIS技術(shù)是一項核心技術(shù)，在空間數(shù)據(jù)的入庫、存儲、更新、管理及分發(fā)應用等各方面，都需要GIS技術(shù)的支持。

2.2 地震應急災情信息處理需求【8】

地震應急災情信息是地震應急救援的核心要素。地震應急災情信息來自各個方面，有地方上報的傷亡數(shù)據(jù)、航空及遙感衛(wèi)星拍攝的震區(qū)影像數(shù)據(jù)、救援隊員現(xiàn)場獲取的數(shù)據(jù)等等。這些數(shù)據(jù)多而雜亂，需要綜合已建成的地震空間數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過精確專業(yè)處理，提取出有效信息，也就是從數(shù)據(jù)向信息轉(zhuǎn)變，制作成信息產(chǎn)品，為應急救援指揮決策服務，并及時向社會公眾發(fā)布。因此需要一個綜合的平臺來整合地震空間數(shù)據(jù)庫及各類地震應急災情信息，而地圖是一個必不可少的載體，可以用來承載地震應急救援中各類信息，所謂“一圖勝千言”。

2.3 地震應急救援專題應用搭建需求

上節(jié)提到了地震應急救援過程中從各類地震應急數(shù)據(jù)提取信息產(chǎn)品，要實現(xiàn)這一過程，需要各類專題應用系統(tǒng)的支持。這其中，包括地震應急救援快速制圖系統(tǒng)、災情研判系統(tǒng)、動態(tài)標繪系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、重大災情專題應用、地震專業(yè)分析模型應用系統(tǒng)等等。這些應用系統(tǒng)不是每遇到一次地震就重新搭建，而是基于應用系統(tǒng)模板通過簡單配置實現(xiàn)快速搭建。應用人員需要做的就是設定震區(qū)空間數(shù)據(jù)、導入各類災情數(shù)據(jù)進行專業(yè)的分析，為地震應急救援提供保障。

2.4 地震應急救援工作機制建設需求

地震應急救援工作需要多個部門協(xié)同工作，不管是前方救援、指揮還是后方的決策、保障。如何整合現(xiàn)有資源，促進信息共享，實現(xiàn)橫向互聯(lián)縱向互通，最大程度的發(fā)揮資源價值是地震應急救援工作機制建設面臨的問題。要實現(xiàn)多部門協(xié)同工作，誠然政策法規(guī)建設、體系健全不可或缺，但是先進科技技術(shù)保障也是必不可少。當前，先進通信技術(shù)、移動互聯(lián)技術(shù)、云計算技術(shù)迅猛發(fā)展，使得以前不可實現(xiàn)的困難變成可能，也為地震應急救援多部門協(xié)同工作提供了必要條件。

2.5 地震應急救援受眾分析

地震應急救援工作受眾主要包括：指揮決策部門、現(xiàn)場救援人員、專業(yè)分析人員、社會公眾、災區(qū)群眾等。各類受眾人員在地震應急救援中處于不同的位置，扮演著不同角色，對地震應急救援信息有著不同的需求。指揮決策部門需要詳實的災情資料和專業(yè)的分析結(jié)果，以便做出科學決策，合理部署救援力量和物資；救援人員則需要獲得明確的救援任務安排，第一時間到達受災最嚴重的地區(qū)開展救援工作，并將現(xiàn)場情況及時反饋給應急指揮中心；專業(yè)分析人員則根據(jù)獲取的各類數(shù)據(jù)基于專業(yè)的地震分析模型進行分析，制作各類信息產(chǎn)品；社會公眾需要獲得權(quán)威的災情信息，以根據(jù)自身能力提供力所能及的幫助；災區(qū)群眾也需要權(quán)威的災情信息，以獲取自己失散親人的信息，反饋自身當前最需要的物品等。

3 地震應急救援地理支撐平臺建設

GIS地理平臺技術(shù)具有整合、開放、普適、協(xié)同四大特點，并且呈應用多端化、資源云端化趨勢。以GIS地理平臺技術(shù)為核心建設地震應急救援地理支撐平臺，十分切合地震應急救援工作的需求。下文將從平臺的定位、架構(gòu)、應用模式等方面進行闡述。

3.1 平臺定位

3.1.1 地震應急救援各類數(shù)據(jù)資源整合平臺

地震應急救援地理支撐平臺集基礎地理數(shù)據(jù)、地震專業(yè)數(shù)據(jù)、救援力量數(shù)據(jù)、人口經(jīng)濟數(shù)據(jù)、興趣點數(shù)據(jù)于一體，通過GIS服務器軟件發(fā)布成標準Web服務。平臺提供統(tǒng)一身份認證機制，平臺用戶通過認證后可以快速檢索、瀏覽各類資源，讓所有數(shù)據(jù)在平臺上一目了然，為領導分析決策、業(yè)務人員辦公制圖提供基礎GIS數(shù)據(jù)支撐。

3.1.2 地震應急救援快速制圖和發(fā)布平臺

平臺提供應急救援快速制圖模板，基于平臺提供的在線制圖功能或企業(yè)級集成插件，可以快捷地制作出一份應急救援專題地圖，并發(fā)布成在線地圖分享給地震應急救援工作人員，滿足各方對地震應急救援快速制圖、共享的需求。

3.1.3 地震應急救援多方協(xié)作地理支撐平臺

基于平臺提供的組織機構(gòu)管理、成果內(nèi)容管理及分享機制，可以實現(xiàn)跨部門跨業(yè)務的協(xié)同工作，為地震應急救

援提供強有力的空間數(shù)據(jù)及技術(shù)支撐。

3.1.4 地震應急救援GIS應用快速搭建平臺

地震應急救援地理支撐平臺是一個開放的平臺，提供了業(yè)務應用系統(tǒng)快速搭建接口，通過簡單配置即可創(chuàng)建豐富多樣的應用系統(tǒng)。同時也可以通過Web端、移動端標準開發(fā)接口定制專業(yè)的地震應急救援應用系統(tǒng)。

3.1.5 日常專題圖制作與共享平臺

基于平臺提供的各類基礎地理數(shù)據(jù)和地震空間數(shù)據(jù)，可以用來制作日常使用的地震數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖、分布圖等專題圖表，并通過平臺分享給中國地震局系統(tǒng)內(nèi)成員，分享工作成果的同時提升工作效率。

3.1.6 面向社會的信息查詢平臺

基于平臺提供的各類權(quán)威、專業(yè)的數(shù)據(jù)，社會公眾，包括災區(qū)群眾，能夠獲取到震后最為關(guān)心，而且最為詳實的震情信息，有利于震后自救互救工作的開展，某種程度上減輕災區(qū)混亂狀況的發(fā)生。

3.2 平臺架構(gòu)設計

地震應急救援地理支撐平臺架構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、軟件層、平臺層和應用層四個方面，如圖1所示。

數(shù)據(jù)層：包含了地震應急救援業(yè)務所需的各類數(shù)據(jù)，如基礎地理數(shù)據(jù)庫、人口經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫、興趣點庫、地震專業(yè)數(shù)據(jù)庫、救援力量數(shù)據(jù)庫等。數(shù)據(jù)層實際就是地震空間數(shù)據(jù)庫，依托GIS專業(yè)的地理數(shù)據(jù)庫模型，將各類地震相關(guān)的空間數(shù)據(jù)抽象成點、線、面、體、表等進行存儲，并建立有效的更新管理機制，保障數(shù)據(jù)的準確性和時效性。

軟件層：主要包含專業(yè)的GIS制圖軟件和服務發(fā)布軟件，實現(xiàn)對地震空間數(shù)據(jù)管理分析，并制作成專題圖，發(fā)布成地圖服務。

平臺層：平臺層包含了各類專題成果數(shù)據(jù)服務（矢量、柵格、影像等）、空間分析服務、地震專業(yè)分析模型服務、在線地圖、在線應用程序等。地理支撐平臺門戶網(wǎng)站是統(tǒng)一資源訪問入口，統(tǒng)一身份認證保障了平臺資源安全。

應用層：基于平臺提供的各類APIs、APP、SDKs，搭建基于地震應急救援業(yè)務需求的應用程序，例如災情研判系統(tǒng)、災情動態(tài)標繪系統(tǒng)、救援力量分布系統(tǒng)、快速制圖系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)通過標準開發(fā)接口訪問平臺資源，提升平臺應用能力。

3.3 平臺應用模式

地震應急救援地理支撐平臺服務的用戶包括社會公眾、救援人員、行業(yè)專業(yè)用戶、指揮決策人員、平臺維護/開發(fā)人員、專業(yè)數(shù)據(jù)處理及制圖人員等。在地震應急救援時，通過衛(wèi)星遙感、無人機航飛、現(xiàn)場救援人員、地震監(jiān)測臺網(wǎng)等獲取第一手地震災情數(shù)據(jù)，并存儲到平臺數(shù)據(jù)庫中；專業(yè)數(shù)據(jù)處理及制圖人員通過GIS數(shù)據(jù)處理軟件、平臺快速制圖系統(tǒng)、專業(yè)地震分析系統(tǒng)等對災情數(shù)據(jù)進行加工處理，制作成應急災情信息產(chǎn)品并通過GIS服務器軟件發(fā)布成服務；信息產(chǎn)品可以直接提供給指揮決策人員，輔助決策分析，同時還可以通過平臺維護人員或開發(fā)人員搭建專題在線地圖、專題應用系統(tǒng)，提供給社會公眾、救援人員/行業(yè)應用人員、指揮決策人員；社會公眾從中獲取最新的災情信息和救援進展，指揮決策人員則一方面獲取有價值的參考信息，另一方面做出部署決策，指揮各方力量開展救援，救援人員獲取最新信息的同時按照統(tǒng)一指揮部署，積極開展救援，行業(yè)應用人員根據(jù)自

己專業(yè)知識分析災情，提供多領域、多學科的分析結(jié)果，彌補不足。在這一應用過程中，涉及到各種數(shù)據(jù)資源的整合、多部門的協(xié)同工作、涵蓋了各類用戶的需求。平臺總體應用模式如圖2所示。

圖1 地震應急救援地理支撐平臺架構(gòu)圖

圖2 地震應急救援地理支撐平臺應用模式

4 平臺案例

案例1：基于ArcGIS 在線平臺的尼泊爾地震專題應用

2015年4月25日14時11分，尼泊爾（北緯28.2度，東經(jīng)84.7度）發(fā)生了8.1級特大地震，給當?shù)厝嗣駧砹酥卮蟮娜藛T和財產(chǎn)傷亡。Esri公司（美國）獲知災情后，基于部署在亞馬遜云環(huán)境中的公有云GIS平臺，快速搭建了尼泊爾地震專題應用（http://nepalem. maps.arcgis.com/home/）。如圖3所示。

Esri公司（美國）搭建的尼泊爾地震專題應用制作了一系列專題應用，例如建筑物損毀專題圖、人員傷亡專題圖、救援行動等。這些專題應用，基于平臺提供的基礎地圖服務、在線制圖服務、應用模板，制作了一幅幅直觀明了的地圖，讓指揮決策人員、救援工作人員、社會公眾可以很清晰了解到災情信息。

案例2：澳大利亞維多利亞州火災應急管理地理平臺

火，是澳大利亞景觀的一個忠實伙伴。而維多利亞州的植被、地形和氣候使其成為世界上最容易引發(fā)叢林大火的地區(qū)之一。2009年夏季維多利亞州遭遇了災難性的森林大火，造成了巨大的生命和財產(chǎn)損失。為此，維多利亞州政府總結(jié)經(jīng)驗教訓，制定了一系列政策措施。其中一項重要的舉措就是打造了火災應急管理地理平臺—eMap，旨在提升維多利亞地區(qū)所有消防機關(guān)的基本運營能力以及協(xié)作能力。平臺界面如圖4所示。

該平臺基于ArcGIS平臺軟件搭建，集成了消防過程中需要的各類實時數(shù)據(jù)資源（氣象數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、車輛與人員數(shù)據(jù)等），能夠為相關(guān)部門提供實時的響應視圖；提供了火情預測分析模型；支持多種移動設備，為外業(yè)人員提供專屬應用，可野外離線采集數(shù)據(jù)并打印出圖。通過該平臺，高效地實現(xiàn)了各類火災實時信息的共享，通過簡單配置即可定制多種應用，極大地提升了維多利亞州消防力量的協(xié)同工作效率。維多利亞

州政府搭建的火災應急管理地理平臺對于地震應急救援地理平臺建設具有一定的借鑒意義。

圖3 Esri公司（美國）搭建的“4?25尼泊爾”地震專題應用

圖4 澳大利亞維多利亞州火災應急管理地理平臺

5 結(jié)語

地震應急救援是一項跨部門、多學科、多領域的系統(tǒng)工程，需要完善的法律法規(guī)、完備的組織管理體系、先進的技術(shù)裝備、過硬的人才隊伍以及先進的科技力量保障。本文基于地震應急救援的業(yè)務需求分析和受眾人員需求分析，提出了基于地震應急救援地理支撐平臺建設構(gòu)想。通過該平臺能夠整合地震應急救援中各類數(shù)據(jù)資源，提供專題應用模板，能夠快速搭建各類專題應用，并分享給組織內(nèi)成員和社會公眾，為應急救援指揮決策提供信息支撐。

作者單位：1.中國地震應急搜救中心
2.易智瑞（中國）信息技術(shù)有限公司

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