基于互聯(lián)網(wǎng)信報(bào)控制協(xié)議的災(zāi)情信息獲取技術(shù)研究與應(yīng)用

李兆隆++吳艷梅++李敏++李永強(qiáng)

摘要：通過(guò)建立云南省IP地址定位與狀態(tài)變化數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，使用互聯(lián)網(wǎng)信報(bào)控制協(xié)議，研發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)信報(bào)控制協(xié)議的災(zāi)情信息收集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)云南省IP地址主機(jī)設(shè)備震前、震后的在線狀態(tài)比對(duì)，短時(shí)間內(nèi)生成震區(qū)災(zāi)情判斷數(shù)據(jù)，為震害評(píng)估及應(yīng)急決策提供依據(jù)。經(jīng)過(guò)2017年云南2次地震檢驗(yàn)，該系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)及分析結(jié)果滿足地震應(yīng)急相關(guān)工作需求。

關(guān)鍵詞：地震應(yīng)急；災(zāi)情獲取；IP地址

中圖分類號(hào)：P315941文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0666（2017）02-0311-06

0引言

云南省地震局地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)開發(fā)、應(yīng)用部署于“十五”期間，從開始使用至2017年3月，經(jīng)歷了多次的數(shù)據(jù)、模型本地化與系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)化、軟件升級(jí)（曹彥波等，2015）?，F(xiàn)已發(fā)展成包含地震應(yīng)急評(píng)估系統(tǒng)、應(yīng)急信息發(fā)布服務(wù)、綜合數(shù)據(jù)查詢服務(wù)3個(gè)主要功能模塊為主體的、共計(jì)40余個(gè)服務(wù)接口的綜合應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)。雖然有多年的優(yōu)化與升級(jí)來(lái)保證應(yīng)急資料、評(píng)估信息的全自動(dòng)化產(chǎn)出、推送，但是，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，各類先進(jìn)的技術(shù)迅速得到普及與應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)大潮下的信息產(chǎn)出與需求，早已超出了現(xiàn)有地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)的接受與服務(wù)能力：（1）初評(píng)估階段的地震影響場(chǎng)是由靜態(tài)模型計(jì)算后得到，缺乏必要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支撐，且其形狀規(guī)則不能準(zhǔn)確地反應(yīng)地震破壞情況與影響范圍；（2）地震災(zāi)害發(fā)生后，缺乏便捷、準(zhǔn)確的地震現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲取手段，無(wú)法在后方指揮部最需要災(zāi)情信息的時(shí)間段內(nèi)獲取到有價(jià)值的災(zāi)情信息，極大地制約著后方指揮部的應(yīng)急決策能力（程陳，史文博，2013）。因此，建立一套主動(dòng)、便捷、高效、低成本的、能與現(xiàn)有軟件系統(tǒng)融合的災(zāi)情獲取系統(tǒng)成為地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的必要（王喜雙等，2014）。

針對(duì)以上地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)的問(wèn)題，根據(jù)云南省地震局現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行、管理特點(diǎn)，本文借助互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)思維，利用因特網(wǎng)信報(bào)控制協(xié)議，編寫基于互聯(lián)網(wǎng)信報(bào)控制協(xié)議的災(zāi)情信息收集軟件系統(tǒng)，對(duì)特定地域內(nèi)的各類互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（TCP/IP）的在線狀態(tài)進(jìn)行采集與分析，積累長(zhǎng)期的背景數(shù)據(jù)，找到其在線狀態(tài)、傳輸時(shí)間與地震影響狀況間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在震后有針對(duì)性的對(duì)震區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、加密收集，同時(shí)與常態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，從而在震后極短時(shí)間內(nèi)完成災(zāi)情數(shù)據(jù)的收集及相關(guān)災(zāi)情的判別。

包括IP地址列表、IP地址定位、IP地址行政區(qū)劃歸屬、IP地址分時(shí)段在線狀態(tài)（比例）、IP地址分時(shí)段平均延遲、IP地址常態(tài)掃描數(shù)據(jù)記錄等數(shù)據(jù)，建立云南省IP地址定位與狀態(tài)變化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)詳細(xì)內(nèi)容見表2。

通過(guò)前期對(duì)數(shù)據(jù)需求的調(diào)研及監(jiān)測(cè)部門監(jiān)測(cè)要素常態(tài)值運(yùn)算方法的研究，設(shè)定了一系列的數(shù)據(jù)項(xiàng)目采集存儲(chǔ)要求，同時(shí)對(duì)各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方法、存儲(chǔ)類型加以規(guī)定（張方浩等，2016）。主要包括以下幾個(gè)方面：（1）IP地址列表及定位數(shù)據(jù)；（2）IP地址掃描數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)；（3）IP地址常態(tài)背景數(shù)據(jù)；（4）IP地址軟件計(jì)算用狀態(tài)變化數(shù)據(jù)。

2基于互聯(lián)網(wǎng)信報(bào)控制協(xié)議的災(zāi)情信息收集系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[BT）]

以云南省IP地址及云南省基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立云南省IP地址定位與狀態(tài)變化數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，使用互聯(lián)網(wǎng)信報(bào)控制協(xié)議完成全省IP地址的常態(tài)與異常數(shù)據(jù)收集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，根據(jù)相關(guān)模型產(chǎn)出震區(qū)IP地址在線狀態(tài)變化圖等結(jié)果資料。軟件系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

21系統(tǒng)功能

[KG（0.15mm]按照云南省地震局現(xiàn)有應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)特點(diǎn)，基于IP的災(zāi)區(qū)災(zāi)情信息收集系統(tǒng)全部部署于阿里云服務(wù)器，共分IP地址后臺(tái)掃描端、主控分析端兩大部分，相關(guān)軟硬件環(huán)境需求見表3。掃描端以云計(jì)算節(jié)點(diǎn)方式長(zhǎng)期獨(dú)立運(yùn)行并生產(chǎn)數(shù)據(jù)，與主控分析端通過(guò)MSMQ（微軟消息隊(duì)列）方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與作業(yè)交接；所有的數(shù)據(jù)讀取、分發(fā)、存儲(chǔ)工作由主控分析端完成，并負(fù)責(zé)響應(yīng)由軟件系統(tǒng)定期發(fā)起或由用戶隨機(jī)發(fā)起的各類數(shù)據(jù)核算、查看、分析作業(yè)（錢文靜，鄧仲華，2009）。

軟件系統(tǒng)功能總體包含系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、IP地址掃描、IP地址常態(tài)值核算、數(shù)據(jù)產(chǎn)出（已完成方法研究，軟件功能未實(shí)現(xiàn)）4個(gè)方面。功能模塊根據(jù)應(yīng)用時(shí)間、服務(wù)對(duì)象不同，對(duì)上述4方面功能進(jìn)行了進(jìn)一步的分割或結(jié)合，以保證系統(tǒng)運(yùn)行期各模塊之間互聯(lián)、互通便捷且不相互影響（陶彩霞等，2013），具體功能設(shè)計(jì)見表4。

22運(yùn)行狀態(tài)

截至2017年3月，IP地址后臺(tái)掃描軟件系統(tǒng)已完成設(shè)計(jì)部署，試運(yùn)行24 d，未發(fā)現(xiàn)重大設(shè)計(jì)失誤或數(shù)據(jù)偏差，運(yùn)行界面見圖3。試運(yùn)行期間，設(shè)定IP地址掃描速率為750次/s，重訪周期約為30～45 min；期間共收集數(shù)據(jù)7億余條，完成一次常態(tài)值核算，核算常態(tài)值36億余條。

經(jīng)校驗(yàn)，常態(tài)值的分布情況與預(yù)想值較為接近。圖4為較典型的IP地址在線狀態(tài)分布圖，由連續(xù)3周的觀測(cè)數(shù)據(jù)匯總得到，統(tǒng)計(jì)時(shí)為得到較為典型的曲線，已將休息日數(shù)據(jù)剔除。圖中IP地址為疑似某小型企業(yè)固定IP地址在線狀態(tài)分布，其在線時(shí)間段與法定工作時(shí)段有明顯的正相關(guān)關(guān)系，法定工作時(shí)間其在線率接近100%，而其他時(shí)間則幾乎為0%，0點(diǎn)的數(shù)據(jù)突跳為測(cè)試用異常數(shù)據(jù)。

由此類常態(tài)值可分析、分辨出IP地址對(duì)應(yīng)的用戶個(gè)體（群體），此類分析結(jié)果可直接作用于震后人員傷亡、遷移評(píng)估，對(duì)震后的災(zāi)情估算有較大價(jià)值，尤其對(duì)人員傷亡情況判斷有重要意義。此類數(shù)據(jù)的分析、分辨模型仍需較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行研究，以便獲得更為準(zhǔn)確的判別結(jié)果。

23預(yù)期成果及地震應(yīng)用

[KG（0.25mm]在地震災(zāi)害（緊急事件）發(fā)生后的一定時(shí)間段內(nèi)，使用上述方法及軟件系統(tǒng)，對(duì)震區(qū)IP地址逐一進(jìn)行短周期重訪操作，將這些目標(biāo)主機(jī)因電力中斷、線纜破壞、人為關(guān)機(jī)等原因而引起的通信中斷（曹刻等，2008），因民眾倉(cāng)促避難無(wú)暇上網(wǎng)而引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通暢，因?yàn)?zāi)民集中使用網(wǎng)絡(luò)而引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)阻塞等網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行收集，并逐一根據(jù)位置信息在地圖上進(jìn)行分時(shí)段標(biāo)繪，即得到圖5。

[KG（0.15mm]從此類圖件中可快速準(zhǔn)確地判讀出地震災(zāi)害極重災(zāi)區(qū)（高烈度區(qū)）、通信中斷、阻塞、生命線工程破壞等內(nèi)容（帥向華等，2014）。如圖5a為模擬全省IP地址震后狀態(tài)分布圖，其中紅色區(qū)域?yàn)橥ㄐ胖袛嗟貐^(qū)，由此可認(rèn)定該區(qū)的地面線路基本中斷，造成原因可能為地面通信線路故障；黃色區(qū)域?yàn)楦哐舆t區(qū)域，此區(qū)域可能為震感強(qiáng)烈區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)居民集中使用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行報(bào)災(zāi)、發(fā)送微博微信等引發(fā)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)阻塞。圖5b為震后城市IP地址狀態(tài)分布圖，可明顯判讀出一呈條帶狀分布的通信中斷區(qū)域，此區(qū)域的通信中斷極有可能是由為該區(qū)域提供電力的輸電線路損壞而引起。[KG）]2017年2～3月，軟件系統(tǒng)覆蓋區(qū)共發(fā)生2次

40級(jí)以上地震，分別為2月8日云南魯?shù)?9級(jí)、3月12日云南魯?shù)?5級(jí)地震。這2次地震發(fā)生后，軟件系統(tǒng)均根據(jù)EQIM數(shù)據(jù)自動(dòng)創(chuàng)建并開始進(jìn)行緊急事件掃描，2月8日地震事件持續(xù)掃描為5 h，掃描半徑50 km；3月12日地震事件持續(xù)掃描時(shí)間為6 h，掃描半徑60 km。

這2次地震事件均未收集到有效的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)突變數(shù)據(jù)。由圖6可知，常在線設(shè)備的延遲數(shù)據(jù)并未因地震事件發(fā)生較大波動(dòng)，震后延遲波動(dòng)范圍與常態(tài)值基本保持一致，并未發(fā)生預(yù)計(jì)中的突跳，其原因在于兩次地震震區(qū)均為地震常發(fā)區(qū)，且震級(jí)偏小，當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)此類不會(huì)造成較大損失或生命線工程毀壞的地震并不會(huì)采取較為激烈的應(yīng)急動(dòng)作。

鑒于上述2次地震案例，該軟件系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)云南省內(nèi)較小地震的過(guò)程中尚存在一定不足，其原因主要為：（1）軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)對(duì)目標(biāo)地震為震級(jí)較大、具有較大破壞力的地震，設(shè)計(jì)采用的數(shù)據(jù)收集方式、精度不能很好地應(yīng)用于較小地震；（2）軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析方式、方法不能較為準(zhǔn)確地體現(xiàn)數(shù)據(jù)的微小波動(dòng)。后期將對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)研究并提出解決方案與更優(yōu)的數(shù)據(jù)分析方法。[JP]

24其他說(shuō)明事項(xiàng)

本軟件系統(tǒng)使用的主機(jī)在線狀態(tài)探測(cè)方法是互聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)通狀態(tài)測(cè)試的最常用方法，其回報(bào)內(nèi)容有限且不涉及隱私，非有意進(jìn)行特定特殊參數(shù)設(shè)置并進(jìn)行大量并發(fā)操作不具有危害性。軟件系統(tǒng)試運(yùn)行階段所有運(yùn)行參數(shù)（探測(cè)及重訪周期等）設(shè)置均在合理、合法范圍內(nèi)，公網(wǎng)出入流量較小且穩(wěn)定，不具備有害行為特征，不會(huì)被認(rèn)定為有害軟件或黑客軟件（馮登國(guó)等，2014）。

3結(jié)論

本文所介紹的基于IP的災(zāi)區(qū)災(zāi)情信息收集系統(tǒng)是云南省地震局在地震應(yīng)急大數(shù)據(jù)應(yīng)用方面進(jìn)行的重要探索，主要以快速、準(zhǔn)確、主動(dòng)獲取震區(qū)災(zāi)情為目的，是基于成熟的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與低廉的硬件服務(wù)實(shí)現(xiàn)的，是具有較強(qiáng)地域通用性（由數(shù)據(jù)層控制適用地域范圍）的災(zāi)區(qū)一手災(zāi)情數(shù)據(jù)獲取軟件系統(tǒng)。經(jīng)一般小型地震檢驗(yàn)，系統(tǒng)功能可以滿足地震應(yīng)急中對(duì)震區(qū)災(zāi)情判斷的需求。后續(xù)需進(jìn)一步對(duì)IP地址進(jìn)行提純與高精度定位數(shù)據(jù)更新，并加強(qiáng)異常數(shù)據(jù)篩選與熱力圖向地震影響范圍轉(zhuǎn)化機(jī)制等方面的研究，以保證該系統(tǒng)可以更好地服務(wù)于地震應(yīng)急工作。

參考文獻(xiàn)：

曹刻，王鋒，李永強(qiáng)，等2008云南寧洱64級(jí)地震災(zāi)區(qū)范圍的快速判斷[J].災(zāi)害學(xué)，23（2）：76-79

曹彥波，李兆隆，李永強(qiáng)，等2015云南地震應(yīng)急快速評(píng)估模型本地化集成研究[J].地震研究，38（1）：148-154

程陳，史文博2013大數(shù)據(jù)挖掘分析在地震科研中的應(yīng)用[J].信息系統(tǒng)工程，（12）：27-28

馮登國(guó)，張敏，李昊2014大數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，37（1）：246-258

錢文靜，鄧仲華2009云計(jì)算與信息資源共享管理[J].圖書與情報(bào)，（4）：47-52

帥向華，胡素平，鄭向向2014基于互聯(lián)網(wǎng)信息快速估計(jì)汶川地震有感范圍[J].地震地質(zhì)，36（4）：1094-1105

陶彩霞，謝曉軍，陳康，等2013基于云計(jì)算的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)用戶行為分析引擎設(shè)計(jì)[J].電信科學(xué)，29（3）：27-31

王喜雙，趙邦六，董世泰，等2014油氣工業(yè)地震勘探大數(shù)據(jù)面臨的挑戰(zhàn)及對(duì)策[J].中國(guó)石油勘探，19（4）：43-47

張方浩，和仕芳，呂佳麗，等2016基于互聯(lián)網(wǎng)的地震災(zāi)情信息分類編碼與初步應(yīng)用研究[J].地震研究，39（4）：664-672