山區(qū)峪口山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

胡風(fēng)有

【摘要】本文設(shè)計一種針對山區(qū)峪口游客的山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，作為對現(xiàn)有預(yù)警系統(tǒng)的一種有效補(bǔ)充。明確了系統(tǒng)預(yù)期目標(biāo)，給出系統(tǒng)總體設(shè)計架構(gòu)，并指出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)：基站地理映射、群體量化指標(biāo)生成和預(yù)警信息發(fā)布。系統(tǒng)測試效果良好，其思路可推廣應(yīng)用于其它公共安全領(lǐng)域。

【關(guān)鍵詞】洪災(zāi)；預(yù)警系統(tǒng)；山區(qū)

1、總體目標(biāo)

依托中國移動、中國聯(lián)通、中國電信三家運(yùn)營商采集的手機(jī)信令數(shù)據(jù)，建設(shè)基于三大電信運(yùn)營商手機(jī)信令數(shù)據(jù)的山區(qū)峪口山洪災(zāi)害短信預(yù)警系統(tǒng)，形成山區(qū)峪口內(nèi)危險區(qū)人群位置信息、人口空間分布信息的數(shù)據(jù)，以可視化形式展示相關(guān)區(qū)域的人員分布狀況，為搶險救援提供決策支持，結(jié)合現(xiàn)有預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)，將預(yù)警信息發(fā)布到手機(jī)信號覆蓋危險區(qū)的手機(jī)用戶，進(jìn)一步提高山洪災(zāi)害信息監(jiān)測和預(yù)警的準(zhǔn)確性、時效性及可靠性，保障人民群眾生命財產(chǎn)安全，盡量減少山洪災(zāi)害損失，爭取避免群死群傷事件。

2、山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

秦嶺山區(qū)峪口山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)部署后，能實(shí)現(xiàn)指定山區(qū)峪口游客分布情況進(jìn)行監(jiān)測，同時與現(xiàn)有西安市防汛監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)相結(jié)合，以短信形式將山洪災(zāi)害預(yù)警信息及時發(fā)布到山區(qū)峪口內(nèi)游客。預(yù)期功能包括：

（1）監(jiān)測指定山區(qū)峪口內(nèi)游客分布狀況

山區(qū)峪口山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)部署后，可以監(jiān)測指定峪口的人員情況，包括區(qū)域內(nèi)的人員總數(shù)，區(qū)域內(nèi)人員空間分布狀況，區(qū)域內(nèi)人員流入量，區(qū)域內(nèi)人員流出量等。對于危險程度高且人數(shù)眾多的危險區(qū)，提前重點(diǎn)部署救援力量，而對于無人的危險區(qū)，可以不用或少量部署救援力量，優(yōu)化救援資源分配。

（2） 將山洪災(zāi)害預(yù)警信息及時傳達(dá)到危險區(qū)人員

山區(qū)峪口山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，與現(xiàn)有西安市防汛監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)相結(jié)合，在信息采集及預(yù)報分析決策的基礎(chǔ)上，通過確定的預(yù)警程序和方式，將預(yù)警信息通過手機(jī)短信的方式，及時、準(zhǔn)確地傳送到處于峪口山洪災(zāi)害危險區(qū)的人員（包括游客和當(dāng)?shù)鼐用瘢?，使受危險威脅區(qū)人員及時采取預(yù)防措施，最大限度地減少人員傷亡。在實(shí)際操作過程中，預(yù)警的區(qū)域范圍可以比山洪災(zāi)害威脅區(qū)域要大，盡可能最大程度覆蓋威脅區(qū)域。

3、關(guān)鍵技術(shù)

（1）基站地理映射

基站地理映射配置系統(tǒng)主要功能是配置基站和實(shí)際地理位置的映射關(guān)系。若從基站角度出發(fā)，形成基站映射區(qū)域列表，從區(qū)域角度出發(fā)，形成區(qū)域關(guān)聯(lián)基站組。

一個基站可能覆蓋多個區(qū)域場所，也可能只覆蓋一個區(qū)域場所，還可能是一個基站的部分覆蓋一個區(qū)域場所的部分。若從基站的角度出發(fā)，可以列出與基站有關(guān)的所有區(qū)域場所，從而構(gòu)建基站映射區(qū)域場所列表數(shù)據(jù)庫。

具體處理方法是：從運(yùn)營商提供的基站覆蓋信息數(shù)據(jù)庫中，獲取基站位置和基站覆蓋半徑，計算出基站的覆蓋范圍，將基站覆蓋范圍映射到地圖上的某個范圍，得到該范圍下的所有場所，形成與該基站對應(yīng)的場所列表，最終構(gòu)建基站映射場所列表數(shù)據(jù)庫。查詢該基站映射場所列表數(shù)據(jù)庫，輸入基站編號，可以得到該基站下所有場所列表。

形成基站映射區(qū)域場所列表數(shù)據(jù)庫，其中的序號字段是數(shù)據(jù)庫自動為基站生成的編號，由于有多個運(yùn)營商的基站信息，所以識別基站需要通過MCC+MNC+LAC+CellID進(jìn)行唯一性識別。其它字段還包括該基站下覆蓋的所有場所名、場所POI屬性以及覆蓋率，其中覆蓋率是指基站覆蓋場所的部分占基站全部覆蓋范圍的比率，通過面積比進(jìn)行計算，即將基站覆蓋區(qū)域場所的面積除以基站覆蓋全部范圍的面積。

（2）群體量化指標(biāo)生成

手機(jī)信令經(jīng)過數(shù)據(jù)分析和處理后，可以形成群體量化指標(biāo)。主要功能是計算區(qū)域群體聚集量指標(biāo)和區(qū)域群體流入流出量模型。其中聚集量模型指標(biāo)的計算又分為區(qū)域群體人口總量和區(qū)域人口空間分布。區(qū)域流入流出量指標(biāo)的計算又分為區(qū)域人口流入量、區(qū)域人口流出量和區(qū)域人口流入流出平衡度。

群體聚集是指區(qū)域內(nèi)的群體聚集行為，包括單點(diǎn)聚集和多點(diǎn)聚集。單點(diǎn)聚集問題是將單個區(qū)域作為研究對象，研究區(qū)域內(nèi)群體人口數(shù)量，即區(qū)域群體人口總量問題。多點(diǎn)聚集問題是將多個子區(qū)域作為研究對象，研究每個子區(qū)域內(nèi)群體人口數(shù)量，再將所有子區(qū)域組合看作一個整體區(qū)域，即是研究整體區(qū)域的群體人口空間分布問題。

群體人口總量，以一個區(qū)域?yàn)檠芯繉ο?，研究區(qū)域內(nèi)的群體人口數(shù)量。群體可以是全部人群，也可以是具有共同屬性特征的細(xì)分人群。對于全部人群，統(tǒng)計區(qū)域關(guān)聯(lián)基站組所有基站的手機(jī)用戶數(shù)，進(jìn)行累加，即得到區(qū)域內(nèi)全體人群群體人口總量。對于細(xì)分人群來說，首先需要通過構(gòu)建相應(yīng)算法模型，依據(jù)不同人群行為特征，對人群進(jìn)行劃分，統(tǒng)計區(qū)域關(guān)聯(lián)基站組的所有基站下該細(xì)分人群的手機(jī)用戶數(shù)，進(jìn)行累加，即得到區(qū)域內(nèi)細(xì)分人群群體人口總量。

（3）預(yù)警信息發(fā)布

預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)由預(yù)警信息轉(zhuǎn)發(fā)子系統(tǒng)和預(yù)警信息處理子系統(tǒng)組成。

預(yù)警信息轉(zhuǎn)發(fā)子系統(tǒng)需要開發(fā)獨(dú)立接口，與現(xiàn)有西安市防汛監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行對接，接收藍(lán)色、黃色、橙色和紅色四級預(yù)警信息，對輸入的預(yù)警信息進(jìn)行封裝打包，按照統(tǒng)一的格式要求，發(fā)布到預(yù)警信息處理子系統(tǒng)中。同時，要求系統(tǒng)具備預(yù)警信息模板功能，預(yù)警信息模板定制功能，方便用戶操作，以便在緊急情況下，盡快將預(yù)警信息發(fā)布。對預(yù)警信息發(fā)布的所有操作均有記錄，并提供統(tǒng)計分析功能，能夠顯示預(yù)警歷史記錄的統(tǒng)計信息。

預(yù)警信息處理子系統(tǒng)，從預(yù)警信息轉(zhuǎn)發(fā)子系統(tǒng)接收預(yù)警消息，對接收到預(yù)警消息進(jìn)行處理，包括：根據(jù)區(qū)域映射出區(qū)域內(nèi)所有基站（稱為區(qū)域關(guān)聯(lián)基站組），再通過關(guān)聯(lián)基站組下所有用戶列表，獲取區(qū)域內(nèi)所有手機(jī)用戶列表，由于手機(jī)ID均為脫敏加密，則需要對加密后的手機(jī)ID進(jìn)行反解碼，獲取處于該區(qū)域內(nèi)所有手機(jī)用戶的手機(jī)號碼。然后，再將收到的預(yù)警消息，以短消息的形式發(fā)送到區(qū)域內(nèi)所有手機(jī)號碼。

結(jié)束語：

本文設(shè)計的系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)難度主要是來自于運(yùn)營商數(shù)據(jù)的獲取和大數(shù)據(jù)的處理。目前處于整體測試調(diào)試階段，部分運(yùn)營商已經(jīng)完成在秦嶺北麓山洪災(zāi)害重點(diǎn)峪口，如：灃峪、庫峪、澇峪、石砭峪、太平峪、小峪等進(jìn)行測試，通過算法模型的不斷優(yōu)化，測試效果良好。需要說明的是，本文的設(shè)計思路不局限于山洪災(zāi)害預(yù)警，可以擴(kuò)展到其它公共安全領(lǐng)域應(yīng)用，未來將具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬建明，劉昌東，程先云，吳劍.山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化綜述[J].中國防汛抗旱.2014（06）

[2] 莫加亮.基于Hadoop技術(shù)的電信大數(shù)據(jù)分析平臺的設(shè)計分析[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用. 2017（06）

[3] 孟東霞，何志強(qiáng)，安英博.基于電信大數(shù)據(jù)的流入人口統(tǒng)計研究[J].無線互聯(lián)