山區(qū)峪口山洪災害預警系統(tǒng)設計

胡風有

【摘要】本文設計一種針對山區(qū)峪口游客的山洪災害預警系統(tǒng)，作為對現(xiàn)有預警系統(tǒng)的一種有效補充。明確了系統(tǒng)預期目標，給出系統(tǒng)總體設計架構，并指出系統(tǒng)實現(xiàn)過程中的關鍵技術：基站地理映射、群體量化指標生成和預警信息發(fā)布。系統(tǒng)測試效果良好，其思路可推廣應用于其它公共安全領域。

【關鍵詞】洪災；預警系統(tǒng)；山區(qū)

1、總體目標

依托中國移動、中國聯(lián)通、中國電信三家運營商采集的手機信令數(shù)據(jù)，建設基于三大電信運營商手機信令數(shù)據(jù)的山區(qū)峪口山洪災害短信預警系統(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區(qū)域的人員分布狀況，為搶險救援提供決策支持，結合現(xiàn)有預警監(jiān)測系統(tǒng)，將預警信息發(fā)布到手機信號覆蓋危險區(qū)的手機用戶，進一步提高山洪災害信息監(jiān)測和預警的準確性、時效性及可靠性，保障人民群眾生命財產(chǎn)安全，盡量減少山洪災害損失，爭取避免群死群傷事件。

2、山洪災害預警系統(tǒng)設計

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

（1）監(jiān)測指定山區(qū)峪口內(nèi)游客分布狀況

山區(qū)峪口山洪災害預警系統(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） 將山洪災害預警信息及時傳達到危險區(qū)人員

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

3、關鍵技術

（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際地理位置的映射關系。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的所有區(qū)域場所，從而構建基站映射區(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，形成與該基站對應的場所列表，最終構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，由于有多個運營商的基站信息，所以識別基站需要通過MCC+MNC+LAC+CellID進行唯一性識別。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）群體量化指標生成

手機信令經(jīng)過數(shù)據(jù)分析和處理后，可以形成群體量化指標。主要功能是計算區(qū)域群體聚集量指標和區(qū)域群體流入流出量模型。其中聚集量模型指標的計算又分為區(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，包括單點聚集和多點聚集。單點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)域為研究對象，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分人群。對于全部人群，統(tǒng)計區(qū)域關聯(lián)基站組所有基站的手機用戶數(shù)，進行累加，即得到區(qū)域內(nèi)全體人群群體人口總量。對于細分人群來說，首先需要通過構建相應算法模型，依據(jù)不同人群行為特征，對人群進行劃分，統(tǒng)計區(qū)域關聯(lián)基站組的所有基站下該細分人群的手機用戶數(shù)，進行累加，即得到區(qū)域內(nèi)細分人群群體人口總量。

（3）預警信息發(fā)布

預警信息發(fā)布系統(tǒng)由預警信息轉發(fā)子系統(tǒng)和預警信息處理子系統(tǒng)組成。

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

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

結束語：

本文設計的系統(tǒng)，其實現(xiàn)難度主要是來自于運營商數(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，部分運營商已經(jīng)完成在秦嶺北麓山洪災害重點峪口，如：灃峪、庫峪、澇峪、石砭峪、太平峪、小峪等進行測試，通過算法模型的不斷優(yōu)化，測試效果良好。需要說明的是，本文的設計思路不局限于山洪災害預警，可以擴展到其它公共安全領域應用，未來將具有較為廣闊的應用前景。

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