地震災(zāi)害協(xié)同評(píng)估模式研究

楊天青

楊天青，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心高級(jí)工程師，地震災(zāi)害調(diào)查評(píng)估中級(jí)評(píng)估師。主要從地震災(zāi)害和地震應(yīng)急等相關(guān)工作。近年來(lái)先后主持“十二五”國(guó)家科技支撐項(xiàng)目“地震災(zāi)情快速推漫與動(dòng)態(tài)發(fā)布技術(shù)研究”專題、地震行業(yè)專項(xiàng)“應(yīng)急救援區(qū)域差異性綜合查詢平臺(tái)建設(shè)”、地震星火科技攻關(guān)項(xiàng)目“地震災(zāi)害協(xié)同評(píng)估模式研究”和“川滇地區(qū)地震人員傷亡協(xié)同評(píng)估方法研究”等，發(fā)表論文10余篇。

引言

破壞性地震尤其是特大破壞性地震致災(zāi)迅速、成災(zāi)面廣、災(zāi)種多，且易造成各種次生災(zāi)害。以汶川地震為例，重災(zāi)區(qū)面積達(dá)四十余萬(wàn)平方千米，數(shù)萬(wàn)人被埋壓待救，幾十萬(wàn)傷員急需救治，幾百萬(wàn)人需緊急安置，大量的水、電、通信、道路等基礎(chǔ)設(shè)施受損亟待搶險(xiǎn)恢復(fù)……每次地震引發(fā)的災(zāi)害成因、種類、規(guī)模、特征各不相同，單靠某一專業(yè)或某一行業(yè)的專家不能對(duì)這些災(zāi)害損失做出較為客觀全面的評(píng)估。必須建立針對(duì)地震災(zāi)害的協(xié)同評(píng)估工作環(huán)境，依靠多學(xué)科專家的共同參與、群策群力、對(duì)地震造成的各類災(zāi)害現(xiàn)象進(jìn)行協(xié)同評(píng)估，才能給出相對(duì)準(zhǔn)確和科學(xué)的判定結(jié)果，為救援決策提供更可靠的決策依據(jù)。以地震烈度預(yù)評(píng)估為例，目前地震烈度預(yù)評(píng)估主要通過(guò)地震烈度衰減模型進(jìn)行初評(píng)估之后，再結(jié)合震源特性、地質(zhì)構(gòu)造特性、場(chǎng)地條件、地震動(dòng)參數(shù)、災(zāi)情信息等對(duì)烈度初評(píng)估結(jié)果進(jìn)行修正，但是不同修正方向的專家力量和數(shù)據(jù)資源往往分布在不同的單位，例如震源特性的修正主要依靠地球物理所，地質(zhì)構(gòu)造修正主要依靠地質(zhì)所，場(chǎng)地條件修正主要依靠工力所或發(fā)震省，地震動(dòng)參數(shù)修正往往依靠地球所和工力所，而災(zāi)情信息則需綜合各方信息源。按照目前的分散式工作模式，各方憑借其學(xué)科優(yōu)勢(shì)和信息資源分頭開展烈度評(píng)估與修正工作，再以文本的形式將各自評(píng)估結(jié)果匯集到地震局應(yīng)急指揮中心，然后通過(guò)指揮中心應(yīng)急人員人工解讀、關(guān)鍵信息提取、烈度圈數(shù)字化、空間文件重建等環(huán)節(jié)才能獲得可用共享文件信息，由此導(dǎo)致理應(yīng)半小時(shí)就完成的烈度修正工作往往需要數(shù)小時(shí)才能完成，嚴(yán)重影響震后烈度快速判定工作效率。如果各單位能參照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范產(chǎn)出評(píng)估與修正結(jié)果，按照約定的工作流程以規(guī)范化數(shù)據(jù)的形式完成評(píng)估結(jié)果以及其他相關(guān)參數(shù)的交換，將會(huì)大大縮短評(píng)估結(jié)果交互再利用的時(shí)間，提高應(yīng)急響應(yīng)的效率。

本研究主要從地震災(zāi)害評(píng)估現(xiàn)狀分析出發(fā)，結(jié)合計(jì)算機(jī)協(xié)同評(píng)估工作理念和當(dāng)前可利用的支撐資源（包括網(wǎng)絡(luò)資源和應(yīng)急科技產(chǎn)出資源），設(shè)計(jì)基于行業(yè)專家的地震災(zāi)害協(xié)同評(píng)估模式，并以地震烈度協(xié)同評(píng)估為例，設(shè)計(jì)出一套地震災(zāi)害協(xié)同評(píng)估原型系統(tǒng)，以期提高震后初期的災(zāi)害評(píng)估與應(yīng)急響應(yīng)效率。

地震災(zāi)害評(píng)估任務(wù)分析

地震災(zāi)害評(píng)估按照評(píng)估內(nèi)容、工作時(shí)序和工作場(chǎng)景等，大致可以劃分為地震災(zāi)害快速評(píng)估、地震災(zāi)害修正評(píng)估、地震現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害評(píng)估三個(gè)階段。

地震災(zāi)害快速評(píng)估是指在地震發(fā)生后接到地震速報(bào)參數(shù)30 分鐘內(nèi)，依據(jù)烈度衰減模型估計(jì)出災(zāi)區(qū)的范圍，再根據(jù)所掌握的災(zāi)區(qū)建筑物及人口分布等統(tǒng)計(jì)資料，估計(jì)災(zāi)區(qū)建筑物破壞的直接經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡情況，又稱為盲估。該階段產(chǎn)出一張地震烈度初評(píng)估圖和人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失規(guī)模初判結(jié)果。該階段的評(píng)估模型主要有地震烈度衰減模型、人員傷亡評(píng)估模型、經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估模型。

地震災(zāi)害修正評(píng)估是指在地震災(zāi)害快速評(píng)估基礎(chǔ)上，結(jié)合不斷獲取的實(shí)際災(zāi)情、地震動(dòng)記錄、震源機(jī)制解、能源破裂過(guò)程、地質(zhì)構(gòu)造、當(dāng)?shù)厝丝诩敖ㄖ锟拐鹎闆r等信息不斷對(duì)快速評(píng)估結(jié)果進(jìn)行修正，使其更加準(zhǔn)確，該過(guò)程貫串整個(gè)應(yīng)急期。

地震現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害評(píng)估主要包括地震烈度評(píng)定和地震災(zāi)害直接損失評(píng)估兩部分工作內(nèi)容。主要通過(guò)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地抽樣調(diào)查、電話問(wèn)詢收集震害、遙感監(jiān)測(cè)以及其他災(zāi)情信息綜合判定地震極災(zāi)區(qū)位置及地震災(zāi)區(qū)范圍，地震造成的房屋破壞損失情況等。

從整體地震應(yīng)急時(shí)序上看，三個(gè)階段的工作有先后順序，但后兩個(gè)階段又有很長(zhǎng)的時(shí)間重疊和信息交互。從工作地點(diǎn)上看，地震災(zāi)害快速評(píng)估和地震災(zāi)害修正評(píng)估主要在后方指揮部完成，目標(biāo)是產(chǎn)出科學(xué)合理的災(zāi)害規(guī)模斷定結(jié)果，為應(yīng)急指揮決策服務(wù)。地震現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害評(píng)估主要在地震現(xiàn)場(chǎng)前方指揮部完成。

根據(jù)《中國(guó)地震局地震應(yīng)急預(yù)案》，應(yīng)對(duì)特別重大、重大地震災(zāi)害，啟動(dòng)地震應(yīng)急Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)響應(yīng)時(shí)，中國(guó)地震局成立應(yīng)急指揮部，在國(guó)務(wù)院抗震救災(zāi)指揮機(jī)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)下統(tǒng)一指揮地震部門開展地震應(yīng)急工作；派出中國(guó)地震局地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急隊(duì)，成立現(xiàn)場(chǎng)指揮部——指揮和協(xié)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急工作，與災(zāi)區(qū)人民政府進(jìn)行溝通、協(xié)調(diào)。災(zāi)區(qū)省級(jí)地震局成立應(yīng)急指揮部，派出現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急隊(duì)，在中國(guó)地震局應(yīng)急指揮部和省級(jí)人民政府抗震救災(zāi)指揮部領(lǐng)導(dǎo)下開展相關(guān)應(yīng)急工作?！笆濉睌?shù)字觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目建成之后形成全國(guó)應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)（圖1），社會(huì)服務(wù)工程項(xiàng)目在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了部分功能的擴(kuò)展和完善。

圖1 應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)圖

根據(jù)地震應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)急指揮體系架構(gòu)中主要有以下四個(gè)節(jié)點(diǎn)：

國(guó)務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部：開展災(zāi)情收集研判工作，提出國(guó)家地震應(yīng)急Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)響應(yīng)和應(yīng)對(duì)措施建議。

區(qū)域抗震救災(zāi)指揮部：組織開展災(zāi)情收集研判工作，向中國(guó)地震局和省級(jí)黨委、政府報(bào)告震情和災(zāi)情信息。

現(xiàn)場(chǎng)地震應(yīng)急指揮部：組織開展地震烈度評(píng)定，開展災(zāi)區(qū)范圍、人員傷亡數(shù)量、建（構(gòu)）筑物和基礎(chǔ)設(shè)施破壞程度等調(diào)查，根據(jù)需要開展地震災(zāi)害損失評(píng)估、建筑物安全鑒定。

大中城市、市縣應(yīng)急決策系統(tǒng)：開展災(zāi)情、社情收集和核實(shí)工作，并向本級(jí)人民政府和上級(jí)地震部門報(bào)告，必要時(shí)可直接上報(bào)中國(guó)地震局。

除上述四個(gè)節(jié)點(diǎn)的地震應(yīng)急工作外，地震行業(yè)還有五個(gè)研究所、搜救中心、震防中心也參與地震災(zāi)害評(píng)估過(guò)程，并在不同階段承擔(dān)了相應(yīng)的任務(wù)。

由上述任務(wù)分析可見，符合啟動(dòng)I級(jí)和II級(jí)應(yīng)急響應(yīng)的破壞性地震發(fā)生后，國(guó)務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部和區(qū)域抗震救災(zāi)指揮部立即成立，協(xié)同開展災(zāi)情收集研判工作。國(guó)務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部一般由地震局相關(guān)司室組成的應(yīng)急處置工作團(tuán)隊(duì)、應(yīng)急專家團(tuán)隊(duì)、指揮中心工作人員三部分組成，協(xié)同開展震后災(zāi)情研判和應(yīng)急響應(yīng)工作。地震局直屬研究所和中心作為應(yīng)急科技支撐，參與應(yīng)急協(xié)同工作。目前的工作模式是各單位收到地震速報(bào)參數(shù)后，分散協(xié)同工作，有階段性成果后，采用文件的方式共享至指揮部。協(xié)同工作期間主要采用電話溝通或網(wǎng)絡(luò)QQ或微信的方式溝通聯(lián)絡(luò)。工作態(tài)勢(shì)如圖2所示。

根據(jù)地震應(yīng)急任務(wù)分析以及當(dāng)前的技術(shù)系統(tǒng)現(xiàn)狀可知，各參與單位均具備地震災(zāi)害快速評(píng)估的技術(shù)功能，軟件架構(gòu)和功能基本一致，只是評(píng)估方法有所區(qū)別；每個(gè)評(píng)估階段都是多用戶共同參與，工作模式是分頭獨(dú)立開展，產(chǎn)出結(jié)果以文件的形式進(jìn)行交換，協(xié)調(diào)溝通方式主要有視頻會(huì)議、電話或QQ。

當(dāng)前這種應(yīng)急工作模式，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：一是主要依靠文件進(jìn)行信息交換導(dǎo)致評(píng)估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及評(píng)估結(jié)果共享效率低；二是依托第三方溝通工具如視頻、電話或QQ進(jìn)行評(píng)估過(guò)程協(xié)同，溝通過(guò)程與結(jié)果集成耗時(shí)長(zhǎng)；三是各協(xié)同單位單獨(dú)建設(shè)與運(yùn)維基本功能相同的災(zāi)害評(píng)估軟件，建設(shè)投入與運(yùn)維成本高；四是雖然建立了覆蓋國(guó)家、省、地市三級(jí)的應(yīng)急指揮技術(shù)體系框架，但是從應(yīng)用系統(tǒng)角度，尚未按照節(jié)點(diǎn)功能定位建立一體化地震災(zāi)害評(píng)估技術(shù)系統(tǒng)，形成全鏈條的災(zāi)情研判體系。

地震災(zāi)害協(xié)同評(píng)估模式設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)協(xié)同工作（Computer Supported Coopertive Work，簡(jiǎn)稱CSCW）技術(shù)的實(shí)質(zhì)和目的是: 利用多媒體計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)建立一個(gè)協(xié)同工作環(huán)境, 在此環(huán)境中人們相互合作, 共同完成同一任務(wù)，以提高工作效率或解決科技難題。CSCW的三要素是合作、協(xié)調(diào)和通信。合作模式從時(shí)間和空間上可分為同時(shí)同地合作的同步模式、同時(shí)異地的分布式同步模式、異時(shí)同地的異步模式和異時(shí)異地的分布式異地模式。

圖2 國(guó)務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部應(yīng)急工作態(tài)勢(shì)圖

地震災(zāi)害評(píng)估尤其是震后30分鐘內(nèi)開展的地震災(zāi)害快速評(píng)估和其后開展的地震災(zāi)害修正評(píng)估工作平臺(tái)或合作方式可以利用CSCW的理念進(jìn)行改進(jìn)以提高評(píng)估效率和評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性。按照工作內(nèi)容和合作方式設(shè)計(jì)成分布式工作階段和協(xié)同工作階段（圖3）。

分布式工作階段主要指震后初期各協(xié)同用戶根據(jù)其學(xué)科優(yōu)勢(shì)采用傳統(tǒng)的工作模式獨(dú)自開展的地震災(zāi)害快速評(píng)估及評(píng)估修正工作，修正評(píng)估只作用于各自產(chǎn)出的結(jié)果。該階段的工作目標(biāo)是為協(xié)同評(píng)估提供信息參考，工作特點(diǎn)是多用戶并行單線操作，工作時(shí)序松散，評(píng)估結(jié)果集中共享?？刹捎梦募粨Q和數(shù)據(jù)同步的兩種共享方式，對(duì)于結(jié)構(gòu)化的交換信息（例如評(píng)估結(jié)果）采用數(shù)據(jù)同步方式，對(duì)于非結(jié)構(gòu)化的信息（例如災(zāi)情圖片）采用文件交換方式。

協(xié)同工作階段主要指在初期的分布式快速評(píng)估基礎(chǔ)上，根據(jù)應(yīng)急響應(yīng)工作需求，由中心協(xié)同節(jié)點(diǎn)召集各協(xié)同參與節(jié)點(diǎn)在同一平臺(tái)上對(duì)第一階段的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行協(xié)同會(huì)商研判，常用的會(huì)商手段包括不同節(jié)點(diǎn)產(chǎn)出結(jié)果的對(duì)比分析、基于同一評(píng)估結(jié)果的會(huì)商研判。該階段的工作方式是多用戶共同對(duì)同一評(píng)估結(jié)果會(huì)商進(jìn)行研判，時(shí)序嚴(yán)格。為了得到高效準(zhǔn)確的會(huì)商研判結(jié)果，可以考慮建立統(tǒng)一的地震災(zāi)害協(xié)同評(píng)估工作平臺(tái)，在平臺(tái)中集成常用的協(xié)同評(píng)估方法和通訊手段，開展協(xié)同評(píng)估工作。

協(xié)同評(píng)估軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

圖3 地震災(zāi)害協(xié)同評(píng)估流程示意圖

圖4 三級(jí)（國(guó)家中心、區(qū)域中心、地市）應(yīng)急災(zāi)害協(xié)同評(píng)估軟件數(shù)據(jù)流程圖

圖5 國(guó)家中心與地震現(xiàn)場(chǎng)之間的協(xié)同數(shù)據(jù)流程圖

圖6 地震災(zāi)害協(xié)同評(píng)估原型平臺(tái)主界面

災(zāi)害協(xié)同評(píng)估軟件是基于群決策理論實(shí)現(xiàn)協(xié)同評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多用戶對(duì)地震災(zāi)害快速評(píng)估結(jié)果進(jìn)行協(xié)同修正，實(shí)現(xiàn)對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行協(xié)同會(huì)商。軟件架構(gòu)及其功能定制設(shè)計(jì)必須考慮各協(xié)同節(jié)點(diǎn)在整個(gè)應(yīng)急體系架構(gòu)中的定位。本課題設(shè)計(jì)了三級(jí)（國(guó)家中心、區(qū)域中心、地市）地震應(yīng)急協(xié)同評(píng)估軟件數(shù)據(jù)流程（圖4、圖5）。國(guó)家中心協(xié)同評(píng)估管理節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理五所三中心和發(fā)震省協(xié)同用戶的協(xié)同調(diào)度與協(xié)同評(píng)估實(shí)現(xiàn)；區(qū)域中心協(xié)同管理節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)轄區(qū)地市節(jié)點(diǎn)協(xié)同用戶的管理調(diào)度和協(xié)同評(píng)估結(jié)果與災(zāi)情信息的上下同步，同時(shí)參與國(guó)家中心的協(xié)同評(píng)估；地市節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單的災(zāi)害評(píng)估和災(zāi)情收集與上報(bào)。國(guó)家中心協(xié)同管理節(jié)點(diǎn)與區(qū)域中心協(xié)同管理節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)同步實(shí)現(xiàn)協(xié)同信息交換，通過(guò)文件共享實(shí)現(xiàn)用戶之間的共享。另外協(xié)同用戶之間還可以通過(guò)消息交互機(jī)制進(jìn)行溝通交流。

本研究利用云平臺(tái)桌面虛擬化技術(shù)，將全國(guó)基礎(chǔ)版本的地震災(zāi)害評(píng)估軟件部署到國(guó)家中心協(xié)同管理節(jié)點(diǎn)上，采用一定的協(xié)同管理機(jī)制和備份機(jī)制集中運(yùn)維管理，并提供統(tǒng)一的技術(shù)升級(jí)服務(wù)。各協(xié)同方可以通過(guò)桌面虛擬化途徑連接到國(guó)家中心協(xié)同評(píng)估節(jié)點(diǎn)調(diào)用服務(wù)，并進(jìn)行個(gè)性化參數(shù)或數(shù)據(jù)設(shè)置，滿足各自災(zāi)害評(píng)估的定制需求。

國(guó)務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部協(xié)同服務(wù)對(duì)協(xié)同節(jié)點(diǎn)的管理采用Vmware Horizon View的方式，主要靠服務(wù)端操作部署任務(wù)，應(yīng)用瘦客戶端，可滿足各種終端隨時(shí)隨地訪問(wèn)，符合國(guó)家中心協(xié)同評(píng)估工作場(chǎng)景的需要，評(píng)估模型形式統(tǒng)一，參數(shù)可定制，基礎(chǔ)版本數(shù)據(jù)統(tǒng)一，可個(gè)性更新。

區(qū)域中心協(xié)同服務(wù)對(duì)地市節(jié)點(diǎn)的管理采用HORIZON MIRAGE（水平鏡像）方式，主要由客戶端操作，應(yīng)用胖客戶端，無(wú)網(wǎng)絡(luò)時(shí)客戶端也可以操作，有網(wǎng)絡(luò)時(shí)再自動(dòng)同步結(jié)果，服務(wù)端主要是客戶端桌面的鏡像管理。

地震災(zāi)害協(xié)同評(píng)估原型實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

地震災(zāi)害協(xié)同評(píng)估平臺(tái)原型基于MVC開發(fā)模式采用C#開發(fā)語(yǔ)言在.net Framework 環(huán)境下開發(fā)實(shí)現(xiàn)，GIS相關(guān)功能模塊采用ArcGIS Engine9.3 開發(fā)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)主要功能模塊包括評(píng)估數(shù)據(jù)整合、協(xié)同評(píng)估控制、評(píng)估模型管理、評(píng)估計(jì)算和評(píng)估結(jié)果管理等功能模塊。原型平臺(tái)的主界面如圖6所示。

地震災(zāi)害協(xié)同評(píng)估原型平臺(tái)于2016年1月在中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心應(yīng)急指揮技術(shù)平臺(tái)上安裝試運(yùn)行，2017年11月推廣到西藏地震局。自運(yùn)行以來(lái)陸續(xù)觸發(fā)響應(yīng)了多次中強(qiáng)地震。在2017年8月8日四川九寨溝7.0級(jí)地震中，利用該平臺(tái)快速完成1次烈度快速評(píng)估3次烈度修正，很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)策專家的評(píng)估技術(shù)需求，提高了應(yīng)急處置的時(shí)效。

該平臺(tái)在試運(yùn)行期間也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題和不足，比如管理上的專家隊(duì)伍協(xié)同工作流程以及職責(zé)定位不明確，各省本地化數(shù)據(jù)的更新技術(shù)不成熟、不同地區(qū)人員傷亡評(píng)估方法的適應(yīng)性不強(qiáng)、各省及地市節(jié)點(diǎn)對(duì)軟件的簡(jiǎn)化操作版本有需求等等。以上問(wèn)題都需要在后續(xù)的研究或管理工作中妥善解決才能使平臺(tái)更好地發(fā)揮作用。