地震應(yīng)急值班信息即時編發(fā)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

曾維祖，楊 力，晉云霞，黃新茹，潘勇杰，張力文

（四川省地震局，四川 成都 610041）

四川是一個多強震省份，2017年1月1日至2022年6月14日共發(fā)生4.0級以上地震88次。根據(jù)四川省地震局應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，將地震災(zāi)害事件等級應(yīng)急處置工作分為I—IV級響應(yīng)，而地震應(yīng)急值班工作作為應(yīng)急處置流程中的重要環(huán)節(jié)，如何為政府提供更精準、更具時效性的應(yīng)急信息產(chǎn)品，從而輔助政府決策、減輕地震事件影響、提升地震部門公共服務(wù)能力是當前地震應(yīng)急工作中的重要研究課題（邵永謙等，2020）。目前，四川省地震局總值班室應(yīng)急信息產(chǎn)品產(chǎn)出主要依靠值班員在地震事件發(fā)生后手動采編地震事件信息，并向政府相關(guān)部門上報地震信息。在震情信息文稿撰寫過程中，由于地震事件具有突發(fā)性，發(fā)生時間、地點無明顯規(guī)律，無法提前準備相關(guān)工作，并且上行信息中關(guān)鍵內(nèi)容較多，規(guī)定嚴謹，單純依靠人為編寫應(yīng)急值班信息，費時費力、且容易因人為疏忽而導(dǎo)致嚴重錯誤，進而造成惡劣影響。若地震信息采編工作由網(wǎng)絡(luò)和計算機通過相關(guān)程序自動完成，無疑是科學(xué)而有效的，這樣既可滿足政府對信息獲取的時效性要求，又可減輕值班人員的工作量，提高應(yīng)急值班工作整體效率（奚沖霄等，2019）。其他行業(yè)部門已經(jīng)有關(guān)于上行信息編發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計研究（張洪衛(wèi)等，2002；劉繼敏等，2007）。地震系統(tǒng)在1998年有學(xué)者針對地震信息服務(wù)的工作程序提出設(shè)想（吳忠良，1998），而后福建省地震局于2004年采用C語言與UNIX系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字地震臺網(wǎng)地震速報信息發(fā)布程序（廖詩榮等，2004），此后相關(guān)研究機構(gòu)通過不同方式實現(xiàn)地震速報信息的快速編發(fā)，如中國地震臺網(wǎng)中心的國家地震臺網(wǎng)地震速報綜合信息發(fā)布系統(tǒng)采用了實時地震數(shù)據(jù)與WebGIS服務(wù)實現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)為用戶提供快速服務(wù)（侯建民等，2009）；江西省地震局通過MATLAB7與基于web的Google地圖服務(wù)開發(fā)了地震速報信息發(fā)送軟件（曾文敬等，2013）；新疆維吾爾自治區(qū)地震局基于新疆地震信息互聯(lián)網(wǎng)門戶網(wǎng)站，使用網(wǎng)站腳本、EQIM地震信息共享平臺數(shù)據(jù)庫和軟件編程技術(shù)實現(xiàn)了地震速報信息自動發(fā)布（劉平仁等，2016）；北京市地震局基于JOPENS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，利用C＃和MySQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)設(shè)計軟件實現(xiàn)了地震速報和地震目錄數(shù)據(jù)服務(wù)功能（奚沖霄等，2019），另外針對非天然地震事件信息發(fā)布也設(shè)計實現(xiàn)了自動處理軟件（奚沖霄等，2021）；上海市地震局采用JAVAEE架構(gòu)設(shè)計和開發(fā)了上海測震臺網(wǎng)業(yè)務(wù)自動化產(chǎn)出系統(tǒng)（邵永謙等，2020）。本研究結(jié)合四川省地震局應(yīng)急值班工作實際流程，研發(fā)實現(xiàn)地震應(yīng)急值班信息即時編發(fā)系統(tǒng)，為準確快速編發(fā)地震應(yīng)急值班信息、更好地開展地震應(yīng)急值班工作提供一種可靠工具，可進一步增強地震應(yīng)急值班信息產(chǎn)出的準確性及時效性，提高震情信息發(fā)布服務(wù)質(zhì)量，為上級管理部門快速決策及時部署提供有力依據(jù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文采用Python3.8.10作為開發(fā)語言，利用PyQt5.15.4繪制圖形用戶界面，設(shè)計的地震應(yīng)急值班信息即時編發(fā)系統(tǒng)如圖1所示。考慮到四川省地震應(yīng)急值班工作流程，系統(tǒng)采用中國地震臺網(wǎng)中心開發(fā)的一款基于微信企業(yè)號的地震信息自動推送平臺，即“地震信息播報機器人”作為輸入信息源，同時系統(tǒng)添加針對適配12322、四川地震臺等正式測定短信信息適配提取規(guī)則。為進一步提高地震事件自動監(jiān)測效率，本系統(tǒng)基于中國地震臺網(wǎng)中心“地震信息播報機器人”微信企業(yè)號和網(wǎng)頁微信實現(xiàn)了對地震事件的實時監(jiān)測。

本系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下兩個主要功能：快速生成時效性要求最嚴格的兩期地震應(yīng)急值班信息；根據(jù)震中位置自動計算相關(guān)市縣及省界距離，同時繪制距離圖件輔助解釋。系統(tǒng)整體而言，分為菜單欄、模式選擇欄、輸入?yún)?shù)欄、信息源輸入欄、繪圖結(jié)果顯示欄、計算結(jié)果顯示欄、規(guī)范化測距結(jié)果顯示欄、底部狀態(tài)欄共八部分（圖1）組成。菜單欄提供打開重要文件位置、工具、日志、幫助及文件夾路徑設(shè)置功能。輸入?yún)?shù)欄根據(jù)編發(fā)地震應(yīng)急值班信息審簽流程共分為當期信息期號、值班員、值班處長、帶班領(lǐng)導(dǎo)四部分，并在不同模式下提供鎖定輸入功能，保證自動監(jiān)測模式下內(nèi)容正常輸出。界面下部為結(jié)果顯示欄，均與距離計算模塊有關(guān)，分別展示震中與主要城市距離以及震中與四川距離最近縣城，并實現(xiàn)格式化輸出具體距離。底部狀態(tài)欄主要顯示各重要運算過程節(jié)點。系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖2所示。

圖1 地震應(yīng)急值班信息即時編發(fā)系統(tǒng)主界面

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

1.2 系統(tǒng)流程圖

首先值班員通過輸入地震事件正式報網(wǎng)頁鏈接、正式測定短信，或通過網(wǎng)頁微信實時監(jiān)控獲取地震事件正式報網(wǎng)頁鏈接，再進入系統(tǒng)運行流程（圖3）。自動監(jiān)測模式下，首先利用WeChat API接口實現(xiàn)對中國地震臺網(wǎng)中心地震信息播報機器人推送的地震事件進行監(jiān)控，再根據(jù)信息報送規(guī)則，識別鄰省及本省不同震級的地震事件，對四川M＞4.0地震進行后續(xù)處理，而不滿足條件的地震事件則不處理，回到監(jiān)控狀態(tài)，當達到報送規(guī)定震級后繼續(xù)執(zhí)行下一步程序，最后系統(tǒng)自動提取推送的地震事件正式報網(wǎng)頁鏈接，采用網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)定位提取所需關(guān)鍵要素形成結(jié)構(gòu)化信息，根據(jù)提取的震中經(jīng)緯度與各縣市經(jīng)緯度代入式（4）計算得到震中距及震中距主要縣市距離，進而實現(xiàn)震情信息、距離數(shù)據(jù)、圖件產(chǎn)品規(guī)范輸出。而手動模式則采用人工輸入地震信息播報機器人正式報或地震事件正式測定短信作為數(shù)據(jù)源，省去規(guī)則匹配步驟，直接對信息源內(nèi)容作后續(xù)計算處理，最后實現(xiàn)信息、圖件產(chǎn)品的規(guī)范化輸出。

圖3 系統(tǒng)運行流程圖

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計思路，各系統(tǒng)功能按執(zhí)行順序分別承擔事件監(jiān)控、信息提取、規(guī)則識別、文件輸出等功能?？紤]到系統(tǒng)的普適性，選擇采用不同開發(fā)平臺的數(shù)據(jù)、程序接口并嚴格按照各接口使用規(guī)范獲取市縣經(jīng)緯度坐標等地圖數(shù)據(jù)以及實現(xiàn)微信數(shù)據(jù)監(jiān)控。而地震事件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源采用中國地震臺網(wǎng)中心地震信息播報機器人推送地震事件的正式報信息，其中除地震三要素信息外，還有歷史地震信息、震中周邊市縣及與震中距離、震中地質(zhì)背景等，內(nèi)容詳實，根據(jù)不同信息編發(fā)模板可選用不同的內(nèi)容數(shù)據(jù)，極大地提高了系統(tǒng)維護與更新的普適性與靈活性。

2.1 WeChat API信息實時監(jiān)控

采用開源項目wxpy庫及itchat庫調(diào)用網(wǎng)頁微信數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)對地震信息播報機器人推送信息的實時監(jiān)控。根據(jù)微信推送類型，可分為公眾號信息與個人號信息，本系統(tǒng)僅保留公眾號信息中地震信息播報機器人所推送地震事件速報及正式報信息，其余信息均被過濾不做保存或使用，信息接收接口均為內(nèi)置，微信服務(wù)器收發(fā)數(shù)據(jù)均為微信內(nèi)部加密數(shù)據(jù)，外部不可抓取或調(diào)用，減少信息泄露風險。根據(jù)規(guī)則識別需報送地震事件后，監(jiān)控模塊可直接利用該條正式報信息鏈接做進一步信息提取或數(shù)據(jù)計算。WeChat API信息實時監(jiān)控模塊輸入：期號等預(yù)輸入?yún)?shù)、登錄Web WeChat；輸出：符合報送規(guī)定的地震事件正式報鏈接URL。

2.2 距離計算

由于數(shù)據(jù)源所提供距離信息不滿足實際應(yīng)急值班工作需求，存在部分地震事件缺失距離信息的情況，且以往多采用手動測定的方式求取距離，時效性有所欠缺，故本系統(tǒng)編寫距離計算模塊用于自動計算所需關(guān)鍵距離信息。本系統(tǒng)通過兩地經(jīng)緯度計算距離，使用Haversine（半正矢）公式來做距離計算。半正矢在三角函數(shù)中，稱（1-cosα）/2為角α的半正矢，記作havα。對于球面上任意兩點，圓心角的半正矢值可以通過式（1）計算：

式中：d為兩點間的距離；r為球半徑；φ1、φ2為兩點對應(yīng)的緯度；λ1、λ2為兩點對應(yīng)的經(jīng)度；d/r為圓心角，以弧度制度量。通過反正切函數(shù)解出d：

代入可得：

計算時取地球半徑為6 371.004 km。各縣市經(jīng)緯度通過高德地圖開發(fā)者平臺API接口獲取，默認為政府駐地經(jīng)緯度坐標。經(jīng)過多次使用測算，系統(tǒng)測算的距離結(jié)果與中國地震臺網(wǎng)中心地震事件正式報的距離結(jié)果是一致的，誤差約為0.26%。

2.3 文檔生成

四川省地震局總值班室承擔著把震情信息報送至不同行政管理部門的任務(wù)，各期地震信息均以基本固定內(nèi)容的Word文檔進行上報。在梳理了不同期數(shù)地震信息后，針對時效性要求最為嚴格的前兩期地震信息，預(yù)設(shè)對應(yīng)的震情信息模板，通過計算機程序提取、計算關(guān)鍵信息，完成模板文件的填充渲染。類似于采用Word文檔書簽生成模板文檔（閻楷，2010），本系統(tǒng)使用python開源項目docxtpl庫編寫，該庫包含兩個主要庫：python-docx與Jinja2。前者用于利用python語言操作docx文件（讀、寫、新建），后者為Python的功能齊全的通用模板語言（模板引擎、模板系統(tǒng)），其具備完整的unicode支持。使用占位變量的模板文件在經(jīng)過動態(tài)賦值后輸出對應(yīng)預(yù)期文件，可近似看作一個文檔渲染的過程。系統(tǒng)對四川省地震局應(yīng)急值班信息進行了Jinja2語法改寫，對發(fā)震時間、震級、經(jīng)緯度、距離等22個位置做了占位處理，形成兩期震情信息模板。作為模板系統(tǒng)Jinja2還提供了獨特的語法系統(tǒng)用以實現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)、表達式、過濾器等功能。模板中的特殊占位符允許編寫類似于Python語法的代碼，相較于Word文檔的書簽功能，Jinja2得益于控制結(jié)構(gòu)、表達式等功能，在模板編輯渲染、圖像處理等方面更加靈活，整體運行性能和模板可讀性良好，因此非專業(yè)人員亦可對模板按需做簡要修改。

系統(tǒng)運行過程中獲取到對應(yīng)變量后，即可對模板文件進行統(tǒng)一填充渲染，并自動生成以“月-日-時-分-震中位置-震級”為名的文件夾，內(nèi)含兩期值班信息與兩張距離圖件。經(jīng)測試，在系統(tǒng)運行得到所有占位變量后，實際動態(tài)賦值渲染操作用時約0.285 s，其效率已滿足實際工作所需。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

四川省地震局應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案對省內(nèi)及省外地震事件有著不同的處理規(guī)則，為此本系統(tǒng)在設(shè)計時針對省內(nèi)外地震事件處理時略有區(qū)別，其區(qū)別主要體現(xiàn)在省內(nèi)外地震事件處理時所繪制的距離圖件有所不同，對于省外地震事件而言，系統(tǒng)繪制震中與四川省界最近距離、與四川省最近縣市距離，以及震中與成都市距離；對于省內(nèi)地震事件而言，系統(tǒng)繪制震中與周邊縣市距離，以及與成都市距離。所繪制圖件主要用于輔助解釋說明，以備值班員更好地應(yīng)對上級行政管理部門的問訊。

以2022年6月1日17時四川省雅安市蘆山縣6.1級地震為例，在值班時，預(yù)輸入信息編發(fā)期數(shù)及人員，待地震事件發(fā)生后通過輸入短信、正式報鏈接或使用網(wǎng)頁微信監(jiān)控“地震信息播報機器人”消息推送，系統(tǒng)開始運行，提取關(guān)鍵要素、計算距離，最后顯示運行結(jié)果（圖4）、繪制距離圖件、輸出前兩期地震應(yīng)急值班信息（圖5）。系統(tǒng)能夠輸出兩種不同來源的格式化距離輸出結(jié)果：1）地震信息播報機器人中周邊市縣距離信息（若存在，在文檔生成過程中由紅色字體突出顯示）；2）系統(tǒng)測算出的主要市縣距離信息。系統(tǒng)計算出的距離結(jié)果與中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)布的距離結(jié)果基本一致，當?shù)卣鹦畔⒉髾C器人無距離推送時，系統(tǒng)計算的結(jié)果可做有效替代，同時系統(tǒng)提供地震事件震中與四川省界、四川最近縣市、成都市距離，實際應(yīng)用上更加符合四川省地震局地震應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案所劃分的應(yīng)急響應(yīng)處置流程。除上述系統(tǒng)描述與說明外，系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)時使用多線程方式提高整體計算效率。當數(shù)據(jù)源中含有距離信息時輸出結(jié)果中將會保留系統(tǒng)計算結(jié)果與數(shù)據(jù)源中提供的距離信息，可供使用人員按需刪改。

圖4 系統(tǒng)運行結(jié)果界面

圖5 系統(tǒng)輸出文檔結(jié)果

經(jīng)過多次地震事件實際使用測試，人工編發(fā)信息所用時間為7～10 min，系統(tǒng)自動監(jiān)測模式生成信息用時在2～5 s，手動模式用時10～15 s，且信息提取、距離計算準確，說明使用本系統(tǒng)能夠極大地提高地震應(yīng)急值班信息編發(fā)效率，減少人為疏忽造成的遺漏與錯誤。

4 結(jié)束語

開發(fā)的四川省地震局地震應(yīng)急值班信息即時編發(fā)系統(tǒng)，集成了數(shù)據(jù)快速提取、距離快速計算、模板自動填充、規(guī)則識別、自動監(jiān)測等功能，實現(xiàn)了15～20 s內(nèi)地震應(yīng)急值班信息快速規(guī)范地編發(fā)。相較于傳統(tǒng)手工填報方法，極大地提升了工作效率，有效地避免了人為導(dǎo)致的震中位置經(jīng)緯度、地名輸入錯誤等問題。地震應(yīng)急值班信息即時編發(fā)系統(tǒng)在經(jīng)過多個版本完善迭代后，已經(jīng)應(yīng)用于實際地震應(yīng)急值班工作中，且取得了良好的應(yīng)用效果。自2021年4月以來，系統(tǒng)測試與實際部署運行期間，截至2022年6月共有效應(yīng)對地震事件70次，其中2021年56次、2022年14次，值班員均能在接收到地震事件正式測定信息后2 min內(nèi)無差錯自動產(chǎn)出相應(yīng)的結(jié)果，滿足了上級行政管理部門對值班工作的各項要求。隨著應(yīng)急值班工作規(guī)則的修訂，系統(tǒng)的修改與優(yōu)化可以快速適配新要求、新規(guī)則，具備較強通用性。下一步將著力于系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)更新與維護、行業(yè)內(nèi)部EQIM數(shù)據(jù)接入等多個方面的更新升級，爭取進一步填補突發(fā)地震事件后信息填報自動化的空白。