基于ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)的地震災(zāi)情短信采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭韻　陳琳　王輝山　林巖釗　張樹(shù)君

摘? 要：現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情信息是地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮決策的重要依據(jù)，為了提升災(zāi)情的獲取與處理能力，文章設(shè)計(jì)了一個(gè)短信災(zāi)情采集與傳送系統(tǒng)，迅速、全面對(duì)這些信息進(jìn)行采集與集成是非常重要的。文章通過(guò)采集災(zāi)情速報(bào)員上報(bào)的災(zāi)情震感短信，基于三大運(yùn)營(yíng)商的短信通信接口協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)短信息數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，將獲取的信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶蠓教幚砥脚_(tái)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle10g大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，將剔除誤報(bào)后的信息基于Oracle10g數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，利用空間插值，在震后快速生成地震震感分布圖進(jìn)行展示或打印，可為地震應(yīng)急救援提供災(zāi)情判斷和輔助決策支持。

關(guān)鍵詞：地震災(zāi)情；短信采集；數(shù)據(jù)庫(kù)；災(zāi)情展示；網(wǎng)絡(luò)安全

中圖分類號(hào)：TP311? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）20-0037-04

Design and Implementation of Earthquake Disaster SMS Acquisition System

Based on ORACLE Database

ZHENG Yun， CHEN Lin， WANG Huishan， LIN Yanzhao， ZHANG Shujun

（Fujian Earthquake Agency， Fuzhou? 350003， China）

Abstract： The on-site disaster information is an important basis for on-site earthquake emergency command and decision making. In order to improve the ability of acquiring and processing disaster situations， this paper designed a text message disaster situation collection and transmission system. By collecting the disaster earthquake sensation SMS reported by the disaster situation quick reporter， the data was transmitted based on the SMS communication interface protocol of the three major operators to realize the sending and receiving of short message data. The acquired information is transmitted to the rear processing platform in real time， and the database adopts the Oracle10g large-scale database management system. The information after eliminating the false positives is used in spatial interpolation to quickly generate the earthquake sensation distribution map after the earthquake for display or printing， which can provide disaster judgment and auxiliary decision support for earthquake emergency rescue.on-site disaster information is an important basis for the emergency command and decision of the earthquake scene. It is very important to collect and integrate the information quickly and comprehensively. In this paper， by collecting disaster text messages reported by disaster instant reporters， based on Oracle10g database storage， and using spatial interpolation， earthquake sensation distribution map is quickly generated after the earthquake， which can provide disaster judgment and auxiliary decision support for earthquake emergency rescue.

Keywords： earthquake disaster; SMS collection; database; disaster display; network security

0? 引? 言

地震速報(bào)告訴了我們什么時(shí)間，什么地點(diǎn)，發(fā)生了多大震級(jí)的地震。但對(duì)于地震應(yīng)急救援工作來(lái)說(shuō)，這些信息是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。以5·12汶川大地震為例，2008年汶川8.0級(jí)地震的速報(bào)震中是映秀鎮(zhèn)，因此震后救援工作是以映秀鎮(zhèn)為重心展開(kāi)，隨著救援工作的推進(jìn)，指揮部發(fā)現(xiàn)距離映秀鎮(zhèn)約160千米的北川縣同樣遭到了毀滅性的破壞，震情誤判嚴(yán)重延誤了北川地區(qū)的震后搜救工作。由此不難看出，哪些區(qū)域地震災(zāi)情更嚴(yán)重，哪些地方急需救援力量的援助這些信息才是震后應(yīng)急處置工作最迫切的需求[1，2]。

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展及基站覆蓋率的不斷擴(kuò)大，基于移動(dòng)電話的業(yè)務(wù)應(yīng)用層出不窮。其中手機(jī)短信以它的技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便、用戶廣泛，且不受地域、時(shí)間的局限，為快速獲取地震現(xiàn)場(chǎng)的災(zāi)情信息提供了全民參與的基礎(chǔ)[3]。通過(guò)數(shù)字編碼形式存在的短信代碼將抽象的概念或者現(xiàn)象以一種便于理解和記憶的形式表達(dá)和呈現(xiàn)人們所處的客觀世界，是一種非常有效的信息載體。地震災(zāi)情短信旨在反映地震災(zāi)情，將地震災(zāi)害信息傳遞給相關(guān)人員，使他們?cè)谧疃痰臅r(shí)間內(nèi)做出快速高效的響應(yīng)，從而最大程度上減少或緩解地震所帶來(lái)的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

為了提升災(zāi)情的獲取與處理能力，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)短信災(zāi)情采集與傳送系統(tǒng)，將人工編輯的短信通過(guò)三大通信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，將獲取的信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶蠓教幚砥脚_(tái)，統(tǒng)一存儲(chǔ)到地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)中，這樣指揮部就能快速獲取災(zāi)區(qū)的各種災(zāi)情信息。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)震后5～10分種內(nèi)發(fā)送和接收短信息災(zāi)情，根據(jù)反饋信息在15分鐘內(nèi)初步給出地震災(zāi)情的分布，為后續(xù)緊急響應(yīng)處置工作提供科學(xué)依據(jù)。

1? 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

對(duì)主動(dòng)或被動(dòng)形式上報(bào)的短信息災(zāi)情信息進(jìn)行篩選、分類和管理，將過(guò)濾后的有效信息與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析得出地震影響范圍、地震受災(zāi)程度等專業(yè)數(shù)據(jù)，后續(xù)可以與移動(dòng)終端進(jìn)行專業(yè)GIS信息推送。該系統(tǒng)由中央控制系統(tǒng)和移動(dòng)終端系統(tǒng)兩大子系統(tǒng)組成。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及總體設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，按照“分層設(shè)計(jì)、模塊構(gòu)建”的思想進(jìn)行分系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)按照多層結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行組織，采用B/S、E/S體系結(jié)構(gòu)相結(jié)合的模式，數(shù)據(jù)層采用空間數(shù)據(jù)引擎和Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)，基礎(chǔ)功能層包括基礎(chǔ)功能組件與數(shù)據(jù)訪問(wèn)組件，業(yè)務(wù)服務(wù)層包括短信息災(zāi)情收集與傳送系統(tǒng)的兩個(gè)子系統(tǒng)和交互界面、以及與其他應(yīng)用程序的接口，用戶層面向本地和網(wǎng)絡(luò)的多種用戶?？傮w架構(gòu)如圖1所示。

2? 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)

2.1? 數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)原則

數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle10g大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)以關(guān)系型和面向?qū)ο鬄橹行墓芾頂?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件系統(tǒng)，是基于“客戶端/服務(wù)器”模式結(jié)構(gòu)?？蛻舳藨?yīng)用程序執(zhí)行與用戶進(jìn)行交互的活動(dòng)。其接收用戶信息，并向“服務(wù)器端”發(fā)送請(qǐng)求。服務(wù)器系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)信息和各種操作數(shù)據(jù)的活動(dòng)，主要包括以下四方面的設(shè)計(jì)：

1）表及索引數(shù)據(jù)量估算及物理存儲(chǔ)參數(shù)的設(shè)置：表及索引的存儲(chǔ)容量估算是根據(jù)其記錄長(zhǎng)度及估算的最大記錄數(shù)確定的，在容量估算中考慮了數(shù)據(jù)塊的頭開(kāi)銷及記錄和字段的頭開(kāi)銷等。表及索引的initial和next存儲(chǔ)一般設(shè)為相等，pctincrease設(shè)為0。

2）表空間的設(shè)計(jì)：Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的表和索引是透過(guò)表空間（tablespace）存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的，在設(shè)計(jì)表空間中，將較大的表和索引單獨(dú)分配為一個(gè)表空間，如果表空間中的對(duì)象均是只讀對(duì)象，可將表空間設(shè)置成只讀模式，在備份時(shí)，只讀表空間只需備份一次。增、刪、改的對(duì)象分成一組，存在對(duì)應(yīng)的表空間中。

3）臨時(shí)表空間的設(shè)計(jì)：建在專用的表空間中，供臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

4）數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)：根據(jù)上述的數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)定義劃分具體的表和視圖、定義外鍵約束、存儲(chǔ)過(guò)程、觸發(fā)器、索引、序列等具體的物理實(shí)體。

數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)最終是存儲(chǔ)在物理磁盤上的，在設(shè)計(jì)中合理地分配邏輯結(jié)構(gòu)的物理存儲(chǔ)地址，這樣可以優(yōu)化物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，使得讀寫盡量并行，減少磁盤讀寫競(jìng)爭(zhēng)，從而提高效率。通過(guò)對(duì)物理存儲(chǔ)進(jìn)行精密的計(jì)算減少不必要的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)擴(kuò)充，從而提高系統(tǒng)利用率。

2.2? 短信數(shù)據(jù)庫(kù)

短信數(shù)據(jù)是短信息災(zāi)情收集與傳送子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的重要組成部分。此數(shù)據(jù)庫(kù)包含了原始短信、解析處理后短信、用戶分組、用戶資料、地名數(shù)據(jù)、預(yù)制短信內(nèi)容等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)參照數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原則、不同數(shù)據(jù)分表存放并建立索引、序列。

2.3? 地震專題數(shù)據(jù)庫(kù)

地震專題數(shù)據(jù)庫(kù)包含地震專題數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，因此建立數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，空間數(shù)據(jù)將通過(guò)ArcSDE數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，同時(shí)ArcSDE可以提供空間和非空間數(shù)據(jù)進(jìn)行高效率的操作的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)。此數(shù)據(jù)庫(kù)包含的數(shù)據(jù)主要有地震事件數(shù)據(jù)、震情信息、評(píng)估結(jié)果（人員傷亡、房屋破外數(shù)據(jù)）、由短信息生成的災(zāi)情分布和影響場(chǎng)等圖件數(shù)據(jù)。

2.4? 系統(tǒng)運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)

系統(tǒng)運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)是此系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)保障，其包含有系統(tǒng)的運(yùn)行日志、用戶操作記錄、用戶注冊(cè)及權(quán)限信息。通過(guò)此數(shù)據(jù)庫(kù)可以控制不同用戶的不同權(quán)限，方便的進(jìn)行系統(tǒng)的維護(hù)和管理。

3? 插值方法

本文采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)中常用的克里格插值方法對(duì)采集到的震感信息進(jìn)行插值。克里格方法假定已獲取的采樣點(diǎn)相互間的方向及距離反映出某種空間的關(guān)聯(lián)，插值時(shí)將已有采樣點(diǎn)或設(shè)定范圍內(nèi)全部的點(diǎn)，代入函數(shù)關(guān)系式，便可以計(jì)算出未知點(diǎn)的估測(cè)值。其函數(shù)關(guān)系式如下所示：

公式中，Cj為第j個(gè)采樣值的權(quán)重；Z（Sj）則是收集到的第j個(gè)采樣值；S0為預(yù)估點(diǎn)的位置，M為所有采樣點(diǎn)的總數(shù)。Cj除了與采樣點(diǎn)、預(yù)估點(diǎn)之間的距離相關(guān)，也和采樣點(diǎn)自身空間分布方式相關(guān)聯(lián)，也就是說(shuō)，空間關(guān)聯(lián)需要量化運(yùn)用。由此看出，權(quán)重Cj與采樣點(diǎn)、預(yù)估點(diǎn)之間的距離，采樣點(diǎn)擬合函數(shù)，及采樣點(diǎn)空間分布方式均相關(guān)。權(quán)重的賦值要讓內(nèi)插函數(shù)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，同時(shí)使采樣點(diǎn)的變量滿足最佳的無(wú)偏估計(jì)。

克里格插值代碼如下：

Import arcpy

Fromarcpy.saimport*

Arcpy.env.overwriteoutput= True#覆蓋以前的數(shù)據(jù)

Insample= ‘采集到的震感要素

OutRaster = ‘插值生成的柵格數(shù)據(jù)

Value_field =‘震感值

Output_cellsize=0.0091116#輸出柵格像元尺寸

Kmodel=KrigingModelOrdinary（‘Gaussian， Output_cellsize ）#變異函數(shù)選擇高斯模型

Output_Kriging = Kriging（Insample，Value_field， Kmodel， Output_cellsize， ‘Variable

12）

4? 功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境適用于Windows server 2003、Windows xp、Windows 7及以上操作系統(tǒng)，Java環(huán)境為JDK1.6及以上（32 bit），數(shù)據(jù)庫(kù)使用Oracle10g，應(yīng)用服務(wù)器為Tomcat 6.0，采用的GIS平臺(tái)為ArcGIS9.2及以上系列產(chǎn)品。

系統(tǒng)主要功能采用組件模式開(kāi)發(fā)，可根據(jù)需要靈活組合，確保了功能組件的“松耦合”；采用數(shù)據(jù)持久化技術(shù)，且能夠支持多種類型的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)；利用成熟的門戶技術(shù)實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互，人機(jī)界面友好，方便普通用戶在短時(shí)間能熟悉本系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括地震信息發(fā)送與接收模塊、災(zāi)情信息分析處理模塊和信息綜合展示模塊三個(gè)功能模塊。

信息發(fā)送與接收模塊：通過(guò)地震事件觸發(fā)，按人員分組或者按號(hào)碼段向?yàn)?zāi)情速報(bào)員發(fā)送災(zāi)情收集短信，災(zāi)情速報(bào)員收到地震邀請(qǐng)短信后只需按要求回復(fù)簡(jiǎn)單的災(zāi)情代碼[4]。災(zāi)情代碼共分為四類：

1）無(wú)震感。

2）有輕微震感。

3）中等震感。

4）有強(qiáng)烈震感。

災(zāi)情代碼通俗易懂，回復(fù)便捷，能夠迅速采集到震區(qū)的災(zāi)情信息。災(zāi)情上報(bào)短信接收后進(jìn)行分類、集中存儲(chǔ)和管理。手機(jī)接收災(zāi)情短信界面，如圖2所示。

災(zāi)情信息分析處理模塊：數(shù)據(jù)庫(kù)收到回傳的災(zāi)情信息后，系統(tǒng)將對(duì)信息進(jìn)行識(shí)別和過(guò)濾，對(duì)明顯錯(cuò)誤的上報(bào)信息進(jìn)行修正或刪除，將剔除誤報(bào)后的信息利用空間插值生成震感分布圖，如圖3所示。

信息綜合展示模塊：展示插值后繪制的災(zāi)情分布專題圖、統(tǒng)計(jì)圖，打印災(zāi)情專題圖，以便指揮部相關(guān)人員及時(shí)查閱分享。

5? 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

通過(guò)建立高速專線實(shí)現(xiàn)地震系統(tǒng)與三大通信運(yùn)營(yíng)商的廣域網(wǎng)接入，采用短信網(wǎng)關(guān)加安全接入設(shè)備的方式，以12322為統(tǒng)一接入號(hào)碼[5]，基于三大運(yùn)營(yíng)商的短信通信接口協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)短信息數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，保證本系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

在地震發(fā)生后需要將災(zāi)情信息數(shù)據(jù)匯總，在數(shù)據(jù)交換時(shí)通過(guò)地震專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。網(wǎng)絡(luò)之間之內(nèi)采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議和數(shù)據(jù)加密技術(shù)。各業(yè)務(wù)部門之間使用千兆寬帶網(wǎng)絡(luò)連接，具備高速的數(shù)據(jù)傳輸能力和系統(tǒng)訪問(wèn)運(yùn)行能力，并基于地震專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享性、時(shí)效性。系統(tǒng)由下層至上層匯聚全部短信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的傳輸匯集通過(guò)地震專網(wǎng)VPN方式傳輸，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，從而保證數(shù)據(jù)安全。根據(jù)用戶對(duì)系統(tǒng)性能的要求情況，基于提高性能、節(jié)約投資成本、充分利用現(xiàn)有資源的思想，短消息災(zāi)情收集與傳送系統(tǒng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

本部署視圖中描述了本系統(tǒng)同現(xiàn)有地震系統(tǒng)和三大運(yùn)營(yíng)商的關(guān)系，系統(tǒng)需要通過(guò)現(xiàn)有總線獲取來(lái)源于其他地震系統(tǒng)的評(píng)估結(jié)果，通過(guò)本系統(tǒng)將地震評(píng)估專題圖和評(píng)估報(bào)告推送給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)；通過(guò)現(xiàn)有總線將本系統(tǒng)采集并解析后的災(zāi)情短信息數(shù)據(jù)推送給其他相關(guān)包，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總和展示；系統(tǒng)通過(guò)三大運(yùn)營(yíng)商接口實(shí)現(xiàn)災(zāi)情采集人員和社會(huì)大眾的邀請(qǐng)短信和災(zāi)情采集信息的收發(fā)。本系統(tǒng)為B/S模式，在客戶端對(duì)具有權(quán)限的用戶可以通過(guò)瀏覽器直接訪問(wèn)系統(tǒng)。

系統(tǒng)通過(guò)高速專線與中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信聯(lián)網(wǎng)，短信災(zāi)情收集與傳送系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立成網(wǎng)，與現(xiàn)有的地震行業(yè)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)邏輯隔離，保證系統(tǒng)的獨(dú)立性與安全性，通過(guò)防火墻等安全設(shè)備，分層部署詳細(xì)的安全策略保護(hù)。同時(shí)，依托地震局行業(yè)網(wǎng)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)VPN技術(shù)，從而大幅度減少系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行中長(zhǎng)途信道費(fèi)的投入，并能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的安全要求。

6? 結(jié)? 論

選擇手機(jī)短信作為地震災(zāi)情獲取的重要手段是因?yàn)槠鋼碛邢忍斓膬?yōu)越性。雖然破壞性大地震發(fā)生后往往會(huì)造成通信設(shè)施損毀，基站退服，從而中斷極災(zāi)區(qū)的所有通信，但只要有部分的無(wú)線基站存活或被修復(fù)，就能實(shí)現(xiàn)短信服務(wù)，并可在第一時(shí)間把災(zāi)情信息準(zhǔn)確快捷地發(fā)送出去，這為短信息災(zāi)情采集與傳送系統(tǒng)獲取信息提供了信息來(lái)源。通過(guò)覆蓋全國(guó)范圍的短信息災(zāi)情收集與傳送系統(tǒng)，在地震發(fā)生后，將能夠快速收集并共享第一手的災(zāi)情信息，進(jìn)而快速處理給出災(zāi)情評(píng)估信息，以便能更好進(jìn)行災(zāi)情發(fā)布展示，協(xié)助有關(guān)部門組織抗震救災(zāi)，同時(shí)通過(guò)與地震專業(yè)人員、災(zāi)情速報(bào)員、志愿者、社會(huì)公眾等進(jìn)行互動(dòng)交流，不僅能進(jìn)一步獲取最新的災(zāi)情信息，也可穩(wěn)定民眾情緒，有利于保持社會(huì)的穩(wěn)定。

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作者簡(jiǎn)介：鄭韻（1989—），女，漢族，福建順昌人，工程師，碩士，研究方向：地震應(yīng)急技術(shù)研究。

收稿日期：2023-04-20