地震應(yīng)急救援差異性查詢平臺設(shè)計與實現(xiàn)[1]

楊天青 楊 波 席 楠 張維佳

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地震應(yīng)急救援差異性查詢平臺設(shè)計與實現(xiàn)[1]

楊天青1）楊 波2）席 楠1）張維佳1）

1）中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045 2）北京市地震局，北京 100080

本文系統(tǒng)介紹了地震應(yīng)急救援差異性查詢平臺的設(shè)計思路，包括多源數(shù)據(jù)處理與集成方法、查詢方式與結(jié)果展示方式設(shè)計、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、功能模塊設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容。地震應(yīng)急救援差異性查詢平臺將來源于不同部門的影響我國地震應(yīng)急救援能力的各類因素數(shù)據(jù)納入到統(tǒng)一的管理平臺，向各級政府、不同部門和相關(guān)地震應(yīng)急人員提供便捷直觀的信息查詢服務(wù)，建立部門之間信息共享的橋梁，有效緩解了部門之間數(shù)據(jù)孤立的壁壘。

地震應(yīng)急救援差異性查詢平臺 多源數(shù)據(jù) WEB專題圖

引言

中國的地震應(yīng)急救援體系從2000年提出并開展建設(shè)以來，歷經(jīng)十多年的努力，取得了令人矚目的成就，地震應(yīng)急救援體系的整體框架已經(jīng)基本建立，并基本形成了國家、省、地市一體的應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)（姜立新等，2012）。近年來各地方也十分重視本地的地震應(yīng)急能力建設(shè)，尤其是汶川地震以來，各地在地震應(yīng)急救援組織體系建設(shè)、地震應(yīng)急預(yù)案體系建設(shè)、災(zāi)情速報隊伍建設(shè)、防震減災(zāi)知識宣傳、應(yīng)急避難場所建設(shè)等方面都加大了建設(shè)力度，民眾的防災(zāi)減災(zāi)意識也有了逐漸的提高。但是由于我國幅員遼闊，板塊運動導(dǎo)致各地的地形地貌、構(gòu)造環(huán)境以及由此產(chǎn)生的地震活動性背景差異較大，而且由于各地經(jīng)濟發(fā)展水平不均衡現(xiàn)象突顯，各方面因素共同影響了我國地震應(yīng)急救援水平的區(qū)域差異性。為了充分把握這種差異性，指導(dǎo)各地地震應(yīng)急救援能力建設(shè)發(fā)展方向，進一步發(fā)展壯大我國的地震應(yīng)急救援體系理論基礎(chǔ)，由中國地震局地質(zhì)所牽頭，9個協(xié)作單位合作承擔(dān)的“中國地震應(yīng)急救援的區(qū)域差異性分析”行業(yè)專項項目，通過對我國影響地震應(yīng)急救援20多類因素（人文社會經(jīng)濟、地震背景、現(xiàn)有能力、未來需求等）的高精度（縣鄉(xiāng)精度和公里格網(wǎng)精度）分析，確定了各類因素的區(qū)域差異性及其對應(yīng)急救援的貢獻率，得到了綜合性的應(yīng)急救援差異性分析結(jié)果。以期從地震應(yīng)急區(qū)劃的角度，指導(dǎo)各地未來應(yīng)急救援事業(yè)發(fā)展建設(shè)的主要方向和主要投入目標(biāo)，為推動我國地震應(yīng)急救援體系的系統(tǒng)化建設(shè)和應(yīng)急救援能力建設(shè)的本地化發(fā)展提供研究依據(jù)（蘇桂武，2012）。為了更方便直觀地展示項目收集的應(yīng)急救援差異性要素數(shù)據(jù)集和研究成果集，該項目以開源的Geoserver平臺為基礎(chǔ)，開發(fā)B/A/S多層架構(gòu)的“中國地震應(yīng)急救援區(qū)域差異性查詢平臺”，供各地建設(shè)主管單位和應(yīng)急人員查詢?yōu)g覽。

地震應(yīng)急救援區(qū)域差異性查詢平臺的主要功能是匯集項目收集整理的我國地震應(yīng)急救援差異性要素集和應(yīng)急救援差異性分析成果集，利用質(zhì)底法和分區(qū)統(tǒng)計圖表法等專題地圖表示方法在線渲染應(yīng)急救援差異性要素的空間分布差異性，并通過用戶配置、空間關(guān)聯(lián)、點擊和拉框查詢等方式自動提取目標(biāo)范圍內(nèi)的各類要素值，以專題圖和信息列表的方式展示，為用戶提供方便、快捷、需求導(dǎo)向的應(yīng)急能力綜合差異性查詢服務(wù)。

1 需求分析

（1）地震應(yīng)急救援差異性要素分析與數(shù)據(jù)處理

地震應(yīng)急救援差異性要素集主要從自然條件、人文社會經(jīng)濟條件、地震危害性背景、現(xiàn)有應(yīng)急救援能力等方面著手，收集包括地形地貌、氣象氣候、水文條件、人口及人口素質(zhì)、經(jīng)濟發(fā)展水平與產(chǎn)業(yè)布局、土地利用、建筑物抗震能力、地震危害性背景以及各類重點目標(biāo)生命線工程等40余類差異性要素集，并在此基礎(chǔ)上通過大規(guī)模問卷調(diào)查/訪談、模型評價等方法，分析計算出基于不同地震危害性水平下的縣市地震應(yīng)急能力評價結(jié)果集（包括房屋破壞、人員傷亡和直接經(jīng)濟損失）、縣市地震應(yīng)急救援能力建設(shè)需求主要類型及其建設(shè)的宏觀建議。項目收集和產(chǎn)出要素集或成果集主要由9個協(xié)作任務(wù)承擔(dān)單位從各個行業(yè)收集整理或分析計算得出，具有明顯的多語義性、多時空性、多尺度性、獲取手段多源性、存儲格式多源性、空間基準(zhǔn)不一致性等特點。

多語義性：表現(xiàn)為同一信息在不同數(shù)據(jù)源中采用不同的字段名稱定義，或同一信息有不同的定義含義等，例如有些數(shù)據(jù)源中將手機或固定電話數(shù)量定義為該區(qū)域范圍內(nèi)的總數(shù)量，另外一些數(shù)據(jù)源卻將該字段定義為該區(qū)域范圍內(nèi)的人均持有量。

多時空性：不僅表現(xiàn)為收集數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)采集年代存在明顯的不一致，還表現(xiàn)在產(chǎn)出的部分成果集表現(xiàn)的是采集數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的未來10—20年的預(yù)測結(jié)果。

多尺度性：在本項目中有些數(shù)據(jù)集是以縣市尺度為基本的數(shù)據(jù)單元，而有些數(shù)據(jù)是以公里格網(wǎng)為基本數(shù)據(jù)單元表現(xiàn)的。

獲取手段多源性：該項目涉及的數(shù)據(jù)龐雜，數(shù)據(jù)獲取方法也多種多樣，包括現(xiàn)有應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的、遙感獲取的、在線地圖提取、導(dǎo)航數(shù)據(jù)提取的、統(tǒng)計調(diào)查的等等，其數(shù)據(jù)的提取和處理方法都各不相同。

存儲格式多源性：不同數(shù)據(jù)集的收集或生產(chǎn)單位一般會按照各自的習(xí)慣和所使用的GIS軟件平臺等存儲數(shù)據(jù)，另外數(shù)據(jù)格式也和數(shù)據(jù)的生成方式相關(guān)。在該項目中，數(shù)據(jù)集的格式主要涵蓋空間矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和屬性表三大類，具體存儲的格式又各不相同。

空間基準(zhǔn)不一致性：不同來源的空間數(shù)據(jù)有著不同的坐標(biāo)參考體系和不同的投影方式。從該項目中的多源數(shù)據(jù)獲取方式就決定了其數(shù)據(jù)空間基準(zhǔn)不一致的問題。

為有效合理的利用多源數(shù)據(jù)，必須按照一定的方法和原則，重新組合專題屬性數(shù)據(jù)，改善地理空間實體的幾何精度（崔鐵軍等，2007）。針對該項目中存在的上述多源性問題，本文主要通過以下三種途徑進行數(shù)據(jù)處理，一是根據(jù)《國務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫格式規(guī)范》和其他相關(guān)規(guī)范，建立地震應(yīng)急救援要素集的數(shù)據(jù)定義格式，避免語義混淆；二是按照統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計底圖（包括全國縣市行政區(qū)劃底圖和覆蓋全國的公里格網(wǎng)底圖），通過數(shù)據(jù)合并、空間定位和屬性關(guān)聯(lián)等方式實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的匹配，通過柵格數(shù)據(jù)分析將公里格網(wǎng)的要素集統(tǒng)一到統(tǒng)一的柵格底圖中，建立拓撲關(guān)系，使空間數(shù)據(jù)具備拓撲一致性；三是以元數(shù)據(jù)的方式規(guī)范數(shù)據(jù)生產(chǎn)方法的說明。

（2）查詢用戶和場景分析

地震應(yīng)急救援差異性分析項目總體目標(biāo)是嘗試編制我國第一代地震應(yīng)急區(qū)劃圖（草案），用于從地域針對性和類型針對性等不同角度，指導(dǎo)各地未來應(yīng)急救援事業(yè)發(fā)展建設(shè)的主要方向和主要投入目標(biāo)；以期為推動我國地震應(yīng)急救援體系的系統(tǒng)化建設(shè)和應(yīng)急救援能力建設(shè)的本地化發(fā)展提供研究依據(jù)（蘇桂武，2012）。從項目的總體目標(biāo)看，該項目研究成果的服務(wù)對象大致分為以下三類：

一是省、市、縣人民政府防震減災(zāi)主要負責(zé)人，查詢轄區(qū)范圍內(nèi)的地震應(yīng)急救援分析現(xiàn)狀、未來應(yīng)急救援事業(yè)發(fā)展建設(shè)的主要方向和投入目標(biāo)等。

二是地震部門分管地震應(yīng)急的主要司室或部門，查詢年度地震危險區(qū)內(nèi)或相關(guān)片區(qū)內(nèi)的各縣市應(yīng)急救援因素信息。

三是為從事地震應(yīng)急相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和人員，在破壞性地震發(fā)生后，查詢震區(qū)地震應(yīng)急救援相關(guān)背景信息。

前兩類服務(wù)對象的查詢場景主要是日常查詢，查詢范圍單元主要是各級行政區(qū)劃或片區(qū)范圍。第三類服務(wù)對象的查詢場景主要是震后查詢，查詢范圍單元是該次地震的預(yù)估影響范圍，可能跨不同的行政區(qū)劃。因此在系統(tǒng)設(shè)計時，要考慮不同的查詢用戶和查詢場景，設(shè)計查詢范圍輸入方式。

（3）查詢方式和結(jié)果展示方式設(shè)計

地震應(yīng)急救援差異性查詢平臺所要展示的是各類體現(xiàn)地震應(yīng)急救援相關(guān)的要素集和成果集。該平臺的主要用戶多數(shù)是從事突發(fā)性應(yīng)急事件處置工作的管理人員，該類用戶統(tǒng)籌管理、快速反應(yīng)能力較強，技術(shù)背景相對較弱。針對上述情況，在平臺的查詢方式設(shè)計時主要考慮訪問便捷、交互操作簡單、界面直觀等方面的要求。查詢結(jié)果展示方式主要考慮結(jié)果展示直觀、可應(yīng)用性強，同時可提供多項要素的集合展示功能。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

地震應(yīng)急救援差異性查詢平臺體系架構(gòu)設(shè)計，主要考慮數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、系統(tǒng)訪問便捷、結(jié)果展示直觀、查詢結(jié)果共享、業(yè)務(wù)可擴展性強、維護方便等需求，同時考慮該平臺側(cè)重空間數(shù)據(jù)的在線專題展示，系統(tǒng)主要參考OGC的WMS地理信息服務(wù)規(guī)范，采用B/A/S多層結(jié)構(gòu)設(shè)計，由數(shù)據(jù)層、支撐層、服務(wù)層和表現(xiàn)層四個層次組成，具體如圖1所示。數(shù)據(jù)層包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、各類指標(biāo)專題數(shù)據(jù)和全國各縣縣情數(shù)據(jù)；支撐層是系統(tǒng)運行的底層支撐，系統(tǒng)開發(fā)運行于J2EE框架，Apache Tomcat提供Web服務(wù)支撐，GeoServer提供地圖空間服務(wù)支撐，MySQL提供數(shù)據(jù)庫支撐；服務(wù)層由各類服務(wù)組件組成，查詢指標(biāo)專題管理提供了區(qū)域各項查詢指標(biāo)的服務(wù)定制，報告模板管理為專題查詢報告提供模板化管理，綜合查詢組件實現(xiàn)了各類查詢應(yīng)用請求的響應(yīng)，空間服務(wù)組件為區(qū)域定位、地震影響場定位和縣情定位提供服務(wù)支持；應(yīng)用層提供了各項人機交互功能應(yīng)用集成，包括縣情查詢、綜合查詢、差異查詢、報告生成等功能。

3 關(guān)鍵技術(shù)

（1）多源地理數(shù)據(jù)處理與集成技術(shù)

地理空間數(shù)據(jù)集成的目的是為了實現(xiàn)異構(gòu)空間數(shù)據(jù)源的共享與互操作。空間地理數(shù)據(jù)集成的主要內(nèi)容一般包括地理數(shù)據(jù)模型的融合、地理要素語義的融合和空間地理數(shù)據(jù)投影和坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一。根據(jù)本項目收集的數(shù)據(jù)集的特點，空間數(shù)據(jù)基本都是以縣級行政區(qū)劃作為最基本的數(shù)據(jù)單元，所有數(shù)據(jù)都有統(tǒng)一的縣行政區(qū)劃代碼，因此本文主要采用格式轉(zhuǎn)換，規(guī)范數(shù)據(jù)模型、統(tǒng)一地理要素語義定義和屬性關(guān)聯(lián)等方式，實現(xiàn)地震應(yīng)急救援差異性數(shù)據(jù)集的集成處理。

（2）基于WEB的專題圖生成與發(fā)布技術(shù)

專題地圖是為某種特殊需要而著重顯示制圖區(qū)域內(nèi)一種或幾種自然現(xiàn)象或社會經(jīng)濟現(xiàn)象，內(nèi)容包括地理底圖和專題內(nèi)容。基于WEB的專題地圖生成與發(fā)布主要采用WMS提供的地理底圖與專題數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法。當(dāng)客戶端發(fā)送一個專題地圖請求時，WEB服務(wù)層將用戶的請求進行業(yè)務(wù)封裝并傳送給地圖應(yīng)用服務(wù)器，解析出客戶所需要的數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)范圍和專題地圖表示方法，調(diào)度所需的矢量數(shù)據(jù)和專題統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并進行可視化，再利用WMS規(guī)范所定義方法將可視化的專題地圖發(fā)布成圖片的形式，實現(xiàn)基于WEB的專題地圖的生成與發(fā)布。

4 功能模塊設(shè)計

圍繞系統(tǒng)實現(xiàn)的主要目標(biāo)和主要應(yīng)用場景，通過數(shù)據(jù)分析處理、用戶分析和查詢方式設(shè)計，本著便捷、易用、直觀的原則，地震應(yīng)急救援差異性查詢平臺系統(tǒng)功能主要設(shè)計包括：地圖瀏覽、綜合查詢、模版管理、文件瀏覽和系統(tǒng)管理等功能模塊。系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

地震應(yīng)急救援差異性查詢平臺所要展示的地震應(yīng)急救援查詢指標(biāo)集主要以空間地理數(shù)據(jù)形式存儲，按人文經(jīng)濟自然差異性背景、地震危害性與應(yīng)急救援能力差異性指標(biāo)和地震應(yīng)急能力區(qū)劃與建設(shè)需求三大類指標(biāo)集進行組織，各單項指標(biāo)分別按照數(shù)據(jù)屬性歸到這三類指標(biāo)數(shù)據(jù)集中。

空間數(shù)據(jù)查詢是通過地圖要素的操作從地圖上檢索數(shù)據(jù)的過程，常用的空間數(shù)據(jù)查詢方式有：由指針選擇要素、由圖形選擇要素、由空間關(guān)系選擇要素和屬性與空間數(shù)據(jù)查詢相結(jié)合的方式選擇要素等（陳建飛，2003）。本文參考常用空間數(shù)據(jù)查詢方式，設(shè)計了點擊查詢、拉框查詢、按省或地市區(qū)劃查詢、自定義范圍查詢和縣情查詢五種查詢方式，查詢結(jié)果以在線地圖渲染方式、查詢專題圖和查詢報告三種展示方式供用戶參閱。

在線地圖渲染方式展示主要利用質(zhì)底法和分區(qū)統(tǒng)計圖表法，對查詢要素在線展示方式進行設(shè)計，單因素在線渲染主要采用質(zhì)底法，利用顏色深淺或不同色系對顯示要素的數(shù)量差別或類型差別進行渲染，多因素類比查詢主要采用分區(qū)統(tǒng)計圖表法對同一行政區(qū)劃范圍內(nèi)的同類要素的指標(biāo)值以圖表的方式進行展示。

地震應(yīng)急救援查詢指標(biāo)集按人文經(jīng)濟自然差異性背景、地震危害性與應(yīng)急救援能力差異性指標(biāo)和地震應(yīng)急能力區(qū)劃與建設(shè)需求三大類指標(biāo)集進行組織，各單項指標(biāo)分別按照數(shù)據(jù)屬性歸到類指標(biāo)數(shù)據(jù)集中。應(yīng)急救援差異性查詢平臺主要功能界面如圖3所示。

查詢報告方式主要按照預(yù)先定義的不同查詢分析報告模板，設(shè)置查詢報告字典和查詢參數(shù)，系統(tǒng)按照既定需求自動生成模板格式的查詢分析報告。

查詢專題圖生成主要是根據(jù)客戶端發(fā)送的專題地圖請求，調(diào)用地圖服務(wù)器提供的專題地圖生成方法和相應(yīng)矢量數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)進行可視化渲染，并利用WMS規(guī)范定義的GetMap方法將專題渲染結(jié)果發(fā)布成圖片（如圖4），以便打印或插入文檔時服務(wù)。

5 應(yīng)用與討論

地震是一個突發(fā)性災(zāi)種、涉及面廣、破壞性強，抗震救災(zāi)是全社會共同面對的問題。而地震應(yīng)急救援差異性分析項目旨在從宏觀角度分析影響地震應(yīng)急救援能力的各個因素，其數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來源于不同的部門。地震應(yīng)急救援差異性查詢平臺正是將這些來源于不同部門的影響我國地震應(yīng)急救援能力的各類因素數(shù)據(jù)納入到統(tǒng)一的管理平臺，并向各級政府、不同部門和相關(guān)地震應(yīng)急人員提供便捷直觀的信息查詢服務(wù)，建立部門之間信息共享的橋梁，做好共同應(yīng)對突發(fā)性地震災(zāi)害的信息服務(wù)。該平臺建成后已經(jīng)在2015年度地震重點危險區(qū)應(yīng)急準(zhǔn)備督查工作和新疆皮山6.5級地震應(yīng)急工作中得到應(yīng)用并發(fā)揮了重要的作用。將來隨著地震應(yīng)急救援信息的日益豐富，為進一步滿足不同用戶信息需求的個性化定制需求，還需要對納入該平臺的信息做好進一步的分級分類，優(yōu)化用戶查詢體驗。

崔鐵軍，郭黎，2007．多遠地理空間矢量數(shù)據(jù)集成與融合方法探討．測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報，24（1）：1—4.

陳建飛，2003．地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論．北京：科學(xué)出版社.

姜立新，帥向華，聶高眾，2012．地震應(yīng)急指揮協(xié)同技術(shù)平臺設(shè)計研究．震災(zāi)防御技術(shù)，7（3）：294—302.

蘇桂武，2012．中國地震應(yīng)急救援的區(qū)域差異性分析項目任務(wù)書．北京：中國地震局．

Design and Realization of Earthquake Emergency Rescue Differential Query Platform

Yang Tianqing1）, Yang Bo2）, Xi Nan1）and Zhang Weijia1）

1）China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China 2）Earthquake Administration of Beijing Municipality, Beijing 100080, China

This paper introduces the design method of the earthquake emergency rescue differential query platform, including multisource geological data processing and integration method, data query method and result display mode, system architecture, function module design and key technology and so on. Various datasets that affect the ability of earthquake emergency rescue in China from different departments are integrated into a unified management platform, to provide convenient and objective information query service to different users, including government sectors, different emergency coordination departments and earthquake emergency related personnel, establishing the information sharing bridge, effectively alleviating the data isolation barriers between departments.

Earthquake emergency rescue differential query platform; Multisource geological data; WEB thematic map

楊天青，楊波，席楠，張維佳，2016．地震應(yīng)急救援差異性查詢平臺設(shè)計與實現(xiàn)．震災(zāi)防御技術(shù)，11（1）：125—131．

doi：10.11899/zzfy20160114