基于Web的地震廢墟救援數據庫管理平臺

王東明　朱達邈

摘要：以“全數據”作為設計理念，提出建立地震廢墟救援數據庫群組，并基于Web搭建地震廢墟救援數據庫管理平臺，實現地震廢墟救援數據的收集、遴選、整理及共享。基于此數據庫群組，積累地震現場數據，作為地震廢墟救援領域研究的科學依據，并且通過數據庫管理平臺為地震救援隊員的日常學習與訓練提供專業性救援知識、技術服務和科學指導，進一步提升我國地震救援隊伍的整體能力及綜合素質。

關鍵詞：地震廢墟救援；數據庫群組；Web；管理平臺

中圖分類號：P315-39文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2016）03-0507-06[HJ]

0引言

地震災害會給人類的生命財產安全帶來極大的威脅，近年來，我國頻繁發生重、特大地震，造成了嚴重的人員傷亡和財產損失，如2008年汶川80級地震、2010年玉樹71級地震、2012年云南彝良57和56級地震、2013年四川蘆山70級地震、甘肅岷縣漳縣66級地震以及2014年云南魯甸65級地震等。破壞性地震發生后，開展緊急救援工作、全力搶救幸存者就成為了首要任務，地震緊急救援隊的重要意義也隨之突顯出來。我國的地震緊急救援隊起步較晚，與西方發達國家還有著較大差距。2001年4月27日，中國國家地震災害緊急救援隊正式成立（王東明，2013），時任國務院副總理溫家寶為其授旗并指示：“一旦發生重大地震災情，這支隊伍能及時、有效地采取措施，實施緊急救援，減輕傷亡”（尹光輝，2002）。這支隊伍自成立以來已經多次參與國內外的地震救援行動。但是當重特大地震發生后，僅僅依靠國家地震救援隊的力量是遠遠不夠的。尤其是地震發生后的第一時間，率先開展救援任務的往往是當地的救援隊伍，而這些隊伍的90%以上是依托當地消防特勤隊建立的，并非專業地震救援隊伍。因此依托這些隊伍，努力提升其地震救援綜合能力，對于我國地震救援事業的發展有著重要意義（范茂魁，2009）。

中國地震局在“十五”期間組織實施了地震應急指揮技術系統建設，全國各個省份均建成了地震應急基礎數據庫。如甘肅省于2006年完成了甘肅省地震應急基礎數據庫管理服務軟件系統，通過Internet實現了地震應急及基礎數據的收集和管理功能（何少林等，2006）；浙江省基于Arcinfo 92實現了浙江省地震應急基礎數據庫系統（李東平，姚遠，2009）；江蘇省建成了基于GIS的地震應急基礎數據庫，并配套實現了震害預測與快速評估技術（劉紅桂等，2005）等。地震應急基礎數據庫的建設，在地震發生后的整個應急工作中起著重要的作用，可以協助完成災害損失評估、指揮輔助決策等功能，從而指導應急救援工作（聶高眾等，2002）。

本文從積累地震救援數據，在沒有發生地震的時間里進一步提升救援隊伍綜合能力的角度出發，提出建立地震廢墟救援數據庫群組，并基于Web實現地震廢墟救援數據庫管理平臺，進而通過Internet為救援隊員提供數據資料，讓每一位用戶更深刻地了解地震救援工作。以此平臺為全國的地震救援隊員開展培訓，也為地震救援領域的研究工作提供較為翔實的數據資料。

1地震廢墟救援數據庫群組建設

進入21世紀以來，隨著科學技術的不斷發展，IT技術已經徹底改變了人類的工作和生活，而時下IT發展最為熱門的領域無疑是“云物移大智”，即云計算、物聯網、移動互聯網、大數據和智慧城市。它們就好比齊驅的五駕馬車，代表了當今IT科技發展的新趨勢。而這其中，數據作為理論基礎和科學依據，意義尤為重要。工業和信息化部軟件服務業司司長陳偉（2013）曾這樣評價大數據：“大數據有四個維度：量大，種類多，發展速度快，最后就是價值復雜，可以說處處是黃金，到處是沙子。”本文提出建立的地震廢墟救援數據庫群組就是以“大數據”作為科學技術手段，力求打造地震救援領域的“全數據群”。

在地震廢墟救援工作中，從同時保護幸存者和救援隊員的角度出發，不僅需要救援隊員具備較為專業的救援技術，還要求其對地震現場的廢墟結構穩定性具備一定的判別能力（王東明，2008）。鑒于地震是小概率事件，很多救援隊員沒有足夠的地震現場工作經驗，因此筆者考慮并設計了如圖1所示的地震廢墟救援數據庫群組，其中包含地震災害事件庫、地震廢墟救援圖庫、地震廢墟救援案例庫、建筑物倒塌視頻庫、救援專業文獻庫、救援設備庫、地震救援仿真模型庫和建筑物基礎數據庫，該數據庫群組可以在日常的工作、學習、演練過程中為救援隊員提供詳盡的地震救援數據資料，輔助其了解地震災害事件基礎知識、地震建筑物倒塌過程、廢墟結構、救援設備選取、救援方式等內容，同時該數據庫群組也是積累地震現場數據的重要保證，為該領域的研究提供了科學依據和堅實基礎。

11地震災害事件庫

地震災害事件庫依照全數據的設計理念，采用樹狀設計原則，以一次地震災害事件作為“樹”的主干，將事件相關的全部數據資料分類后作為“樹”的枝干，具體的資料信息作為“樹”的枝葉，應用動態管理規則，可以對數據結構和類別進行自由添加、刪除、修改。如圖2所示，目前地震災害事件庫暫時劃分了22個子數據庫，收集整理所有跟地震災害事件相關的數據資料，包括文獻、書籍、視頻、圖片、文本信息、網絡資源等，用于統計分析和科學研究。

數據是研究的基礎，以汶川地震為例，地震發生后，眾多學者、科研人員以此為研究基礎，產生了大量的研究成果。據不完全統計，目前國內已經發表的汶川地震相關科技論文在27000篇以上，正式出版的書籍超過了3000本，相關網絡報道、視頻、圖片等資源更加繁多。本文提出的地震災害事件庫力求將一次地震災害事件相關的資源盡可能實現全面收集匯總，并且重新分類，不僅有助于進一步的數據挖掘和分析利用，也從根本上解決了研究工作中缺少翔實數據的困擾。

12地震廢墟救援圖庫

許多少、弱震地區的救援隊員或從事地震救援領域研究工作的學者，均沒有過地震現場的親身經歷。破壞性地震發生后，建筑物倒塌的形式千差萬別。開展的救援工作往往都是在廢墟中臨時形成的狹小空間內進行，而這些空間只具備暫時的相對穩定性。地震廢墟救援圖庫就是通過收集和整理此類地震現場救援照片，并輔以詳細的資料信息，一方面讓救援隊員更清晰、直觀地了解地震廢墟的結構形式、倒塌模式，另一方面也能使沒有地震現場經歷的救援隊員對地震廢墟有更加客觀深刻的認識。

13地震廢墟救援案例庫

在地震救援工作中，經驗十分重要，尤其是少、弱震的地區更加缺少該領域的專家。地震廢墟救援案例庫通過積累國內外成功的地震救援案例，為救援隊員提供充足的經驗知識。成功救援案例的積累也有助于今后在地震救援指揮、人員調度與分配中提供參考依據。

14建筑物倒塌視頻庫

建筑物倒塌視頻能夠給救援隊員最為真實、直觀的視覺體驗，使其能感受到地震中建筑破壞、倒塌的全過程。建筑物倒塌視頻庫主要包括兩類視頻，一類是真實地震發生時抓拍到的建筑物破壞視頻，另一類是電影、動畫中模擬的建筑倒塌視頻。

15救援專業文獻庫

國內外救援領域文獻資料眾多，對于地震救援工作的發展有著指導意義和參考價值。救援專業文獻庫收集整理國內外全部救援相關文獻，并重新分組歸類，便于用戶的查詢、檢索和下載。

16救援設備庫

救援設備種類繁多，救援設備庫將其劃分為7個子庫：針檢設備、營救設備、動力照明設備、通訊設備、醫療設備、后勤保障設備和救援車輛，為救援隊員提供詳細的設備介紹，包括設備圖片、型號、使用條件、技術參數、用途等。

17地震救援仿真模型庫

建立地震救援仿真模型庫，存儲虛擬地震災害三維場景、地震廢墟仿真模型、地震救援設備仿真模型等，讓救援隊員能夠更為形象、逼真地體會到地震廢墟救援現場場景。

18建筑物基礎數據庫

破壞性地震發生后，大量的建筑物破壞和倒塌是造成人員傷亡的主要原因。因此，地震救援工作中的核心任務就是解救壓埋在建筑物廢墟中的幸存者，而地震救援人員普遍對建筑結構本身知識掌握較少。該數據庫通過存儲大量建筑物基礎數據，讓救援隊員了解建筑物結構屬性，提高救援效率。建筑物基礎數據庫包括：常用建筑材料密度庫、常用屋頂材料重量庫、建筑工程常用鋼筋重量庫、普通住宅混凝土用量庫、普通住宅鋼用量庫、鋼材理論重量計算模型庫等。基于以上數據庫，救援隊員可以直接或通過估算的方式得出壓埋幸存者的建筑物廢墟材料重量，進而采取最行之有效的方式開展救援。

2數據庫群組管理平臺搭建設計方案

在建立地震廢墟救援數據庫群組的基礎上，筆者研發了基于Web的地震廢墟救援數據庫管理平臺，如圖3所示。該平臺采用基于ASPNET的B/S三層體系架構，通過Internet為用戶提供數據服務。平臺利用“高內聚、低耦合”的模塊化設計方法，保證各模塊間的相對獨立性。系統后臺應用SQL Server數據庫，通過ado.net完成數據源間的訪問和交互，數據內容主要包括地震廢墟救援圖片、地震相關視頻及動畫、國家標準、政策法規性文件、地震救援領域專家PPT、救援專家授課講座音視頻文件、救援專業文獻資料、地震救援案例、地震救援廢墟仿真模型、地震救援設備仿真模型、三維震害虛擬場景等。

21用戶權限管理

地震廢墟救援數據庫管理平臺設有系統管理員、單位管理員、救援隊員、救援專家、普通用戶5種不同角色。通過Internet注冊成為系統用戶則可以使用地震廢墟救援數據庫管理平臺。按照用戶角色不同，系統分配了不同的用戶使用權限，并采用了分級管理模式。

（1）系統管理員：負責審核和管理地震廢墟救援數據庫管理平臺中的每一位注冊用戶，為其分配使用權限。審查和維護系統內的數據資料，保證其質量和安全。

（2）單位管理員：負責管理和維護本單位的用戶和數據資料。

（3）救援隊員：管理個人的數據資料和查閱其他用戶共享的資源。

（4）救援專家：協助系統管理員和單位管理員對數據資料的科學性和可用性進行審查，并定期上傳個人專業指導材料。

（5）普通用戶：作為從事地震救援領域研究或管理的非地震救援隊員或興趣愛好者，也可以成為系統的普通用戶，進行數據資源的交互共享。

22數據維護與質量控制

數據的維護與質量控制是地震廢墟救援數據庫管理平臺的核心，優質的數據資源和科學的管理流程是保證系統穩定運行和用戶樂于應用的基礎。系統采用“上傳—審核—入庫—應用”的原則，在保證數據質量與可用性的同時，確保其安全性，保證每位用戶個人資源在未經許可的情況下不會被擅自盜用。圖4為數據管理流程圖。

（1）數據格式規范

地震廢墟救援數據庫管理平臺中的數據庫采用統一的格式標準及動態管理的模式，允許系統管理員或單位管理員根據實際需求自定義數據模版，每位用戶依據模板完成資料信息的上傳入庫。

（2）數據審核

用戶完成資料上傳后，會將全部數據交由單位管理員和系統管理員，由管理員負責對數據的真實性、科學性、實用性進行審核，專業性較強的數據資料，管理員可以請救援專家輔助審核，審核通過的數據資料才能進入系統后臺的數據庫中。

（3）數據應用權限許可

上傳到系統中的數據資料被分為3大類：可瀏覽數據、可下載數據和不公開數據。每位用戶在上傳資料時，可以選擇瀏覽權限和下載權限，并能夠選擇對其開放的用戶，可以按照用戶角色、用戶單位和用戶個人來分別進行選擇。當某位用戶對某一資料感興趣，而此項資料并沒有對全部用戶開放時，可以向資料的上傳者提出申請，經過同意后，可以獲得瀏覽或下載權限。

（4）數據安全與保密

為了有效保護地震廢墟救援數據庫管理平臺中的數據資料，系統采用了三級安全訪問控制技術，如圖5所示。系統首先對用戶的身份進行驗證，只有經過數據庫授權和驗證的用戶才能夠進入系統，防止對系統的非授權訪問；其次，當已進入系統的用戶要進行數據查看和應用時，會進行存取控制合法性檢查，檢查該用戶是否有資格訪問這些數據對象，具有哪些訪問權限，防止沒有權限的用戶應用數據；最后，對于保密性要求較高的數據，還會應用數據加密技術，將原始數據轉化為密文保存在數據庫中，應用時經過解密過程提供給用戶使用（徐龍琴等，2009）。

23數據資料推薦功能

數據資料推薦功能是地震廢墟救援數據庫管理平臺在積累大量數據的基礎上，由系統后臺數據庫根據用戶請求，采用聚類算法和關聯規則自動計算產生的數據分析比對成果，為每位用戶在數據檢索時提供相似資料推薦。

如圖6所示，地震廢墟救援數據庫管理平臺在用戶進行資料檢索時，系統后臺首先應用關聯規則，將與用戶檢索關鍵詞相近的數據全部關聯出來，并自動進行分類整理，應用聚類算法，將具有較大相似性的資料劃分為一個子集，而子集之間的資料相似性則較小。當用戶選擇某一項數據時，系統會將此數據子集中的其他數據作為推薦提交給用戶進行參考（吉雍慧，2008）。

24動態數據庫設計功能

考慮到地震救援領域涵蓋面較廣，為了實現“全數據”的設計理念，筆者在地震廢墟救援數據庫管理平臺研發的過程中（雷秋霞等，2011），實現了動態數據庫設計的功能，即在現有數據庫分類不能夠滿足全部用戶的需求時，可以通過新增數據庫的形式，完成一個全新數據庫的設計，流程如圖7所示。

首先，由用戶提出新增數據庫的需求，系統管理員或單位管理員負責對需求進行審核，當確定此類數據有較大收藏意義和應用前景時，通過用戶的請求。用戶獲得新增數據庫的許可后，能夠添加一個全新類別的數據庫，并且為此數據庫自由添加板塊。再按照個人要求，對每一個版塊完成數據庫表的設計，包括數據類型、數據ID、數據編號、數據名稱、上傳時間、上傳人、關鍵信息等。

25數據共享激勵機制

地震廢墟救援數據庫管理平臺的核心功能是數據的積累與共享。破壞性地震發生后，大量地震現場數據都保存在少量的專家手中，地震廢墟救援數據庫管理平臺主要解決的問題就是如何收集大量數據資源，并使其被最大限度地有效利用。因此，本文提出了地震救援數據共享激勵機制，并應用于地震廢墟救援數據庫管理平臺之中，提升每位用戶共享私有資源的積極性。

每位用戶在地震廢墟救援數據庫管理平臺中上傳數據資料時，均會獲得相應的獎勵積分，上傳一份不公開資料可以獲得1個積分，上傳一份可瀏覽資料獲得2個積分，上傳一份可下載資料獲得5個積分；在下載其他用戶上傳的資料時，每下載一次同樣需要花費5個積分，通過積分獎勵的形式鼓勵每位用戶積極分享自己手中的數據資料，使更多的數據能夠被分享和利用。

3結語

隨著信息化時代的到來，數據的重要性愈發突顯。本文提出并建立了地震廢墟救援數據庫群組，以此為基礎實現了基于Web的地震廢墟救援數據庫管理平臺。應用此平臺通過互聯網絡實現了地震救援數據的積累與共享，體現了“全數據”的設計理念，為地震救援隊員、地震救援工作研究人員提供數據支持，既能全面提升我國地震救援隊伍的整體素質，也能進一步加快我國地震救援領域科學研究工作的進程。

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