基于開源軟件的參與式感知框架及在群測群防中的應用

蔣 銳

（曲靖師范學院 信息工程學院 云南 曲靖 655011）

1 引言

群測群防是指縣、鄉、村地方政府組織城鎮或農村社區居民為防治地質災害而自覺建立與實施的具體措施。是在地質災害多發地區實施的帶有主動應對性質的一種有組織的減災行動,是當前形勢下最有效的群眾性防災減災手段[1]。隨著智能手機的大量使用。手機感測逐漸成為一個新興的研究熱點領域。智能手機嵌入大量傳感器，如加速度計、數字羅盤、陀螺儀、GPS、麥克風和照相機等。通過這些感測裝置，人們能夠快速方便地收集身邊各種類型的環境信息。因此手機感測廣泛地運用于如健康監測、人類行為、社會互動、交通監控、商業和環境監測等領域。但這些系統運行成本較高，研究建立一個基于開源軟件和參與式感知技術的信息收集框架，具有一定的現實意義。在此基礎上構建一個面向地質災害群測群防的具體應用，提升監測手段、規范監測業務，具有一定的應用價值。

2 參與式感知技術

手機感知模式分為兩種形式，參與式感知和機會感知。參與式感知是手機用戶積極參與到感知活動中。而在機會感知中，感知活動沒有用戶的主動參與，由系統自動進行信息的收集。參與感知使公眾和專業用戶能夠收集、分析和分享收集到的信息。在諸多領域得到廣泛運用。

3 數據形式

參與式感知系統內，需要記錄的信息分為兩個類別：一是感知項目的基本信息，如感測項目的標題、日期、探查區域、名稱、關鍵詞、備注等。二是由傳感器收集到并包含空間位置的環境信息，例如如每個監測點上的記錄信息的類別、周邊環境的監測數據、圖像及視頻信息，具體表現為多種格式的帶有空間信息的多媒體信息。

4 工作流程

信息采集分為三個階段：準備階段，數據采集階段，和信息應用階段。

在準備階段中，組織者根據項目監測實施的目的，對監測流程和監測條目等內容進行計劃和準備。工作內容包括規劃探查區域劃定、調查項目、人員和時間安排表等。項目的基本信息應規范并制作成模板統一存儲在數據庫中，以便在實施監測操縱時有統一的流程和信息采集格式。

然后是數據采集階段。采集人員依據準備階段中確定好的操作流程，在野外監測點上獲得環境信息。因為野外的網絡條件一般不太好，具體需采集信息的流程和條目需要緩存到智能終端上。采集到的信息同樣需要暫存，并在網絡暢通環境上進行數據上傳。在涉及到多個工作組任務分配有重疊時，如果網絡情況良好，采集人員可以實時訪問系統數據庫獲取其他工作組的情況，以查看工作區域是否存在重疊。

最后一個是應用階段。在數據采集并集中上傳至服務器后，能夠用于顯示、統計和分析等操作。這個階段的數據用戶包括組織者、參與者和其他需要信息的人員。

5 基于開源軟件的系統架構

系統由空間數據庫、GIS服務器、參與式感知模塊和客戶端應用程序組成。

5.1 空間數據庫

系統使用開源軟件PostgreSQL和PostGIS作為空間數據庫，完成對探查區域的基本地理信息、監測點的空間、信息采集時間、環境變量值和業務流程信息等進行存儲。在一些地理信息精度要求比較高的探查項目中，數據庫中要需要由組織者保存并維護一套大比例尺基本地理信息圖層，為探查區域提供詳細的基礎地理信息，如行政區劃、地形地貌、水文地質、公路和居民點等。

業務數據也同樣保存在空間數據庫中，主要包括項目信息和采集到的監測點環境信息。項目信息存儲在多張物理表中，如項目基本信息表、監測點信息表、監測條目表、人員分配信息表等。為增加系統通用性，系統還設計了一個業務流程表，用于統一規范監測行為。采集信息存儲在環境信息采集表中，包括編號、時間、使用儀器、條目、人員和監測值等信息，通過外鍵和項目基本信息進行關聯。系統能夠同時支持多個監測項目，為避免造成單個表數據過多的問題，針對每個項目提供一個獨立的采集表。

5.2 GIS服務器

系統使用GEOSERVER作為地理信息系統服務器，提供通過Web地圖服務（WMS），Web特征服務（WFS）等地理信息引擎和協議來提供基本的地理信息服務。WMS用于提供基礎地理信息的顯示，而WFS用于監測點（區）空間信息的建立。

5.3 參與式感知模塊

參與式感知模塊需要自行開發。功能是和客戶端、數據庫進行信息交互。它由三個子模塊組成，一個項目模塊、一個監測信息錄入模塊和一個應用服務模塊。項目模塊對應于探查項目的創建，主要是建立監測條目模板；監測信息錄入模塊對應于數據的輸入，即將采集到的數據緩存或是上傳到數據庫中；應用服務模塊對應于信息的應用，能從數據庫中讀取項目信息、基本地理信息和監測信息，并對其中空間信息部分使用GIS服務器進行渲染，交由客戶端進行顯示。

5.4 客戶端應用程序

客戶端基于Android平臺下的開源軟件mapsforge開發，除提供地圖、監測點顯示和錄入監測信息外，還提供了地圖數據離線緩存功能，以實現在網絡條件不佳時客戶端能離線使用。

6 在地質災害群測群防中的應用

群測群防是在監測期內對區域地表進行周期性簡易監測，然后對這些監測資料進行整理、統計分析，達到以下監測和及時預警目的。系統為其提供以下功能。

（1）信息采集模板創建。由地質災害易發區的縣、鄉、村地方政府進行組織策劃，根據群測群防工作的目的設置監測方法、監測內容。由探查區域、隱患點和時間表來設定監測程序模板。模板可由縣級政府統一制定，并存儲在數據庫中方便下級單位使用。

（2）數據采集。監測分為三類，一是簡易監測，以鋼卷尺、直尺或游標卡尺作為監測工具，在裂縫和排水溝兩測埋設裂縫觀測標志，標志應具有可供量測的明清晰端面或中心，定期量出標志間距離求得裂縫變化值；二是巡視觀察，采用常規地質調查法，定期對滑坡坡體或其上建筑出現的宏觀變形形跡（如裂縫的發生及發展、地面沉降、下陷等）和與變形有關的異常現象（如地聲、地下水異常、掉石塊等）進行巡視觀測和詳細記錄，對監測網點進行日常巡查維護管理；三是各處變形特征的照片。群測群防人員下載模板，依據模板設定，采集監測信息，并上傳圖像文件。

（3）信息應用。在采集過程中通過模板指導工作，信息上傳后由監測站將其匯入監測預警系統進行分析處理。如果需要預警，預警由政府部門發布，并在終端上顯示，同時能查詢到的還有應急預案信息，方便工作人員組織撤離危險區域。

7 總結和結論

研究采用基于開源軟件來降低系統的開發及部署成本。并對參與式感知功能需求分析的基礎上實現了原型系統。通過在地質災害群測群防中的運用，參與感測系統可以輔助監測任務。具有一定的應用價值。