地震災害協同評估模式研究

楊天青

楊天青，中國地震臺網中心高級工程師，地震災害調查評估中級評估師。主要從地震災害和地震應急等相關工作。近年來先后主持“十二五”國家科技支撐項目“地震災情快速推漫與動態發布技術研究”專題、地震行業專項“應急救援區域差異性綜合查詢平臺建設”、地震星火科技攻關項目“地震災害協同評估模式研究”和“川滇地區地震人員傷亡協同評估方法研究”等，發表論文10余篇。

引言

破壞性地震尤其是特大破壞性地震致災迅速、成災面廣、災種多，且易造成各種次生災害。以汶川地震為例，重災區面積達四十余萬平方千米，數萬人被埋壓待救，幾十萬傷員急需救治，幾百萬人需緊急安置，大量的水、電、通信、道路等基礎設施受損亟待搶險恢復……每次地震引發的災害成因、種類、規模、特征各不相同，單靠某一專業或某一行業的專家不能對這些災害損失做出較為客觀全面的評估。必須建立針對地震災害的協同評估工作環境，依靠多學科專家的共同參與、群策群力、對地震造成的各類災害現象進行協同評估，才能給出相對準確和科學的判定結果，為救援決策提供更可靠的決策依據。以地震烈度預評估為例，目前地震烈度預評估主要通過地震烈度衰減模型進行初評估之后，再結合震源特性、地質構造特性、場地條件、地震動參數、災情信息等對烈度初評估結果進行修正，但是不同修正方向的專家力量和數據資源往往分布在不同的單位，例如震源特性的修正主要依靠地球物理所，地質構造修正主要依靠地質所，場地條件修正主要依靠工力所或發震省，地震動參數修正往往依靠地球所和工力所，而災情信息則需綜合各方信息源。按照目前的分散式工作模式，各方憑借其學科優勢和信息資源分頭開展烈度評估與修正工作，再以文本的形式將各自評估結果匯集到地震局應急指揮中心，然后通過指揮中心應急人員人工解讀、關鍵信息提取、烈度圈數字化、空間文件重建等環節才能獲得可用共享文件信息，由此導致理應半小時就完成的烈度修正工作往往需要數小時才能完成，嚴重影響震后烈度快速判定工作效率。如果各單位能參照統一的數據規范產出評估與修正結果，按照約定的工作流程以規范化數據的形式完成評估結果以及其他相關參數的交換，將會大大縮短評估結果交互再利用的時間，提高應急響應的效率。

本研究主要從地震災害評估現狀分析出發，結合計算機協同評估工作理念和當前可利用的支撐資源（包括網絡資源和應急科技產出資源），設計基于行業專家的地震災害協同評估模式，并以地震烈度協同評估為例，設計出一套地震災害協同評估原型系統，以期提高震后初期的災害評估與應急響應效率。

地震災害評估任務分析

地震災害評估按照評估內容、工作時序和工作場景等，大致可以劃分為地震災害快速評估、地震災害修正評估、地震現場災害評估三個階段。

地震災害快速評估是指在地震發生后接到地震速報參數30 分鐘內，依據烈度衰減模型估計出災區的范圍，再根據所掌握的災區建筑物及人口分布等統計資料，估計災區建筑物破壞的直接經濟損失和人員傷亡情況，又稱為盲估。該階段產出一張地震烈度初評估圖和人員傷亡與經濟損失規模初判結果。該階段的評估模型主要有地震烈度衰減模型、人員傷亡評估模型、經濟損失評估模型。

地震災害修正評估是指在地震災害快速評估基礎上，結合不斷獲取的實際災情、地震動記錄、震源機制解、能源破裂過程、地質構造、當地人口及建筑物抗震情況等信息不斷對快速評估結果進行修正，使其更加準確，該過程貫串整個應急期。

地震現場災害評估主要包括地震烈度評定和地震災害直接損失評估兩部分工作內容。主要通過地震臺網測定參數，現場實地抽樣調查、電話問詢收集震害、遙感監測以及其他災情信息綜合判定地震極災區位置及地震災區范圍，地震造成的房屋破壞損失情況等。

從整體地震應急時序上看，三個階段的工作有先后順序，但后兩個階段又有很長的時間重疊和信息交互。從工作地點上看，地震災害快速評估和地震災害修正評估主要在后方指揮部完成，目標是產出科學合理的災害規模斷定結果，為應急指揮決策服務。地震現場災害評估主要在地震現場前方指揮部完成。

根據《中國地震局地震應急預案》，應對特別重大、重大地震災害，啟動地震應急Ⅰ級、Ⅱ級響應時，中國地震局成立應急指揮部，在國務院抗震救災指揮機構的領導下統一指揮地震部門開展地震應急工作；派出中國地震局地震現場應急隊，成立現場指揮部——指揮和協調現場應急工作，與災區人民政府進行溝通、協調。災區省級地震局成立應急指揮部，派出現場應急隊，在中國地震局應急指揮部和省級人民政府抗震救災指揮部領導下開展相關應急工作。“十五”數字觀測網絡項目建成之后形成全國應急指揮技術系統架構（圖1），社會服務工程項目在此基礎上進行了部分功能的擴展和完善。

圖1 應急指揮技術系統架構圖

根據地震應急預案，應急指揮體系架構中主要有以下四個節點：

國務院抗震救災指揮部：開展災情收集研判工作，提出國家地震應急Ⅰ級、Ⅱ級響應和應對措施建議。

區域抗震救災指揮部：組織開展災情收集研判工作，向中國地震局和省級黨委、政府報告震情和災情信息。

現場地震應急指揮部：組織開展地震烈度評定，開展災區范圍、人員傷亡數量、建（構）筑物和基礎設施破壞程度等調查，根據需要開展地震災害損失評估、建筑物安全鑒定。

大中城市、市縣應急決策系統：開展災情、社情收集和核實工作，并向本級人民政府和上級地震部門報告，必要時可直接上報中國地震局。

除上述四個節點的地震應急工作外，地震行業還有五個研究所、搜救中心、震防中心也參與地震災害評估過程，并在不同階段承擔了相應的任務。

由上述任務分析可見，符合啟動I級和II級應急響應的破壞性地震發生后，國務院抗震救災指揮部和區域抗震救災指揮部立即成立，協同開展災情收集研判工作。國務院抗震救災指揮部一般由地震局相關司室組成的應急處置工作團隊、應急專家團隊、指揮中心工作人員三部分組成，協同開展震后災情研判和應急響應工作。地震局直屬研究所和中心作為應急科技支撐，參與應急協同工作。目前的工作模式是各單位收到地震速報參數后，分散協同工作，有階段性成果后，采用文件的方式共享至指揮部。協同工作期間主要采用電話溝通或網絡QQ或微信的方式溝通聯絡。工作態勢如圖2所示。

根據地震應急任務分析以及當前的技術系統現狀可知，各參與單位均具備地震災害快速評估的技術功能，軟件架構和功能基本一致，只是評估方法有所區別；每個評估階段都是多用戶共同參與，工作模式是分頭獨立開展，產出結果以文件的形式進行交換，協調溝通方式主要有視頻會議、電話或QQ。

當前這種應急工作模式，主要存在以下幾個問題：一是主要依靠文件進行信息交換導致評估基礎數據以及評估結果共享效率低；二是依托第三方溝通工具如視頻、電話或QQ進行評估過程協同，溝通過程與結果集成耗時長；三是各協同單位單獨建設與運維基本功能相同的災害評估軟件，建設投入與運維成本高；四是雖然建立了覆蓋國家、省、地市三級的應急指揮技術體系框架，但是從應用系統角度，尚未按照節點功能定位建立一體化地震災害評估技術系統，形成全鏈條的災情研判體系。

地震災害協同評估模式設計

計算機協同工作（Computer Supported Coopertive Work，簡稱CSCW）技術的實質和目的是: 利用多媒體計算機和通信技術建立一個協同工作環境, 在此環境中人們相互合作, 共同完成同一任務，以提高工作效率或解決科技難題。CSCW的三要素是合作、協調和通信。合作模式從時間和空間上可分為同時同地合作的同步模式、同時異地的分布式同步模式、異時同地的異步模式和異時異地的分布式異地模式。

圖2 國務院抗震救災指揮部應急工作態勢圖

地震災害評估尤其是震后30分鐘內開展的地震災害快速評估和其后開展的地震災害修正評估工作平臺或合作方式可以利用CSCW的理念進行改進以提高評估效率和評估結果準確性。按照工作內容和合作方式設計成分布式工作階段和協同工作階段（圖3）。

分布式工作階段主要指震后初期各協同用戶根據其學科優勢采用傳統的工作模式獨自開展的地震災害快速評估及評估修正工作，修正評估只作用于各自產出的結果。該階段的工作目標是為協同評估提供信息參考，工作特點是多用戶并行單線操作，工作時序松散，評估結果集中共享。可采用文件交換和數據同步的兩種共享方式，對于結構化的交換信息（例如評估結果）采用數據同步方式，對于非結構化的信息（例如災情圖片）采用文件交換方式。

協同工作階段主要指在初期的分布式快速評估基礎上，根據應急響應工作需求，由中心協同節點召集各協同參與節點在同一平臺上對第一階段的評估結果進行協同會商研判，常用的會商手段包括不同節點產出結果的對比分析、基于同一評估結果的會商研判。該階段的工作方式是多用戶共同對同一評估結果會商進行研判，時序嚴格。為了得到高效準確的會商研判結果，可以考慮建立統一的地震災害協同評估工作平臺，在平臺中集成常用的協同評估方法和通訊手段，開展協同評估工作。

協同評估軟件平臺設計

圖3 地震災害協同評估流程示意圖

圖4 三級（國家中心、區域中心、地市）應急災害協同評估軟件數據流程圖

圖5 國家中心與地震現場之間的協同數據流程圖

圖6 地震災害協同評估原型平臺主界面

災害協同評估軟件是基于群決策理論實現協同評估系統設計，能夠在一個統一的平臺上實現多用戶對地震災害快速評估結果進行協同修正，實現對評估結果進行協同會商。軟件架構及其功能定制設計必須考慮各協同節點在整個應急體系架構中的定位。本課題設計了三級（國家中心、區域中心、地市）地震應急協同評估軟件數據流程（圖4、圖5）。國家中心協同評估管理節點負責管理五所三中心和發震省協同用戶的協同調度與協同評估實現；區域中心協同管理節點負責轄區地市節點協同用戶的管理調度和協同評估結果與災情信息的上下同步，同時參與國家中心的協同評估；地市節點主要負責簡單的災害評估和災情收集與上報。國家中心協同管理節點與區域中心協同管理節點之間通過數據庫之間的數據同步實現協同信息交換，通過文件共享實現用戶之間的共享。另外協同用戶之間還可以通過消息交互機制進行溝通交流。

本研究利用云平臺桌面虛擬化技術，將全國基礎版本的地震災害評估軟件部署到國家中心協同管理節點上，采用一定的協同管理機制和備份機制集中運維管理，并提供統一的技術升級服務。各協同方可以通過桌面虛擬化途徑連接到國家中心協同評估節點調用服務，并進行個性化參數或數據設置，滿足各自災害評估的定制需求。

國務院抗震救災指揮部協同服務對協同節點的管理采用Vmware Horizon View的方式，主要靠服務端操作部署任務，應用瘦客戶端，可滿足各種終端隨時隨地訪問，符合國家中心協同評估工作場景的需要，評估模型形式統一，參數可定制，基礎版本數據統一，可個性更新。

區域中心協同服務對地市節點的管理采用HORIZON MIRAGE（水平鏡像）方式，主要由客戶端操作，應用胖客戶端，無網絡時客戶端也可以操作，有網絡時再自動同步結果，服務端主要是客戶端桌面的鏡像管理。

地震災害協同評估原型實現及應用

地震災害協同評估平臺原型基于MVC開發模式采用C#開發語言在.net Framework 環境下開發實現，GIS相關功能模塊采用ArcGIS Engine9.3 開發實現。系統主要功能模塊包括評估數據整合、協同評估控制、評估模型管理、評估計算和評估結果管理等功能模塊。原型平臺的主界面如圖6所示。

地震災害協同評估原型平臺于2016年1月在中國地震臺網中心應急指揮技術平臺上安裝試運行，2017年11月推廣到西藏地震局。自運行以來陸續觸發響應了多次中強地震。在2017年8月8日四川九寨溝7.0級地震中，利用該平臺快速完成1次烈度快速評估3次烈度修正，很好地實現了對策專家的評估技術需求，提高了應急處置的時效。

該平臺在試運行期間也發現一些問題和不足，比如管理上的專家隊伍協同工作流程以及職責定位不明確，各省本地化數據的更新技術不成熟、不同地區人員傷亡評估方法的適應性不強、各省及地市節點對軟件的簡化操作版本有需求等等。以上問題都需要在后續的研究或管理工作中妥善解決才能使平臺更好地發揮作用。