地質資料地震應急服務系統設計與實現

商云濤，孔昭煜，李丹丹，李曉蕾，郭 慧

(1.中國地質調查局發展研究中心，北京 100037；2.全國地質資料館，北京 100037)

中國幾乎擁有著地球上所有的地貌類型，導致在各地貌單元中頻發的地質災害均有發生。近些年來，伴隨極端氣候多發和人類活動加劇，各種突發地質災害多發，如地震、泥石流、崩塌、滑坡、臺風、洪水等[1]，隨著我國經濟發展與社會進步，災害多發造成的損失將會更大，其中地震災害由于其具有出現的突發性、持續的瞬時性、傷亡的嚴重性、破壞的殘酷性、危害的持續性、影響的廣泛性顯得尤為突出。自2008年汶川地震發生后，國內先后發生了玉樹地震、雅安地震、九寨溝地震等地質災害，給我國造成了重大人員傷亡和經濟損失。很多災害發生后，一線的救援人員由于沒有獲取相應的地質資料，導致災害救援效率較低。所以在地震發生后，如何快速獲取災害信息，開展針對性的應急服務，對盡量減少地震災害對人們的危害，保障人民的生命和財產安全具有極其重要的意義。

本文通過應用GIS的空間分析技術與地質資料數據特點，開發了地質資料地震應急服務系統。該系統能夠實現地震信息的實時獲取、地質資料快速集成、地震專題服務形成、服務發布等功能，為更好的服務于地震相關搶險救災工作者，了解地震地及周邊地區的地質環境和水文環境，為救災工作提供更全面的地質參考服務，更快更準確的為救災工作減少人員傷亡和經濟損失提供資料服務支撐[2]。

1 地質資料應急服務系統定位與作用

1.1 系統定位

地震災害應急救援涉及的范圍廣、部門多，導致資料的獲取困難[3]，特別是地質資料具有科學性、多源性、多元異構性、多時空尺度和海量等特點[4]，導致地質資料無法被快速發現和高效利用，因此形成一個地質資料快速發現與服務的應急系統是對政府部門在地震應急救災管理方面的重要補充。通過對地質資料地震應急系統的研究，以全國地質資料館館藏資料為基礎，探索地震專題數據庫建設和地震應急服務系統軟件設計、實現及系統的應用，研究具有推廣價值的系統應用軟件，完善系統建設規范和標準。

1.2 系統作用

基于Web GIS的地震應急服務系統著力與提高防治地質災害工作，不僅能起到防災、減災、救災的作用，還能有效地支持和推進政府對地質工作的管理。系統集數據存儲、管理、專業綜合分析和信息傳輸與發布、信息實時處理與快速決策等功能于一體，構建高效、穩定、安全的網絡信息服務平臺。便于地震信息資料的科學化管理，保證各種資料的完整性，快速有效的進行各種信息的查詢、檢索、統計和輸出，有助于科學使用地震空間信息和屬性信息，為政府防災減災和社會經濟服務，從而產生巨大的經濟效益和社會效益。

2 應急系統框架設計

地質資料地震應急服務系統總體框架如圖1所示，其組成主要分為以下幾個部分：地震應急數據層、地震應急應用層和地震應急服務層。通過信息流程規范、標準化服務接口、服務協議、服務標準將3個層有機結合起來，確保系統在統一管理、標準規范、安全高效的基礎上建設運行。

圖1 地質資料地震應急服務系統框架結構圖

2.1 地震應急數據層

通過分布式數據庫管理系統實現地震震源信息與海量的多源異構應急基礎數據的融合，這些基礎數據包括震源信息、基礎地理信息、地質圖、地質資料、元數據等，為各種共享服務、地圖服務、資料服務、專題信息關聯等提供數據支持。數據庫采用基于Oracle/MS SQL Server的ArcSDE大型空間數據庫、Oracle/MS SQL Server關系表和文件編目庫等結合進行存儲，針對不同的數據類型和應用特點采用不同的存儲模式。其中，基礎地理信息數據庫與地質圖數據庫主要采用Oracle+ArcSDE空間數據引擎，實現了數據的一體化存儲管理；震源信息數據庫、地質資料數據庫與元數據庫采用Oracle/MS SQL Server編目+SAN存儲的方式進行分布式存儲、管理、維護和管理。采用資料數據分布存儲與集中存儲相互結合的方式，在服務器存儲中預先存儲部分本地數據，通過該種資料數據存儲方式可以進一步加強地震應急服務的自主性，減少對網絡帶寬的依賴，提高應急響應的能力[5]。同時應急系統可以直接從外部獲取符合OGC(開放地理空間信息聯盟，Open Geospatial Consortium)的WMS、WMTS WFS標準服務，例如通過直接獲取天地圖服務、GoogleMap等標準地理信息服務來作為系統展示的底圖數據。

2.2 地震應急應用層

地震應急應用層主要包括數據獲取、資料集成、專題制作、服務發布、應急分發這5部分，主要以獲取的地震震源信息為應急系統啟動觸發器，以震源信息為檢索關鍵詞進行其相關資料數據的檢索、集成，實現符合OGC標準的基礎地理地圖服務、地質圖服務的疊加、融合、檢索，并向外提供WMS、WMTS、WFS服務接口，使得其他開放平臺可以直接調取相關服務。按照地震應急專題模板生成相應的地震專題，審核通過后開展服務的發布與分發工作。

2.3 地震應急服務層

地震應急服務層是以互聯網網頁的形式可視化地震災情，其中展示的最主要內容包括地震震中坐標、震級、影響范圍等地震信息，以及相關的地質圖在線瀏覽、調用服務及地質資料的關聯、查詢、瀏覽等在線服務。

3 應急系統技術實現

應急系統技術實現路線如圖2所示，系統在地震發生后，通過中國地震臺網的開放接口獲取地震相關信息后，通過數據檢索、篩選、集成形成資料與地圖服務列表，并根據模板生成專題服務，經審核后在線服務。

圖2 地質資料地震應急服務系統技術實現路線圖

3.1 地震信息獲取

在地震發生之后，由應急系統通過中國地震臺網的開放數據接口自動獲取其發布的地震信息標準服務，獲取相關信息的要求包括：①地震的震中位于中國境內；②地震震級為4級及以上地震；③信息自動獲取的時間間隔為30 min/次。

3.2 應急地質資料快速集成

應急系統根據所獲取的地震信息，例如震中所在地的名稱及震中坐標信息，結合國家行政區劃數據庫確認震中所在地所屬的省、市、縣行政區劃范圍，集合以上關鍵信息通過元數據庫對基礎地理信息數據庫、地質圖數據庫和地質資料數據庫進行檢索，其檢索的具體要求如下所述。

1) 地質圖檢索主要通過對震中坐標進行確認，結合地質圖數據庫中圖幅的空間分布進行集成檢索，檢索的優先級以比例尺為準，檢索順序為1∶5萬、1∶20萬、1∶25萬、1∶50萬標準分幅地質圖。檢索結果也根據比例尺由大到小進行排列形成列表。

2) 地質資料檢索主要通過地名進行檢索，其檢索的優先級是地震震中所在的鄉鎮、縣市、區市、省。其中在縣市這一級別根據中國縣市行政區劃將周邊縣市的資料進行地名檢索，以這種方式來應對地震發生在行政區交界位置的情況。并對檢索結果進行篩選，報告題名中包含災害、地震、地下水、水環境等關鍵詞的資料優先置頂顯示，以此為后續管理員在后期優化專題服務提供便利。完成相關檢索后，將檢索的元數據列表分類導出。

3.3 應急系統專題服務

根據系統篩選導出的文檔資料、地質圖服務、元數據列表，利用地震應急系統專題服務模板生成專題服務。其中地震等級為5級以上地震專題服務生成后，系統將通過郵件及短信平臺向管理員發出郵件與短信，提醒管理員進行專題服務優化、審核與發布等后續工作。

3.4 網絡服務發布

管理員需要登錄數字地質資料館后臺管理系統，進入應急專題列表，再根據地震發生地方、時間等實際情況對專題中的數據列表進行篩選排序、重要數據導入和無用數據刪除等操作，以此保證專題數據服務的質量。并啟動應急專題服務發布審核流程，在經過審核確認后，通過數字地質資料館后臺管理系統進行網絡服務發布(圖3)。

圖3 專題服務網絡發布

3.5 應急系統分發服務

專題服務發布完成后，管理員通過全國地質資料館微信公眾號及數字地質資料館網站為平臺發布相關應急服務信息，擴大服務的社會影響，使得更多的用戶可以獲取相關信息。并且根據應急搶險隊伍的數據使用需求進行特定地質資料及圖件的公開化處理，為其震后救援、災情預測、災后重建等提供應急支持和輔助決策。

4 應急系統功能與實例

該系統在建成后先后提供了20余次應急服務。本文以重慶市武隆縣地震為例，在地震發生后，采用B/S結構，借鑒了網站的信息組織方式，基于Web的信息管理和展示方式，采用組件化和模塊化設計開發的地質資料地震應急服務系統自動響應，完成了武隆縣的地震信息的處理、分析、發布和管理，實現了海量資料數據的高效調度、空間數據與文本資料的融合、網站式的災情發布，為重慶市武隆縣地震自然災害搶險救災工作提供服務(圖4)。

圖4 重慶武隆縣地震自然災害專題服務界面

4.1 在線地圖發布對比

地震發生后，第一時間獲取地震災區相關信息，并根據相關信息從基礎地理信息數據庫和地質圖數據庫中篩選提取地震災區相關圖件，充分利用GIS的直觀、精確地圖顯示效果，對震中信息、地形圖、衛星遙感圖，以及不同類型、不同比例尺地質圖疊加在一個顯示框中，用戶可以通過自主勾選，進行地圖對比顯示分析，幫助用戶快速定位震中周邊地形、地質、水文和災害調查信息。

4.2 在線資料瀏覽與定制下載

通過優化資料元數據標準、發布協議及數據交換接口的深入研究，完善現有的資料檢索與篩選機制，實現了地質資料在災害發生后能夠通過地震信息被快速定位，并通過篩選排序后以列表的形式進行發布，用戶通過點擊相關資料可以進行資料數據的在線瀏覽。并將災區相關地質災害防治資料保密技術處理后，發布于專題服務中，方便災害救援隊伍快速獲取相關資料。

5 結 語

地質資料地震應急服務系統實現了真正的信息快速檢索、發布、共享功能，與其他開放數據平臺均有良好的數據接口，本身可以提供海量的多源異構資料數據的融合與共享功能；具有良好的拓展延伸性，使用符合國內、國際標準的GIS和Web技術，這為開展更廣泛的災害應急提供技術保障。該系統實現了地震災害救援資料快速獲取，讓相關部門及時了解地震地及周邊地區的地質環境和水文環境，為救災工作提供更全面的地質參考，更快更準確地投入到救災工作，減少人員傷亡和經濟損失。