云南省省、市、縣級地震應急信息協同技術系統的設計與實現

李敏 鄭川 李永強

摘要：市、縣級地震系統是地震應急體系的重要組成部分，發展信息協同技術有助于提升地震應急綜合響應能力。通過分析云南省市、縣級地震系統應急快速響應期內的信息協同需求，研究了多級地震系統的信息協同機制和聯動方法，基于現有數據平臺實現了地震應急綜合信息服務平臺研發，從技術平臺的組織架構和運行機制角度探討了未來多級地震應急指揮信息協同平臺的建設思路。

關鍵詞：地震應急；信息服務；信息協同

中圖分類號：P315.94 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2018）01-0139-09

0 引言

地震是人類面臨的主要自然災害之一，其特有的瞬時突發性和巨大的破壞力會造成大量的人員傷亡和巨大的經濟損失（馬玉宏，謝禮立，2001）。為了迅速響應、高效應對包括破壞性地震在內的各類突發公共事件，我國確定了黨委領導、政府負責、部門聯動、軍地協作、社會參與的應急管理體系，形成了統一健全的應急響應機制（姜立新等，2012）。而在各級地震管理的應急主體中，作為直接面對地震災害的市、縣級地震部門，在地震應急處置工作中發揮著最基礎、最直接的作用（周瑞廷，2013）。

“十五”項目建設以來，我國在地震應急指揮模式、應急指揮技術體系、地震應急管理、地震快速評估等方面開展了較多的研究工作（姜立新等，2003）。在“中國數字地震觀測網絡工程”的推動下，建成了覆蓋國家、區域、重點城市、災害現場的4級應急指揮技術系統（姜立新等，2003），在提高破壞性地震的快速響應、應急產出服務能力方面發揮了積極的作用（帥向華等，2009a，b），系統的建成大大提升了地震應急處置能力，使得救援工作高效、有序進行，最大限度減少人民群眾的生命和財產損失（楊仕升，2011）。但是，從整個應急指揮體系的信息聯動角度來看，目前我國地震應急指揮技術系統中還存在“信息孤島”效應，尤其是市、縣級地震應急部門所急需的信息服務和聯動協同功能還基本屬于空白，與國家和社會對地震應急工作的整體需求還有一定差距（姜立新等，2012）。隨著地震應急指揮體系開放性、共享性、互聯程度的不斷擴大（林山，劉鳳仙，2011），特別是汶川和玉樹地震發生后，國家、社會、公眾對地震應急處置的空前關注，對災情獲取、應急處置的要求更高，這就對應急響應和處置工作提出了新的要求（李敏等，2015），也在一定程度上突顯出聯動協同，進一步發揮市、縣級地震部門應急響應能力的必要性。本文擬通過分析多級地震部門應急信息獲取需求，結合現有技術平臺，找到能夠提升省、市、縣級應急信息協同能力的技術方法。

1 云南省市、縣級應急信息協同現狀分析

云南位于青藏高原東南緣，受印度板塊與歐亞板塊碰撞的影響，是全球地殼運動最激烈的地區之一（秦嘉政等，2009），受山地特殊地質環境影響，云南地震具有次生災害疊加效應明顯的特點，震時交通易癱瘓，這在很大程度上造成了高原山地環境下地震應急救援工作的特殊性和困難性（王衛國等，2015）。雖然各級部門在“5·12”汶川地震后對應急響應平臺的建設不斷強化深入，各類應急響應處置平臺先后得到了補充和提高，但這些工作大多圍繞基于國家和省級地震應急技術系統建設，較少開展針對市、縣級地震系統的應急管理和信息協同問題的研究，這與人們對市、縣地震應急信息服務的研究方向的深度和廣度，以及對西南地區特殊地質環境的重視不足有關。結合云南省多次破壞性地震應急響應情況，筆者認為現階段省、市、縣多級聯動應急處置工作，在應急信息協同方面還存在以下主要問題：

（1）災情信息的采集和共享難度使得國家級、省級指揮中心的“信息孤島”效應較為突出，市、縣級地震部門雖然在災情獲取、動態跟蹤方面相對其他應急工作機構具有優勢，但無法第一時間將此類信息進行整合上報，這在一定程度上延誤了指揮部快速掌握震情、災情，甚至做出應急指揮決策的關鍵時間點（李敏等，2015）。

（2）市、縣級地震部門在開展地震應急響應時主要以平時制定的應急預案作為指導，缺乏針對性和可操作性（鄧硯，聶高眾，2013），同時由于缺乏國家級、省級指揮中心在災情模擬評估、救援對策建議、響應等級判定等方面的應急產品支持，市、縣級地震部門無法充分發揮其在應急響應時間和空間上的天然優勢。

（3）使用傳統電話、短信、文件傳送等信息交互方式的時效性和承載性較差，且無法進行有效整合，不能適應新時代地震應急信息的互聯協同需求，應急科技支撐能力不足。

因此，發展具備大規模互聯互通能力的綜合信息服務平臺，強化市、縣級地震系統信息協同能力，成為云南地震應急科技體系建設的重點。

2 信息服務需求分析

汶川特大地震應急救援和抗震救災實踐表明，我國應對巨大地震災害的各項準備工作仍然存在許多薄弱環節，亟待加強，各部門之間缺乏有效的溝通機制和聯動協同能力（帥向華等，2009）。以云南省乃至全國多次破壞性地震的應急處置情況為例，對于多級聯動，同步開展應急響應工作的省、市、縣地震部門，目前還存在災情信息共享、響應級別判定、基礎數據交換、災情模擬評估、救援隊伍調度等多個類別的應急信息協同需求。因此，發展省、市、縣3級地震應急信息協同技術，建立應急指揮協同技術平臺，重點在于明確信息獲取需求、整合現有技術平臺資源、建立信息聯動協同機制，在應用軟件和數據庫系統的基礎支持上，針對各級應急響應機構所產出的數據進行加工，形成服務于不同層級地震部門的信息服務產品，通過有效手段整合推送，進而提升地震應急綜合響應能力。

如表1所示，在地震應急處置過程中，省、市、縣3級地震部門在不同層面發揮著自身力量，又因其不同的職能定位和地理位置，在信息獲取和產出方面具備不同的特征：省級部門具備較強的科技保障能力，在聯動響應、震情跟蹤、應急科技產出方面具有明顯的優勢；市、縣級部門則在應急響應時間和空間上具備天然優勢，可以在第一時間啟動應急處置，開展現場調查，獲取第一手災情資料。但由于傳統應急通訊手段在信息資源的整合性和承載性較差，省級指揮部門無法對上報的現場災情進行有效的提取利用，影響對災情的動態跟蹤和指揮決策部署，同一時間，市、縣級應急處置部門又因缺乏上級指揮部門在震區跟蹤和應急科技產品方面的信息支援，黑箱效應明顯，嚴重制約了現場應急響應工作的有效開展。而隨著互聯網技術的飛速發展和網絡基礎設施的不斷完善，各類先進技術得到迅速的普及和應用，個人手持終端成為信息傳播的重要載體，它具有實時性、互動性、強擴散、信息承載量大、空間分布廣的特點。因此，如何利用好這類新興信息采集和傳播手段提升災情信息采集和應急信息服務的時效性和廣泛性，成為地震應急信息服務系統重點關注的技術指標。

3 地震應急信息協同平臺的設計

3.1 系統的架構設計

在地震應急響應過程中，各級部門產出的各類震情、災情和科技產品信息存在著較高的離散性和異構性，因此，在進行信息協同系統的技術架構設計時需要綜合考慮異構數據的調用和存儲、多種網絡的構建與互連、基礎平臺軟件的選擇與應用、業務應用軟件的設計開發與部署等要素。同時，為保證整個平臺系統的穩定可靠運行，還需要構建合理的安全保障體系和運行監控體系。基于以上考慮，整個數據系統的總體技術架構設計為包含支撐網絡、數據存儲、應用支撐、應用組件、應用接口、用戶展現6個層次的技術架構體系，如圖1所示。

地震行業信息網作為核心承載網絡，承擔著整個業務系統數據交換工作，同時為保障系統的互聯互通性，接受通過VPN等方式的外部網絡接人。存儲管理系統整合了原有技術平臺數據庫系統，建立應急協同數據庫，在應急支撐組件的支持下通過共享文件系統向應用軟件層進行數據調度。核心業務應用平臺由省級信息服務系統，市、縣信息采集與管理系統及協同控制系統組成，通過特定的功能模塊實現對調度數據的深度加工，最后通過調用相應接口實現對不同層級訪問用戶的數據服務。

為達到3級地震應急信息協同目標，需要在現有應急指揮技術系統的基礎上，合理規劃信息產出的控制方法和數據流轉方案，重點實現各軟件系統之間的互聯和互操作性，尤其是各種異構軟件（包括操作系統和業務應用系統）之間的接口、協議和中間件等的規范、定義、開發和集成工作，實現不同層級指揮系統產出資源的整合利用。

3.2 數據規劃

數據是應急指揮決策的基礎，數據的合理規劃管理是保障系統高效、穩定運行的一個重要前提。在本系統中，將數據分為基礎型數據、來源型數據和產出型數據，從存儲形態上可分為文件存儲和DB存儲，由于本系統存儲管理的文件數據數量龐大、種類繁多，為保證文件讀取的高效，規劃了不同類型數據的存儲目錄，并設定了每個目錄下放置的文件數量和文件類型，盡量做到均衡配置，避免出現文件讀寫的高負載區。

3.3 數據提取和存儲

整個平臺以地震行業網、電子政務網、公共互聯網為基礎信息承載通道，在已有省、市級應急指揮技術平臺的基礎上，利用數據采集、評估和分析工具，有效整合原有數據庫資源，建設了一套協同數據庫。同時建立了一個負責數據采集、轉換和分發的數據存儲管理器，其功能是將平臺數據依據存儲形態和數據類型進行分割，建立索引和數據緩存，利用數據多級索引機制實現文件數據的快速準確存取，在應用服務器和基礎處理軟件的支撐下，實現對2套業務應用平臺的數據支持，如圖2所示。

業務應用系統整合了原地震應急快速響應期內所需的科技產出需求，實現了災情快速評估、采集與發布、專題地圖生產等功能的一體化運行，其數據成果依托協同控制器進行傳輸和存儲控制，除了向特定的外部訪問終端推送相應信息產品，同時還通過協同控制系統建立事件存儲，由數據監聽服務實時監控業務系統產出的數據產品，向協同數據庫進行定向傳送，如圖3所示。

3.4 信息服務

實現地震應急指揮信息服務的整合，關鍵在于明晰地震應急指揮技術系統各個業務系統之間的數據流向和調用方式，數據流向體現在數據接口的概念定義上（帥向華等，2009）。

如圖4所示，對于信息服務系統而言，要通過相應的數據接口調用實現對不同層級終端用戶的信息推送服務，其所涉及的數據接口需要充分考慮省級信息服務系統與各級地震系統、應急參與人員異型訪問終端的耦合關系。因此，針對本系統協同數據的異構性和服務對象的差異性問題，主要采用3種數據交換方式來解決。

第一種是對于聯動實時性要求較高的數據交換，主要采取基于Webservice的網絡共享技術，以SOAP（簡單對象訪問協議）封裝業務系統與客戶端的服務請求，實現異構GIS的互操作以及異構數據的動態裝配，例如市、縣C/S、B/S訪問端的實時動態數據請求；第二種是對于大數據量、實時性需求不高的靜態基礎數據交換，采用數據庫調用和FTP文件交換的方式解決，如地震應急基礎數據庫和過程數據的交換與傳輸；第三種是針對有一定時效性需求同時還需要進一步加工的數據信息，主要采用調用API和其他數據接口的方式，由第三方數據平臺進行格式轉換和封裝后實現數據傳遞，如針對IOS移動平臺終端的信息推送服務。

4 系統功能實現

4.1 系統的硬件架構

應急信息協同平臺硬件系統在空間分布上由省級信息服務和數據庫系統，市、縣信息接收與管理系統以及移動信息接收和采集終端3部分組成。為達到支撐3級地震應急信息協同的目標，在現有應急指揮技術系統的基礎上，規劃整合了原應用支撐硬件系統，配備了移動信息采集和接收終端，增強了應急信息聯動的延展性和靈活性，如圖5所示。

4.2 系統實例

云南地震應急信息協同技術系統以“十五”和“十一五”應急技術系統建設為基礎，于2015年依托“全面提升云南省防震減災綜合能力十項重點工程”項目建設完成。系統整合不同應急響應機構的產出數據，形成服務于不同層級地震部門的信息服務產品，通過有效手段整合推送傳遞，滿足了不同終端用戶的信息獲取需求。全系統包含1套B/S架構的省級綜合信息服務平臺，1套C/S架構的市、縣信息采集與管理系統，1套移動終端的信息接收和反饋系統，配備了1套協同數據庫，如圖6所示。項目部分成果（移動端信息接收反饋）應用于云南省2014年以來的破壞性地震應急工作，通過省級中心控制端向前后方指揮部、現場應急工作隊、其他應急參與人員實時推送指揮部應急指令、災情跟蹤資料、現場救災進展情況、應急科技產品等，使得不同層級的應急參與者能夠實時掌握應急期內的各類關鍵信息，從而提升應急響應效率。系統的全面成果應用于自2016年5月至2017年10月的6次地震應急處置工作，均取得了較好的實用效果，其模型構架目前已在部分省級指揮中心推廣應用，部分模塊納入全國應急信息平臺的系統設計規劃。5討論與結論

因整個信息協同平臺包含多個子系統，結構復雜，本文主要針對全系統的構架及數據存儲和發布技術進行了表述，重點闡述了針對省、市、縣3級不同應急參與者的差異化服務，以及實現這種差異化服務所需的數據處理模式。

市、縣級地震系統是地震應急體系的重要組成部分，發展信息協同技術有助于提升地震應急綜合響應能力。地震是一個突發性災種，涉及面廣、破壞性強，抗震救災是全社會共同面對的問題，而不是一個部門、一個地區、一個行業或一種技術能夠解決的，這就需要在一個共同的環境下進行協同配合，各部門必須相互支援、統一調度指揮和協同行動，才能有效地開展抗震救災工作（張百成，譚偉閑，2005）。本文通過分析云南省省、市、縣地震系統在應急快速響應期內的信息協同需求，研究了多級地震系統的信息協同機制和聯動方法，在應用軟件和數據庫系統的基礎支持上，建立了一套地震應急信息協同系統，提升了省、市、縣3級地震應急機構的信息協同水平，取得了一定的減災實效。

大數據技術的發展日新月異，正在深刻影響著基于互聯網應用技術的各個方向，目前，全國各類應急信息服務系統均缺乏大數據分析應用，為了充分調動資源，提升地震應急信息服務的針對性和有效性，發揮指揮協同、資源互補的信息優勢，國家中心和各省級中心在這個領域進行了大量的理論研究和實踐探索，其最終目的是建立一個具備多級聯動、資源共享、協同保障的大規模地震應急綜合信息服務平臺，震時形成前后方一體、多部門一體、全社會一體的協同抗震救災局面，而隨著全球互聯網應用技術的不斷發展，基于云環境的分布式、虛擬化計算模式勢必會為大數據時代的地震應急信息服務工作帶來更加強有力的技術支持，值得我們進行不斷地探索研究。

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