面向縣(市)的地震應急處置輔助決策系統研究*

張 瑩，郭紅梅，尹文剛，趙 真

(1.四川省地震局，四川 成都 610041；2.武警警官學院，四川 成都 610213)

0 引言

隨著近年來城鎮化水平的快速提高，城鎮數量和規模不斷擴張，城鎮化主體地區出現了集中于地震高風險區的態勢[1]。在人口密集的城鎮，震后高效有序的應急處置尤為重要。在防震減災工作管理體系中，縣(市)防震減災工作部門是開展城鎮地震應急處置的基礎執行層，處于最基礎和關鍵的地位[2]，而在實際應急處置過程中卻存在一些問題和困難。首先，相對于國家、省級層面的地震應急處置，縣(市)地震應急處置有其獨有的特點。國家、省級層面的地震應急處置是針對受震害事件影響的全部地區，從處置范圍及內容等方面都較為宏觀[3]，而縣(市)僅作為受震害事件影響的局部地區，在地震應急處置的基礎執行層面，地震應急處置方案應相對具體且具備較強的可操作性。此外，不同縣(市)所處的自然地理、社會經濟等環境不同，有各自的區域特點。發生在不同自然地理環境中的地震，其成災過程也具有明顯的差異，例如，在地形地貌為高原山地的地區地震有誘發次生地質災害的可能，相對平原盆地地區需要開展針對性的應急處置。各地的社會經濟環境更是地震應急處置規模的決定性因素，例如，對人口密集地區投入的救援隊伍數量將遠大于人口稀少地區。因此，在制定地震應急處置方案時，還應考慮這些因素的影響。而地震應急預案作為當前縣(市)防震減災工作部門開展地震應急處置工作的主要依據，在各地區各層級的內容卻基本相似，存在缺乏針對性和可操作性等不足[4]。

本文立足于解決縣(市)地震應急處置工作中的實際問題，通過提煉影響各處置階段的主要因素，構建不同烈度下基于多因素的地震應急處置模型，在此基礎上設計，并以國家可持續發展實驗區四川省丹棱縣為例，研發面向縣(市)的地震應急處置輔助決策系統，通過該系統，地震發生后能在快速評估的結果基礎上，結合實際災情信息等，在不同處置階段，為縣(市)防震減災工作部門提供具有區域特性且操作性較強的地震應急處置方案，為地震應急處置的科學決策等提供有效的輔助決策建議[5]。

1 基于多因素的地震應急處置模型

通過提煉影響縣(市)地震應急處置的主要因素，構建不同烈度下基于多因素的地震應急處置模型。

1.1 地震應急處置主要影響因素提煉

地震災情越重，應急處置過程中的新增影響因素就越多、越復雜[6]。因此，本文假設一個遭受嚴重破壞性地震災害的縣(市)，按應急響應、應急救援、安置救助、恢復生產自救4個應急處置階段，分震情、災情、自然環境和社會經濟4大類，提煉影響應急處置的主要因素，如圖1所示。

圖1 縣(市)地震災害應急處置主要影響因素Fig.1 Main influencing factors of emergency response on earthquake disaster in county (city)

為后續構建基于多因素的地震應急處置模型，還需參考相關規范，結合實際定性或定量標準細分各種影響因素。以震情類影響因素為例，細分結果如圖2所示。

圖2 震情類影響因素細分Fig.2 Subdivision of influencing factors about seismic regime class

根據中國地震烈度表[7]對烈度進行分級；以相關人員在室率研究結果[8]為依據，劃分地震發生時間為白天和晚上；按地震震級規定將余震分為3級，3.0～<4.5級為有感地震；4.5～<6.0級為中強地震；6級及以上為強震[9]。各種因素下不同的分級將對應不同的處置要點。

1.2 基于多因素的地震應急處置模型構建

地震應急預案根據震級等對地震災害進行分級，對應不同的響應級別，較適用于國家、省級層面開展宏觀的處置[10]。不同于地震震級，地震烈度作為對地震破壞程度的綜合度量[11]，在同一次地震中因地而異，對于僅是受震害事件影響局部的縣(市)開展應急處置更加適用。因此，結合主要影響因素，通過分析各地震應急處置階段的處置要點，構建不同烈度下基于多因素的地震應急處置模型。

在此，以震后烈度為Ⅷ度縣(市)的應急響應階段為例，對模型進行說明。震后烈度處于Ⅷ度的地區建筑物多有損壞，少數破壞，可能造成人員傷亡[12]，依靠當地救援力量，開展以自救互救為主的人員搜救是應急處置的重點。其中，應急響應階段從“地震發生”到“震后2 h左右”結束，需要進行醫療和專業救援隊伍調配、救援物資調集，準備人員搜救送醫、安置受災群眾，組織災情排查及報送，維護社會秩序等應急處置[13]。在處置過程中，往往受當地地形地貌、人口密度、經濟發展水平，震后極端天氣情況、人員傷亡數、無家可歸人數、建筑物破壞情況、地震發生時間等因素的影響。處置模型(部分)如圖3所示。

圖3 Ⅷ度地區縣(市)地震應急響應階段處置模型(部分)Fig.3 Response model for emergency response stage of earthquake in county (city)with Ⅷ intensity (partial)

通過對不同烈度在不同階段的處置要點分析，構成不同烈度下基于多因素的地震應急處置模型。地震發生后，可根據地震烈度分階段從模型中提取處置要點，結合地震應急基礎數據、災情上報數據、災情快速評估結果等信息對其進行完善，生成對應烈度的地震應急處置方案。

2 系統總體設計

在模型構建的基礎上，對地震應急處置輔助決策系統的架構、功能等進行總體設計。

2.1 系統架構設計

為滿足安全性和時效性方面的需求，系統采用三層式C/S架構，從邏輯層面分為數據服務層、業務支撐層及應用展現層，如圖4所示。

圖4 系統架構Fig.4 System architecture

系統在所需軟件和硬件組成的支撐平臺上運行。數據服務層為業務支撐層提供系統實現功能所需的數據，分結構化和非結構化數據2類。結構化數據一部分為系統運行的系統數據，一部分為系統分析模型的參數與算法等；非結構化數據主要包括系統產出的處置方案文檔模板文件和系統運行的外部配置文件等。業務支撐層以服務模塊的形式為應用展現層提供數據處理和計算服務。應用展現層將地震應急評估、地震應急處置、系統管理等各類功能模塊化，為用戶提供與系統進行交互訪問的操作界面。

在系統構建過程中，按照國家、行業等相關標準規范體系進行設計，根據運行維護體系監控系統的運行情況，通過信息安全保障體系保障系統的安全運行。

2.2 系統功能設計

地震應急處置輔助決策系統由地震應急評估、地震應急處置、系統管理等功能模塊構成。功能結構如圖5所示。

圖5 系統功能結構Fig.5 System functions structure

2.2.1 地震應急評估模塊

地震發生后，從全國地震速報信息共享服務系統(EQIM)自動獲取地震三要素，觸發應急評估模塊，啟動快速評估。根據已有的地震烈度、人員傷亡、建筑物破壞等評估模型產出評估報告及相關的專題圖，并將結果存入數據緩存區，供應急處置模塊調用。

2.2.2 地震應急處置模塊

地震應急處置模塊通過環境因素、烈度因素和時間因素管理分別實現對各類影響因素的增刪查改等操作。同時，針對具體的處置過程，提供對處置行為、處置方案、處置流程和默認值的管理功能。在處置行為管理中可根據實際情況修改各類影響因素下對應的處置行為要點，實現對處置要點的不斷更新。在處置方案管理中可查看、下載、編輯已產出的方案，并按地震事件對方案進行分類和歸檔。通過處置流程管理，可查看處置進度。應用默認值管理功能，可設定各類影響因素的默認參數值。

震后能調用地震應急評估模塊的快速評估結果，結合從災情上報系統獲取的實時災情信息、地震應急基礎數據庫等，完善基于多因素的地震應急處置模型中的處置要點，在不同處置階段產出符合縣(市)特點，且具備較強操作性的地震應急處置方案。

2.2.3 系統管理模塊

用戶權限管理可根據設置的安全規則或策略，實現新建或刪除用戶、配置用戶權限、查詢用戶相關信息等功能，確保系統使用中的安全性。資源管理主要對系統功能進行管理，對于符合系統接口規則的組件，可通過資源管理載入系統，對于不必要的組件也可移除。

2.3 系統業務流程設計

為實現系統各部分功能，各模塊需按一定的順序運行，并實現相互間的調用，完成對業務功能的處理。因此，在明確系統架構及功能的基礎上，設計系統業務流程，如圖6所示。

圖6 系統業務流程Fig.6 System business procedure

地震發生后，首先通過應急評估模塊中的地震烈度評估功能快速判定縣(市)所處烈度；然后，應用應急處置模塊生成對應烈度下的處置流程，再按流程中的不同處置階段從基于多因素的地震應急處置模型中提取各類影響因素，并通過應急基礎數據庫、災情快速評估結果、上報的災情信息及第三方信息等獲取相關影響因素的值，構成并動態更新不同階段的處置要點；最后，調用預設的各階段應急處置方案模板，將處置要點按規則填入模板的對應位置，將內容進行合成后，輸出分階段的應急處置方案。

3 系統實現與運行效果

3.1 系統實現

作為一種應急技術平臺，系統應具備較好的穩定性、較快的運行速度且便于兼容。因此在開發模式方面采用當前較為成熟和主流的技術，系統實現關鍵技術包括：

1)COM建模技術

針對基于多因素的地震應急處置模型分層分級建立模型庫，實現專業模型庫與系統的集成。由于COM技術便于組織管理且與模型開發語言無關[14]，采用COM技術進行模型庫建設，將模型按照不同烈度分類，各烈度的處置模型再按照處置要點劃分為不同子模塊，開發完成的模型以DLL動態鏈接文件的形式生成，依據模型庫結構進行模型入庫。

2)插件技術

傳統的系統架構具有模塊相對獨立、平臺結構緊湊等優點，但在進行系統重用和擴展時需要進行大量復雜的修改[15]，難以適應應急技術系統數據來源、功能模塊不斷發展的需求。為滿足系統的可擴展性需求，采用基于插件的設計思想進行開發。插件配置文檔主體部分統一以“”的方式組織各項段落，根據其中配置的內容，即可在預定位置生成供系統調用的功能插件，對功能進行擴展。

3)消息中間件接口技術

地震發生后，系統需從全國地震速報信息共享服務系統(EQIM)自動獲取地震三要素，快速觸發應急評估及處置功能，同時需通過災情上報系統獲取實時災情信息，完善處置要點。在建立系統接口時，應確保消息能在系統間及時且可靠穩定的傳輸。相比其他接口技術，消息中間件技術主要通過消息傳遞來完成系統間的協作和通信，能適應不同的操作系統及網絡環境。作為一種點對點的機制，同時支持消息同步和異步2種傳送方式，使消息能夠在任何時刻進行傳輸或轉發，保證了傳輸過程的準確、可靠和及時性。因此，采用消息中間件技術建立系統間的接口，將地震三要素、災情信息等設置為消息隊列，實現消息的有效傳輸。

4)唯一標識的模塊開發模式

為適應地震應急對時效性的需求，提高系統功能模塊運行效率，在開發過程中對各模塊設置了唯一的“UUID”標識碼特性，保證各模塊在系統運行時的唯一性，確保震后應急處置方案的快速產出。

基于Eclipse集成開發環境，結合上述系統總體設計及關鍵技術等，以國家可持續發展實驗區四川省丹棱縣為例，采用JAVA語言進行地震應急處置輔助決策系統的研發，系統運行主界面如圖7所示。

圖7 地震應急處置輔助決策系統主界面Fig.7 Main interface of emergency response assistant decision-making system of earthquake

3.2 系統運行效果

設定丹棱縣境內發生6.5級地震為假想測試地震，觸發應急評估模塊，評估建筑物破壞、人員傷亡、經濟損失等主要受災情況，并判定所處地震烈度，以災情簡報的形式輸出，如圖8所示。

圖8 災情簡報Fig.8 Disaster situation briefing

應急處置模塊通過調用評估結果等，可在不同處置階段對應的時間節點自動產出應急處置方案，以地震應急響應階段為例的處置方案(部分)如圖9所示。

圖9 地震應急響應階段處置方案(部分)Fig.9 Response scheme in emergency response stage of earthquake (partial)

除明確需要啟動的應急響應級別外，根據基于多因素的地震應急處置模型，方案將各項處置內容具體化，提出需要優先開展救援的學校、重點處置和排查的危險源、地質災害點、公路等目標，根據無家可歸人數，初步估算生活物資需求等重要信息。隨著實際災情信息的獲取，將動態更新不同階段的處置要點，使方案更貼近實際，為防震減災工作部門的應急處置工作提供更切實可行的參考和建議。

4 結論

1)針對縣(市)防震減災工作部門在應急處置過程中依據的地震應急預案針對性和可操作性不足等問題，以不同烈度為基準，構建基于多因素的地震應急處置模型。

2)在基于多因素的地震應急處置模型基礎上，對地震應急處置輔助決策系統進行總體設計，并以國家可持續發展實驗區四川省丹棱縣為例，完成系統的研發，實現按烈度、分階段快速產出具有區域特征且兼具較強操作性的地震應急處置方案，研發結果可為縣(市)防震減災工作部門提供1套地震應急處置輔助決策系統平臺。

3)由于縣(市)地震應急處置還受除本文提煉的因素外其他諸多因素的影響，且不同因素之間還存在相互影響和關聯的可能，對應的處置要點也將隨著實際情況進行調整，因此，下一步還需不斷完善基于多因素的地震應急處置模型。同時，還需通過在實際地震中的應用，進一步發現地震應急處置輔助決策系統存在的問題，對系統進行改進，使其能更好地適用于縣(市)地震應急處置工作。