基于Android平臺的地震災情采集系統的設計與實現

余思汗,雷啟云,劉 超,楊 順,王 靜

(寧夏回族自治區地震局,寧夏 銀川 750001)

0 引言

地震是人類面臨的一種無法避免的自然災害。破壞性地震往往造成重大生命財產損失,抗震救災就是爭分奪秒,與時間賽跑,因此在短時間內做出科學合理的決策,是保障地震應急工作高效有序開展的關鍵[1-3]。如何在較短的時間內,掌握數萬平方公里,甚至是數十萬平方公里范圍內的人員、房屋建筑物、交通、電力通信等基礎設施、供水供氣等生命線工程、滑坡崩塌等地質災害、火災危化品和有毒有害氣體泄露等次生災害以及社會生活生產秩序等情況,面臨著巨大挑戰。對地震災情的信息的獲取,是了解地震現場災情的有效途徑。

為了能夠快速獲取到地震現場的災情信息,需要利用通信領域的科學技術,尤其是用戶量龐大的Android移動平臺[4-5]。本文利用Android平臺搭建一套基于移動端的APP采集系統,本系統可快速、簡單、準確、真實的上報該地區的地震影響情況,匯總分析后,為地震應急響應和應急處置提供支撐[6],保障抗震救災大局。

1 研發目的

破壞性地震發生后,快速了解地震影響范圍、災情分布和受災嚴重情況等災情信息是應急救援和指揮決策的重要依據。這就需要多種手段進行災情信息采集。該系統通過前方的現場人員和后方的技術人員協同作業,將采集到的災情數據接收并處理,從而快速獲取地震影響地區內的災情信息與數據。

系統建設主要目標如下:

(1)災情信息采集:災情信息員、網格員等利用終端采集模塊,記錄采集地震受影響地區主要目標的位置、文本、圖片和視頻等數據[7],完成目標信息采集,使用者可以對自己采集的信息進行查詢、修改、編輯、刪除等操作,以確保上報的信息和數據是及時、準確的災情信息。

(2)災情數據接收與處理:通過對回傳到自治區地震局數據中心的信息數據進行接收與解譯,對數據進行整理、匯總和加工處理,自動完成信息數據的空間化,并對數據進行入庫。

(3)災情信息展示:將采集到的災情信息進行智能甄別,把有效的信息標注在地圖中,以便其他現場人員能夠及時獲取到災情信息。

(4)災情數據產出:通過對上報的數據統計分析,產出人員傷亡數量及位置數據、交通震害分布數據、重災區位置數據、次生災害分布數據等,以及烈度評定位置點和文檔報告。

2 系統設計

本系統基于以下兩種開發環境:一是使用Idea開發軟件,前端采用JavaScript編程語言,后端采用Java編程語言;另一個是使用Android Studio開發軟件,采用Kotlin編程語言。數據庫同樣是采用了兩套:一種是MongoDB數據庫,存儲有關圖片信息;另一種是SQL Server數據庫,存儲數據信息。

2.1 系統設計原則

本文開發的地震災情采集系統設計原則主要是以下幾個方面:

(1)充分、合理的利用現有網絡設備及資源;

(2)采用模塊化設計,各模塊之間既相互獨立又可組合相連;

(3)各模塊盡可能采用公共源碼程序,通過設置相應的參數文件、數據文件,達到代碼的重復利用;

(4)為系統的再開發預留接口,以便于擴展,也可根據新增設備及設備改動等情況進行適當調整;

(5)系統界面友好、美觀,操作方便、快捷。

2.2 結構設計

基于Android平臺的地震災情采集系統采用B/S的架構模式,由移動客戶端、中間層、數據層組成的三層架構,如圖1所示。

圖1 災情采集系統架構圖Fig.1 Architecture of disaster collection system

2.2.1 移動客戶端

該系統的移動客戶端為基于Android平臺的手機終端或者是Pad(portable andriod device),操作系統要求Android4.3以上的均可。客戶端主要是由三個模塊組成(圖2):災情信息和烈度上報模塊、上報信息查詢管理模塊、統計分析模塊。

圖2 移動客戶端展示Fig.2 Mobile client presentation

(1)災情信息和烈度上報模塊主要包括地震現場的受傷人數、死亡人數、損壞房屋建筑數量、道路破壞位置、地質災害位置等信息上報和烈度上報。將采集到的災情信息、位置信息和判定的烈度以填表、圖片、視頻、語音和GPS定位的方式進行上報,在沒有網絡的情況下可以離線緩存在本地數據庫中,待有網的時候再進行回傳。

(2)上報信息查詢和管理模塊主要是對上報的信息進行查看、修改和刪除,通過HTTP接口發出請求來查看自己及他人的上報信息,對自己上報有誤的信息進行修正,并對他人在同一位置已經上報過了的災情信息,可將自己的上報信息進行刪除,不做重復上報。

(3)統計分析模塊主要是對上報的信息進行統計分析和匯總,以行政區劃為單元,對上報的信息統計分析,分別把鄉鎮、縣區、市、自治區四級行政區劃通過統計圖、表格、文檔的形式進行統計分析展示出來,可以在客戶端隨時查看并分享。

2.2.2 中間層

該系統的中間層就是前端和后臺服務接口,對上下行災情信息表格、圖片、視頻、語音進行解析、整理[8],其實質就是系統的業務邏輯層。客戶端請求一些數據庫中的數據,但客戶端只做展示,請求的具體實現是靠中間層來完成的,同樣對數據庫的操作,如查看、修改、新增、刪除等操作,也是由中間層來實現的。客戶端獲取到的信息是被中間層處理過的數據,業務邏輯也都在中間層處理的,例如不同用戶(圖3)登錄進系統,其所擁有的權限和能夠查看到的信息是不同的,這個業務邏輯處理就是在中間層做人員角色判斷。

圖3 用戶分類圖Fig.3 User classification map

2.2.3 數據層

該系統的數據層是負責數據的存儲、數據的調用和組織數據[9],也就是說所有介質化的讀取數據和寫入數據都是數據層的工作。客戶端采集的災情信息數據經過中間層處理之后,存儲在數據層中,當客戶端發出服務請求時,中間層完成該邏輯過程,從數據層中調用數據,再經中間層處理后,在客戶端頁面做展示。數據層為災情信息統計分析、客戶端展示等提供了數據支撐。

3 系統實現與功能測試

3.1 系統實現

地震災情信息采集系統通過客戶端實時監聽12322速報短信的地震三要素,第一時間內將監測到的信息同步給所有客戶端,并進行通知提醒使用APP對當次地震災情信息上報,管理人員通過登錄后臺管理系統,便可對災情信息統計、查詢等操作。圖4所示為地震災情采集系統業務流程圖。

圖4 地震災情采集系統業務流程圖Fig.4 Business flow chart of earthquake disaster acquisition system

3.1.1 災情信息和烈度上報

災情速報員通過APP軟件填寫表單,采集地震現場的災情信息,經處理后由HTTP接口上傳至服務器端的SQL Server數據庫中,對于圖片、視頻、語音則會上傳至服務器端的MongoDB數據庫中。通過采集定位點經緯度坐標,填寫相對應的烈度信息,將烈度定位點的坐標信息和屬性信息上傳至服務器端的SQL Server數據庫中,記錄該點的烈度信息。當地震現場的網絡中斷時,采集的災情信息和烈度信息就會提交到本地數據庫中,在網絡恢復的情況下立馬進行上傳,但不做清空本地數據庫中的記錄處理,為網絡再次中斷后可查看上報過的信息提供便利,可以通過手動刪除數據的方式來達到釋放內存的目的。如圖5所示。

圖5 手動釋放本地數據庫內存Fig.5 Manual release of local database memory

3.1.2 查詢管理

考慮到上報的災情信息存在漏報、重復上報、變化等因素,因此對已經上報過的災情信息可以進行查詢并管理數據。根據對地震災區進一步的調查,了解到了更多的災情信息,可以查詢歷史上報記錄,對該區域的災情信息進行修改、新增等操作,以確保災情信息采集的實時、準確。通過高德地圖API提供的基礎地理空間數據[10]作為底圖,查看其他已經上報的災情位置信息和烈度評定信息,可以對自己的下一個調查點進行規劃,以便最大限度地將緊缺的人力資源合理利用起來,達到高效、精準、迅速的地震災區情況采集目標。

災情信息查詢的核心代碼如下:

Public List>findOptionById(String category,String pid,String userid,String unitcode,String startTime,String endTime,String province,String city,String county){

Stringhql ="select * from equakeinfo where 1=1";

if(category!=null &&!category.equals("")){

hql+=" and category ='" + category+"'";

}

if(pid!=null &&!pid.equals("")){

hql+=" and otherfieldid ='" + pid+"'";

}

if(userid!=null &&!userid.equals("")){

hql+=" and usid ='" + userid+"'";

}else{

if(unitcode!=null &&!unitcode.equals("")){

hql+=" and unitcode ='" + unitcode+"'";

}

if(province!=null &&!province.equals("")){

hql+=" and province ='" + province+"'";

}

if(city!=null &&!city.equals("")){

hql+=" and city ='" + city+"'";

}

if(county!=null &&!county.equals("")){

hql+=" and county ='" + county+"'";

}

}

if(startTime!=null &&!startTime.equals("")&&endTime!=null &&!endTime.equals("")){

hql+=" and createdate between '" + startTime+"' and '" + endTime+"' ";

}

return this.queryBySql(hql);

}

3.1.3 統計分析

通過對服務器數據庫中的災情數據進行分析處理,使用echarts圖技術作用于頁面進行展示,主要采用餅狀圖、柱狀圖、橫向堆疊圖、表格等形式直觀地將統計數據信息展示于頁面中。用戶進入統計分析模塊后,會根據用戶個人信息查詢該用戶的權限范圍,再根據權限范圍查詢并返回給用戶符合其權限下的數據信息于界面端,界面端接收到返回的信息后根據統計要求去做數據處理展示。通過對統計分析的查看,用戶以及后臺管理員便可了解震區災情的實時動態變化,根據具體的實際災區情況提出建議對策,就能夠科學地應對災情。

建筑物破壞數據統計的核心代碼如下:

public List>buildingTj(String usid,String unitcode,String city,String county,String town,String category){

Stringhql ="select sum(t.damagehouse+0)as damagehouse,sum(t.collapsehouse+0)as collapsehouse,";

if(city!=null &&!city.equals("")){ //拼接城市查詢條件

if(county!=null &&!county.equals("")){ //拼接區縣查詢條件

if(town!=null &&!town.equals("")){

// hql+=" and t.town='"+town+"'";

}else {

hql +="t.city,t.county,t.town from equakeinfo t where 1=1";

}

}else{

hql+="t.city,t.county from equakeinfo t where 1=1";

}

}else{

hql+="t.city from equakeinfo t where 1=1";

}

if(category!=null &&!category.equals("")){

hql+=" and t.category='"+category+"'";//震中信息查詢

if(unitcode!=null &&!unitcode.equals("")){

hql+=" and unitcode ='"+unitcode+"'";//單位信息查詢

}

if(category!=null &&!category.equals("")){

hql+=" and t.category='"+category+"'";

}

if(city!=null &&!city.equals("")){

hql+=" and t.city='"+city+"'";

}

if(county!=null &&!county.equals("")){

hql+=" and t.county='"+county+"'";

}

if(town!=null &&!town.equals("")){

hql+=" and t.town='"+town+"'";

}

if(city!=null &&!city.equals("")){

if(county!=null &&!county.equals("")){

hql+=" GROUP BY t.city,t.county,t.town";

}else{

hql+=" GROUP BY t.city,t.county";

}

}else{

hql+=" GROUP BY t.city";

}

return this.queryBySql(hql);

}

3.2 功能測試

地震災情信息采集系統開發完成并成功部署,為檢測系統的各項功能實現效果以及系統的穩定性能,開展了針對性的系統功能測試。利用12322地震速報短信給指定用戶發送測試短信,測試用戶客戶端監聽到短信之后,該系統立即將監測到的信息同步給安裝該APP的所有用戶,并發出通知消息,開始本次模擬地震災情信息上報工作。測試用戶通過APP上報災情信息和烈度數據(圖6),經過數據處理之后回傳到數據庫服務器中,應急指揮中心調用現場災情數據顯示在大屏幕上進行災情展示,實現了地震災區現場和應急指揮中心的信息互通[11]。管理員導出統計數據,共享給場外專家,專家根據所提供的數據對災情做出判斷,依據以往經驗給出合理的處置建議和烈度評定意見,為應急指揮中心提供了專家意見參考。

圖6 烈度上報查看Fig.6 Intensity reporting and viewing

根據災情上報使用過程反饋,未出現系統性崩潰現象,說明該系統的穩定性是過關的,能夠為地震現場的災情采集提供穩定的系統支持。同時出于對系統和數據的安全性考慮,增加了防火墻來確保系統的安全保障,圖7為測試的整個系統流程圖。經過對系統的功能和穩定性測試結果來看,總體測試效果良好,達到了地震災情信息采集系統預期建設目標。

圖7 測試系統流程圖Fig.7 Flow chart of the test system

4 結論與討論

本文介紹了基于Android平臺的地震災情信息采集系統,詳細地闡述了該系統設計和實現的研究過程,通過功能測試結果展示系統使用價值以及系統優越性。該系統的建設實現了地震現場災情信息高效采集功能,使得多種災情信息被統一上報分析,給專家提供多樣化的參考數據,對現場的災情判斷和烈度評定有了更加可靠的數據支撐。同時該系統也實現了地震現場和后方指揮中心的災情信息互通、共享,給現場的災情采集人員提供合理規劃的采集目標,大大提高災情采集的工作效率。

地震災情信息采集系統目前已實現地震災區的災情信息統計分析,給專家提供了災情研判的數據支持,為科學救援部署和應急指揮決策提供了依據,但人工智能、深度學習等前沿技術尚未在該系統中得到應用,災害照片、視頻、語音以及非選項備注等解譯工作,仍然需要人工干預來完成。下一步的研究工作,將引入人工智能分析、深度學習技術作為主要應用研究方向。