基于ORACLE數據庫的地震災情短信采集系統設計與實現

鄭韻　陳琳　王輝山　林巖釗　張樹君

摘? 要：現場災情信息是地震現場應急指揮決策的重要依據，為了提升災情的獲取與處理能力，文章設計了一個短信災情采集與傳送系統，迅速、全面對這些信息進行采集與集成是非常重要的。文章通過采集災情速報員上報的災情震感短信，基于三大運營商的短信通信接口協議進行數據傳輸，實現短信息數據的發送和接收，將獲取的信息實時傳輸到后方處理平臺，數據庫采用Oracle10g大型數據庫管理系統，將剔除誤報后的信息基于Oracle10g數據庫存儲，利用空間插值，在震后快速生成地震震感分布圖進行展示或打印，可為地震應急救援提供災情判斷和輔助決策支持。

關鍵詞：地震災情；短信采集；數據庫；災情展示；網絡安全

中圖分類號：TP311? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）20-0037-04

Design and Implementation of Earthquake Disaster SMS Acquisition System

Based on ORACLE Database

ZHENG Yun， CHEN Lin， WANG Huishan， LIN Yanzhao， ZHANG Shujun

（Fujian Earthquake Agency， Fuzhou? 350003， China）

Abstract： The on-site disaster information is an important basis for on-site earthquake emergency command and decision making. In order to improve the ability of acquiring and processing disaster situations， this paper designed a text message disaster situation collection and transmission system. By collecting the disaster earthquake sensation SMS reported by the disaster situation quick reporter， the data was transmitted based on the SMS communication interface protocol of the three major operators to realize the sending and receiving of short message data. The acquired information is transmitted to the rear processing platform in real time， and the database adopts the Oracle10g large-scale database management system. The information after eliminating the false positives is used in spatial interpolation to quickly generate the earthquake sensation distribution map after the earthquake for display or printing， which can provide disaster judgment and auxiliary decision support for earthquake emergency rescue.on-site disaster information is an important basis for the emergency command and decision of the earthquake scene. It is very important to collect and integrate the information quickly and comprehensively. In this paper， by collecting disaster text messages reported by disaster instant reporters， based on Oracle10g database storage， and using spatial interpolation， earthquake sensation distribution map is quickly generated after the earthquake， which can provide disaster judgment and auxiliary decision support for earthquake emergency rescue.

Keywords： earthquake disaster; SMS collection; database; disaster display; network security

0? 引? 言

地震速報告訴了我們什么時間，什么地點，發生了多大震級的地震。但對于地震應急救援工作來說，這些信息是遠遠不夠的。以5·12汶川大地震為例，2008年汶川8.0級地震的速報震中是映秀鎮，因此震后救援工作是以映秀鎮為重心展開，隨著救援工作的推進，指揮部發現距離映秀鎮約160千米的北川縣同樣遭到了毀滅性的破壞，震情誤判嚴重延誤了北川地區的震后搜救工作。由此不難看出，哪些區域地震災情更嚴重，哪些地方急需救援力量的援助這些信息才是震后應急處置工作最迫切的需求[1，2]。

隨著移動通信技術的發展及基站覆蓋率的不斷擴大，基于移動電話的業務應用層出不窮。其中手機短信以它的技術成熟、運行穩定、操作簡便、用戶廣泛，且不受地域、時間的局限，為快速獲取地震現場的災情信息提供了全民參與的基礎[3]。通過數字編碼形式存在的短信代碼將抽象的概念或者現象以一種便于理解和記憶的形式表達和呈現人們所處的客觀世界，是一種非常有效的信息載體。地震災情短信旨在反映地震災情，將地震災害信息傳遞給相關人員，使他們在最短的時間內做出快速高效的響應，從而最大程度上減少或緩解地震所帶來的財產損失和人員傷亡。

為了提升災情的獲取與處理能力，本文設計了一個短信災情采集與傳送系統，將人工編輯的短信通過三大通信運營商網絡，將獲取的信息實時傳輸到后方處理平臺，統一存儲到地震應急數據庫中，這樣指揮部就能快速獲取災區的各種災情信息。該系統可實現震后5～10分種內發送和接收短信息災情，根據反饋信息在15分鐘內初步給出地震災情的分布，為后續緊急響應處置工作提供科學依據。

1? 系統框架設計

對主動或被動形式上報的短信息災情信息進行篩選、分類和管理，將過濾后的有效信息與基礎地理數據進行聯合分析得出地震影響范圍、地震受災程度等專業數據，后續可以與移動終端進行專業GIS信息推送。該系統由中央控制系統和移動終端系統兩大子系統組成。

系統設計遵循工程技術標準以及總體設計的技術要求，按照“分層設計、模塊構建”的思想進行分系統設計和實現。系統按照多層結構體系進行組織，采用B/S、E/S體系結構相結合的模式，數據層采用空間數據引擎和Oracle關系型數據庫進行存儲，基礎功能層包括基礎功能組件與數據訪問組件，業務服務層包括短信息災情收集與傳送系統的兩個子系統和交互界面、以及與其他應用程序的接口，用戶層面向本地和網絡的多種用戶?？傮w架構如圖1所示。

2? 系統數據庫

2.1? 數據庫建設原則

數據庫采用Oracle10g大型數據庫管理系統，Oracle數據庫是一個以關系型和面向對象為中心管理數據的數據庫管理軟件系統，是基于“客戶端/服務器”模式結構?？蛻舳藨贸绦驁绦信c用戶進行交互的活動。其接收用戶信息，并向“服務器端”發送請求。服務器系統負責管理數據信息和各種操作數據的活動，主要包括以下四方面的設計：

1）表及索引數據量估算及物理存儲參數的設置：表及索引的存儲容量估算是根據其記錄長度及估算的最大記錄數確定的，在容量估算中考慮了數據塊的頭開銷及記錄和字段的頭開銷等。表及索引的initial和next存儲一般設為相等，pctincrease設為0。

2）表空間的設計：Oracle數據庫的表和索引是透過表空間（tablespace）存儲在數據庫中的，在設計表空間中，將較大的表和索引單獨分配為一個表空間，如果表空間中的對象均是只讀對象，可將表空間設置成只讀模式，在備份時，只讀表空間只需備份一次。增、刪、改的對象分成一組，存在對應的表空間中。

3）臨時表空間的設計：建在專用的表空間中，供臨時數據存儲。

4）數據表設計：根據上述的數據庫邏輯設計定義劃分具體的表和視圖、定義外鍵約束、存儲過程、觸發器、索引、序列等具體的物理實體。

數據庫數據最終是存儲在物理磁盤上的，在設計中合理地分配邏輯結構的物理存儲地址，這樣可以優化物理存儲結構，使得讀寫盡量并行，減少磁盤讀寫競爭，從而提高效率。通過對物理存儲進行精密的計算減少不必要的物理存儲結構擴充，從而提高系統利用率。

2.2? 短信數據庫

短信數據是短信息災情收集與傳送子系統數據庫中的重要組成部分。此數據庫包含了原始短信、解析處理后短信、用戶分組、用戶資料、地名數據、預制短信內容等數據。數據庫設計時參照數據庫設計原則、不同數據分表存放并建立索引、序列。

2.3? 地震專題數據庫

地震專題數據庫包含地震專題數據和空間數據，因此建立數據庫時，空間數據將通過ArcSDE數據庫引擎，同時ArcSDE可以提供空間和非空間數據進行高效率的操作的數據庫服務。此數據庫包含的數據主要有地震事件數據、震情信息、評估結果（人員傷亡、房屋破外數據）、由短信息生成的災情分布和影響場等圖件數據。

2.4? 系統運維數據庫

系統運維數據庫是此系統運行的基礎保障，其包含有系統的運行日志、用戶操作記錄、用戶注冊及權限信息。通過此數據庫可以控制不同用戶的不同權限，方便的進行系統的維護和管理。

3? 插值方法

本文采用地統計學中常用的克里格插值方法對采集到的震感信息進行插值。克里格方法假定已獲取的采樣點相互間的方向及距離反映出某種空間的關聯，插值時將已有采樣點或設定范圍內全部的點，代入函數關系式，便可以計算出未知點的估測值。其函數關系式如下所示：

公式中，Cj為第j個采樣值的權重；Z（Sj）則是收集到的第j個采樣值；S0為預估點的位置，M為所有采樣點的總數。Cj除了與采樣點、預估點之間的距離相關，也和采樣點自身空間分布方式相關聯，也就是說，空間關聯需要量化運用。由此看出，權重Cj與采樣點、預估點之間的距離，采樣點擬合函數，及采樣點空間分布方式均相關。權重的賦值要讓內插函數達到最優狀態，同時使采樣點的變量滿足最佳的無偏估計。

克里格插值代碼如下：

Import arcpy

Fromarcpy.saimport*

Arcpy.env.overwriteoutput= True#覆蓋以前的數據

Insample= ‘采集到的震感要素

OutRaster = ‘插值生成的柵格數據

Value_field =‘震感值

Output_cellsize=0.0091116#輸出柵格像元尺寸

Kmodel=KrigingModelOrdinary（‘Gaussian， Output_cellsize ）#變異函數選擇高斯模型

Output_Kriging = Kriging（Insample，Value_field， Kmodel， Output_cellsize， ‘Variable

12）

4? 功能實現

系統運行環境適用于Windows server 2003、Windows xp、Windows 7及以上操作系統，Java環境為JDK1.6及以上（32 bit），數據庫使用Oracle10g，應用服務器為Tomcat 6.0，采用的GIS平臺為ArcGIS9.2及以上系列產品。

系統主要功能采用組件模式開發，可根據需要靈活組合，確保了功能組件的“松耦合”；采用數據持久化技術，且能夠支持多種類型的數據庫管理系統；利用成熟的門戶技術實現友好的人機交互，人機界面友好，方便普通用戶在短時間能熟悉本系統。系統主要包括地震信息發送與接收模塊、災情信息分析處理模塊和信息綜合展示模塊三個功能模塊。

信息發送與接收模塊：通過地震事件觸發，按人員分組或者按號碼段向災情速報員發送災情收集短信，災情速報員收到地震邀請短信后只需按要求回復簡單的災情代碼[4]。災情代碼共分為四類：

1）無震感。

2）有輕微震感。

3）中等震感。

4）有強烈震感。

災情代碼通俗易懂，回復便捷，能夠迅速采集到震區的災情信息。災情上報短信接收后進行分類、集中存儲和管理。手機接收災情短信界面，如圖2所示。

災情信息分析處理模塊：數據庫收到回傳的災情信息后，系統將對信息進行識別和過濾，對明顯錯誤的上報信息進行修正或刪除，將剔除誤報后的信息利用空間插值生成震感分布圖，如圖3所示。

信息綜合展示模塊：展示插值后繪制的災情分布專題圖、統計圖，打印災情專題圖，以便指揮部相關人員及時查閱分享。

5? 系統網絡拓撲

通過建立高速專線實現地震系統與三大通信運營商的廣域網接入，采用短信網關加安全接入設備的方式，以12322為統一接入號碼[5]，基于三大運營商的短信通信接口協議進行數據傳輸，實現短信息數據的發送和接收，保證本系統運行的穩定性和可靠性。

在地震發生后需要將災情信息數據匯總，在數據交換時通過地震專網實現數據的傳輸。網絡之間之內采用標準TCP/IP協議和數據加密技術。各業務部門之間使用千兆寬帶網絡連接，具備高速的數據傳輸能力和系統訪問運行能力，并基于地震專網實現數據的共享性、時效性。系統由下層至上層匯聚全部短信息數據，數據的傳輸匯集通過地震專網VPN方式傳輸，并對數據進行加密，從而保證數據安全。根據用戶對系統性能的要求情況，基于提高性能、節約投資成本、充分利用現有資源的思想，短消息災情收集與傳送系統內部的網絡拓撲結構如圖4所示。

本部署視圖中描述了本系統同現有地震系統和三大運營商的關系，系統需要通過現有總線獲取來源于其他地震系統的評估結果，通過本系統將地震評估專題圖和評估報告推送給相關領導；通過現有總線將本系統采集并解析后的災情短信息數據推送給其他相關包，實現數據的匯總和展示；系統通過三大運營商接口實現災情采集人員和社會大眾的邀請短信和災情采集信息的收發。本系統為B/S模式，在客戶端對具有權限的用戶可以通過瀏覽器直接訪問系統。

系統通過高速專線與中國移動、中國聯通、中國電信聯網，短信災情收集與傳送系統的通信網絡獨立成網，與現有的地震行業網、互聯網實現邏輯隔離，保證系統的獨立性與安全性，通過防火墻等安全設備，分層部署詳細的安全策略保護。同時，依托地震局行業網系統，在此基礎上通過VPN技術，從而大幅度減少系統建設和運行中長途信道費的投入，并能實現系統獨立運行的安全要求。

6? 結? 論

選擇手機短信作為地震災情獲取的重要手段是因為其擁有先天的優越性。雖然破壞性大地震發生后往往會造成通信設施損毀，基站退服，從而中斷極災區的所有通信，但只要有部分的無線基站存活或被修復，就能實現短信服務，并可在第一時間把災情信息準確快捷地發送出去，這為短信息災情采集與傳送系統獲取信息提供了信息來源。通過覆蓋全國范圍的短信息災情收集與傳送系統，在地震發生后，將能夠快速收集并共享第一手的災情信息，進而快速處理給出災情評估信息，以便能更好進行災情發布展示，協助有關部門組織抗震救災，同時通過與地震專業人員、災情速報員、志愿者、社會公眾等進行互動交流，不僅能進一步獲取最新的災情信息，也可穩定民眾情緒，有利于保持社會的穩定。

參考文獻：

[1] 王輝山，肖健，鄭韻.基于移動終端的地震應急輔助決策系統研究 [J].自然災害學報，2017，26（5）：30-35.

[2] 鄭韻，楊天青，王青平，等.基于MQTT協議的地震專題圖自動生成和推送系統的設計與實現 [J].中國地震，2021，37（4）：837-842.

[3] 王琛，章熙海，肖飛，等.基于12322平臺的江蘇省地震應急災情速報系統的設計與應用[J].震災防御技術，2018，13（2）：471-479.

[4] 帥向華，侯建盛，劉欽.基于地震現場離散點災情報告的災害空間分析模擬研究 [J].地震地質，2009，31（2）：321-333.

[5] 劉欽，董翔，楊斌.基于移動終端的12322地震災情上報處理系統設計與實現 [J].震災防御技術，2015，10（3）：673-681.

作者簡介：鄭韻（1989—），女，漢族，福建順昌人，工程師，碩士，研究方向：地震應急技術研究。

收稿日期：2023-04-20