陳 琳， 朱耿青,2， 林巖釗， 于威宇， 王輝山，黃聲明， 董 奕

(1.福建省地震局，福建 福州 350003；2.中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京 100029)

基于手機(jī)短信自動(dòng)定位的地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)

陳 琳1， 朱耿青1,2， 林巖釗1， 于威宇1， 王輝山1，黃聲明1， 董 奕1

(1.福建省地震局，福建 福州 350003；2.中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京 100029)

基于手機(jī)自動(dòng)定位的地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)是依托目前手機(jī)廣泛使用于福建省各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道以及絕大部分行政村這一有利條件而研制的。在分析地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)工作流程的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)，并劃分系統(tǒng)功能模塊。討論了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)，如反距離權(quán)重插值、基于ArcGISServer的開發(fā)WebGIS系統(tǒng)架構(gòu)等。最后通過(guò)地震事件實(shí)例展示了系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。

手機(jī)自動(dòng)定位；災(zāi)情速報(bào)；反距離權(quán)重插值；ArcGISServer

引言

高效的應(yīng)急指揮決策，能夠在有限時(shí)間內(nèi)，充分調(diào)動(dòng)可利用的救援力量，做出快速高效響應(yīng)，從而最大程度上減少或緩解地震所帶來(lái)的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡［1］。按照中國(guó)地震局頒發(fā)的 《地震群策群防工作大綱》的要求，福建省地震局從上個(gè)世紀(jì)以來(lái)一直著力于全省范圍的防震減災(zāi) “三網(wǎng)一員”體系建設(shè)。 “三網(wǎng)一員”即地震宏觀測(cè)報(bào)網(wǎng)、地震災(zāi)情速報(bào)網(wǎng)、地震知識(shí)宣傳網(wǎng)和防震減災(zāi)助理員，其核心成員主要是由基層政府事業(yè)單位工作人員組成，幾乎覆蓋福建省所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)。至目前為止，福建省速報(bào)員人數(shù)已達(dá)到2 668人、鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋率達(dá)到97%，災(zāi)情速報(bào)點(diǎn)基本上能在福建省居民地均勻分布。本文正是依托這一覆蓋范圍廣泛的速報(bào)人員網(wǎng)絡(luò)，開展災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)研究。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

系統(tǒng)具有震情收集和通報(bào)功能，能自動(dòng)讀取震情信息并向指定人員手機(jī)發(fā)送；自動(dòng)確定識(shí)別報(bào)送災(zāi)情的手機(jī)位置；統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)災(zāi)情指標(biāo)數(shù)據(jù)并建立以GIS基礎(chǔ)地圖為背景的不同災(zāi)情程度等值面。地震發(fā)生后，系統(tǒng)判斷應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別及可能的破壞范圍，向震區(qū)速報(bào)員發(fā)送速報(bào)指令。災(zāi)情速報(bào)員收集到當(dāng)?shù)氐臑?zāi)情信息后，回復(fù)災(zāi)情短消息。移動(dòng)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器將數(shù)據(jù)發(fā)送至本系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器匯總，災(zāi)情速報(bào)信息處理后將結(jié)果在WebGIS客戶端完成統(tǒng)計(jì)報(bào)表及專題圖展示。

對(duì)需要應(yīng)急響應(yīng)的地震事件測(cè)算其影響范圍，同時(shí)向影響范圍內(nèi)的 “三網(wǎng)一員”通報(bào)震情。系統(tǒng)對(duì) “三網(wǎng)一員”回復(fù)的災(zāi)情速報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并輸出各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表和受災(zāi)情況分布圖。系統(tǒng)通訊鏈路示意圖如下。

圖1 系統(tǒng)通訊鏈路示意圖Fig.1 The schematic map of communication link

1.2 功能模塊設(shè)計(jì)

災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)的核心功能是實(shí)現(xiàn)地震損失情況的快速獲取。具體功能有：震情自動(dòng)通報(bào)，收集的災(zāi)情速報(bào)數(shù)據(jù)的快速處理，災(zāi)情統(tǒng)計(jì)并完成可視化輸出。系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如下圖所示。

（1） “三網(wǎng)一員”管理：按照分級(jí)授權(quán)的方式，各地市可以自行登錄和維護(hù)各自區(qū)域的 “三網(wǎng)一員”信息。這樣使得 “三網(wǎng)一員”的管理靈活化，改變了原來(lái)層層上報(bào)方式，提高了更新的速度，增加了信息的可靠性。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The structure chart of system function

（2）基礎(chǔ)信息管理：包括地圖及行政區(qū)域信息，各級(jí)應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)人員信息維護(hù)及系統(tǒng)操作人員的權(quán)限管理。

（3）震情采集及通報(bào)：獲取需要地震應(yīng)急響應(yīng)的震情數(shù)據(jù)，根據(jù)應(yīng)急預(yù)案，向影響區(qū)域的人員通報(bào)震情。

（4）災(zāi)情速報(bào)與分析：速報(bào)員可將責(zé)任區(qū)的災(zāi)情信息、圖片或視頻上報(bào)至系統(tǒng)，系統(tǒng)獲取位置信息并統(tǒng)計(jì)報(bào)表輸出、災(zāi)情等值線和等值面生成。

2 關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 手機(jī)定位實(shí)現(xiàn)方法

手機(jī)定位服務(wù)也叫移動(dòng)位置服務(wù)，就是通過(guò)無(wú)線終端和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)配合，確定出移動(dòng)用戶的實(shí)際地理位置，從而提供用戶需要的與位置相關(guān)的服務(wù)信息[2～4]。本系統(tǒng)采用的定位方法是小區(qū)定位，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，適用于對(duì)精度要求不高的業(yè)務(wù)。其原理是：移動(dòng)基站將覆蓋范圍按方位分為八個(gè)扇區(qū)，只需取得手機(jī)所在扇區(qū)，即可獲得相對(duì)基站的大致角度，再通過(guò)移動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度映射出與基站的距離，查詢基站坐標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，測(cè)算出手機(jī)所在位置通過(guò)手機(jī)所在小區(qū)的識(shí)別號(hào)就可以知道手機(jī)所在區(qū)域。定位精度取決于小區(qū)半徑、機(jī)站類型、手機(jī)持有人與小區(qū)中心的距離等，小區(qū)半徑越小，精度越高，距離中心位置越近，精度越高。

2.2 等值面生成插值方法

帥向華等研究基于地震現(xiàn)場(chǎng)離散點(diǎn)分析模擬地震災(zāi)害［5］，采用的插值方法是最近鄰點(diǎn)插值法 (Nearest Neighbor)。根據(jù)地震理論影響場(chǎng)的分布特征，即隨震源距離的增大，破壞程度呈減小的趨勢(shì)。另外，收集到的災(zāi)情速報(bào)點(diǎn)數(shù)據(jù)有較好的連續(xù)性，本文著重考慮采用反距離權(quán)重插值 （Inverse Distance Weighted）方法。其原理是使用預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)已知的樣點(diǎn)值來(lái)預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)除樣點(diǎn)外的任何位置的值，距離預(yù)測(cè)點(diǎn)最近的樣點(diǎn)要比距離預(yù)測(cè)點(diǎn)稍遠(yuǎn)的樣點(diǎn)對(duì)預(yù)測(cè)點(diǎn)值的影響大。反距離加權(quán)插值方法符合地震波衰減理論模型，能合理反應(yīng)出地震實(shí)際災(zāi)情分布情況。利用ESRI ArcObjects提供的IInterpolationOp接口完成插值分析功能。系統(tǒng)調(diào)用IDW接口，具體實(shí)現(xiàn)的java代碼如下：

圖3 基于ArcGISServer的WebGIS構(gòu)架Fig.3 The ArcGISServer-based WebGIS Framework

2.3 基于ArcGISServer的WebGIS構(gòu)架

系統(tǒng)構(gòu)架可分為客戶層、Web層、邏輯層和數(shù)據(jù)層四層結(jié)構(gòu)，如圖3所示。其中客戶層為Internet瀏覽器，負(fù)責(zé)執(zhí)行由Web層的JSP和Servlet所產(chǎn)生的Html頁(yè)面。JSP和Servlet負(fù)責(zé)對(duì)請(qǐng)求的應(yīng)答和對(duì)操作結(jié)果進(jìn)行表達(dá)。邏輯層處理空間信息和非空問(wèn)的業(yè)務(wù)邏輯運(yùn)算，相應(yīng)地處理空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)。ArcGISServer調(diào)用相應(yīng)的API來(lái)實(shí)現(xiàn)地圖操作、查詢、專題制圖、等值線面操作、圖表生成等GIS功能。

3 應(yīng)用實(shí)例

從2007年1月啟用 “手機(jī)短信災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng)”至今，福建省內(nèi)共發(fā)生了四次有感地震，分別為福建省順昌4.9級(jí)地震 （2007-03-13）、福建省永春4.7級(jí)地震 （2007-08-29）、福建省寧德古田4.6級(jí) （2008-03-06）地震和福建省廈門以及龍海交界地區(qū)4.7級(jí)地震（2008-07-05）。在這幾次地震中共收到速報(bào)短信2 731條，經(jīng)系統(tǒng)處理后有效災(zāi)報(bào)短信2 179條。此外，臺(tái)灣高雄6.7級(jí) （2010-03-04）地震，福建沿海普遍有震感，有效災(zāi)報(bào)短信537條。

以福建廈門、龍海交界地區(qū) （東經(jīng)：117.93°， 北緯：24.53°，時(shí)間：2008年7月5日9時(shí)36分23秒）發(fā)生的4.7級(jí)有感地震為例，介紹系統(tǒng)應(yīng)用情況。

地震發(fā)生14 min后，系統(tǒng)向距震中100 km范圍內(nèi)的 “三網(wǎng)一員”發(fā)送地震災(zāi)情收集指令，范圍覆蓋漳州、廈門、泉州和龍巖四個(gè)地區(qū)中的30個(gè)縣市、261個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共發(fā)送短信537條，30 min后收回短信369條。其中， “無(wú)震感或震感比較輕”的短信159條；“震感強(qiáng)烈，未見破壞”的短信208條； “有破壞，未見人員傷亡”的短信2條。經(jīng)過(guò)插值生成的地震災(zāi)情等值面圖如圖4。

圖4 地震災(zāi)情等值面圖Fig.4 Iso-surface map of earthquake disaster

4 結(jié)語(yǔ)

震后災(zāi)情信息的快速動(dòng)態(tài)獲取，高效通暢地提供較為準(zhǔn)確的災(zāi)情信息，是地震應(yīng)急的關(guān)鍵[6]。因此，系統(tǒng)設(shè)置必要的應(yīng)急響應(yīng)規(guī)則，并采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化處理與人工處理相結(jié)合的方式處置震情信息，在地震應(yīng)急響應(yīng)事件發(fā)生后，能夠準(zhǔn)確及時(shí)的向指揮中心提供地震災(zāi)情第一手資料。GSM小區(qū)定位技術(shù)雖然目前定位精度還不是很理想，但是可以在地圖上比較準(zhǔn)確表達(dá)對(duì)應(yīng)災(zāi)情點(diǎn)的地理位置，未來(lái)隨著成本更低廉、速度更快、精度更高的定位技術(shù)的出現(xiàn)，本系統(tǒng)也將升級(jí)相應(yīng)的模塊，提高定位精度。

［1］李曉麗,李志強(qiáng),黃猛.地震災(zāi)情符號(hào)大初步研究 ［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2010,19(2):147-154.

［2］祁玉生,邵世祥.現(xiàn)代移動(dòng)通訊系統(tǒng) ［M］.北京：人民郵電出版社,1999.

［3］張曉培,李祥,彭長(zhǎng)根,等.基于3GPP的手機(jī)GPS定位技術(shù)的研究及其實(shí)現(xiàn) ［J］.計(jì)算機(jī)工程,2007,33 (14):222-224.

［4］陶 鴻,王曉斌.利用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)本身資源實(shí)現(xiàn)GSM的粗定位 ［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2006,16(6): 83-86.

［5］帥向華,侯建盛,劉欽.基于地震現(xiàn)場(chǎng)離散點(diǎn)災(zāi)情報(bào)告的災(zāi)害空間分析模擬研究 ［J］.地震地質(zhì),2009,31 (2):321-333.

［6］徐敬海,徐徐,劉偉慶.基于GIS/GSM的南京市地震災(zāi)情速報(bào)系統(tǒng) ［J］.南京工業(yè)大學(xué) （自然科學(xué)版）, 2009,31(1)：101-105.

Abstract：Earthquake disaster quick report system based on mobile short-message and automatic location technology was built on the condition that the mobile had been widely used all over the villages and towns in Fujian province.By analyzing the work flow of earthquake disaster quick report,this paper designed the system,devided the system fuction module and discussed the key technologies of the system.These key technologies included inverse distance weighted (IDW)interpolation and the way of developing WebGIS system based on ArcGISServer.Finally, the paper showed the application effect of the system in real earthquake event.

Keywords：Mobile phone automatic location;Disaster Information Quick Reporting;Inverse Distance Weighted Interpolation;ArcGISServer

Quick Report System of Earthquake Disaster Based on Mobile Short-Message and Automatic Location Technology

CHEN Lin1,ZHU Gengqing1,2,LIN Yanzhao1,YU Weiyu1,WANG Huishan1, HUANG Shengming1,DONG Yi1
(1.Earthquake Administration of Fujian Province,Fuzhou 350002,China; 2.Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029,China)

P315.73

A

1001-8662（2010）04-0113-06

2010-08-04

陳琳，男，1976年生，工程師.主要從事地震應(yīng)急及GIS系統(tǒng). E-mail：cl@fiea.gov.cn.