張仁軍，沈 林

(重慶理工大學管理學院，重慶 400054)

中國是災害多發(fā)、災害強度大、災情嚴重的國家。建國以來，每年都有5 000多人因此喪生［1］。特別是2008年的汶川大地震、南方大雪災等更能說明我國的救災防災水平仍亟待提高。提高災害預警水平對減災防災具有重要意義。

災害預警一直是世界各國政府、學術界關心和研究的熱點［1－9］。目前，災害預警相關理論與技術已取得了一些成果［2］。在災害認知方面的進步表現(xiàn)在災害風險評估在許多國家得到了廣泛開展，一些災害的風險評估技術發(fā)展很快。計算機技術、GIS技術的應用為這些災害風險評估提供了技術支撐。一些基于國際層面的災害認知工作也得到了開展，如世界衛(wèi)生組織支持的全球緊急事件數(shù)據(jù)庫 (EM-DAT)、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的全球地震臺網(wǎng)(blobal seismographic network)等。監(jiān)測技術和服務研究方面的進步表現(xiàn)在監(jiān)測設備的質量和可靠性不斷提高，特別是集成遙感技術的監(jiān)測方法已有較大進步。災害風險信息的有效傳播和分享的進步表現(xiàn)在一些經(jīng)濟組織和發(fā)達國家采用結構化的系統(tǒng)傳播和分享災害風險信息，也有很多國家是通過大眾傳媒的方式進行，如廣播和印刷媒體。為提高信息傳播和分享的參與性和分享程度，目前也有很多民間的、基于社區(qū)的組織做了大量工作，這些組織在非洲、拉美、俄羅斯等地起到了重要作用。目前，如何開展多組織合作和多主體交流，使災害信息的傳輸與交流更加有效已成為研究熱點。

目前，災害預警相關理論與技術仍存在缺陷，主要表現(xiàn)在以下幾個方面［2］:

1)災害認知方面。第一，對社會、經(jīng)濟和環(huán)境等承災體脆弱性的研究不足。目前較多的研究集中于災害方面，因為災害的數(shù)據(jù)來源相對充足。第二，公眾參與不足。由于公眾參與不足，導致一些預警數(shù)據(jù)的獲得非常困難。

2)災害監(jiān)測方面。第一，許多災害的監(jiān)測仍然非常困難，如沙塵暴、山洪、強風暴潮等。第二，國際間、地區(qū)間的災害預警數(shù)據(jù)等仍缺乏交流。第三，災害發(fā)生地以外的地區(qū)很難獲得相應的數(shù)據(jù)信息。第四，多學科、多部門的合作不夠。第五，缺乏基于社區(qū)水平的用于提供及時、準確的預報預警信息的聯(lián)絡系統(tǒng)。

3)災害信息傳輸與共享方面。第一，一些發(fā)展中國家缺乏災害信息傳輸?shù)膶ｉT機構。第二，因為政治原因導致的災害信息傳輸受阻經(jīng)常發(fā)生。第三，傳輸與分享的災害信息不清楚、不完備。第四，國際間缺乏災害信息傳輸?shù)臉藴屎蛥f(xié)議。第五，公眾參與不足。

本文提出的基于自發(fā)地理信息的災害預警技術可以在一定程度上彌補以上災害預警技術的不足，提高災害信息獲取的速度、質量，同時提高公眾的參與程度。

1 自發(fā)地理信息

自發(fā)地理信息(volunteered geographic information，VGI)是網(wǎng)絡用戶自發(fā)地收集、獲取、處理、發(fā)布的地理信息。國內(nèi)關于VGI的研究較少。自發(fā)地理信息是隨著眾多新技術和網(wǎng)絡在線服務方式的進步而出現(xiàn)的。手機、數(shù)碼相機、PDA或其他手持設備能通過GPS提供用戶位置信息或者將位置信息添加到其他媒體上，使大眾可以方便地獲取、處理地理信息。一些交互式的地理可視化產(chǎn)品包括 GoogleMaps、Google Earth 、Virtual Earth、Wikimapia、OpenStreetMap等。Goodchild和 Sui將這些發(fā)展稱為“volunteered geographic information，VGI”。和VGI相近的概念還有“Wiki of geospatial information science，Wiki GIS”［10－11］。

VGI和相應生產(chǎn)VGI的技術吸引了越來越多的地理學者和其他研究者。VGI正成為GIS的研究熱點。2007年12月，在美國圣芭芭拉召開了關于VGI的研討會，討論了VGI的一些基本問題:公眾提供分享地理信息的動機，以及影響這些信息質量的因素是什么?用什么方法驗證VGI以及添加VGI適當?shù)脑獢?shù)據(jù)?VGI可以用于構建一種大型的傳感器網(wǎng)絡嗎?通過該傳感器網(wǎng)絡能否使傳統(tǒng)的、被動的、靜止的傳感器被智能的、可以移動的人來代替或者集成?不同的通訊技術如互聯(lián)網(wǎng)、手機以及其他通訊技術使用VGI的限制，以及相應的隱私問題如何解決?

目前，學者們開始探索VGI的潛在應用領域及其社會意義。在應用方面，早期的研究集中于分析支持VGI的硬件、軟件、數(shù)據(jù)結構，開發(fā)相應的技術來分析和應用這個巨大的、嶄新的數(shù)據(jù)來源。

目前，一些重要的關于VGI的科研項目正在或正準備實施，如Goodchild和Daniel Z sui等申請的美國自然科學基金項目“基于VGI的知識創(chuàng)建”以及Daniel Z sui正在復審的美國國防部項目“人作為傳感器在國家安全方面的應用:通過Wiki地理信息優(yōu)化國防部21世紀傳感器網(wǎng)絡”。

2 應用VGI的災害預警方法

2.1 應用VGI的災害預警基本原理

基于VGI的災害預警實質是將眾多居民作為災害信息獲取的傳感器。如圖1所示，居民通過手機、GPS(手持或車載)、攝像機、攝影機等便攜設備，或直接通過語言描述、繪圖等將其獲得的災害預警相關信息通過電腦網(wǎng)絡傳送到相應網(wǎng)站，信息經(jīng)過網(wǎng)站人員必要的審查后在網(wǎng)站上發(fā)布。相關專家通過這些在網(wǎng)站上發(fā)布的災害信息確定是否預警，以及采取必要的防災措施。

圖1 基于VGI的災害預警系統(tǒng)

2.2 應用VGI的災害預警系統(tǒng)的優(yōu)點

基于VGI的災害預警系統(tǒng)的傳感器是智能的、活動的，與傳統(tǒng)的災害信息獲取的傳感器(如各種檢測儀、遙感影像等)相比，具有分布范圍廣，信息準確、及時等優(yōu)點，非常有利于災害預警。隨著居民災害防范意識的增強、救災減災知識與技能的增強，這樣的災害信息傳感器又可以為減災救災提供快速、有力的支持。

VGI的參與人員數(shù)量眾多，遍及社會各階層、各部門、各行業(yè)?；赩GI的災害預警系統(tǒng)是一個能觸及到災害可能發(fā)生的各領域、各地域的預警網(wǎng)絡。VGI是一種基于底層的、自發(fā)的信息，沒有層概念，沒有行政部門的劃分，可以實現(xiàn)較快的反應速度。

基于VGI的災害預警系統(tǒng)投資經(jīng)濟、建設快速。傳統(tǒng)的災害預警系統(tǒng)往往要投入巨大的人力物力成本來布設傳感器以獲取災害預警信息。而基于VGI的災害預警系統(tǒng)幾乎不需要另外投入經(jīng)費進行信息獲取與發(fā)布，只需要通過適當?shù)木W(wǎng)絡平臺，居民就可發(fā)布自己獲取的災害預警信息，因此建設周期也短。

3 應用VGI的災害預警需要解決的關鍵問題

VGI是人們自發(fā)、自愿地創(chuàng)建地理信息，其目的可能是多樣的，比如娛樂、渴望吸引人注意甚至抱怨等。在這些多樣的目的下創(chuàng)立的地理信息是否可以用于同一個目的——災害預警?這是本項目應用VGI的一個首要研究的問題。或是人們是否愿意為了同一個目的創(chuàng)建地理信息?比如在本項目中，人們是否可以或是否愿意在災害預警的同一個目標下，自發(fā)、自愿地建立地理信息?人們創(chuàng)建災害地理信息時的自私本性或利他思想對信息的內(nèi)容、準確性的影響如何?這些問題的解決對VGI的發(fā)展、應用都具有重要意義。

災害預警造成的社會影響巨大，對數(shù)據(jù)質量的要求極高。災害預警數(shù)據(jù)質量包括時間、空間和內(nèi)容等方面的要求?；赩GI的災害信息是否能夠達到相應的質量要求?VGI數(shù)據(jù)質量應如何評價?VGI數(shù)據(jù)來源廣泛、類型和形式多樣，如何從這些數(shù)據(jù)中獲取有用信息?

本文認為，基于VGI的災害預警需要解決一系列關鍵問題。

3.1 應用VGI的災害預警適用領域

災害的類型多樣，有自然災害、事故災害、公共衛(wèi)生、社會安全等。這些災害有的發(fā)生地域廣，地點不定，時間不定，如地震、森林火災、恐怖事件。有些災害有比較明顯的征兆或現(xiàn)象，有些則征兆不明顯或征兆具有多指向性。比如地震有許多征兆，但這些征兆具有多指向性;森林火災則具有比較明顯的征兆，指向明確，如野外火點。另外，災害的預警也受法律的制約，有些災害信息不能廣泛發(fā)布，有些則可以廣泛發(fā)布。災害也有時間特性，有些災害隨時可能發(fā)生，有些災害則只在特定時間發(fā)生。災害的種種特性和類別也決定了有些災害的預警適于建設基于VGI的預警系統(tǒng)，而有些則不適合。一般來說，基于VGI的預警系統(tǒng)適合于災害發(fā)生區(qū)域廣、涉及人群廣、常規(guī)監(jiān)測方法難以奏效，或者常規(guī)監(jiān)測方法代價過大的災害預警。

3.2 應用VGI災害信息的內(nèi)容和特征

VGI是志愿者根據(jù)自己的愛好提交的信息，這些信息結構松散，格式多樣，冗余信息多。要從中獲取準確的災害預警信息，首要條件是對這些信息的內(nèi)容和特征有準確的理解，這就需要研究VGI的內(nèi)容構成、結構特征、質量特征、時間屬性特征、空間屬性特征。對VGI災害信息特征研究的目的是為災害信息的提取和質量評價奠定基礎。

3.3 災害信息提取的基本思路

VGI災害信息的類型多樣，包括GPS數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)等。隨著技術的進步，還可能出現(xiàn)其他格式的數(shù)據(jù)。因此，如何識別這些不同格式的數(shù)據(jù)以獲取有價值的災害信息對災害預警具有重要意義。

3.4 災害信息的質量評價原理與基本方法

VGI被廣大專業(yè)人士指責的最大的問題就是數(shù)據(jù)質量的問題。因此，需要研究如何從輸入上控制VGI的災害預警信息的準確性，包括輸入方法、輸入制度、輸入程序、監(jiān)控機制等，同時也需要研究準確的評價方法。

3.5 應用VGI的預警決策方法

災害預警包括2個必不可少的步驟:①獲取災害可能發(fā)生的信息，如各種征兆或對災害初始事件的感知;②對災害可能發(fā)生的信息進行綜合分析，從而做出是否預警的決策。第1個步驟需要分散，是要盡可能多、盡可能快、盡可能廣地獲取災害可能發(fā)生的信息;第2個步驟則需要集中，需要綜合分析、對照比較、權衡利弊，最后做出決策。根據(jù)獲取的信息做出是否發(fā)出預警信號的決策有多種基本方法:①采用傳統(tǒng)的綜合的方法，即由某人或某機構根據(jù)掌握的信息進行決斷，做出是否預警的決策;②采用分散型的決策方法，設定相應的檢測值，將VGI作為一個大的網(wǎng)絡狀的檢測系統(tǒng)，當發(fā)現(xiàn)某個指標超標時就進行預警;③前2種方法的結合。需要研究的是在VGI環(huán)境下這些方法的優(yōu)點、缺點及適用場合。

3.6 應用VGI的預警系統(tǒng)與其他預警系統(tǒng)的關系及沖突處理原則

災害預警系統(tǒng)有各種類型，有的已經(jīng)相當成熟，并在災害預警中起到了較好的作用。應用VGI的預警和這些預警之間應當是一個什么關系?如何處理二者之間的沖突?如何使2種預警方法有機地結合在一起，形成相輔相成的多方位的復合預警體系?這些都是需要解決的問題。

3.7 應用VGI的災害信息的協(xié)議與標準

災害預警信息來源多樣、處理要求多樣，同時，災害預警信息需要傳輸、發(fā)布和共享。這些都需要對相應的協(xié)議與標準進行規(guī)定。

3.8 應用VGI的災害信息預警與個人隱私、國家安全的沖突

應用VGI的災害信息可能將災害預警導向一個危險的方向。比如危害國家或社會安全、侵犯個人權利等。因此，要首先研究應用VGI的災害信息的相應法律法規(guī)，在保障國家安全和個人權利的前提下進行準確的災害預警。

4 結束語

目前的許多災害預警存在困難，需要新的災害預警技術。VGI的出現(xiàn)使得將人作為災害信息傳感器成為可能。應用VGI的災害預警系統(tǒng)具有反應速度快、準確、費用少等優(yōu)點。但建設應用VGI的災害預警系統(tǒng)還需解決一些關鍵問題，包括信息內(nèi)容特征、質量保障、相關協(xié)議與標準，以及與國家安全和個人權利沖突的解決制度等。

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