楊天青 楊 波 席 楠 張維佳

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地震應急救援差異性查詢平臺設計與實現(xiàn)[1]

楊天青1）楊 波2）席 楠1）張維佳1）

1）中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045 2）北京市地震局，北京 100080

本文系統(tǒng)介紹了地震應急救援差異性查詢平臺的設計思路，包括多源數(shù)據(jù)處理與集成方法、查詢方式與結果展示方式設計、系統(tǒng)架構設計、功能模塊設計和關鍵技術等內(nèi)容。地震應急救援差異性查詢平臺將來源于不同部門的影響我國地震應急救援能力的各類因素數(shù)據(jù)納入到統(tǒng)一的管理平臺，向各級政府、不同部門和相關地震應急人員提供便捷直觀的信息查詢服務，建立部門之間信息共享的橋梁，有效緩解了部門之間數(shù)據(jù)孤立的壁壘。

地震應急救援差異性查詢平臺 多源數(shù)據(jù) WEB專題圖

引言

中國的地震應急救援體系從2000年提出并開展建設以來，歷經(jīng)十多年的努力，取得了令人矚目的成就，地震應急救援體系的整體框架已經(jīng)基本建立，并基本形成了國家、省、地市一體的應急指揮技術系統(tǒng)（姜立新等，2012）。近年來各地方也十分重視本地的地震應急能力建設，尤其是汶川地震以來，各地在地震應急救援組織體系建設、地震應急預案體系建設、災情速報隊伍建設、防震減災知識宣傳、應急避難場所建設等方面都加大了建設力度，民眾的防災減災意識也有了逐漸的提高。但是由于我國幅員遼闊，板塊運動導致各地的地形地貌、構造環(huán)境以及由此產(chǎn)生的地震活動性背景差異較大，而且由于各地經(jīng)濟發(fā)展水平不均衡現(xiàn)象突顯，各方面因素共同影響了我國地震應急救援水平的區(qū)域差異性。為了充分把握這種差異性，指導各地地震應急救援能力建設發(fā)展方向，進一步發(fā)展壯大我國的地震應急救援體系理論基礎，由中國地震局地質所牽頭，9個協(xié)作單位合作承擔的“中國地震應急救援的區(qū)域差異性分析”行業(yè)專項項目，通過對我國影響地震應急救援20多類因素（人文社會經(jīng)濟、地震背景、現(xiàn)有能力、未來需求等）的高精度（縣鄉(xiāng)精度和公里格網(wǎng)精度）分析，確定了各類因素的區(qū)域差異性及其對應急救援的貢獻率，得到了綜合性的應急救援差異性分析結果。以期從地震應急區(qū)劃的角度，指導各地未來應急救援事業(yè)發(fā)展建設的主要方向和主要投入目標，為推動我國地震應急救援體系的系統(tǒng)化建設和應急救援能力建設的本地化發(fā)展提供研究依據(jù)（蘇桂武，2012）。為了更方便直觀地展示項目收集的應急救援差異性要素數(shù)據(jù)集和研究成果集，該項目以開源的Geoserver平臺為基礎，開發(fā)B/A/S多層架構的“中國地震應急救援區(qū)域差異性查詢平臺”，供各地建設主管單位和應急人員查詢?yōu)g覽。

地震應急救援區(qū)域差異性查詢平臺的主要功能是匯集項目收集整理的我國地震應急救援差異性要素集和應急救援差異性分析成果集，利用質底法和分區(qū)統(tǒng)計圖表法等專題地圖表示方法在線渲染應急救援差異性要素的空間分布差異性，并通過用戶配置、空間關聯(lián)、點擊和拉框查詢等方式自動提取目標范圍內(nèi)的各類要素值，以專題圖和信息列表的方式展示，為用戶提供方便、快捷、需求導向的應急能力綜合差異性查詢服務。

1 需求分析

（1）地震應急救援差異性要素分析與數(shù)據(jù)處理

地震應急救援差異性要素集主要從自然條件、人文社會經(jīng)濟條件、地震危害性背景、現(xiàn)有應急救援能力等方面著手，收集包括地形地貌、氣象氣候、水文條件、人口及人口素質、經(jīng)濟發(fā)展水平與產(chǎn)業(yè)布局、土地利用、建筑物抗震能力、地震危害性背景以及各類重點目標生命線工程等40余類差異性要素集，并在此基礎上通過大規(guī)模問卷調查/訪談、模型評價等方法，分析計算出基于不同地震危害性水平下的縣市地震應急能力評價結果集（包括房屋破壞、人員傷亡和直接經(jīng)濟損失）、縣市地震應急救援能力建設需求主要類型及其建設的宏觀建議。項目收集和產(chǎn)出要素集或成果集主要由9個協(xié)作任務承擔單位從各個行業(yè)收集整理或分析計算得出，具有明顯的多語義性、多時空性、多尺度性、獲取手段多源性、存儲格式多源性、空間基準不一致性等特點。

多語義性：表現(xiàn)為同一信息在不同數(shù)據(jù)源中采用不同的字段名稱定義，或同一信息有不同的定義含義等，例如有些數(shù)據(jù)源中將手機或固定電話數(shù)量定義為該區(qū)域范圍內(nèi)的總數(shù)量，另外一些數(shù)據(jù)源卻將該字段定義為該區(qū)域范圍內(nèi)的人均持有量。

多時空性：不僅表現(xiàn)為收集數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)采集年代存在明顯的不一致，還表現(xiàn)在產(chǎn)出的部分成果集表現(xiàn)的是采集數(shù)據(jù)基礎上的未來10—20年的預測結果。

多尺度性：在本項目中有些數(shù)據(jù)集是以縣市尺度為基本的數(shù)據(jù)單元，而有些數(shù)據(jù)是以公里格網(wǎng)為基本數(shù)據(jù)單元表現(xiàn)的。

獲取手段多源性：該項目涉及的數(shù)據(jù)龐雜，數(shù)據(jù)獲取方法也多種多樣，包括現(xiàn)有應急基礎數(shù)據(jù)庫中的、遙感獲取的、在線地圖提取、導航數(shù)據(jù)提取的、統(tǒng)計調查的等等，其數(shù)據(jù)的提取和處理方法都各不相同。

存儲格式多源性：不同數(shù)據(jù)集的收集或生產(chǎn)單位一般會按照各自的習慣和所使用的GIS軟件平臺等存儲數(shù)據(jù)，另外數(shù)據(jù)格式也和數(shù)據(jù)的生成方式相關。在該項目中，數(shù)據(jù)集的格式主要涵蓋空間矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和屬性表三大類，具體存儲的格式又各不相同。

空間基準不一致性：不同來源的空間數(shù)據(jù)有著不同的坐標參考體系和不同的投影方式。從該項目中的多源數(shù)據(jù)獲取方式就決定了其數(shù)據(jù)空間基準不一致的問題。

為有效合理的利用多源數(shù)據(jù)，必須按照一定的方法和原則，重新組合專題屬性數(shù)據(jù)，改善地理空間實體的幾何精度（崔鐵軍等，2007）。針對該項目中存在的上述多源性問題，本文主要通過以下三種途徑進行數(shù)據(jù)處理，一是根據(jù)《國務院抗震救災指揮部地震應急基礎數(shù)據(jù)庫格式規(guī)范》和其他相關規(guī)范，建立地震應急救援要素集的數(shù)據(jù)定義格式，避免語義混淆；二是按照統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計底圖（包括全國縣市行政區(qū)劃底圖和覆蓋全國的公里格網(wǎng)底圖），通過數(shù)據(jù)合并、空間定位和屬性關聯(lián)等方式實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的匹配，通過柵格數(shù)據(jù)分析將公里格網(wǎng)的要素集統(tǒng)一到統(tǒng)一的柵格底圖中，建立拓撲關系，使空間數(shù)據(jù)具備拓撲一致性；三是以元數(shù)據(jù)的方式規(guī)范數(shù)據(jù)生產(chǎn)方法的說明。

（2）查詢用戶和場景分析

地震應急救援差異性分析項目總體目標是嘗試編制我國第一代地震應急區(qū)劃圖（草案），用于從地域針對性和類型針對性等不同角度，指導各地未來應急救援事業(yè)發(fā)展建設的主要方向和主要投入目標；以期為推動我國地震應急救援體系的系統(tǒng)化建設和應急救援能力建設的本地化發(fā)展提供研究依據(jù)（蘇桂武，2012）。從項目的總體目標看，該項目研究成果的服務對象大致分為以下三類：

一是省、市、縣人民政府防震減災主要負責人，查詢轄區(qū)范圍內(nèi)的地震應急救援分析現(xiàn)狀、未來應急救援事業(yè)發(fā)展建設的主要方向和投入目標等。

二是地震部門分管地震應急的主要司室或部門，查詢年度地震危險區(qū)內(nèi)或相關片區(qū)內(nèi)的各縣市應急救援因素信息。

三是為從事地震應急相關領導和人員，在破壞性地震發(fā)生后，查詢震區(qū)地震應急救援相關背景信息。

前兩類服務對象的查詢場景主要是日常查詢，查詢范圍單元主要是各級行政區(qū)劃或片區(qū)范圍。第三類服務對象的查詢場景主要是震后查詢，查詢范圍單元是該次地震的預估影響范圍，可能跨不同的行政區(qū)劃。因此在系統(tǒng)設計時，要考慮不同的查詢用戶和查詢場景，設計查詢范圍輸入方式。

（3）查詢方式和結果展示方式設計

地震應急救援差異性查詢平臺所要展示的是各類體現(xiàn)地震應急救援相關的要素集和成果集。該平臺的主要用戶多數(shù)是從事突發(fā)性應急事件處置工作的管理人員，該類用戶統(tǒng)籌管理、快速反應能力較強，技術背景相對較弱。針對上述情況，在平臺的查詢方式設計時主要考慮訪問便捷、交互操作簡單、界面直觀等方面的要求。查詢結果展示方式主要考慮結果展示直觀、可應用性強，同時可提供多項要素的集合展示功能。

2 系統(tǒng)架構

地震應急救援差異性查詢平臺體系架構設計，主要考慮數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、系統(tǒng)訪問便捷、結果展示直觀、查詢結果共享、業(yè)務可擴展性強、維護方便等需求，同時考慮該平臺側重空間數(shù)據(jù)的在線專題展示，系統(tǒng)主要參考OGC的WMS地理信息服務規(guī)范，采用B/A/S多層結構設計，由數(shù)據(jù)層、支撐層、服務層和表現(xiàn)層四個層次組成，具體如圖1所示。數(shù)據(jù)層包括基礎地理數(shù)據(jù)、各類指標專題數(shù)據(jù)和全國各縣縣情數(shù)據(jù)；支撐層是系統(tǒng)運行的底層支撐，系統(tǒng)開發(fā)運行于J2EE框架，Apache Tomcat提供Web服務支撐，GeoServer提供地圖空間服務支撐，MySQL提供數(shù)據(jù)庫支撐；服務層由各類服務組件組成，查詢指標專題管理提供了區(qū)域各項查詢指標的服務定制，報告模板管理為專題查詢報告提供模板化管理，綜合查詢組件實現(xiàn)了各類查詢應用請求的響應，空間服務組件為區(qū)域定位、地震影響場定位和縣情定位提供服務支持；應用層提供了各項人機交互功能應用集成，包括縣情查詢、綜合查詢、差異查詢、報告生成等功能。

3 關鍵技術

（1）多源地理數(shù)據(jù)處理與集成技術

地理空間數(shù)據(jù)集成的目的是為了實現(xiàn)異構空間數(shù)據(jù)源的共享與互操作?？臻g地理數(shù)據(jù)集成的主要內(nèi)容一般包括地理數(shù)據(jù)模型的融合、地理要素語義的融合和空間地理數(shù)據(jù)投影和坐標系統(tǒng)的統(tǒng)一。根據(jù)本項目收集的數(shù)據(jù)集的特點，空間數(shù)據(jù)基本都是以縣級行政區(qū)劃作為最基本的數(shù)據(jù)單元，所有數(shù)據(jù)都有統(tǒng)一的縣行政區(qū)劃代碼，因此本文主要采用格式轉換，規(guī)范數(shù)據(jù)模型、統(tǒng)一地理要素語義定義和屬性關聯(lián)等方式，實現(xiàn)地震應急救援差異性數(shù)據(jù)集的集成處理。

（2）基于WEB的專題圖生成與發(fā)布技術

專題地圖是為某種特殊需要而著重顯示制圖區(qū)域內(nèi)一種或幾種自然現(xiàn)象或社會經(jīng)濟現(xiàn)象，內(nèi)容包括地理底圖和專題內(nèi)容?；赪EB的專題地圖生成與發(fā)布主要采用WMS提供的地理底圖與專題數(shù)據(jù)相結合的方法。當客戶端發(fā)送一個專題地圖請求時，WEB服務層將用戶的請求進行業(yè)務封裝并傳送給地圖應用服務器，解析出客戶所需要的數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)范圍和專題地圖表示方法，調度所需的矢量數(shù)據(jù)和專題統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并進行可視化，再利用WMS規(guī)范所定義方法將可視化的專題地圖發(fā)布成圖片的形式，實現(xiàn)基于WEB的專題地圖的生成與發(fā)布。

4 功能模塊設計

圍繞系統(tǒng)實現(xiàn)的主要目標和主要應用場景，通過數(shù)據(jù)分析處理、用戶分析和查詢方式設計，本著便捷、易用、直觀的原則，地震應急救援差異性查詢平臺系統(tǒng)功能主要設計包括：地圖瀏覽、綜合查詢、模版管理、文件瀏覽和系統(tǒng)管理等功能模塊。系統(tǒng)功能模塊結構圖如圖2所示。

地震應急救援差異性查詢平臺所要展示的地震應急救援查詢指標集主要以空間地理數(shù)據(jù)形式存儲，按人文經(jīng)濟自然差異性背景、地震危害性與應急救援能力差異性指標和地震應急能力區(qū)劃與建設需求三大類指標集進行組織，各單項指標分別按照數(shù)據(jù)屬性歸到這三類指標數(shù)據(jù)集中。

空間數(shù)據(jù)查詢是通過地圖要素的操作從地圖上檢索數(shù)據(jù)的過程，常用的空間數(shù)據(jù)查詢方式有：由指針選擇要素、由圖形選擇要素、由空間關系選擇要素和屬性與空間數(shù)據(jù)查詢相結合的方式選擇要素等（陳建飛，2003）。本文參考常用空間數(shù)據(jù)查詢方式，設計了點擊查詢、拉框查詢、按省或地市區(qū)劃查詢、自定義范圍查詢和縣情查詢五種查詢方式，查詢結果以在線地圖渲染方式、查詢專題圖和查詢報告三種展示方式供用戶參閱。

在線地圖渲染方式展示主要利用質底法和分區(qū)統(tǒng)計圖表法，對查詢要素在線展示方式進行設計，單因素在線渲染主要采用質底法，利用顏色深淺或不同色系對顯示要素的數(shù)量差別或類型差別進行渲染，多因素類比查詢主要采用分區(qū)統(tǒng)計圖表法對同一行政區(qū)劃范圍內(nèi)的同類要素的指標值以圖表的方式進行展示。

地震應急救援查詢指標集按人文經(jīng)濟自然差異性背景、地震危害性與應急救援能力差異性指標和地震應急能力區(qū)劃與建設需求三大類指標集進行組織，各單項指標分別按照數(shù)據(jù)屬性歸到類指標數(shù)據(jù)集中。應急救援差異性查詢平臺主要功能界面如圖3所示。

查詢報告方式主要按照預先定義的不同查詢分析報告模板，設置查詢報告字典和查詢參數(shù)，系統(tǒng)按照既定需求自動生成模板格式的查詢分析報告。

查詢專題圖生成主要是根據(jù)客戶端發(fā)送的專題地圖請求，調用地圖服務器提供的專題地圖生成方法和相應矢量數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)進行可視化渲染，并利用WMS規(guī)范定義的GetMap方法將專題渲染結果發(fā)布成圖片（如圖4），以便打印或插入文檔時服務。

5 應用與討論

地震是一個突發(fā)性災種、涉及面廣、破壞性強，抗震救災是全社會共同面對的問題。而地震應急救援差異性分析項目旨在從宏觀角度分析影響地震應急救援能力的各個因素，其數(shù)據(jù)基礎來源于不同的部門。地震應急救援差異性查詢平臺正是將這些來源于不同部門的影響我國地震應急救援能力的各類因素數(shù)據(jù)納入到統(tǒng)一的管理平臺，并向各級政府、不同部門和相關地震應急人員提供便捷直觀的信息查詢服務，建立部門之間信息共享的橋梁，做好共同應對突發(fā)性地震災害的信息服務。該平臺建成后已經(jīng)在2015年度地震重點危險區(qū)應急準備督查工作和新疆皮山6.5級地震應急工作中得到應用并發(fā)揮了重要的作用。將來隨著地震應急救援信息的日益豐富，為進一步滿足不同用戶信息需求的個性化定制需求，還需要對納入該平臺的信息做好進一步的分級分類，優(yōu)化用戶查詢體驗。

崔鐵軍，郭黎，2007．多遠地理空間矢量數(shù)據(jù)集成與融合方法探討．測繪科學技術學報，24（1）：1—4.

陳建飛，2003．地理信息系統(tǒng)導論．北京：科學出版社.

姜立新，帥向華，聶高眾，2012．地震應急指揮協(xié)同技術平臺設計研究．震災防御技術，7（3）：294—302.

蘇桂武，2012．中國地震應急救援的區(qū)域差異性分析項目任務書．北京：中國地震局．

Design and Realization of Earthquake Emergency Rescue Differential Query Platform

Yang Tianqing1）, Yang Bo2）, Xi Nan1）and Zhang Weijia1）

1）China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China 2）Earthquake Administration of Beijing Municipality, Beijing 100080, China

This paper introduces the design method of the earthquake emergency rescue differential query platform, including multisource geological data processing and integration method, data query method and result display mode, system architecture, function module design and key technology and so on. Various datasets that affect the ability of earthquake emergency rescue in China from different departments are integrated into a unified management platform, to provide convenient and objective information query service to different users, including government sectors, different emergency coordination departments and earthquake emergency related personnel, establishing the information sharing bridge, effectively alleviating the data isolation barriers between departments.

Earthquake emergency rescue differential query platform; Multisource geological data; WEB thematic map

楊天青，楊波，席楠，張維佳，2016．地震應急救援差異性查詢平臺設計與實現(xiàn)．震災防御技術，11（1）：125—131．

doi：10.11899/zzfy20160114