楊天青

楊天青，中國地震臺網(wǎng)中心高級工程師，地震災(zāi)害調(diào)查評估中級評估師。主要從地震災(zāi)害和地震應(yīng)急等相關(guān)工作。近年來先后主持“十二五”國家科技支撐項目“地震災(zāi)情快速推漫與動態(tài)發(fā)布技術(shù)研究”專題、地震行業(yè)專項“應(yīng)急救援區(qū)域差異性綜合查詢平臺建設(shè)”、地震星火科技攻關(guān)項目“地震災(zāi)害協(xié)同評估模式研究”和“川滇地區(qū)地震人員傷亡協(xié)同評估方法研究”等，發(fā)表論文10余篇。

引言

破壞性地震尤其是特大破壞性地震致災(zāi)迅速、成災(zāi)面廣、災(zāi)種多，且易造成各種次生災(zāi)害。以汶川地震為例，重災(zāi)區(qū)面積達四十余萬平方千米，數(shù)萬人被埋壓待救，幾十萬傷員急需救治，幾百萬人需緊急安置，大量的水、電、通信、道路等基礎(chǔ)設(shè)施受損亟待搶險恢復(fù)……每次地震引發(fā)的災(zāi)害成因、種類、規(guī)模、特征各不相同，單靠某一專業(yè)或某一行業(yè)的專家不能對這些災(zāi)害損失做出較為客觀全面的評估。必須建立針對地震災(zāi)害的協(xié)同評估工作環(huán)境，依靠多學(xué)科專家的共同參與、群策群力、對地震造成的各類災(zāi)害現(xiàn)象進行協(xié)同評估，才能給出相對準確和科學(xué)的判定結(jié)果，為救援決策提供更可靠的決策依據(jù)。以地震烈度預(yù)評估為例，目前地震烈度預(yù)評估主要通過地震烈度衰減模型進行初評估之后，再結(jié)合震源特性、地質(zhì)構(gòu)造特性、場地條件、地震動參數(shù)、災(zāi)情信息等對烈度初評估結(jié)果進行修正，但是不同修正方向的專家力量和數(shù)據(jù)資源往往分布在不同的單位，例如震源特性的修正主要依靠地球物理所，地質(zhì)構(gòu)造修正主要依靠地質(zhì)所，場地條件修正主要依靠工力所或發(fā)震省，地震動參數(shù)修正往往依靠地球所和工力所，而災(zāi)情信息則需綜合各方信息源。按照目前的分散式工作模式，各方憑借其學(xué)科優(yōu)勢和信息資源分頭開展烈度評估與修正工作，再以文本的形式將各自評估結(jié)果匯集到地震局應(yīng)急指揮中心，然后通過指揮中心應(yīng)急人員人工解讀、關(guān)鍵信息提取、烈度圈數(shù)字化、空間文件重建等環(huán)節(jié)才能獲得可用共享文件信息，由此導(dǎo)致理應(yīng)半小時就完成的烈度修正工作往往需要數(shù)小時才能完成，嚴重影響震后烈度快速判定工作效率。如果各單位能參照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范產(chǎn)出評估與修正結(jié)果，按照約定的工作流程以規(guī)范化數(shù)據(jù)的形式完成評估結(jié)果以及其他相關(guān)參數(shù)的交換，將會大大縮短評估結(jié)果交互再利用的時間，提高應(yīng)急響應(yīng)的效率。

本研究主要從地震災(zāi)害評估現(xiàn)狀分析出發(fā)，結(jié)合計算機協(xié)同評估工作理念和當前可利用的支撐資源（包括網(wǎng)絡(luò)資源和應(yīng)急科技產(chǎn)出資源），設(shè)計基于行業(yè)專家的地震災(zāi)害協(xié)同評估模式，并以地震烈度協(xié)同評估為例，設(shè)計出一套地震災(zāi)害協(xié)同評估原型系統(tǒng)，以期提高震后初期的災(zāi)害評估與應(yīng)急響應(yīng)效率。

地震災(zāi)害評估任務(wù)分析

地震災(zāi)害評估按照評估內(nèi)容、工作時序和工作場景等，大致可以劃分為地震災(zāi)害快速評估、地震災(zāi)害修正評估、地震現(xiàn)場災(zāi)害評估三個階段。

地震災(zāi)害快速評估是指在地震發(fā)生后接到地震速報參數(shù)30 分鐘內(nèi)，依據(jù)烈度衰減模型估計出災(zāi)區(qū)的范圍，再根據(jù)所掌握的災(zāi)區(qū)建筑物及人口分布等統(tǒng)計資料，估計災(zāi)區(qū)建筑物破壞的直接經(jīng)濟損失和人員傷亡情況，又稱為盲估。該階段產(chǎn)出一張地震烈度初評估圖和人員傷亡與經(jīng)濟損失規(guī)模初判結(jié)果。該階段的評估模型主要有地震烈度衰減模型、人員傷亡評估模型、經(jīng)濟損失評估模型。

地震災(zāi)害修正評估是指在地震災(zāi)害快速評估基礎(chǔ)上，結(jié)合不斷獲取的實際災(zāi)情、地震動記錄、震源機制解、能源破裂過程、地質(zhì)構(gòu)造、當?shù)厝丝诩敖ㄖ锟拐鹎闆r等信息不斷對快速評估結(jié)果進行修正，使其更加準確，該過程貫串整個應(yīng)急期。

地震現(xiàn)場災(zāi)害評估主要包括地震烈度評定和地震災(zāi)害直接損失評估兩部分工作內(nèi)容。主要通過地震臺網(wǎng)測定參數(shù)，現(xiàn)場實地抽樣調(diào)查、電話問詢收集震害、遙感監(jiān)測以及其他災(zāi)情信息綜合判定地震極災(zāi)區(qū)位置及地震災(zāi)區(qū)范圍，地震造成的房屋破壞損失情況等。

從整體地震應(yīng)急時序上看，三個階段的工作有先后順序，但后兩個階段又有很長的時間重疊和信息交互。從工作地點上看，地震災(zāi)害快速評估和地震災(zāi)害修正評估主要在后方指揮部完成，目標是產(chǎn)出科學(xué)合理的災(zāi)害規(guī)模斷定結(jié)果，為應(yīng)急指揮決策服務(wù)。地震現(xiàn)場災(zāi)害評估主要在地震現(xiàn)場前方指揮部完成。

根據(jù)《中國地震局地震應(yīng)急預(yù)案》，應(yīng)對特別重大、重大地震災(zāi)害，啟動地震應(yīng)急Ⅰ級、Ⅱ級響應(yīng)時，中國地震局成立應(yīng)急指揮部，在國務(wù)院抗震救災(zāi)指揮機構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)下統(tǒng)一指揮地震部門開展地震應(yīng)急工作；派出中國地震局地震現(xiàn)場應(yīng)急隊，成立現(xiàn)場指揮部——指揮和協(xié)調(diào)現(xiàn)場應(yīng)急工作，與災(zāi)區(qū)人民政府進行溝通、協(xié)調(diào)。災(zāi)區(qū)省級地震局成立應(yīng)急指揮部，派出現(xiàn)場應(yīng)急隊，在中國地震局應(yīng)急指揮部和省級人民政府抗震救災(zāi)指揮部領(lǐng)導(dǎo)下開展相關(guān)應(yīng)急工作?！笆濉睌?shù)字觀測網(wǎng)絡(luò)項目建成之后形成全國應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)（圖1），社會服務(wù)工程項目在此基礎(chǔ)上進行了部分功能的擴展和完善。

圖1 應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)圖

根據(jù)地震應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)急指揮體系架構(gòu)中主要有以下四個節(jié)點：

國務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部：開展災(zāi)情收集研判工作，提出國家地震應(yīng)急Ⅰ級、Ⅱ級響應(yīng)和應(yīng)對措施建議。

區(qū)域抗震救災(zāi)指揮部：組織開展災(zāi)情收集研判工作，向中國地震局和省級黨委、政府報告震情和災(zāi)情信息。

現(xiàn)場地震應(yīng)急指揮部：組織開展地震烈度評定，開展災(zāi)區(qū)范圍、人員傷亡數(shù)量、建（構(gòu)）筑物和基礎(chǔ)設(shè)施破壞程度等調(diào)查，根據(jù)需要開展地震災(zāi)害損失評估、建筑物安全鑒定。

大中城市、市縣應(yīng)急決策系統(tǒng)：開展災(zāi)情、社情收集和核實工作，并向本級人民政府和上級地震部門報告，必要時可直接上報中國地震局。

除上述四個節(jié)點的地震應(yīng)急工作外，地震行業(yè)還有五個研究所、搜救中心、震防中心也參與地震災(zāi)害評估過程，并在不同階段承擔了相應(yīng)的任務(wù)。

由上述任務(wù)分析可見，符合啟動I級和II級應(yīng)急響應(yīng)的破壞性地震發(fā)生后，國務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部和區(qū)域抗震救災(zāi)指揮部立即成立，協(xié)同開展災(zāi)情收集研判工作。國務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部一般由地震局相關(guān)司室組成的應(yīng)急處置工作團隊、應(yīng)急專家團隊、指揮中心工作人員三部分組成，協(xié)同開展震后災(zāi)情研判和應(yīng)急響應(yīng)工作。地震局直屬研究所和中心作為應(yīng)急科技支撐，參與應(yīng)急協(xié)同工作。目前的工作模式是各單位收到地震速報參數(shù)后，分散協(xié)同工作，有階段性成果后，采用文件的方式共享至指揮部。協(xié)同工作期間主要采用電話溝通或網(wǎng)絡(luò)QQ或微信的方式溝通聯(lián)絡(luò)。工作態(tài)勢如圖2所示。

根據(jù)地震應(yīng)急任務(wù)分析以及當前的技術(shù)系統(tǒng)現(xiàn)狀可知，各參與單位均具備地震災(zāi)害快速評估的技術(shù)功能，軟件架構(gòu)和功能基本一致，只是評估方法有所區(qū)別；每個評估階段都是多用戶共同參與，工作模式是分頭獨立開展，產(chǎn)出結(jié)果以文件的形式進行交換，協(xié)調(diào)溝通方式主要有視頻會議、電話或QQ。

當前這種應(yīng)急工作模式，主要存在以下幾個問題：一是主要依靠文件進行信息交換導(dǎo)致評估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及評估結(jié)果共享效率低；二是依托第三方溝通工具如視頻、電話或QQ進行評估過程協(xié)同，溝通過程與結(jié)果集成耗時長；三是各協(xié)同單位單獨建設(shè)與運維基本功能相同的災(zāi)害評估軟件，建設(shè)投入與運維成本高；四是雖然建立了覆蓋國家、省、地市三級的應(yīng)急指揮技術(shù)體系框架，但是從應(yīng)用系統(tǒng)角度，尚未按照節(jié)點功能定位建立一體化地震災(zāi)害評估技術(shù)系統(tǒng)，形成全鏈條的災(zāi)情研判體系。

地震災(zāi)害協(xié)同評估模式設(shè)計

計算機協(xié)同工作（Computer Supported Coopertive Work，簡稱CSCW）技術(shù)的實質(zhì)和目的是: 利用多媒體計算機和通信技術(shù)建立一個協(xié)同工作環(huán)境, 在此環(huán)境中人們相互合作, 共同完成同一任務(wù)，以提高工作效率或解決科技難題。CSCW的三要素是合作、協(xié)調(diào)和通信。合作模式從時間和空間上可分為同時同地合作的同步模式、同時異地的分布式同步模式、異時同地的異步模式和異時異地的分布式異地模式。

圖2 國務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部應(yīng)急工作態(tài)勢圖

地震災(zāi)害評估尤其是震后30分鐘內(nèi)開展的地震災(zāi)害快速評估和其后開展的地震災(zāi)害修正評估工作平臺或合作方式可以利用CSCW的理念進行改進以提高評估效率和評估結(jié)果準確性。按照工作內(nèi)容和合作方式設(shè)計成分布式工作階段和協(xié)同工作階段（圖3）。

分布式工作階段主要指震后初期各協(xié)同用戶根據(jù)其學(xué)科優(yōu)勢采用傳統(tǒng)的工作模式獨自開展的地震災(zāi)害快速評估及評估修正工作，修正評估只作用于各自產(chǎn)出的結(jié)果。該階段的工作目標是為協(xié)同評估提供信息參考，工作特點是多用戶并行單線操作，工作時序松散，評估結(jié)果集中共享?？刹捎梦募粨Q和數(shù)據(jù)同步的兩種共享方式，對于結(jié)構(gòu)化的交換信息（例如評估結(jié)果）采用數(shù)據(jù)同步方式，對于非結(jié)構(gòu)化的信息（例如災(zāi)情圖片）采用文件交換方式。

協(xié)同工作階段主要指在初期的分布式快速評估基礎(chǔ)上，根據(jù)應(yīng)急響應(yīng)工作需求，由中心協(xié)同節(jié)點召集各協(xié)同參與節(jié)點在同一平臺上對第一階段的評估結(jié)果進行協(xié)同會商研判，常用的會商手段包括不同節(jié)點產(chǎn)出結(jié)果的對比分析、基于同一評估結(jié)果的會商研判。該階段的工作方式是多用戶共同對同一評估結(jié)果會商進行研判，時序嚴格。為了得到高效準確的會商研判結(jié)果，可以考慮建立統(tǒng)一的地震災(zāi)害協(xié)同評估工作平臺，在平臺中集成常用的協(xié)同評估方法和通訊手段，開展協(xié)同評估工作。

協(xié)同評估軟件平臺設(shè)計

圖3 地震災(zāi)害協(xié)同評估流程示意圖

圖4 三級（國家中心、區(qū)域中心、地市）應(yīng)急災(zāi)害協(xié)同評估軟件數(shù)據(jù)流程圖

圖5 國家中心與地震現(xiàn)場之間的協(xié)同數(shù)據(jù)流程圖

圖6 地震災(zāi)害協(xié)同評估原型平臺主界面

災(zāi)害協(xié)同評估軟件是基于群決策理論實現(xiàn)協(xié)同評估系統(tǒng)設(shè)計，能夠在一個統(tǒng)一的平臺上實現(xiàn)多用戶對地震災(zāi)害快速評估結(jié)果進行協(xié)同修正，實現(xiàn)對評估結(jié)果進行協(xié)同會商。軟件架構(gòu)及其功能定制設(shè)計必須考慮各協(xié)同節(jié)點在整個應(yīng)急體系架構(gòu)中的定位。本課題設(shè)計了三級（國家中心、區(qū)域中心、地市）地震應(yīng)急協(xié)同評估軟件數(shù)據(jù)流程（圖4、圖5）。國家中心協(xié)同評估管理節(jié)點負責管理五所三中心和發(fā)震省協(xié)同用戶的協(xié)同調(diào)度與協(xié)同評估實現(xiàn)；區(qū)域中心協(xié)同管理節(jié)點負責轄區(qū)地市節(jié)點協(xié)同用戶的管理調(diào)度和協(xié)同評估結(jié)果與災(zāi)情信息的上下同步，同時參與國家中心的協(xié)同評估；地市節(jié)點主要負責簡單的災(zāi)害評估和災(zāi)情收集與上報。國家中心協(xié)同管理節(jié)點與區(qū)域中心協(xié)同管理節(jié)點之間通過數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)同步實現(xiàn)協(xié)同信息交換，通過文件共享實現(xiàn)用戶之間的共享。另外協(xié)同用戶之間還可以通過消息交互機制進行溝通交流。

本研究利用云平臺桌面虛擬化技術(shù)，將全國基礎(chǔ)版本的地震災(zāi)害評估軟件部署到國家中心協(xié)同管理節(jié)點上，采用一定的協(xié)同管理機制和備份機制集中運維管理，并提供統(tǒng)一的技術(shù)升級服務(wù)。各協(xié)同方可以通過桌面虛擬化途徑連接到國家中心協(xié)同評估節(jié)點調(diào)用服務(wù)，并進行個性化參數(shù)或數(shù)據(jù)設(shè)置，滿足各自災(zāi)害評估的定制需求。

國務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部協(xié)同服務(wù)對協(xié)同節(jié)點的管理采用Vmware Horizon View的方式，主要靠服務(wù)端操作部署任務(wù)，應(yīng)用瘦客戶端，可滿足各種終端隨時隨地訪問，符合國家中心協(xié)同評估工作場景的需要，評估模型形式統(tǒng)一，參數(shù)可定制，基礎(chǔ)版本數(shù)據(jù)統(tǒng)一，可個性更新。

區(qū)域中心協(xié)同服務(wù)對地市節(jié)點的管理采用HORIZON MIRAGE（水平鏡像）方式，主要由客戶端操作，應(yīng)用胖客戶端，無網(wǎng)絡(luò)時客戶端也可以操作，有網(wǎng)絡(luò)時再自動同步結(jié)果，服務(wù)端主要是客戶端桌面的鏡像管理。

地震災(zāi)害協(xié)同評估原型實現(xiàn)及應(yīng)用

地震災(zāi)害協(xié)同評估平臺原型基于MVC開發(fā)模式采用C#開發(fā)語言在.net Framework 環(huán)境下開發(fā)實現(xiàn)，GIS相關(guān)功能模塊采用ArcGIS Engine9.3 開發(fā)實現(xiàn)。系統(tǒng)主要功能模塊包括評估數(shù)據(jù)整合、協(xié)同評估控制、評估模型管理、評估計算和評估結(jié)果管理等功能模塊。原型平臺的主界面如圖6所示。

地震災(zāi)害協(xié)同評估原型平臺于2016年1月在中國地震臺網(wǎng)中心應(yīng)急指揮技術(shù)平臺上安裝試運行，2017年11月推廣到西藏地震局。自運行以來陸續(xù)觸發(fā)響應(yīng)了多次中強地震。在2017年8月8日四川九寨溝7.0級地震中，利用該平臺快速完成1次烈度快速評估3次烈度修正，很好地實現(xiàn)了對策專家的評估技術(shù)需求，提高了應(yīng)急處置的時效。

該平臺在試運行期間也發(fā)現(xiàn)一些問題和不足，比如管理上的專家隊伍協(xié)同工作流程以及職責定位不明確，各省本地化數(shù)據(jù)的更新技術(shù)不成熟、不同地區(qū)人員傷亡評估方法的適應(yīng)性不強、各省及地市節(jié)點對軟件的簡化操作版本有需求等等。以上問題都需要在后續(xù)的研究或管理工作中妥善解決才能使平臺更好地發(fā)揮作用。