李興泉 廖峰 諶亮 余樺

四川省地震局，成都 610041

0 引言

地震災(zāi)害具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞范圍廣、社會(huì)關(guān)注度高等特點(diǎn)。地震發(fā)生后，各級人民政府、抗震救災(zāi)指揮機(jī)構(gòu)、救援隊(duì)伍均需要及時(shí)獲得應(yīng)急災(zāi)情信息，以便為快速、科學(xué)施救提供救災(zāi)決策支持。對于基層抗震救災(zāi)指揮者和一線救援力量，更需要全方位、全天候向其提供地震應(yīng)急決策支撐信息的服務(wù)和保障，以提高其在地震災(zāi)害應(yīng)急救援中多部門、多力量的聯(lián)合行動(dòng)能力，尤其是重特大地震災(zāi)害，往往需要應(yīng)急管理部門、軍隊(duì)、武警、消防救援隊(duì)伍和地震部門等相關(guān)力量協(xié)同實(shí)施救援服務(wù)。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各類基于計(jì)算機(jī)技術(shù)與GIS結(jié)合的應(yīng)用開發(fā)在應(yīng)急救援中得到廣泛應(yīng)用。如王輝山等(2017)通過整合三維地理信息、Web GIS等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)了融合災(zāi)情評估、三維電子沙盤、災(zāi)情實(shí)時(shí)上報(bào)的輔助決策系統(tǒng)； 萬國勇等(2019)基于GIS實(shí)現(xiàn)了江西應(yīng)急協(xié)同會(huì)商工作； 席楠等(2011)提出基于ArcGIS Server和Web Service共享模式，實(shí)現(xiàn)地震應(yīng)急數(shù)據(jù)與服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)。而在地震應(yīng)急現(xiàn)場信息采集及上報(bào)方面，帥向華等(2011b)建立了基于SMS、GPS和GIS相結(jié)合的地震災(zāi)情獲取處理模式，提出廣泛利用手機(jī)資源，通過無線公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)地震現(xiàn)場災(zāi)情的及時(shí)傳輸、定位和處理等工作，可以作為地震災(zāi)情信息快速獲取的重要手段。上述成熟技術(shù)方法在應(yīng)急救援中的使用，為應(yīng)急信息的快速收集、減輕突發(fā)災(zāi)害造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失發(fā)揮了重要作用，但也存在一些亟待解決的問題，如救災(zāi)行動(dòng)中缺少統(tǒng)一化的軟硬件平臺(tái)，后方指揮決策與前方救援服務(wù)缺乏聯(lián)動(dòng)性、協(xié)同性等。

Android智能手機(jī)集成GPS、拍攝、錄音功能，并具備一定運(yùn)算和存儲(chǔ)能力，使得移動(dòng)應(yīng)用軟件的功能更加豐富，同時(shí)為地震應(yīng)急管理提供了更多的發(fā)展空間。本文結(jié)合地震應(yīng)急協(xié)同服務(wù)的需求，研究利用Android智能手機(jī)、無線網(wǎng)技術(shù)、Web GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)前后方協(xié)同交互、應(yīng)急協(xié)同信息獲取、應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢、現(xiàn)場災(zāi)情上報(bào)等基礎(chǔ)功能，并將其應(yīng)用于應(yīng)急全時(shí)程災(zāi)情匯聚與決策服務(wù)中，為多部門協(xié)同、快速應(yīng)對災(zāi)情提供終端技術(shù)支撐，提升應(yīng)急事件的協(xié)同指揮調(diào)度能力。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

我國地震災(zāi)害的危險(xiǎn)性總體上呈現(xiàn)頻度高、強(qiáng)度大、分布廣、震源淺和災(zāi)害重等5個(gè)特點(diǎn)(帥向華等，2011a)，災(zāi)情及決策信息的及時(shí)有效傳遞對應(yīng)急協(xié)同體系起到至關(guān)重要的作用。在地震應(yīng)急時(shí)，災(zāi)情及決策信息可為后方指揮決策和前方應(yīng)急救援提供聯(lián)動(dòng)服務(wù)，及時(shí)將地震現(xiàn)場災(zāi)情信息、處理過程和結(jié)果等發(fā)送到后方，保證其掌握實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的信息，進(jìn)而使得后方合理有效地組織和調(diào)動(dòng)應(yīng)急資源，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。同時(shí)，被推送至移動(dòng)端的應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為救援隊(duì)伍救災(zāi)提供行動(dòng)參考。本文的地震應(yīng)急協(xié)同移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用軟件基于已有的應(yīng)急信息協(xié)同發(fā)布模式及應(yīng)急協(xié)同技術(shù)平臺(tái)的研究，配合后端應(yīng)急平臺(tái)實(shí)現(xiàn)協(xié)同移動(dòng)互聯(lián)軟件系統(tǒng)架構(gòu)、功能和接口等總體設(shè)計(jì)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急協(xié)同、應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢、災(zāi)情實(shí)時(shí)上報(bào)等主要功能。地震協(xié)同移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用軟件采用MVP架構(gòu)，設(shè)計(jì)中運(yùn)用OkHttp網(wǎng)絡(luò)框架、高德定位框架、Fastson解析等技術(shù)，同時(shí)采用BRVAH框架(Base Recycler View Adapter Helper)增強(qiáng)軟件的適配兼容性能。在實(shí)際使用中，該移動(dòng)互聯(lián)軟件可通過4G及以上的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與后端應(yīng)急平臺(tái)保持通信，并以Json或Xml等數(shù)據(jù)格式進(jìn)行信息交換，使其獲得眾多計(jì)算機(jī)語言支持及節(jié)省流量。

地震應(yīng)急協(xié)同移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用軟件面向的用戶主要為地震現(xiàn)場應(yīng)急人員，該應(yīng)用軟件與后端已開發(fā)完成的應(yīng)急協(xié)同平臺(tái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通及信息交換，不僅為后端指揮平臺(tái)提供地震現(xiàn)場災(zāi)情及決策服務(wù)信息，同時(shí)為現(xiàn)場救援人員提供一個(gè)易于使用、界面簡潔、災(zāi)情信息豐富及行動(dòng)指令的移動(dòng)軟件，為多部門協(xié)同、快速應(yīng)對災(zāi)情提供終端技術(shù)支撐，提升后方指揮決策與前方救援服務(wù)的聯(lián)動(dòng)性、協(xié)同性。

2 系統(tǒng)功能開發(fā)

2.1 系統(tǒng)功能模塊劃分

地震應(yīng)急協(xié)同移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用軟件的系統(tǒng)功能模塊如圖1 所示。其中，系統(tǒng)設(shè)置模塊具備場景切換功能和用戶管理兩大功能，由后端指揮平臺(tái)統(tǒng)一管理，便于前后方協(xié)調(diào)一致，提高系統(tǒng)整體使用效果。

圖1 系統(tǒng)功能模塊

協(xié)同管理模塊為多部門提供專家協(xié)同及業(yè)務(wù)協(xié)同信息的上傳下達(dá)功能，同時(shí)具備指揮命令的接收功能以及協(xié)同跟蹤功能，保證協(xié)同評估、協(xié)同研判、協(xié)同決策等工作的有效開展。

告警模塊主要實(shí)現(xiàn)接收應(yīng)急協(xié)同平臺(tái)推送的告警信息，實(shí)時(shí)在終端展示預(yù)警、災(zāi)情及協(xié)同進(jìn)度等各類告警信息。

緊急地震信息管理模塊實(shí)現(xiàn)地震緊急信息的監(jiān)聽、展示及地震基礎(chǔ)信息資源獲取、災(zāi)情信息上傳等功能，保證緊急信息的及時(shí)獲取及災(zāi)情信息資源的安全共享，為應(yīng)急協(xié)同提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)接收震中區(qū)的地震基本要素、自然要素、人文要素、重點(diǎn)目標(biāo)及次生災(zāi)害危險(xiǎn)源等推送的地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

歷史地震查詢模塊提供歷史地震目錄，并按時(shí)間順序進(jìn)行地震目錄展示。

2.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

地震應(yīng)急協(xié)同移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用軟件通過OkHttp框架實(shí)現(xiàn)與后端平臺(tái)之間的網(wǎng)絡(luò)請求功能。OkHttp是一種面向HTTP客戶端的開發(fā)庫，支持連接同一地址的鏈接共享同一個(gè)Socket，通過連接池來減小響應(yīng)延遲，具有透明的GZIP壓縮、請求緩存等優(yōu)勢，數(shù)據(jù)請求安全、效率高、穩(wěn)定性，兼容性強(qiáng)，支持IPV4和IPV6，便于今后功能擴(kuò)展。

此外，該系統(tǒng)通過HTTP網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議主動(dòng)獲取歷史災(zāi)情記錄、歷史震例、應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等信息，而緊急地震信息、任務(wù)等信息則通過Netty框架服務(wù)器由后端服務(wù)器主動(dòng)推送，方便前方應(yīng)急救援人員及時(shí)判斷現(xiàn)場次生災(zāi)害危險(xiǎn)源、重點(diǎn)救援目標(biāo)、避難場所等關(guān)鍵信息，進(jìn)而結(jié)合現(xiàn)場情況合理有序開展救援，減少突發(fā)事件造成的傷害?，F(xiàn)場救援人員可以通過該軟件將現(xiàn)場的災(zāi)情信息、處理過程和結(jié)果等實(shí)時(shí)上報(bào)至后端平臺(tái)，保證后方指揮部門掌握實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的現(xiàn)場信息，合理有效地組織和調(diào)動(dòng)應(yīng)急資源。該系統(tǒng)在相關(guān)業(yè)務(wù)流程中采用備份機(jī)制，在地震應(yīng)急現(xiàn)場有網(wǎng)絡(luò)時(shí)，災(zāi)情數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)請求HTPP協(xié)議提交至后端服務(wù)器，并將相關(guān)信息備份至本地災(zāi)情數(shù)據(jù)庫，避免數(shù)據(jù)的丟失； 在地震應(yīng)急現(xiàn)場無網(wǎng)絡(luò)時(shí)，則將提交的災(zāi)情數(shù)據(jù)先緩存至移動(dòng)端的本地離線災(zāi)情數(shù)據(jù)庫中，圖片存入移動(dòng)端的本地文件夾，當(dāng)移動(dòng)端檢測到有網(wǎng)絡(luò)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)任務(wù)調(diào)度，通過HTPP網(wǎng)絡(luò)接口向服務(wù)器提交全部緩存的災(zāi)情數(shù)據(jù)，保證信息的有效傳遞。系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

2.3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.3.1 災(zāi)情信息存儲(chǔ)與上傳

為使后方掌握地震現(xiàn)場實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的災(zāi)情信息，移動(dòng)端應(yīng)用軟件具有災(zāi)情上報(bào)功能，現(xiàn)場救援人員可根據(jù)采集到的災(zāi)情，通過客戶端填寫相應(yīng)的表單、拍攝現(xiàn)場災(zāi)情圖片等，通過網(wǎng)絡(luò)提交到服務(wù)器，同時(shí)數(shù)據(jù)備份至本地SQLite數(shù)據(jù)庫(圖3)。因地震造成災(zāi)區(qū)周邊通信基站損毀、網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)中斷等極端情況，應(yīng)急人員將無法完成災(zāi)情信息的上傳工作，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將災(zāi)情數(shù)據(jù)緩存至本地離線SQLite數(shù)據(jù)庫，圖片存入移動(dòng)端本地文件夾，當(dāng)程序檢測到網(wǎng)絡(luò)時(shí)則啟動(dòng)任務(wù)調(diào)度，向服務(wù)器提交全部緩存的災(zāi)情數(shù)據(jù)，確保災(zāi)情信息在無網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)差的情況下可正常上傳。

圖3 災(zāi)情信息上報(bào)界面

2.3.2 震情與災(zāi)情信息的獲取

為使后方指揮決策與前方救援服務(wù)更具聯(lián)動(dòng)性和協(xié)同性，移動(dòng)端震情與災(zāi)情信息的獲取分為主動(dòng)獲取和被動(dòng)獲取2種方式。其中，歷史災(zāi)情記錄、歷史震例、應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等信息由移動(dòng)端主動(dòng)獲取，此模塊配合后端服務(wù)器支持模糊查詢功能，以便能夠快速地查詢相關(guān)信息，進(jìn)而提高應(yīng)急救援現(xiàn)場工作效率(李興泉等，2018)； 緊急地震信息、任務(wù)等信息由服務(wù)器端主動(dòng)推送，移動(dòng)端通過Socket方式與服務(wù)器保持連接，通過BackService類進(jìn)行連接的建立和初始化、釋放鏈接、長連接的保持、心跳包發(fā)送、消息的處理等。服務(wù)器端實(shí)時(shí)監(jiān)聽客戶端連接并通過Web端發(fā)送消息。震情與災(zāi)情信息的獲取界面如圖4 所示。

圖4 震情與災(zāi)情信息獲取界面

2.3.3 前后端應(yīng)急協(xié)同

移動(dòng)端與服務(wù)器端通過Netty框架來實(shí)現(xiàn)應(yīng)急協(xié)同。Netty是一款異步、事件驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序框架(金志國等，2014)，其廣泛應(yīng)用于開發(fā)高性能、高可靠性的服務(wù)器和客戶端應(yīng)用程序(滕陽陽等，2017)。通過Netty實(shí)現(xiàn)終端通信服務(wù)，無需過多關(guān)注通信連接的建立和數(shù)據(jù)編解碼的底層實(shí)現(xiàn)，可有效解決海量終端接入的高并發(fā)性能問題及請求信號(hào)不穩(wěn)定時(shí)內(nèi)存占用不斷升高的問題(王勇等，2020)。

移動(dòng)端通過調(diào)用HTTP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信接口發(fā)送HTTPS請求，將數(shù)據(jù)發(fā)送至支持HTTPS協(xié)議訪問的后端服務(wù)器，服務(wù)器的后端文件將請求信息生成Json數(shù)據(jù)集，再通過調(diào)用本地服務(wù)器上的WebService，將數(shù)據(jù)發(fā)送至本地服務(wù)器并保存至數(shù)據(jù)庫。同時(shí)，后端以同樣的方式從本地服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中將數(shù)據(jù)提取出來返回至移動(dòng)端(圖5)。

圖5 協(xié)同任務(wù)界面

2.3.4 定位查詢功能

目前，眾多互聯(lián)網(wǎng)公司對外提供了一系列應(yīng)用程序開發(fā)接口(Application Program Interface，API)，如高德地圖API、騰訊地圖API、搜狗地圖API等，便于開發(fā)者根據(jù)自己的需求開發(fā)各類應(yīng)用。相對其他開源地圖，高德地圖在日常出行路線參考、商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)查詢等日常應(yīng)用中的使用更為廣泛，另外，高德地圖將定位、地圖、搜索、導(dǎo)航等基本功能以API/SDK形式向開發(fā)者免費(fèi)開放，開發(fā)者無需系統(tǒng)維護(hù)及購買地圖數(shù)據(jù)，便可結(jié)合自身業(yè)務(wù)需求快速構(gòu)建地圖應(yīng)用。本文利用高德地圖API開發(fā)實(shí)現(xiàn)地震應(yīng)急協(xié)同移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用軟件的本地搜索、路線規(guī)劃、重點(diǎn)目標(biāo)查詢、位置定位等功能，滿足了前方救援服務(wù)對定位、查詢等基本功能的需求。

2.3.5 其他服務(wù)功能

為更好地服務(wù)于現(xiàn)場救援人員，地震應(yīng)急協(xié)同移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用軟件具有實(shí)時(shí)接收預(yù)警信息、歷史地震信息、道路交通信息、災(zāi)情評估信息(人員傷亡、物質(zhì)需求等)及震中60km范圍內(nèi)的應(yīng)急避難場所、醫(yī)院、學(xué)校、通信設(shè)施等應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查詢功能?，F(xiàn)場救援人員可通過接收上述輔助信息，并結(jié)合地震現(xiàn)場實(shí)際情況，更加合理地規(guī)劃應(yīng)急救援方案，在最大限度保障自身生命安全的情況下，開展相應(yīng)救援服務(wù)。系統(tǒng)部分服務(wù)功能界面如圖6 所示。

圖6 災(zāi)情信息資源及應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)界面

3 系統(tǒng)架構(gòu)及測試

地震應(yīng)急協(xié)同移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用軟件融合了應(yīng)急基礎(chǔ)信息的查詢、精準(zhǔn)救援及協(xié)同交互等功能，配合后方指揮平臺(tái)，使前方救援和后方指揮調(diào)度串聯(lián)起來，相輔相成。地震現(xiàn)場應(yīng)急人員可利用移動(dòng)端軟件采集震后實(shí)時(shí)災(zāi)情信息，利用無線4G/5G網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸至后端平臺(tái)，供指揮中心對災(zāi)情進(jìn)行綜合評估，合理分配救災(zāi)資源。同時(shí)，后端指揮平臺(tái)與移動(dòng)端進(jìn)行實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)同交互及應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享，使相關(guān)部門更加有效地應(yīng)對地震突發(fā)緊急事件。移動(dòng)端和后端指揮平臺(tái)互聯(lián)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖7 所示。

圖7 地震應(yīng)急協(xié)同移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用軟件互聯(lián)系統(tǒng)架構(gòu)

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的地震應(yīng)急協(xié)同移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用軟件綜合利用GIS和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了各類地震信息的采集和傳輸。通過本系統(tǒng)的推送和上報(bào)功能，保證了后方指揮中心掌握實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的災(zāi)情信息，使應(yīng)急部門能夠合理有效地組織和調(diào)動(dòng)應(yīng)急資源。同時(shí)，該系統(tǒng)具備應(yīng)急協(xié)同互聯(lián)功能，較好地實(shí)現(xiàn)地震災(zāi)區(qū)現(xiàn)場、后方應(yīng)急指揮中心的信息互聯(lián)互通，提升了后方指揮決策與前方救援服務(wù)的聯(lián)動(dòng)性和協(xié)同性，為應(yīng)急部門提供更加有力的技術(shù)支持和決策支持。