李林侗，于 浩，侯作亮

（遼寧省地震局,沈陽 110034）

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、地理信息技術(shù)、全球定位系統(tǒng)等科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于手機(jī)行業(yè)的發(fā)展，通過三大通信運(yùn)營商的無線電通訊、網(wǎng)絡(luò)社交軟件定位、地圖導(dǎo)航定位等大規(guī)模持續(xù)采樣的移動(dòng)設(shè)備終端獲取定位數(shù)據(jù)的精確度也越來越高。已由原來的靜態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)楂@取動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，基本解決了動(dòng)態(tài)空間位置變化的可視化問題。對(duì)這種高精度的人口空間位置信息的行動(dòng)軌跡進(jìn)行有效的大數(shù)據(jù)處理，獲得震后人口流動(dòng)方向的結(jié)果，為震后應(yīng)急處置提供災(zāi)情決策的技術(shù)支持。

在數(shù)據(jù)種類越來越多、數(shù)據(jù)量越來越大的今天，能夠在震后0～10 小時(shí)內(nèi)快速處理災(zāi)情數(shù)據(jù)與信息，增加震后人口數(shù)據(jù)速判和信息獲取準(zhǔn)確性，為決策者提供災(zāi)情判斷，提高在黑箱期和灰箱期內(nèi)被獲救人員數(shù)量就顯得尤其重要[1]。目前，國內(nèi)現(xiàn)有地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫中人口數(shù)據(jù)以普查數(shù)據(jù)和登記在冊(cè)的戶籍?dāng)?shù)據(jù)為主，或者是以行政單元或者公里格網(wǎng)為基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)出的人口數(shù)據(jù)，其精度與實(shí)際災(zāi)害調(diào)查結(jié)果差距較大，只能反映某時(shí)期的靜態(tài)數(shù)據(jù)，而無法客觀反映災(zāi)區(qū)人口的實(shí)時(shí)空間分布特征[2]。用此數(shù)據(jù)做出的人口密度分布圖也僅限于靜態(tài)數(shù)據(jù)下分析圖表，這也成為震后人口流動(dòng)快速動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)亟待解決的問題之一。在國外GPS 和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位服務(wù)在手機(jī)終端應(yīng)用中成為主流配置，智能手機(jī)普及、位置分享服務(wù)、基于位置服務(wù)、大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算機(jī)框架等的出現(xiàn)與發(fā)展，使得用實(shí)時(shí)獲取精準(zhǔn)的海量手機(jī)位置信息，利用手機(jī)移動(dòng)定位估算實(shí)時(shí)人口已經(jīng)成為一種相對(duì)精確的方法，這些方法基本用于分析人的消費(fèi)行為和人員移動(dòng)軌跡的記錄[3]。掌握震后最新的人口分布數(shù)據(jù)及人口流動(dòng)規(guī)律等相對(duì)精確的人口數(shù)據(jù)并能應(yīng)用到地震應(yīng)急中，對(duì)震后應(yīng)急決策具有推進(jìn)作用。

1 數(shù)據(jù)處理

地震發(fā)生后當(dāng)人員位置信息發(fā)生移動(dòng)時(shí)，每隔一段時(shí)間就會(huì)將其所處的位置信息通過手機(jī)上傳到基站服務(wù)器中，這樣在基站服務(wù)器中就會(huì)存儲(chǔ)該人員的手機(jī)位置信息數(shù)據(jù)。根據(jù)震后烈度圈提取的拐點(diǎn)坐標(biāo)為電子圍欄坐標(biāo)，在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行手機(jī)位置數(shù)據(jù)提取。提取的手機(jī)位置信息數(shù)據(jù)在空間上是無序的，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行脫敏處理，只保留SMID、時(shí)間、經(jīng)度、緯度等字段，并對(duì)SMID 進(jìn)行加密或ID 替換處理，導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)中能夠非常直觀地呈現(xiàn)一些原本不易理解或表達(dá)的點(diǎn)數(shù)據(jù)，即手機(jī)位置數(shù)據(jù)空間點(diǎn)位化。同時(shí)需要把人口位置的點(diǎn)數(shù)據(jù)集按不同地區(qū)、不同時(shí)間段分類后才能使用。

本研究以2016年5月22日遼寧省朝陽市朝陽縣4.6 級(jí)地震烈度圈及周邊為研究區(qū)域，該地震震中位于41.62°N、120.10°E，朝陽縣山區(qū)。震中距離朝陽市30 km、距離朝陽縣26 km、距離建平縣45 km、距離凌源市72 km、距離朝陽市喀喇沁左翼蒙古族自治縣63 km。此次地震最大烈度為Ⅴ度，位于朱錄科-刀爾登斷裂帶附近(距離小于18 km)。Ⅴ度區(qū)內(nèi)總面積為8.17 km2，有NE 向北票-朝陽斷裂、錦州-阜新斷裂及近EW 向赤峰-開原斷裂帶。本研究以朝陽4.6 級(jí)地震的烈度圈范圍提取拐點(diǎn)坐標(biāo)，確定電子圍欄范圍提取了57 980 條手機(jī)位置記錄、近400 個(gè)空間格網(wǎng)位置數(shù)據(jù)（圖1）。采集范圍涵蓋整個(gè)Ⅴ度區(qū)及周邊區(qū)域的震前和震后24 個(gè)時(shí)段內(nèi)數(shù)據(jù)近4 萬條。以1 小時(shí)為間隔，每小時(shí)提取1 次，這樣會(huì)比較全面并清晰地反映出震前和震后人口數(shù)量的變化情況（圖2）。

圖1 烈度圈拐點(diǎn)坐標(biāo)提取

圖2 電子圍欄范圍內(nèi)手機(jī)位置信息提取

對(duì)朝陽縣受災(zāi)地區(qū)內(nèi)的大東山村、柴周營子村、華杖子村、二道河子村的人口手機(jī)位置數(shù)據(jù)進(jìn)行震前和震后各24 小時(shí)的提取。經(jīng)對(duì)比分析發(fā)震前24 小時(shí)震區(qū)內(nèi)的常規(guī)活動(dòng)數(shù)量變化和震后人口數(shù)量變化發(fā)現(xiàn)，震前常駐人口24 小時(shí)內(nèi)變化呈現(xiàn)晝出夜伏的人口移動(dòng)規(guī)律；地震受災(zāi)區(qū)域內(nèi)人員疏散或者躲避到安全地區(qū)等原因使當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后3 小時(shí)內(nèi)人口急劇下降，至震后5 小時(shí)震感不強(qiáng)烈才出現(xiàn)人口數(shù)量恢復(fù)的現(xiàn)象（圖3～4）。

圖3 震前人口數(shù)據(jù)變化

圖4 震后人口數(shù)據(jù)變化

提取對(duì)象為上述震區(qū)內(nèi)4 個(gè)自然鄉(xiāng)村。因?yàn)榉瞧茐男缘卣鸢l(fā)生，所以基站回傳手機(jī)位置信息的數(shù)據(jù)量誤差是很小的，精確度是很高的，基本為準(zhǔn)確的手機(jī)位置信息數(shù)量，所以人口數(shù)據(jù)是直觀并且有說服力的。以下是針對(duì)上述4 個(gè)村震前、震后人口不同時(shí)段的變化對(duì)比，可以更直觀地顯示人數(shù)變化情況（圖5～8）。

圖5 大東山村震前震后人口變化圖

圖6 柴周營子村震前震后人口變化圖

圖7 華杖子村震前震后人口變化圖

圖8 周臺(tái)子村震前震后人口變化圖

此次研究不僅從不同地區(qū)同時(shí)段比對(duì)人口數(shù)據(jù)，也針對(duì)同地區(qū)不同時(shí)段進(jìn)行了人口數(shù)據(jù)的對(duì)比。結(jié)果顯示：大東山村和柴周營子村震后明顯比震前離村人口增多，震后2 小時(shí)才開始有人員回流現(xiàn)象出現(xiàn)，早晨流出人口數(shù)量也比震前提前發(fā)生。因?yàn)楫?dāng)?shù)貙儆谵r(nóng)業(yè)為主的自然行政村，雖然有地震發(fā)生，但是晚上20 時(shí)至次日7 時(shí)也保持了村內(nèi)人口的最高值，故認(rèn)為本次地震對(duì)當(dāng)?shù)厝丝诹鲃?dòng)性影響并不大。

華杖子村和周臺(tái)子村震后明顯比震前人口數(shù)量差很多，而且震后2～4 小時(shí)只有少量人口回流現(xiàn)象。實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槿A杖子村有1 個(gè)礦業(yè)公司而周臺(tái)子村則有5 個(gè)礦業(yè)公司，所以會(huì)出現(xiàn)震后人口反向流動(dòng)現(xiàn)象。本研究有注意到這2 個(gè)村以礦業(yè)開采收入為主，地下開采礦山的主體分為采場(chǎng)和運(yùn)輸巷道兩部分，都分布在地下巖層里。運(yùn)輸巷道斷面直徑比較小，一般為3 m 以內(nèi)，周圍為穩(wěn)固或者錨固后的巖層，這樣實(shí)際形成了小跨度厚墻體的相當(dāng)穩(wěn)固建筑，一般來說很難被地震破壞。對(duì)于采場(chǎng)而言，本身就需要崩落進(jìn)行開采，一般崩落都需要炸藥進(jìn)行準(zhǔn)備，地震可能會(huì)對(duì)一些節(jié)理發(fā)育的層位起到破壞作用，造成計(jì)劃外崩落，但一般不會(huì)造成破壞性影響?，F(xiàn)代礦山一般設(shè)計(jì)有避難硐室，位置更穩(wěn)固，內(nèi)設(shè)空氣、水和食物等維持設(shè)施，基本可以保證生命安全。雖然如此，也確實(shí)有礦山因?yàn)榈卣馂?zāi)害停產(chǎn)，地震波到達(dá)地表后破壞大，所以對(duì)于露采礦山影響可能更大。但不論是露采還是地采，震后都有評(píng)估機(jī)制，對(duì)設(shè)施進(jìn)行工程地質(zhì)評(píng)估、維護(hù)和穩(wěn)固后才能復(fù)產(chǎn)。

2 技術(shù)路線

地震發(fā)生后，當(dāng)人員位置信息發(fā)生移動(dòng)時(shí)，每隔一段時(shí)間會(huì)將其所處位置信息通過手機(jī)上傳到基站服務(wù)器中，這樣在基站服務(wù)器中就會(huì)存儲(chǔ)該人員的手機(jī)位置信息數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)為離散點(diǎn)類型數(shù)據(jù)集，將點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間矢量化、落圖進(jìn)行可視化后形成空間位置點(diǎn)。確定點(diǎn)數(shù)據(jù)后，可以將該點(diǎn)數(shù)據(jù)按照不同用戶以及時(shí)間先后順序，連接成連續(xù)的線數(shù)據(jù)，構(gòu)造出每個(gè)人在該時(shí)間段內(nèi)的線數(shù)據(jù)集。通過大量線數(shù)據(jù)可以更直觀地看出人員的移動(dòng)軌跡，大量被記錄的個(gè)人軌跡形成線數(shù)據(jù)集。對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行清洗，通過坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換統(tǒng)一成CGCS2000 坐標(biāo)系。同時(shí)對(duì)應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)圖層，包括交通、居民點(diǎn)、行政區(qū)劃、烈度圈等數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行疊加，并按照《GB∕T38226—2019 地震烈度圖制圖規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)圖層進(jìn)行風(fēng)格樣式設(shè)置，最終形成人口流動(dòng)圖，更好地了解震后災(zāi)區(qū)內(nèi)人群流動(dòng)方向，為震后人員流動(dòng)方向提供更為準(zhǔn)確的定位；另外對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正和類型轉(zhuǎn)換后，將線數(shù)據(jù)集疊加交通道路圖層，判定此路是否暢通，生成應(yīng)急疏散路線圖，用最少的時(shí)間展示應(yīng)急疏散路線暢通情況（圖9）。為震后黑箱期和灰箱期內(nèi)提供可用技術(shù)支持，并為震后應(yīng)急疏散提供有力數(shù)據(jù)支撐。

圖9 繪制人口流動(dòng)圖和應(yīng)急疏散路線圖的技術(shù)路線

3 繪制過程

人口流動(dòng)圖的繪制需要3 類數(shù)據(jù)圖層。第一是基于獲取到的手機(jī)位置信息數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)剛剛獲取時(shí)為離散點(diǎn)類型數(shù)據(jù)集，將點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間矢量化，落圖進(jìn)行可視化，形成空間位置點(diǎn)；將該點(diǎn)數(shù)據(jù)按照不同用戶以及時(shí)間先后順序，連接成連續(xù)的線數(shù)據(jù)，進(jìn)行人員的軌跡重建；同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，通過坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換統(tǒng)一坐標(biāo)系為CGCS2000 坐標(biāo)系。第二是應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)圖層，包括交通、居民點(diǎn)、行政區(qū)劃等數(shù)據(jù)圖層。第三是地震數(shù)據(jù)，主要有烈度圈圖層構(gòu)成。將3 類圖層進(jìn)行圖層的疊加，最終形成人口流動(dòng)圖。

1）地圖中添加數(shù)據(jù)集

將配圖所能用到的數(shù)據(jù)集都添加到地圖中，將數(shù)據(jù)脫敏后格式轉(zhuǎn)換為xlsx 的人員動(dòng)態(tài)位置點(diǎn)（手機(jī)位置信息數(shù)據(jù)）表格進(jìn)行導(dǎo)入，選擇經(jīng)、緯度對(duì)應(yīng)列，將表格中點(diǎn)位數(shù)據(jù)導(dǎo)入為空間位置點(diǎn)位，并對(duì)導(dǎo)入的手機(jī)點(diǎn)位設(shè)置GCS2000 地理坐標(biāo)系（圖10）。

圖10 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及導(dǎo)入

2）確定點(diǎn)數(shù)據(jù)后可以使用軌跡重建的方法來構(gòu)造出每個(gè)人在該時(shí)間段內(nèi)的線數(shù)據(jù)，通過大量線數(shù)據(jù)可以更直觀地看出人員的軌跡移動(dòng)路線；大量被記錄的個(gè)人軌跡形成線數(shù)據(jù)集，通過數(shù)據(jù)選項(xiàng)卡、類型轉(zhuǎn)換對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)建出一段時(shí)間內(nèi)的軌跡線數(shù)據(jù)。

3）糾正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)

錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的判斷原則為：對(duì)于人員流動(dòng)軌跡，因?yàn)槲恢脭?shù)據(jù)是不間斷獲取的，所以將獲取的點(diǎn)位在地圖中呈現(xiàn)進(jìn)行可視化后，是按順序有序排列的點(diǎn)位。如某一點(diǎn)的位置與其余點(diǎn)位出現(xiàn)明顯偏差，則認(rèn)為是異常點(diǎn)（錯(cuò)誤數(shù)據(jù)）予以去除。方法是以每一點(diǎn)為圓心、一定距離為半徑閾值，超過閾值的點(diǎn)則視為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)點(diǎn)位剔除。以一定的閾值、路線距離相近的則合并為一條軌跡線（圖11）。

圖11 點(diǎn)轉(zhuǎn)線和糾正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)

4）配置地圖樣式

雙擊人員流動(dòng)圖層，選擇右側(cè)線性符號(hào)，按圖表配置添加需要做標(biāo)注的圖層制作成圖；之后將新生成的點(diǎn)與線添加到地圖中（此圖的點(diǎn)為手動(dòng)沿著公路添加），配以不同的點(diǎn)和線的風(fēng)格；同時(shí)與震中、烈度圈、鄉(xiāng)鎮(zhèn)點(diǎn)位、縣道等圖層進(jìn)行疊加。相對(duì)時(shí)間段內(nèi)，同一條路上的點(diǎn)或一條線代表一個(gè)人的路線，所以不太密集時(shí)則說明路不擁堵。鄉(xiāng)村道路狹窄容易造成擁堵，可以選擇縣道等公路進(jìn)行疏散。較人口流動(dòng)圖，添加的圖例新增了軌跡線。拆分布局元素時(shí)，可將軌跡線的圖例和名稱置頂，產(chǎn)出應(yīng)急疏散路線圖（圖12）。

圖12 按規(guī)范配置地圖

通過對(duì)大量記錄著個(gè)人軌跡的點(diǎn)位數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成帶有方向的個(gè)人軌跡線數(shù)據(jù)，在軟件中對(duì)方向線進(jìn)行配圖，得到人口流動(dòng)圖。同樣的，將該地圖加載到布局窗口中進(jìn)行布局要素的設(shè)置，添加制圖要素，最終形成地震區(qū)域人口流動(dòng)圖（圖13～14）。

圖13 朝陽地震人口流動(dòng)圖

4 結(jié)論

圖14 朝陽地震震后應(yīng)急疏散路線圖

利用手機(jī)位置信息研究震后人員流動(dòng)軌跡，并清楚闡述了手機(jī)位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人員流動(dòng)軌跡的技術(shù)過程。對(duì)震后災(zāi)區(qū)人口數(shù)據(jù)的獲取、救助災(zāi)民、制定疏散路線，以及為政府應(yīng)急決策提供數(shù)據(jù)支持等方面都具有實(shí)際意義。

1）對(duì)遼寧省朝陽縣4.6 級(jí)地震V 度圈內(nèi)提取手機(jī)位置數(shù)據(jù)在人口流動(dòng)軌跡上的研究表明，在非破壞性地震中獲取手機(jī)位置信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度高、定位性誤差小，震后幾乎沒有基站退服現(xiàn)象來干擾手機(jī)位置信息的精準(zhǔn)性，本次數(shù)據(jù)總量更接近實(shí)際人口情況。

2）提取震前24 小時(shí)內(nèi)常規(guī)人口數(shù)量，可以作為震區(qū)發(fā)震時(shí)刻的人口數(shù)據(jù)；提取震后24 小時(shí)人口數(shù)量，可以為震后人口信息獲取提供更確切的依據(jù)。根據(jù)人口數(shù)量的劇增或劇減變化，幫助政府推測(cè)出適合該地的震后災(zāi)民應(yīng)急措施。

3）基于震后烈度圈內(nèi)手機(jī)位置信息人員的移動(dòng)軌跡展示，在朝陽縣應(yīng)急疏散路線圖內(nèi)可以很直觀地顯示出有人口流動(dòng)方向的路線為縣道本雞線路，并清晰地看到朱饅線公路上有大量的人員涌出現(xiàn)象，一些鄉(xiāng)村公路如龍華路、龍興路等則出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象。這樣直觀地顯示震區(qū)內(nèi)的人員流動(dòng)方向則更為精準(zhǔn)，且可以用流動(dòng)軌跡判斷交通擁堵情況，人口流動(dòng)軌跡的可視化可為震后應(yīng)急提供輔助決策。

4）手機(jī)位置信息研究在地震災(zāi)情獲取方面有更多的應(yīng)用價(jià)值。比如在地震沒有發(fā)生時(shí)，幾乎沒有基站退服或服務(wù)器掉線情況下獲取震前人口數(shù)據(jù)，可以繪制震區(qū)人口分布圖，更準(zhǔn)確地了解震時(shí)人口數(shù)據(jù)；或者在震后每5 分鐘提取一次數(shù)據(jù)，判定出該震區(qū)的手機(jī)信號(hào)歸屬地或人員的常規(guī)活動(dòng)區(qū)域，方便應(yīng)急救援等更多應(yīng)急措施制定。