基于VGI的地震災情速報系統設計與實現

引文格式： 馬磊，陳秀萬，隋建波，等. 基于VGI的地震災情速報系統設計與實現[J].測繪通報，2015(4)：97-100.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0120

基于VGI的地震災情速報系統設計與實現

馬磊1,2，陳秀萬1，隋建波3，劉晶4，許玉斌1,4，高原5

(1. 北京大學遙感所，北京 100871； 2. 北京方位科技有限公司，北京 100190； 3. 中國地震應急搜救中心，

北京 100049； 4. 北京大學數字中國研究院，北京 100871； 5. 總裝備部工程設計總院，北京 100028)

Design and Implementation of the VGI-based Earthquake Disaster

Quick Report System

MA Lei，CHEN Xiuwan，SUI Jianbo，LIU Jing，XU Yubin, GAO Yuan

摘要：志愿者地理信息(VGI)是一種新興的空間信息采集模式。在近年來的全球災害救援過程中，公眾發布的大量信息發揮了巨大作用。針對我國地震災情信息采集和速報工作的實際情況，本文設計并實現了基于VGI的地震災情速報系統，能夠將專業人員和公眾采集的災情數據進行有效的組織融合，從而提高災害信息采集效率與救援效果。

關鍵詞：志愿者地理信息(VGI)；地震災情速報系統；救援

中圖分類號：P208

收稿日期：2014-03-29

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃(2011BAH05B08)

作者簡介：馬磊(1980—)，男，博士，研究方向為災害應急與空間信息綜合應用。E-mail：immerma@126.com

一、引言

我國位于世界兩大地震帶——環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，地質構造復雜，地震斷裂帶發育，地震活動頻繁，是世界上地震災害最嚴重的國家之一。近年來，汶川、玉樹、蘆山等地震給社會經濟和人民生活帶來了巨大損失。地震災害的防災、減災、救災工作研究刻不容緩。地震發生后，如何盡快、準確地獲取地震災害的發生時間、地點、震級、影響范圍、傷亡范圍等災情信息，直接關系到地震的震情分析與判斷、災害救援和應急指揮等。因此地震災情速報工作的重要性和緊迫性尤為突出，同時也是目前研究的焦點和難點之一[1]。

根據我國的國家災害應急與管理體系，目前包括地震災情在內的各類災情獲取和上報主要還是行業主管部門完成，然后根據災害的級別，在市級、省級乃至國家級災害應急綜合部門進行匯總，并通過行業垂管的模式，保證了災情信息獲取的專業性。

近年來，隨著信息技術、移動通信技術、智能終端和社交網絡應用的發展，公眾在災害應急、災情獲取、信息匯總與傳播等方面的參與程度越來越高，給災情獲取和災情速報提供了新的機遇，不但將災情采集和獲取的參與范圍由專業人員擴展到范圍更廣的公眾，同時提高了災情的傳播效率。因此，將公眾參與的廣泛性和已有行業管理的專業性與準確性結合在一起，可以更好地支撐地震災情速報工作。

二、VGI簡介

志愿者地理信息(volunteered geographic information，VGI)是由 M.Goodchild等于2007 年提出的概念，用來描述由公眾用戶自發發布的地理信息，以區別之前由專業測繪人員生產和發布的地理信息[2]。李德仁等認為狹義的VGI是由大量的非專業用戶利用3S技術自發創建地理信息，廣義的VGI是與狹義相關的概念、模式、方法和技術[3]，是指用戶利用GIS、GNSS和RS等技術手段自發獲取和創建地理信息，以及共享地理信息的概念、模式、方法和技術的總稱。VGI主要是在Web2.0技術支持下迅速發展起來的，是用戶生成內容(user-generated content，UGC)這一網絡現象在地理信息領域的應用與表現。

VGI在數據采集、移動健康、LBS等應用領域被廣泛應用和研究。在災害應急領域，M.Goodchild[4]、K.Starbird[5]等探討了VGI在災害救援方面的應用；M.Zook等則詳細分析了VGI在海地地震救災過程中的應用[6]；張仁軍[7]等分析了VGI在災害預警中的應用。GoogleMaps、OpenStreetMap和Wikimapia等成為VGI用戶生產和使用VGI信息的主要平臺。近年來，隨著移動信息技術的快速發展，帶有定位功能的移動終端得到普及，為VGI的應用提供了更大的便利。我國近年來幾次大地震發生后，公眾利用微博客等社交網站發布了大量的與災區災情有關的信息，體現出公眾參與的熱情，同時也驗證了VGI應用模式在我國的可行性。

為了加強地震災情速報的準確性和高效性，加快災情采集和匯總分析的速度，進一步提高災情速報工作的效率，將VGI模式引入地震災情速報系統的建設是提高地震救災領域的信息化保障水平的有益嘗試。

三、系統分析與設計

基于VGI的地震災情速報系統需要將已有的地震行業主管部門垂直體系內的信息采集與面向公眾的信息采集相結合，提高信息采集的效率和廣度。

1. 系統需求分析

在基于VGI的地震災情速報系統中，用戶包括基層信息上報人員、中心信息匯集人員、中心信息標注人員和公眾。不同用戶對系統的需求分析如下：

1) 基層信息上報人員：利用系統提供的輸入界面以標準規范的格式便捷地填報當地災情信息，信息包括位置信息。

2) 中心信息標注人員：利用系統提供的數據錄入界面，將自己通過其他渠道(如熱線電話、E-mail、與當地負責人聯系或網絡)采集到的災情信息錄入、標注到電子地圖上。

3) 公眾：利用系統的VGI數據采集界面，將自己了解的災情信息進行填報，為了保證信息的可用性，除了災情信息外，還需要提供一些個人信息。

4) 信息匯集人員：將不同來源的信息匯集后，制作生成災情速報簡報，提供給相關領導，以指揮決策。

系統的信息流如圖1所示。

圖1　系統信息流

2. 系統總體框架

系統從結構上分為5層：網絡通信層、數據獲取層、數據庫層、GIS平臺層和應用層。網絡通信層承擔系統中數據的傳輸，包括Internet、Intranet、地震局“12322”電話熱線，以及將數據從移動終端傳輸到服務器的移動通信網絡和北斗短報文通信；數據獲取層包括連入系統的地震監測臺站數據、現場采集的數據、工作人員通過系統上報及公眾上報的數據；數據庫層完成對數據和數據庫的管理，包括基礎數據(地理數據和社會經濟數據等)、災情速報信息、速報人員信息及災情簡報信息等；GIS平臺層實現基于GIS的數據管理，包括地圖顯示、數據標繪、空間分析及專題制圖等功能；應用層則是實現地震災情采集、速報和管理的核心功能，包括災情標注、簡報管理、歷史災情查詢和人員管理等。系統的架構如圖2所示。

圖2　系統架構

3. 數據庫設計

地震災情速報系統數據庫主要包括基礎地理信息數據庫、災情信息數據庫、人員數據庫、歷史(災情)信息數據庫、簡報信息數據庫和系統管理數據庫。各數據庫具體描述見表1。

四、系統主要功能模塊及實現

1. 系統功能模塊

系統主要功能模塊分為GIS管理模塊、災情填報模塊、人員查詢模塊、速報簡報制作模塊、簡報上報模塊、歷史災情查詢模塊、系統管理模塊等。

(1) GIS管理模塊

該模塊實現基本的地圖操作功能，包括地圖瀏覽、地圖標注、圖層控制等功能。一方面為上層應用提供基礎的地圖瀏覽與查詢功能；另一方面為簡報制作提供標注與制圖功能。

表1　數據庫描述表

(2) 災情填報模塊

災情上報可以通過表單填寫和地圖標注兩種方式實現，根據權限分為速報人員和公眾兩種用戶。速報人員根據權限填報自己負責區域的災情信息；公眾可以根據災情的位置自由填報。

(3) 人員管理模塊

該模塊包括速報人員管理、速報人員位置關聯、速報人員查詢3部分內容。

1) 速報人員管理：對地震相關部門工作人員、基層信息采集人員、“三網一員”、公眾等人員的信息進行管理，包括人員的查看、編輯、修改、刪除等操作；同時為各省局提供接口，能夠編輯、修改省局下屬部門提供的人員數據更新功能。

2) 人員位置關聯：將信息采集人員的位置和地圖數據相關聯，以支持基于地圖的查詢和管理。

3) 速報人員查詢：對速報人員進行屬性查詢和地圖查詢。此外，可以依據災情空間分布從全國災情速報網數據庫中鎖定地震災區災情速報人員，提示重要速報聯系人員并推送到系統主界面，供中心人員盡快查詢與聯絡，獲取第一手災情信息。

(4) 簡報制作模塊

該模塊完成災情速報簡報的編輯，提供標準化的界面，為用戶提供簡報信息的輸入，支持上報內容、上報范圍、工作流程和災情速報簡報的編制，支持在地圖上標注來自災區及其周圍災情速報人員和公眾的速報災情信息。簡報完成后，定制郵件和彩信上報版式，實現基于郵件和彩信的簡報上報。

(5) 歷史災情查詢模塊

該模塊主要管理歷史的震情和災情信息，供簡報制作時查詢附近歷史地震信息，同時可以管理歷史災情簡報數據。

(6) 系統管理模塊

系統管理包括用戶管理、日志管理、配置管理等功能。用戶管理實現用戶檔案的添加、修改和刪除等操作。系統分為管理員、速報員和公眾用戶3種。管理員能夠對普通賬戶進行管理，同時能夠管理系統數據庫。日志管理記錄系統每一步管理操作，按時間和事件分類排序。配置管理實現系統關鍵參數的配置等功能。

2. 系統實現與部署

系統部署時，邏輯上劃分為數據庫服務器、應用服務器、Web服務器3部分。其中數據庫服務器提供系統的數據庫管理功能；應用服務器提供面向客戶端的C/S子系統功能；Web服務器提供B/S子系統的功能，通過瀏覽器或手機等訪問。系統部署如圖3所示。

圖3　系統部署

系統采用B/S和C/S混合架構，基于ArcGIS Server搭建，數據庫采用SQL Server 2008，Web 服務器采用MS IIS，遙感影像服務器采用ArcGIS(www.arcgis.com)，前端開發采用Microsoft SilverLight。

圖4和圖5分別展示了災情填報界面和簡報制作界面。

圖4　災情填報界面

圖5　簡報制作界面

五、結束語

VGI是一種新興的地理信息采集方式，因為其現勢性、快速更新及公眾參與等優點，能夠有效地與傳統的專業地理信息采集形成互補，在災害應急等領域發揮出巨大的作用。本文結合地震災害速報應用場景，設計實現了一個基于VGI的地震災情速報系統，可以在傳統專業災情采集的基礎上，為公眾提供災情上報的平臺和入口，便于提高與公眾的交互，進一步提升災害發生后的災情采集效率。但VGI信息的準確度和有效性還有待提高，本文的應用也是將VGI災情信息和專業災情信息分圖層顯示，VGI信息的具體應用效果還需要在實際工作中進一步評價。同時，對VGI信息可用性的評估也是下一步工作的重要內容。

參考文獻：

[1]馬宗晉. 中國的地震減災系統工程[J]． 災害學，2005，20(2)：1-5.

[2]GOODCHILD M F. Citizens as Sensors: The World of Volunteered Geography [J]. Geo-Journal， 2007， 69(4): 211-221.

[3]李德仁， 錢新林. 淺論自發地理信息的數據管理[J]. 武漢大學學報：信息科學版， 2010，35(4)：379-383.

[4]GOODCHILD M F,GLENNON J A. Crowdsourcing Geographic Information for Disaster Response: A Research Frontier[J].International Journal of Digital Earth, 2010,3(3):231-241.

[5]STARBIRD K.Digital Volunteerism During Disaster: Crowdsourcing Information Processing[J].ACM，2011(5)：7-12.

[6]ZOOK M, GRAHAM M,SHELDON T,et al. Volunteered Geographical Information and Crowdsourcing Disaster Relief: A Case Study of the Haitian Earthquake [J]. World Medical & Healthy Policy, 2010(2)：7-33.

[7]張仁軍, 沈林. 應用自發地理信息的災害預警技術[J]. 重慶理工大學學報：自然科學版，2013, 27(10)：80-83,116.

[8]路志越, 鄂棟臣. 基于 ArcGIS Engine 的地震風險預報與評估系統的設計與實現[J]. 測繪通報, 2013 (3): 50-52.