山區峪口山洪災害預警系統設計

胡風有

【摘要】本文設計一種針對山區峪口游客的山洪災害預警系統，作為對現有預警系統的一種有效補充。明確了系統預期目標，給出系統總體設計架構，并指出系統實現過程中的關鍵技術：基站地理映射、群體量化指標生成和預警信息發布。系統測試效果良好，其思路可推廣應用于其它公共安全領域。

【關鍵詞】洪災；預警系統；山區

1、總體目標

依托中國移動、中國聯通、中國電信三家運營商采集的手機信令數據，建設基于三大電信運營商手機信令數據的山區峪口山洪災害短信預警系統，形成山區峪口內危險區人群位置信息、人口空間分布信息的數據，以可視化形式展示相關區域的人員分布狀況，為搶險救援提供決策支持，結合現有預警監測系統，將預警信息發布到手機信號覆蓋危險區的手機用戶，進一步提高山洪災害信息監測和預警的準確性、時效性及可靠性，保障人民群眾生命財產安全，盡量減少山洪災害損失，爭取避免群死群傷事件。

2、山洪災害預警系統設計

秦嶺山區峪口山洪災害預警系統部署后，能實現指定山區峪口游客分布情況進行監測，同時與現有西安市防汛監測預警系統相結合，以短信形式將山洪災害預警信息及時發布到山區峪口內游客。預期功能包括：

（1）監測指定山區峪口內游客分布狀況

山區峪口山洪災害預警系統部署后，可以監測指定峪口的人員情況，包括區域內的人員總數，區域內人員空間分布狀況，區域內人員流入量，區域內人員流出量等。對于危險程度高且人數眾多的危險區，提前重點部署救援力量，而對于無人的危險區，可以不用或少量部署救援力量，優化救援資源分配。

（2） 將山洪災害預警信息及時傳達到危險區人員

山區峪口山洪災害預警系統，與現有西安市防汛監測預警系統相結合，在信息采集及預報分析決策的基礎上，通過確定的預警程序和方式，將預警信息通過手機短信的方式，及時、準確地傳送到處于峪口山洪災害危險區的人員（包括游客和當地居民），使受危險威脅區人員及時采取預防措施，最大限度地減少人員傷亡。在實際操作過程中，預警的區域范圍可以比山洪災害威脅區域要大，盡可能最大程度覆蓋威脅區域。

3、關鍵技術

（1）基站地理映射

基站地理映射配置系統主要功能是配置基站和實際地理位置的映射關系。若從基站角度出發，形成基站映射區域列表，從區域角度出發，形成區域關聯基站組。

一個基站可能覆蓋多個區域場所，也可能只覆蓋一個區域場所，還可能是一個基站的部分覆蓋一個區域場所的部分。若從基站的角度出發，可以列出與基站有關的所有區域場所，從而構建基站映射區域場所列表數據庫。

具體處理方法是：從運營商提供的基站覆蓋信息數據庫中，獲取基站位置和基站覆蓋半徑，計算出基站的覆蓋范圍，將基站覆蓋范圍映射到地圖上的某個范圍，得到該范圍下的所有場所，形成與該基站對應的場所列表，最終構建基站映射場所列表數據庫。查詢該基站映射場所列表數據庫，輸入基站編號，可以得到該基站下所有場所列表。

形成基站映射區域場所列表數據庫，其中的序號字段是數據庫自動為基站生成的編號，由于有多個運營商的基站信息，所以識別基站需要通過MCC+MNC+LAC+CellID進行唯一性識別。其它字段還包括該基站下覆蓋的所有場所名、場所POI屬性以及覆蓋率，其中覆蓋率是指基站覆蓋場所的部分占基站全部覆蓋范圍的比率，通過面積比進行計算，即將基站覆蓋區域場所的面積除以基站覆蓋全部范圍的面積。

（2）群體量化指標生成

手機信令經過數據分析和處理后，可以形成群體量化指標。主要功能是計算區域群體聚集量指標和區域群體流入流出量模型。其中聚集量模型指標的計算又分為區域群體人口總量和區域人口空間分布。區域流入流出量指標的計算又分為區域人口流入量、區域人口流出量和區域人口流入流出平衡度。

群體聚集是指區域內的群體聚集行為，包括單點聚集和多點聚集。單點聚集問題是將單個區域作為研究對象，研究區域內群體人口數量，即區域群體人口總量問題。多點聚集問題是將多個子區域作為研究對象，研究每個子區域內群體人口數量，再將所有子區域組合看作一個整體區域，即是研究整體區域的群體人口空間分布問題。

群體人口總量，以一個區域為研究對象，研究區域內的群體人口數量。群體可以是全部人群，也可以是具有共同屬性特征的細分人群。對于全部人群，統計區域關聯基站組所有基站的手機用戶數，進行累加，即得到區域內全體人群群體人口總量。對于細分人群來說，首先需要通過構建相應算法模型，依據不同人群行為特征，對人群進行劃分，統計區域關聯基站組的所有基站下該細分人群的手機用戶數，進行累加，即得到區域內細分人群群體人口總量。

（3）預警信息發布

預警信息發布系統由預警信息轉發子系統和預警信息處理子系統組成。

預警信息轉發子系統需要開發獨立接口，與現有西安市防汛監測預警系統進行對接，接收藍色、黃色、橙色和紅色四級預警信息，對輸入的預警信息進行封裝打包，按照統一的格式要求，發布到預警信息處理子系統中。同時，要求系統具備預警信息模板功能，預警信息模板定制功能，方便用戶操作，以便在緊急情況下，盡快將預警信息發布。對預警信息發布的所有操作均有記錄，并提供統計分析功能，能夠顯示預警歷史記錄的統計信息。

預警信息處理子系統，從預警信息轉發子系統接收預警消息，對接收到預警消息進行處理，包括：根據區域映射出區域內所有基站（稱為區域關聯基站組），再通過關聯基站組下所有用戶列表，獲取區域內所有手機用戶列表，由于手機ID均為脫敏加密，則需要對加密后的手機ID進行反解碼，獲取處于該區域內所有手機用戶的手機號碼。然后，再將收到的預警消息，以短消息的形式發送到區域內所有手機號碼。

結束語：

本文設計的系統，其實現難度主要是來自于運營商數據的獲取和大數據的處理。目前處于整體測試調試階段，部分運營商已經完成在秦嶺北麓山洪災害重點峪口，如：灃峪、庫峪、澇峪、石砭峪、太平峪、小峪等進行測試，通過算法模型的不斷優化，測試效果良好。需要說明的是，本文的設計思路不局限于山洪災害預警，可以擴展到其它公共安全領域應用，未來將具有較為廣闊的應用前景。

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