震情值守信息服務(wù)平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳凌杰 陳吉鋒 孟 真 嚴(yán)俊峰

（中國杭州 310013 浙江省地震局）

0 引言

2004 年，全國地震速報(bào)信息共享服務(wù)系統(tǒng)（EQIM）正式投入使用，國家測震臺網(wǎng)與各省級測震臺網(wǎng)之間的地震速報(bào)信息得以快速通報(bào)、匯集和共享，為提升地震信息公共服務(wù)能力奠定了基礎(chǔ)（楊陳等，2009）。為了及時報(bào)送震情信息和接收震情反饋，國家和各省市地震局均有震情值班人員24 小時在崗值班。在此基礎(chǔ)上，大部分省地震臺網(wǎng)中心研發(fā)了震情值班管理系統(tǒng)，如：蔡杏輝等（2020）設(shè)計(jì)的福建測震臺網(wǎng)震情值班信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地震數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表產(chǎn)出和系統(tǒng)管理等功能；張孟怡等（2014）設(shè)計(jì)的天津市地震局震情值班信息自動化處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地震報(bào)警和系統(tǒng)管理等功能。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的大背景下，微信公眾平臺、微博等為地震信息公共服務(wù)開辟了新的領(lǐng)域，如龔自祿等（2018）設(shè)計(jì)的湖北省震情速報(bào)微信公眾平臺，通過微信公眾號產(chǎn)出權(quán)威地震信息，同時具有災(zāi)情上報(bào)等交互功能，為防震減災(zāi)工作帶來便利。

浙江省屬弱震少震區(qū)，但該省人口密度大，且鄰近地區(qū)作為相對多震區(qū)，地震頻率高，強(qiáng)度大，在一定程度上對其省內(nèi)生產(chǎn)生活產(chǎn)生了較大的間接影響。地震事件發(fā)生后，政府、企業(yè)和社會公眾對地震三要素（發(fā)震時間、經(jīng)緯度、震級）、災(zāi)情等重要信息關(guān)注度高（馬志江等，2006；李光科等，2020）。如何快速準(zhǔn)確地發(fā)布震情信息并高效可靠地接收震情反饋關(guān)系到地震應(yīng)急預(yù)案啟動、余震趨勢研判、后續(xù)抗震救災(zāi)等一系列工作的有序開展（徐勝等，2014）。因此，根據(jù)浙江省地震局震情值班的實(shí)際工作需求和當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)安全的嚴(yán)峻形勢（學(xué)峰，2020；戴麗金等，2021），基于Java 語言，開發(fā)震情值守信息服務(wù)平臺。本平臺借鑒了上述震情信息發(fā)布和值班系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，集成震情值班、釘釘機(jī)器人、微信公眾平臺、安全管理和系統(tǒng)管理等功能，拓寬震情信息發(fā)布和接收渠道，保障和優(yōu)化震情值班工作模式，保證了地震數(shù)據(jù)的安全性。

1 平臺架構(gòu)

社交行業(yè)領(lǐng)頭產(chǎn)品微信、釘釘幾乎占據(jù)了中國市場，成為各級政府和有關(guān)部門開展公共服務(wù)和社會管理的重要平臺，其龐大的用戶量及高效的信息發(fā)布手段，已然被各行業(yè)作為擴(kuò)大影響力的重要宣傳手段之一，自然也是地震部門拓展地震服務(wù)、信息發(fā)布和傳播渠道的重要手段（賈寧等，2016；龔自祿等，2017；劉仲達(dá)等，2017）。基于上述情況，結(jié)合24 小時震情值班制度，設(shè)計(jì)震情值守信息服務(wù)平臺，旨在為政府和社會公眾提供及時、準(zhǔn)確的地震信息。該平臺將接收的地震信息，基于不同的發(fā)布策略分發(fā)至各接收端軟件，由各接收端軟件主動訂閱篩選和獲取所需地震信息，實(shí)現(xiàn)歷史地震資料查詢、災(zāi)情上報(bào)、信息定制化等多種類地震信息服務(wù)，為政府應(yīng)急決策、災(zāi)情快速評估等提供緊急信息服務(wù)。

該平臺采用B/S 架構(gòu)，由數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用層4 部分構(gòu)成。項(xiàng)目的邏輯結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)存儲、業(yè)務(wù)邏輯和服務(wù)應(yīng)用分離，使其各部分結(jié)構(gòu)清晰，降低了系統(tǒng)耦合性，增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和可維護(hù)性。該平臺基于Spring Boot 框架建立，通過混合加密API 算法進(jìn)行數(shù)據(jù)加密交互，Web 瀏覽器訪問即可進(jìn)行使用，用戶體驗(yàn)好且數(shù)據(jù)安全性高。平臺架構(gòu)見圖1。

圖1 平臺架構(gòu)Fig.1 Platform architecture

1.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層由EQIM 地震速報(bào)數(shù)據(jù)庫和平臺數(shù)據(jù)庫2 部分組成，封裝了各類數(shù)據(jù)的操作方法。數(shù)據(jù)層通過EQIM 數(shù)據(jù)庫獲取地震信息，將實(shí)時震情信息傳輸至業(yè)務(wù)層，進(jìn)行震情判定、分發(fā)、傳輸和圖表生成等操作。震情值守信息服務(wù)平臺數(shù)據(jù)庫部署在Docker 容器中，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的快速部署，可利用率和可移植性較高。數(shù)據(jù)層從該平臺數(shù)據(jù)庫獲取業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸至業(yè)務(wù)層，用于平臺整體業(yè)務(wù)運(yùn)行。

1.2 業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層主要對EQIM 地震速報(bào)數(shù)據(jù)庫獲取的地震信息和平臺業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。對獲取的地震信息進(jìn)行數(shù)據(jù)脫敏，基于震情值守、釘釘和微信用戶的業(yè)務(wù)規(guī)則處理震情信息，并對獲取的地震信息進(jìn)行入庫管理。同時，業(yè)務(wù)層具備接收用戶災(zāi)情反饋信息入庫和展示功能，可為后續(xù)應(yīng)急搶險和抗震救災(zāi)提供決策依據(jù)。業(yè)務(wù)層的構(gòu)建有利于快速產(chǎn)出震情服務(wù)產(chǎn)品和接收震情反饋信息，可多層次、多方面、多角度地拓展地震信息化服務(wù)思路和改進(jìn)地震信息化服務(wù)方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層主要針對，在當(dāng)下復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境中，使用應(yīng)用程序接口（Application Programming Interface，API）導(dǎo)致的用戶賬號密碼被截獲、表單數(shù)據(jù)被篡改和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)泄露等問題（崔喜萌等，2020）。數(shù)據(jù)處理層的作用是，對使用API 和應(yīng)用層交互的數(shù)據(jù)。使用AES 和RSA 兩種加密算法（雷敏等，2014；冷飛等，2017），并結(jié)合API 運(yùn)行機(jī)制，進(jìn)行加/解密運(yùn)算，算法流程見圖2。具體流程為：當(dāng)應(yīng)用層和業(yè)務(wù)層進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互時，發(fā)送方根據(jù)AES 密鑰規(guī)則生成明文密鑰key，將明文P 和key 使用AES 算法生成密文C，使用接收方RSA 公鑰對key 進(jìn)行加密生成密文密鑰keys，將keys 和P 通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給接收方；接收方收到后使用其RSA 私鑰將keys 還原為key，并將密文C 還原為明文P。本算法根據(jù)B/S 架構(gòu)和API 的運(yùn)行機(jī)制，在應(yīng)用層與業(yè)務(wù)層建立通信時，將各自的RSA 公鑰互換，并在每次傳輸數(shù)據(jù)時隨機(jī)生成新的明文密鑰key，可有效保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和安全性。數(shù)據(jù)處理層在嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)安全形勢下，為平臺數(shù)據(jù)安全提供了有力保障。

圖2 數(shù)據(jù)處理層算法Fig.2 Algorithm of data processing

1.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要提供專業(yè)震情服務(wù)、社會震情服務(wù)和震情值班服務(wù)。專業(yè)震情服務(wù)主要依托短信、傳真、釘釘和B/S 架構(gòu)數(shù)據(jù)服務(wù)等手段，主要包括提供震情速報(bào)信息、震情反饋和輔助決策等服務(wù)內(nèi)容。其主要服務(wù)對象為行業(yè)內(nèi)用戶、應(yīng)急管理部門和政府部門。社會震情服務(wù)主要依托釘釘、微信公眾號和B/S 架構(gòu)數(shù)據(jù)服務(wù)等手段，以按需提供震情速報(bào)信息和震情反饋為主要服務(wù)內(nèi)容，以社會大眾為主要服務(wù)對象。震情值班服務(wù)主要依托B/S架構(gòu)數(shù)據(jù)服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)地震報(bào)告的自動處置，提高了震情值守的工作效率，保障了震情報(bào)告的準(zhǔn)確性，優(yōu)化了震情值班的工作模式。

2 主要功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

震情值守信息服務(wù)平臺主要采用Java、html5、JavaScript語言和Spring Boot框架進(jìn)行開發(fā)。平臺被部署在Docker 容器中，整體部署方便且安全。該平臺主要由震情值守模塊、釘釘模塊、微信公眾號模塊、安全管理模塊和系統(tǒng)管理模塊組成，各模塊功能見圖3。

圖3 系統(tǒng)模塊Fig.3 System module

2.1 震情值守模塊

震情值守模塊主要為震情值班工作人員設(shè)計(jì)，旨在提高值班工作效率和震情報(bào)告的準(zhǔn)確性。本模塊下設(shè)4 個功能，分別為值班管理、通訊錄管理、震情推送和值班大屏。值班管理主要功能為值班人員排班、值班次數(shù)統(tǒng)計(jì)以及值班績效管理和值班信息提醒等。通訊錄功能主要是將地震部門和應(yīng)急部門人員信息分類保存，依托短信平臺實(shí)現(xiàn)值班短信提醒和震情信息等各類信息的短信推送，其管理功能是對人員信息的增刪查改和分類操作。震情推送功能包括震情簡報(bào)和短信推送。平臺會監(jiān)聽EQIM 地震速報(bào)數(shù)據(jù)庫，當(dāng)有地震事件發(fā)生時進(jìn)行自動判斷，當(dāng)震情位置和震級達(dá)到相應(yīng)條件時（根據(jù)震情值守手冊規(guī)定），自動向通訊錄里的相應(yīng)人員發(fā)送震情短信，同時播放報(bào)警信息通知值班工作人員。如需對地震事件進(jìn)行上報(bào)操作，工作人員只需點(diǎn)擊地震事件就會自動生成震情簡報(bào)，人工核對后即可快速上報(bào)，操作完成后平臺將自動保存數(shù)據(jù)，以方便查閱。報(bào)送流程見圖4。

圖4 地震信息報(bào)送流程Fig.4 Flow chart of earthquake information reporting

值班大屏功能整合了html5、css、JavaScript 語言以及Ajax 和GIS 引擎等技術(shù)，具有震情信息展示、地震信息服務(wù)等功能，供震情值班人員使用。使用值班賬號登錄平臺，自動跳轉(zhuǎn)至值班大屏界面。值班大屏展示內(nèi)容有：最新地震震中位置與浙江省各大城市的直線距離、各渠道震情信息推送情況、基于GIS 引擎技術(shù)構(gòu)建的3D 地圖展示的最新地震信息、值班人員排班表、地震信息列表、情短信列表和震情簡報(bào)列表。值班大屏將最新震情信息通過可視化方式進(jìn)行展示，并通過精確數(shù)據(jù)展示最新地震對浙江省各城市的影響，提高了震情值班工作效率，有利于地震應(yīng)急工作的有序開展。值班大屏樣式見圖5。

圖5 值班大屏界面Fig.5 On-duty screen interface

2.2 微信公眾號模塊

微信公眾號是騰訊公司為政府、企業(yè)等推出的資訊和服務(wù)平臺，憑借龐大的微信用戶數(shù)量和超強(qiáng)的用戶粘性，目前已經(jīng)成為一種主流的微信互動和營銷方式。公眾平臺的開發(fā)接入是提供服務(wù)的基礎(chǔ)。開發(fā)者與微信公眾平臺接口對接后，按照微信公眾平臺開發(fā)規(guī)范，根據(jù)自身業(yè)務(wù)需求進(jìn)行開發(fā)。微信公眾號模塊主要功能有震情接收設(shè)置、震情推送、震情反饋、歷史地震查詢和震情年月報(bào)推送。震情接收設(shè)置有接收震級、接收地區(qū)和夜間免打擾功能。免打擾功能開啟后，夜間23 時至次日8 時發(fā)生的地震事件統(tǒng)一在8 時后補(bǔ)推。用戶可自行設(shè)定地區(qū)、震情和接收時間。平臺監(jiān)聽到地震事件后，按照公眾平臺關(guān)注用戶的接收設(shè)置推送震情信息。用戶也可在有震感時選擇震情反饋功能進(jìn)行上報(bào)，上報(bào)內(nèi)容包括手機(jī)號、時間、位置、震動感受、現(xiàn)場圖片和文字描述。若情況緊急，平臺將通過內(nèi)置百度地圖自動獲取用戶位置。用戶提交上報(bào)內(nèi)容后，后臺將提示震情值班人員查看處理。歷史地震查詢功能允許用戶查詢歷史地震相關(guān)信息。震情年月報(bào)推送功能，即系統(tǒng)在每月1日、每年1 月1 日以模板消息向用戶推送上月和去年的國內(nèi)、國外各級地震統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2.3 釘釘模塊

釘釘作為智能化辦公平臺，目前被政府、學(xué)校和企業(yè)廣泛使用。利用釘釘推送震情信息，拓寬了地震信息化服務(wù)的渠道。釘釘模塊以釘釘機(jī)器人為基礎(chǔ)，向用戶提供震情信息推送、反饋和地震年月報(bào)服務(wù)。平臺通過Webhook 地址與釘釘機(jī)器人通信，只需在平臺增加用戶提交的Webhook 地址，即可向用戶提供震情信息服務(wù)。震情信息以模板消息為基礎(chǔ)，通過百度地圖靜態(tài)API，將震中位置圖嵌入模板消息，直觀展示地震位置。

2.4 安全模塊

為應(yīng)對當(dāng)前復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，平臺在使用混合加密API 算法保證數(shù)據(jù)傳輸安全的基礎(chǔ)上，增加了安全管理模塊。該模塊功能包括實(shí)時環(huán)境監(jiān)控、實(shí)時日志顯示/記錄和Druid 數(shù)據(jù)源監(jiān)控。實(shí)時環(huán)境監(jiān)控主要包括系統(tǒng)硬件環(huán)境以及JVM 運(yùn)行內(nèi)存監(jiān)控，實(shí)時日志顯示/記錄是將平臺后臺運(yùn)行產(chǎn)出的日志記錄到服務(wù)器的同時實(shí)時顯示到頁面中。2個功能均由Websocket 協(xié)議實(shí)現(xiàn)，日志功能還整合了Logback 日志模塊。Druid 是由阿里開源的一個高效數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，集合了開源和商業(yè)數(shù)據(jù)庫連接池的優(yōu)秀特性，同時加入日志監(jiān)控，可以較好地監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)池連接和SQL 語句的執(zhí)行情況，并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可視化。安全模塊針對平臺進(jìn)行了全方位監(jiān)控，同時將運(yùn)維數(shù)據(jù)可視化處理，為平臺運(yùn)維提供便利。

2.5 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊包括系統(tǒng)設(shè)置、用戶管理和權(quán)限管理。系統(tǒng)設(shè)置包括是否開啟API 加密功能設(shè)置、系統(tǒng)公告設(shè)置、系統(tǒng)初始密碼設(shè)置等功能。系統(tǒng)公告使用UEditor 富文本編輯器組件編輯震情值守規(guī)章制度。用戶管理主要管理平臺登錄用戶信息，具有軟刪除、限制IP 登錄和賬號過期設(shè)置等功能。權(quán)限管理基于Spring Security，將用戶分為主管理員、運(yùn)維管理員和震情值班員3 類，主管理員具有平臺所有管理權(quán)限，運(yùn)維管理員僅有平臺運(yùn)維權(quán)限，震情值班員登錄系統(tǒng)后頁面跳轉(zhuǎn)至值班大屏。用戶權(quán)限由數(shù)據(jù)庫動態(tài)加載，而非代碼固定。

3 結(jié)束語

結(jié)合24 小時震情值班制度，基于B/S 架構(gòu)和Spring Boot 框架，開發(fā)震情值守信息服務(wù)平臺，通過微信、釘釘、傳真、短信等方式，為地震部門、應(yīng)急管理等部門和社會公眾快速提供地震服務(wù)相關(guān)產(chǎn)品的同時，提供信息個性化定制、災(zāi)情上報(bào)、歷史地震數(shù)據(jù)查詢/展示等功能，滿足不同群體的需求，進(jìn)一步拓寬了地震信息的發(fā)布手段、渠道和服務(wù)覆蓋范圍，提升了震情服務(wù)能力和水平。隨著平臺的逐步推廣，微信和釘釘用戶量都將不斷增加，今后需對平臺并發(fā)處理數(shù)據(jù)能力做進(jìn)一步提升，以保證用戶接收和反饋震情信息的時效性。