增强型12322地震应急信息服务系统

何 霆

(1.广东省地震局，广东 广州 510070；2.中国地震局地震监测与减灾技术重点实验室，广东 广州510070；3.广东省地震预警与重大工程安全诊断重点实验室 （筹），广东 广州 510070）

增强型12322地震应急信息服务系统

何 霆1，2，3

(1.广东省地震局，广东 广州 510070；2.中国地震局地震监测与减灾技术重点实验室，广东 广州510070；3.广东省地震预警与重大工程安全诊断重点实验室 （筹），广东 广州 510070）

广东省12322防震减灾公益服务平台在2009年正式开通后，经过几次中小型地震的检验，系统暴露出很多不足之处，包括对现有资源的利用率不高、平台对专业技术人员和社会民众的服务能力不足等。通过改进系统现有的服务模式，提供更多实用的服务功能，如信息收集、短信群发、交互式服务和统计分析等，以便更好地服务社会民众，在应急事件中发挥更大的功用。

12322l；短信；信息收集；交互式服务；语义分析；网络地图缓存；元球

0 引言

广东省12322防震减灾公益服务平台于2009年正式开通。建设12322防震减灾公益服务平台，对于防震减灾更好地面向社会、服务公众具有重要的意义。一是更及时、更便捷地向社会公众提供防震减灾咨询，更好地服务人民群众的生产生活；二是更广泛、更有效地向社会公众普及防震避震常识，增强全社会的防震减灾意识；三是更客观、更直接地收集社会公众的意见和建议，提高防震减灾工作的针对性；四是地震后更快速、更准确地发布地震消息，接收灾情报告，及时稳定社会秩序，快速了解灾情规模和范围。

12322 平台包括一套服务热线和一个短信平台。但在近几年的运维中，实际情况并不理想，特别是经历了几次中小型地震的检验后发现，对现有资源的利用率不高，平台对专业技术人员和社会民众的服务能力也显得非常不足，主要体现在软硬件的投入不足、服务单一和服务效率不高等方面。

服务热线在应急工作中起不到多少实质性的作用，例如电话线路只有一条，很多民众都反映电话打不进，另外民众焦虑的心理容易与人工座席发生言语上的冲撞，从而产生情绪问题等。短信交流的方式则可解决这些问题，短信平台由国家地震局统一运维，使用非常便利，但偏偏在目前的应急中没有什么应用，非常可惜.

本系统就是在现有的服务基础上，从实际出发，利用短信平台，开发更多实用高效的服务，旨在丰富强化现有的服务模式并提高服务的效率，为社会民众更好地服务，在应急事件中发挥更大的功用。

1 系统设计目标

本系统的设计目标包括收集、服务和分析产出。

1.1 信息收集

本系统通过12322短信平台的网关面向地震系统的专业人员和各地市的前兆观测员和灾情速报员收集前兆宏观信息和灾情速报信息，能够应付平时的信息收集和震后信息收集的需要，为震前预报和震后辅助决策、应急救援等工作提供依据和帮助。

本系统将定义一系列的短信格式以加快系统处理信息的速度。信息的收集不仅面对各地市的前兆观测员和灾情速报员，也面向社会公众。因为对于一个事件的评价的准确性必须依赖于大量的统计数据，单依赖这些专业人员明显是不足的，而社会公众是一股不可忽视的庞大力量，广泛地收集才能提高其准确性。所以本系统同时也支持任意格式的异常和灾情中文信息，其分析处理工作主要由电脑来完成，然后人工定时校对信息。目的是为了增加事件的信息量，提高对事件描述的准确度[1]。

地震应急救援是防震减灾三大工作体系之一，也是减灾的关键，近年来逐步受到国家和社会的高度重视。地震应急救援是以获得地震现场详细的灾情信息为前提和基础，地震规模、空间分布、次生灾害，以及灾情发展趋势等灾情信息的快速获取与共享是整个地震应急响应的核心，同时也是救援决策的关键。

近年来国内外不少学者都致力于地震灾情获取方面的研究，提出了很多新方案，也取得了一定的科研成果。其中包括使用无人驾驶小飞机航拍灾区影像等等，然而在地震发生后，短信服务仍然能保障的情况下，短信形式的灾情收集是明显比小飞机采集更加快速，随着参与的人数增多，灾情信息的覆盖面更广，更加具有细节性。

1.2 交互式服务

为了满足业务上的需求，本系统将提供以下4种交互式的服务。

（1）本系统可以实现地震速报信息的地区性快速群发的功能。地震发生后能及时了解到震区的灾情情况是非常重要的，信息的来源首先就是地市的灾情速报员。为了能够及时地调动震区的地震工作人员，完成诸如灾情收集等工作，速报信息必须快速、及时地发送到个人。本系统可以在最快的速度接收到台网发出的速报短信，并快速转发到震区的地震工作人员手上，提醒他们尽快上报灾情信息。

（2）本系统将利用短信代替服务热线的人工座席收集信息，尽量较少民众的言语接触，避免不必要的言语冲突。整个过程实现自动化，缩短每一次的服务时间，从而提高服务的效率，更好地为市民服务。

（3）本系统可提供用户群发工作上的业务短信。12322的短信网关性能很优越，由国家地震局维护着，使用CMPP协议作为通讯协议，一个CMPP请求包就能携带100个接收者的信息，所以非常适合短信群发。合理地利用可以大大方便我们的日常通知类工作。

（4）本系统提供可编程的网络开发接口方便用户自行定制各种各样的远程交互服务，利用的是12322的短信网关作为信息的载体。用户可实现诸如远程触发或远程获取状态信息等自动化动作。

1.3 分析产出

分析产出包括分析和产出两部分。

（1）分析部分涉及到对收集到的信息进行分析、数据入库和日志记录等方面。

在信息收集方面，本系统能通过定义标准的短信格式来提高系统处理信息的速度和准确度，同时也能自动对任意格式的中文短信进行分析处理，最大限度地提取里面的关键字、关键词等信息，最后利用人工交互的方式来校对信息，从而提高数据的准确性。

本系统每一个功能模块的操作都会记录到数据库中，以便以后分析。对于数据库中的记录，本系统能按其时空信息基于事件进行分组以方便查询检阅和绘图。

本系统有日志记录的功能，对于事件和人为操作等都会记录下来。

（2）产出部分主要涉及到文档报表生成、地图源和绘图特点等方面。

本系统很多功能模块都涉及到空间分布图的绘制，所以地图源尤为重要。所以本系统是使用网络地图源加应急GIS地理数据库的。

在绘制分布图方面，使用Metaball（元球）技术，这可以使分布图更接近于真实情况，因为Mateball技术具有场的概念，适合于描述区域的连贯性。

整个系统的原理框图如下：

图1 系统原理图Fig.1 System schematic

2 系统组成

本系统的系统结构图如下图2。

本系统采用B/S结构，主服务系统作为中间桥梁连接着后台资源和用户。后台资源包括数据库、12322的短信网关和热线管理系统，数据库包括基础信息数据、地图资源和应急数据库。系统与用户之间的交互通过Flash方式，同时也提供标准的可编程接口供其他应用接入。

本系统的数据库选用Oracle。地图数据采用网络地图源，如Google Map，地图数据可在本地缓存。在分析处理时会结合应急GIS数据库来绘图。

本系统的服务主要依赖于12322的短信网关，同时能操控服务热线完成一系列自动化动作。

主服务系统选用 Windows Server 2008作为操作系统，编程的语言使用 C#(.NET Framework 2.0)，可编程接口可以支持Socket、HTTP和WebService等方式接入。

图2 系统结构图Fig.2 System structure Plan

3 功能模块

3.1 信息收集模块

以往的信息收集都是通过电话来进行的，收集的对象是前兆观测员和灾情速报员，收集到的内容也都是寥寥无几的几条前兆异常信息和灾情信息，不足以对事件的详细描述和事件跟踪，操作起来效率也不高。

本系统的信息收集借助12322的短信平台可以通过自动化来完成，可以广泛地收集信息，只需当天的应急值班人员对计算机无法识别的信息进行处理和对入库的信息进行校对就可以了，有着信息全面，效率高等优点。

信息收集包括两部分，前兆宏观异常信息收集和灾情信息收集。短信的格式必须按照一定的约定规则发送，信息收集上来可以按照规则解读，分类和入库。这样就可以方便分析预报和应急辅助决策，快速绘制灾情分布图等等。详细的短信格式可参阅本系统的设计方案，由于篇幅较大，这里不做阐述。

通过定义标准的短信格式可以提高系统处理信息的速度和准确度。信息收集主要面对各地方的前兆观测员和灾情速报员，但也同时面向社会公众。因为对于单一事件的评价的准确性必须依赖于大量的统计数据，单依赖这些专业人员明显是不足的，而社会公众是一股不可忽视的庞大力量，广泛收集才能有利于提高其分析的准确性。所以本系统同时也支持任意格式的异常和灾情信息，其分析处理工作由电脑辅助和人工完成。目的是为了增加事件的信息量，提高对事件描述的准确度。

3.2 地震速报信息的地区性快速群发模块

当地震发生后，监测台网会发出速报信息，但发送的对象是固定的，并且没有自动向震区的地震工作人员发送的功能。为了能及时调动震区的地震工作人员，完成诸如灾情收集等工作，速报信息必须快速、及时地发送到个人。

为了能最快地收集灾情信息，生成辅助决策资料，本系统可以实现这一自动化过程。具体的实现步骤如图3。

当地震发生后，台网发出地震速报信息，本系统也会在最短的时间内收到，然后将会自动地从短信中分析出地理关键词，向有关负责人发出区域核实信息，等待负责人回复以确定需群发的区域，当然这一过程也可以由当时的值班人员来人工触发群发。速报短信将迅速地向相应区域的相关地震工作人员发送，以最快的速度收集灾情信息[2]。

3.3 改良的12322应急服务模式

地震发生后，民众往往会出现恐慌，纷纷致电12322和地震局的有关电话，但线路总是有限的，热线座席也是有限的，所以每次地震过后民众总会抱怨没法打通地震局的热线电话，没法及时了解震情；就算打通了电话，人工座席的服务态度又无法一直保持在良好的水平，没有解除到民众心里的忧虑。为了解决这些问题，在线路有限人手有限的情况下最好的方法就是缩短每一次通话的时间，充分利用计算机来完成一些高效的自动化功能，利用短信网关来完成快速反馈的功能，让民众快速了解到诸如否发生了地震、发震地点、震级、等信息。

针对这些问题12322将尝试改变其服务模型，具体流程如图4。

图3 速报信息群发框图Fig.3 SMS group messaging diagram

图4 应急服务框图Fig.4 Emergency service diagram

当地震发生后，应急值班人员会在第一时间收到来自监测台网的速报信息，值班人员将利用手机拨通12322，将12322的服务模式切换为 “应急模式”，并根据速报信息录音。接着值班人员需要通过短信的方式激活本服务，本系统会自动以虚拟人工座席的身份登录12322的服务器，实时截取TCP数据包。

当有电话拨入，本系统也会实时拦截到，然后给用户播放之前录好的录音，根据速报信息的内容，录音的长度一般在1 min左右。录音播放完毕后，系统将立即挂断，然后利用短信网关向用户发送该次地震的速报信息，并提醒用户可以用短信的方式反馈灾情信息[3]。

3.4 业务短信群发模块

平时由于业务的需要经常要向一部分人群发短信息，而使用其他的短信网关常会因为使用不方便、不稳定，群发同一条信息又需要逐个用户来发而烦恼。

12322 的短信网关比较其他的短信网关，它一个CMPP数据包里可携带多达100个接收端手机号码，也就是说发一个CMPP请求包就能将同一条短信发送到100个不同用户，并且支持长短信的发送。同时12322的短信网关由专业机构维护着，其稳定性更是一般的短信猫所不能比的。

本系统支持利用12322短信网关实现短信群发，可发送业务短信和应急通知短信，这样极大地方便了我们的日常工作，给业务工作带来跟多便利。

3.5 远程交互模块

在传统的远程交互式系统开发中往往会考虑GPRS或3G等高速的通讯链路，但如果是简单的触发动作，以短信作为控制指令载体已是完全足够了，并且短信的回复功能同时能够实现状态信息的返回。

而简单的触发动作可以解释为当你需要远程触发某一台网络设备进行某些常规的动作时，或者你需要远程获取某一台网络设备的运行状态时等等。

本系统可以利用12322的短信网关实现这种交互功能。用户可以登录本系统定义自己的短信约定格式，后台服务可以通过本系统提供的开发接口进行连接。其中开发接口分为三种常用的方式：Socket、HTTP和WebService。

（1）Socket：用户可以通过TCP的Socket方式与本系统连接，但基于稳定性和安全性的考虑，不支持UDP连接。

图5 远程交互原理图Fig.5 Remote interactive schematic

（2）HTTP：用户可以通过HTTP的方式与本系统连接，支持Get和Post方法。

（3）WebService：用户可以通过WebService的方式与本系统连接。

其中除HTTP和WebService方式外，Socket方式是可以持久化连接的。可持久化是指客户端主动控制连接的通与断，这样可以有效地避免频繁创建连接，从而减轻网络负担。

三种连接方式都可以支持主动式和被动式连接。主动式连接是指本系统主动去连接用户的服务系统，这种适用于触发的动作；而被动式连接是指本系统等待用户的主动连接，这种适用于状态反馈的动作。

这个功能非常实用，设想在地震发生时的应急状态下，单靠应急人员要在短短几分钟内完成一大堆常规任务是不可能的，经过几次中小型地震的检验也充分证明了这一点。应急人员往往会因为在应急的紧张气氛下而忽略了某些步骤，当地震发生在夜间时又会出现没法及时赶回应急指挥现场等情况。而通过此功能就可以在地震发生的第一时间发送触发短信去开启一系列的自动化动作，例如开启应急指挥大厅的灯光音响和应急评估等等。你也可以在赶回应急指挥现场的途中通过短信快速获取相关的信息以做好充分的准备。

4 信息处理模块

4.1 信息提取

本系统通过定义标准的短信格式来加速系统处理信息的速度和提高准确度。信息收集的对象除了各地方的前兆观测员和灾情速报员，还包括社会的公众。而社会公众是不熟悉我们定义的短信格式的，因此他们发送过来的信息是随性的，本系统必须依赖于人工交互的方式来处理信息，这样处理出来的数据才有准确度可谈。

事实上，人工交互大部分是起着校对的作用，本系统在接收到短信后会最大限度地提取里面的关键字、关键词等信息，先行处理，然后应急人员再定时地校对。

而本系统自动处理信息主要有三种方法：

（1）从文字信息中寻找地名关键词，然后利用Google地图的API，以地名来查询经纬度。

（2）从文字信息中收集数字信息和数字信息前后的词语，判断是时间信息还是量级信息。

（3）尝试利用智能的中文语法分析功能，提取主谓宾信息，将这些信息跟前面定义好的信息进行比对来确定该短信描述的信息。

对于其他的功能模块，同样会记录在数据库中，以作分析。

4.2 基于事件的时空性分组

收集到的前兆和灾情信息，还有各功能子模块的记录信息都具有其时空的特性。例如信息是什么时候发生？什么时候进入数据库？信息采集的地点或IP地址，信息发生的地点等等。

在数据库中的记录是离散的单条记录，而对于一个事件来说，它对应的记录是多条。也就是说同一个事件对应的记录在时间和空间上必然有强耦合性。所以要令这些记录产生实际意义就必须基于事件对按其时与空信息来分组，让用户可以按照事件来查询。

本系统可以自动进行分组，但仍需要人工校对。人工校对的任务由应急值班人员来完成。

5 信息展示模块

图6 地图服务系统结构图Fig.6 Map service system structure plan

本功能模块最重要的技术关键点是丰富而又实用的地图资源和分布图绘制方法，其解决方案如下：

5.1 地图资源

地图资源主要包括两种，一种是网络公用地图源，如Google地图；一种是应急GIS数据库。

（1）现在网络上有很多可公用的地图源，如常用的Google地图和百度地图，还有微软的Bing地图、51地图、图吧和搜狗地图等等，非常丰富。地图的种类上有矢量图、卫星图和地形图，还有一种斜45度的三维地图也非常火。这些比起我们自己花重金辛苦维护的应急GIS数据库有着成本低，资源丰富和更新速度快等优点。

本系统的地图资源来源于先前的 “东莞市地震监测与应急平台”，也就是说已有成品在使用了。其数据源主要来源于Google，在后续的开发中还会增加其它网站的地图源，而地图的浏览器是自主开发的，不依赖于Google API，所以可以实现些Google API不可以，或者说不允许你实现的功能，例如地图数据的本地缓存功能等。

本系统可以在本地缓存网络地图数据，以保证在应急情况下外网不通 （访问Google地图是需要连接因特网的），或者需要使用时访问不到或访问缓慢 （在日常使用当中这种情况的确经常存在）等情况本系统仍然能正常工作，这在应急工作中意义重大。

本地缓存地图数据的工作原理如图6，大体可归纳为两种规则。

当用户发起对某一块地图瓦片 （Tile）请求时，本系统会先在本地缓存中查找相应的瓦片，如果能找到则返回该瓦片给用户。而同时也会到Google的服务器获取该瓦片的最新图像数据，然后覆盖本地相应的瓦片。

当用户发起对某一块地图瓦片请求时，本地缓存中如果没有相应的瓦片，则立刻到Google的服务器获取该瓦片的最新图像数据，然后返回给用户，并同时在本地存储。

这样既能够提高其访问的速度，又能够保证数据永远是最新的。而在外网不通，连不到Google网站时，本地图系统仍然是能正常工作的。以本地缓存的方式灵活、弹性地保证与地图相关的系统，功能稳定。

（2）应急GIS数据库从 “十五”地震应急项目开始，经过坚持不懈的努力已建立起了一套信息量庞大的应急基础数据库，其中包括了人口、经济、重点防护目标、危险源、避难场所和自然灾害危险区分布等点、线、面数据。但由于是属于保密性质，数据一直无法发挥更大的作用。

本系统因考虑到其数据的保密性，故使用嵌入式系统作为本系统跟应急数据库之间的网桥。嵌入式系统将使用uClinux作为操作系统，该操作系统体积小 （像这种应用，系统体积可以控制在1兆左右）且结构清晰，可通过定制来去除Kernel（内核）包中的多余功能，这样编译出来的系统可以是非常干净的。系统上运行独立开发的服务程序。服务程序能实现本系统与应急数据库的网桥代理功能，并能监控和控制系统中打开的TCP通讯端口，以保证数据传输的安全性。同时，服务程序也会将访问记录在存储介质上，例如TF卡、SD卡等，以方便日后检查和分析。

本系统获取应急GIS数据有两种方式，一种是通过HTTP的方式访问ArcIMS，另一种方式是直接从数据库中获取GIS数据。获取到的数据会以复杂的叠加方式与前面提及的网络地图系统整合，以达到最好的显示效果。

5.2 Metaball（元球）

本系统选用Metaball（元球）技术来绘制分布图。Metaball（元球）技术是由Blinn于1982年开发一种适用于建立可变形表面的技术。此技术利用Metaball建立能量场，然后通过标量域的等势面来建立3D模型来表现软体或者隐式曲面。简单的说，就是在空间里布置一些Metaball，每个Metaball都有一个能量场，通常用势函数来表示。设空间里均布着无数个点。在其中某一点，它的能量为每个Metaball对它的势的叠加。然后在空间的所有点找出势能相同的点，就得到一个由这些点组成的曲面。势函数的选择有很多，有指数函数，分段多项式函数等等。二维Metaball的基本公式为:

图7是一个Metaball的直观例子。Metaball曲面实际上是一张等势面。从效果上看，Metaball具有相互靠近到一定距离产生融合变形，再进一步靠近时融合成光滑表面的特性。

基于这个原理，Metaball具有场的概念和可以互相融合的特性，更适合于绘制本系统的相关分布图。有别于传统画法，在画一个影响场时单纯以一个圆圈来表示，多个圆圈叠加就会产生多个明显的夹角，影响美观，也反映不出多个场叠加的真实情况。从图8中可以看出差别：

Metaball的绘制算法实现代码都很简单，也有很多，在Google上搜索能搜到，但本系统使用Flash作为绘图引擎，通过Flash的滤镜功能就能快速实现，更加便捷。

图7 元球融合例子Fig.7 Metaball merge example

图8 传统画法和元球画法对比Fig.8 Contrast of traditional illustration and metaballs illustration

6 结束语

本系统是在12322现有服务模式上的增强型服务系统，主要依赖于12322的短信网关，从近几年的地震应急处置出现的问题中吸取教训，改进了现有的应急服务模式，并提供新的增强型服务。

本系统能达到广泛收集前兆和灾情信息,为震前预报和震后辅助决策、应急救援等工作提供依据和帮助，加上各种实用的交互式服务和统计分析功能，12322将能更好地为地震应急服务，在日常工作中发挥更大的作用。

[1]朱丹，徐敬海.基于短信的时空地震灾情收集与管理[J].测绘科学，2011，36（06）：166、172-174.

[2]许慧鹏.走出 “12322”防震减灾公益服务热线特色之路[J].城市与减灾，2011，05：45-46.

[3]刘瑞瑞，姚兰予，许可，等.逐步推进天津市12322防震减灾公益服务热线实用化、规范化 [J].中国应急救援，2012，01：48-50.

Enhanced 12322 Emergency SMS System

HE Ting1，2，3

（1.Earthquake Administration of Guangdong Province,Guangzhou 510070,China;2.Key Laboratory of Earthquake Monitoring and Disaster Mitigation Technology,CEA，Guangzhou 510070，China;3.Key Laboratory of Guangdong Province Earthquake Early Warning and Safety Diagnosis of Major Projects,Guangzhou 510070,China)

12322 public service platform of Guangdong province earthquake prevention and disaster mitigation was officially opened in 2009.Through testing of several small and mediumsized earthquakes,many disadvantages of the system are exposed,including insufficient utilization of existing resources,capacity shortage of service to technical personnel and the general public. By improving the current service model of the system,more practical services,such as information gathering,SMS group messaging,interactive services and statistical analysis,etc.will be provided, in order to better serve the general public.The SMS system will by then play a more important role in the event of emergencies.

12322；SMS；Information Collection；Interactive Service；Semantic Analysis；Network map Cache；Metaballs

P315.95

A

1001-8662（2012）03-0107-11

2012-03-10

何 霆，男，1982年生，助理工程师，主要从事地震应急软件开发工作. E-mail：78150433@qq.com.