基于ORACLE数据库的地震灾情短信采集系统设计与实现

郑韵　陈琳　王辉山　林岩钊　张树君

摘  要：现场灾情信息是地震现场应急指挥决策的重要依据，为了提升灾情的获取与处理能力，文章设计了一个短信灾情采集与传送系统，迅速、全面对这些信息进行采集与集成是非常重要的。文章通过采集灾情速报员上报的灾情震感短信，基于三大运营商的短信通信接口协议进行数据传输，实现短信息数据的发送和接收，将获取的信息实时传输到后方处理平台，数据库采用Oracle10g大型数据库管理系统，将剔除误报后的信息基于Oracle10g数据库存储，利用空间插值，在震后快速生成地震震感分布图进行展示或打印，可为地震应急救援提供灾情判断和辅助决策支持。

关键词：地震灾情；短信采集；数据库；灾情展示；网络安全

中图分类号：TP311  文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）20-0037-04

Design and Implementation of Earthquake Disaster SMS Acquisition System

Based on ORACLE Database

ZHENG Yun， CHEN Lin， WANG Huishan， LIN Yanzhao， ZHANG Shujun

（Fujian Earthquake Agency， Fuzhou  350003， China）

Abstract： The on-site disaster information is an important basis for on-site earthquake emergency command and decision making. In order to improve the ability of acquiring and processing disaster situations， this paper designed a text message disaster situation collection and transmission system. By collecting the disaster earthquake sensation SMS reported by the disaster situation quick reporter， the data was transmitted based on the SMS communication interface protocol of the three major operators to realize the sending and receiving of short message data. The acquired information is transmitted to the rear processing platform in real time， and the database adopts the Oracle10g large-scale database management system. The information after eliminating the false positives is used in spatial interpolation to quickly generate the earthquake sensation distribution map after the earthquake for display or printing， which can provide disaster judgment and auxiliary decision support for earthquake emergency rescue.on-site disaster information is an important basis for the emergency command and decision of the earthquake scene. It is very important to collect and integrate the information quickly and comprehensively. In this paper， by collecting disaster text messages reported by disaster instant reporters， based on Oracle10g database storage， and using spatial interpolation， earthquake sensation distribution map is quickly generated after the earthquake， which can provide disaster judgment and auxiliary decision support for earthquake emergency rescue.

Keywords： earthquake disaster; SMS collection; database; disaster display; network security

0  引  言

地震速報告诉了我们什么时间，什么地点，发生了多大震级的地震。但对于地震应急救援工作来说，这些信息是远远不够的。以5·12汶川大地震为例，2008年汶川8.0级地震的速报震中是映秀镇，因此震后救援工作是以映秀镇为重心展开，随着救援工作的推进，指挥部发现距离映秀镇约160千米的北川县同样遭到了毁灭性的破坏，震情误判严重延误了北川地区的震后搜救工作。由此不难看出，哪些区域地震灾情更严重，哪些地方急需救援力量的援助这些信息才是震后应急处置工作最迫切的需求[1，2]。

随着移动通信技术的发展及基站覆盖率的不断扩大，基于移动电话的业务应用层出不穷。其中手机短信以它的技术成熟、运行稳定、操作简便、用户广泛，且不受地域、时间的局限，为快速获取地震现场的灾情信息提供了全民参与的基础[3]。通过数字编码形式存在的短信代码将抽象的概念或者现象以一种便于理解和记忆的形式表达和呈现人们所处的客观世界，是一种非常有效的信息载体。地震灾情短信旨在反映地震灾情，将地震灾害信息传递给相关人员，使他们在最短的时间内做出快速高效的响应，从而最大程度上减少或缓解地震所带来的财产损失和人员伤亡。

为了提升灾情的获取与处理能力，本文设计了一个短信灾情采集与传送系统，将人工编辑的短信通过三大通信运营商网络，将获取的信息实时传输到后方处理平台，统一存储到地震应急数据库中，这样指挥部就能快速获取灾区的各种灾情信息。该系统可实现震后5～10分种内发送和接收短信息灾情，根据反馈信息在15分钟内初步给出地震灾情的分布，为后续紧急响应处置工作提供科学依据。

1  系统框架设计

对主动或被动形式上报的短信息灾情信息进行筛选、分类和管理，将过滤后的有效信息与基础地理数据进行联合分析得出地震影响范围、地震受灾程度等专业数据，后续可以与移动终端进行专业GIS信息推送。该系统由中央控制系统和移动终端系统两大子系统组成。

系统设计遵循工程技术标准以及总体设计的技术要求，按照“分层设计、模块构建”的思想进行分系统设计和实现。系统按照多层结构体系进行组织，采用B/S、E/S体系结构相结合的模式，数据层采用空间数据引擎和Oracle关系型数据库进行存储，基础功能层包括基础功能组件与数据访问组件，业务服务层包括短信息灾情收集与传送系统的两个子系统和交互界面、以及与其他应用程序的接口，用户层面向本地和网络的多种用户。总体架构如图1所示。

2  系统数据库

2.1  数据库建设原则

数据库采用Oracle10g大型数据库管理系统，Oracle数据库是一个以关系型和面向对象为中心管理数据的数据库管理软件系统，是基于“客户端/服务器”模式结构。客户端应用程序执行与用户进行交互的活动。其接收用户信息，并向“服务器端”发送请求。服务器系统负责管理数据信息和各种操作数据的活动，主要包括以下四方面的设计：

1）表及索引数据量估算及物理存储参数的设置：表及索引的存储容量估算是根据其记录长度及估算的最大记录数确定的，在容量估算中考虑了数据块的头开销及记录和字段的头开销等。表及索引的initial和next存储一般设为相等，pctincrease设为0。

2）表空间的设计：Oracle数据库的表和索引是透过表空间（tablespace）存储在数据库中的，在设计表空间中，将较大的表和索引单独分配为一个表空间，如果表空间中的对象均是只读对象，可将表空间设置成只读模式，在备份时，只读表空间只需备份一次。增、删、改的对象分成一组，存在对应的表空间中。

3）临时表空间的设计：建在专用的表空间中，供临时数据存储。

4）数据表设计：根据上述的数据库逻辑设计定义划分具体的表和视图、定义外键约束、存储过程、触发器、索引、序列等具体的物理实体。

数据库数据最终是存储在物理磁盘上的，在设计中合理地分配逻辑结构的物理存储地址，这样可以优化物理存储结构，使得读写尽量并行，减少磁盘读写竞争，从而提高效率。通过对物理存储进行精密的计算减少不必要的物理存储结构扩充，从而提高系统利用率。

2.2  短信数据库

短信数据是短信息災情收集与传送子系统数据库中的重要组成部分。此数据库包含了原始短信、解析处理后短信、用户分组、用户资料、地名数据、预制短信内容等数据。数据库设计时参照数据库设计原则、不同数据分表存放并建立索引、序列。

2.3  地震专题数据库

地震专题数据库包含地震专题数据和空间数据，因此建立数据库时，空间数据将通过ArcSDE数据库引擎，同时ArcSDE可以提供空间和非空间数据进行高效率的操作的数据库服务。此数据库包含的数据主要有地震事件数据、震情信息、评估结果（人员伤亡、房屋破外数据）、由短信息生成的灾情分布和影响场等图件数据。

2.4  系统运维数据库

系统运维数据库是此系统运行的基础保障，其包含有系统的运行日志、用户操作记录、用户注册及权限信息。通过此数据库可以控制不同用户的不同权限，方便的进行系统的维护和管理。

3  插值方法

本文采用地统计学中常用的克里格插值方法对采集到的震感信息进行插值。克里格方法假定已获取的采样点相互间的方向及距离反映出某种空间的关联，插值时将已有采样点或设定范围内全部的点，代入函数关系式，便可以计算出未知点的估测值。其函数关系式如下所示：

公式中，Cj为第j个采样值的权重；Z（Sj）则是收集到的第j个采样值；S0为预估点的位置，M为所有采样点的总数。Cj除了与采样点、预估点之间的距离相关，也和采样点自身空间分布方式相关联，也就是说，空间关联需要量化运用。由此看出，权重Cj与采样点、预估点之间的距离，采样点拟合函数，及采样点空间分布方式均相关。权重的赋值要让内插函数达到最优状态，同时使采样点的变量满足最佳的无偏估计。

克里格插值代码如下：

Import arcpy

Fromarcpy.saimport*

Arcpy.env.overwriteoutput= True#覆盖以前的数据

Insample= ‘采集到的震感要素

OutRaster = ‘插值生成的栅格数据

Value_field =‘震感值

Output_cellsize=0.0091116#输出栅格像元尺寸

Kmodel=KrigingModelOrdinary（‘Gaussian， Output_cellsize ）#变异函数选择高斯模型

Output_Kriging = Kriging（Insample，Value_field， Kmodel， Output_cellsize， ‘Variable

12）

4  功能实现

系统运行环境适用于Windows server 2003、Windows xp、Windows 7及以上操作系统，Java环境为JDK1.6及以上（32 bit），数据库使用Oracle10g，应用服务器为Tomcat 6.0，采用的GIS平台为ArcGIS9.2及以上系列产品。

系统主要功能采用组件模式开发，可根据需要灵活组合，确保了功能组件的“松耦合”；采用数据持久化技术，且能够支持多种类型的数据库管理系统；利用成熟的门户技术实现友好的人机交互，人机界面友好，方便普通用户在短时间能熟悉本系统。系统主要包括地震信息发送与接收模块、灾情信息分析处理模块和信息综合展示模块三个功能模块。

信息发送与接收模块：通过地震事件触发，按人员分组或者按号码段向灾情速报员发送灾情收集短信，灾情速报员收到地震邀请短信后只需按要求回复简单的灾情代码[4]。灾情代码共分为四类：

1）无震感。

2）有轻微震感。

3）中等震感。

4）有强烈震感。

灾情代码通俗易懂，回复便捷，能够迅速采集到震区的灾情信息。灾情上报短信接收后进行分类、集中存储和管理。手机接收灾情短信界面，如图2所示。

灾情信息分析处理模块：数据库收到回传的灾情信息后，系统将对信息进行识别和过滤，对明显错误的上报信息进行修正或删除，将剔除误报后的信息利用空间插值生成震感分布图，如图3所示。

信息综合展示模块：展示插值后绘制的灾情分布专题图、统计图，打印灾情专题图，以便指挥部相关人员及时查阅分享。

5  系统网络拓扑

通过建立高速专线实现地震系统与三大通信运营商的广域网接入，采用短信网关加安全接入设备的方式，以12322为统一接入号码[5]，基于三大运营商的短信通信接口协议进行数据传输，实现短信息数据的发送和接收，保证本系统运行的稳定性和可靠性。

在地震发生后需要将灾情信息数据汇总，在数据交换时通过地震专网实现数据的传输。网络之间之内采用标准TCP/IP协议和数据加密技术。各业务部门之间使用千兆宽带网络连接，具備高速的数据传输能力和系统访问运行能力，并基于地震专网实现数据的共享性、时效性。系统由下层至上层汇聚全部短信息数据，数据的传输汇集通过地震专网VPN方式传输，并对数据进行加密，从而保证数据安全。根据用户对系统性能的要求情况，基于提高性能、节约投资成本、充分利用现有资源的思想，短消息灾情收集与传送系统内部的网络拓扑结构如图4所示。

本部署视图中描述了本系统同现有地震系统和三大运营商的关系，系统需要通过现有总线获取来源于其他地震系统的评估结果，通过本系统将地震评估专题图和评估报告推送给相关领导；通过现有总线将本系统采集并解析后的灾情短信息数据推送给其他相关包，实现数据的汇总和展示；系统通过三大运营商接口实现灾情采集人员和社会大众的邀请短信和灾情采集信息的收发。本系统为B/S模式，在客户端对具有权限的用户可以通过浏览器直接访问系统。

系统通过高速专线与中国移动、中国联通、中国电信联网，短信灾情收集与传送系统的通信网络独立成网，与现有的地震行业网、互联网实现逻辑隔离，保证系统的独立性与安全性，通过防火墙等安全设备，分层部署详细的安全策略保护。同时，依托地震局行业网系统，在此基础上通过VPN技术，从而大幅度减少系统建设和运行中长途信道费的投入，并能实现系统独立运行的安全要求。

6  结  论

选择手机短信作为地震灾情获取的重要手段是因为其拥有先天的优越性。虽然破坏性大地震发生后往往会造成通信设施损毁，基站退服，从而中断极灾区的所有通信，但只要有部分的无线基站存活或被修复，就能实现短信服务，并可在第一时间把灾情信息准确快捷地发送出去，这为短信息灾情采集与传送系统获取信息提供了信息来源。通过覆盖全国范围的短信息灾情收集与传送系统，在地震发生后，将能够快速收集并共享第一手的灾情信息，进而快速处理给出灾情评估信息，以便能更好进行灾情发布展示，协助有关部门组织抗震救灾，同时通过与地震专业人员、灾情速报员、志愿者、社会公众等进行互动交流，不仅能进一步获取最新的灾情信息，也可稳定民众情绪，有利于保持社会的稳定。

参考文献：

[1] 王辉山，肖健，郑韵.基于移动终端的地震应急辅助决策系统研究 [J].自然灾害学报，2017，26（5）：30-35.

[2] 郑韵，杨天青，王青平，等.基于MQTT协议的地震专题图自动生成和推送系统的设计与实现 [J].中国地震，2021，37（4）：837-842.

[3] 王琛，章熙海，肖飞，等.基于12322平台的江苏省地震应急灾情速报系统的设计与应用[J].震灾防御技术，2018，13（2）：471-479.

[4] 帅向华，侯建盛，刘钦.基于地震现场离散点灾情报告的灾害空间分析模拟研究 [J].地震地质，2009，31（2）：321-333.

[5] 刘钦，董翔，杨斌.基于移动终端的12322地震灾情上报处理系统设计与实现 [J].震灾防御技术，2015，10（3）：673-681.

作者简介：郑韵（1989—），女，汉族，福建顺昌人，工程师，硕士，研究方向：地震应急技术研究。

收稿日期：2023-04-20