地震现场工作队实时状态可视化系统设计与实现

张原硕，曹彦波，张方浩，李兆隆，杜浩国，吕佳丽

（云南省地震局, 昆明 650224）

0 引言

地震现场工作队快速出队赶赴灾区开展现场调查、烈度评定等工作，能够为生命救援、紧急抢险、灾民转移安置、次生灾害隐患排查、恢复重建等工作提供科学依据[1-2]。现阶段，在破坏性地震发生后，地震现场工作队主要通过抽调中国地震局各研究所或省地震局的相关专业人员临时组成。根据地震应急响应级别的不同，多则几百人，少则几十人。随着中国“多灾种，大应急、大减灾”应急管理体系建设不断推进，地震现场工作的信息化建设也提上日程。近年，地震系统内很多单位利用智能手机强大的处理能力，开发了多种便于灾情收集、烈度调查、损失评估的手机APP 软件，有力提高了现场工作的信息化水平。但在地震现场派出车辆、出队人员、携带物资设备等应急管理资源的信息化协同共享上仍有不足。往往存在出队人员不清楚、车辆位置不了解、携带物资装备不明确、指挥调度不通畅等情况。

利用GPS 全球定位系统、无线通信技术、GIS 地理信息技术、物联网、网络应用技术等前瞻性技术，获取车辆状态监控、物资设备调度等信息，在很多行业已经有非常成熟的应用。国内许多学者也在地震现场应急指挥、车辆监控、物资人员管理等信息化管理方面做了大量研究。其中，李兆隆等介绍了云南地震后方应急指挥技术软件的系统设计和功能实现[3]，张方浩等对云南地震现场应急指挥技术系统的发展现状进行了分析和概述[4]；胡吉明等提出了一种基于GMS 网络实现移动车辆监控的方案[5]，程起敏等和黄华兵等基于Internet 的车辆监控系统关键技术进行了介绍[6-7]，马莹等和路尧探索了物联网和二维码技术在地震现场资源调度管理方面的应用[8-9]，张巧莲基于WebGIS 实现了对移动车辆的目标跟踪、定位、展示等功能[10]；刘晓丹等介绍了河北省地震局地震现场物资库的信息化建设[11]。在以上研究成果的基础上，建立地震现场工作队实时状态可视化系统，及时获取车辆状态、人员出队、携带设备等情况，保证地震现场震害调查、烈度评定等工作的高效开展，是进一步完善地震现场应急响应工作体系发展的要求，也是提升新时代地震应急管理水平的有效途径。

本文详细介绍了云南省地震局地震现场工作队实时状态可视化系统的系统设计结构、主要实现功能和在2021 年漾濞6.4 级地震现场工作中的实际应用情况，就系统目前取得的成效和存在的不足进行了总结和讨论。

1 系统设计

系统以云南省地震局震后开展应急响应，派出现场工作队的实际需求为基础，分析了系统应具备的业务能力，明确系统设计是利用4G/5G 网络对地震现场工作队出队车辆实时状态、人员出队、携带装备信息进行实时获取反馈，并通过可视化页面实现指挥中心对出队状态的实时监控展示。同时，需要与现应急指挥中心视频会议系统有效集成，实现前后方音视频信息实时回传，满足指挥中心对应急响应调度部署的需求。立足系统功能的完整性，同时结合当前信息化发展趋势，充分借鉴业界成熟的商业平台和工具对地震现场工作队实时状态可视化系统进行了设计，系统整体结构主要分为3 个子系统，分别是数据采集回传子系统、信息储存管理子系统、信息可视化展现子系统（图1）。

图1 地震现场工作队实时状态可视化系统整体设计结构Fig.1 Overall design structure of the real-time state visualization system of the earthquake field work team

信息采集回传子系统。通过开发实时位置状态标识软件和采用视频会议软硬终端融合服务来实现子系统功能。实时位置状态标识软件是一款基于Android 平台定制开发的APP，Android 操作系统平台具有免费、开源、适配机型多等优势，确保了该APP 具备良好的可移植性和可扩展性。其通过利用智能移动终端自带的功能组件（定位、拍照、摄像、移动网络接入等）实现对车辆状态（位置、方向、速度）、出队人员、携带设备等信息的采集，利用4G/5G 通信网络把相关数据上报至服务端。视频会议软硬终端融合服务为了保障与现应急指挥中心视频会议系统的无缝连接，采用UCS 融合通讯平台技术将移动终端的通信网络信息和后方指挥中心的计算机网络信息进行统一处理，实现在4G/5G 通信网络下向后方指挥部通过电话、网络会议等方式报告现场情况。

信息储存管理子系统。基于Visual Studio 平台环境进行系统开发，采用Windows server 2012R2 服务器系统和SQLserver 2016 数据库平台，实现系统运行、基本信息、历史地震出队等数据的记录和储存。采用界面友好、操作性强、交互性好、运行稳定、安全可靠的B/S 架构搭建系统信息管理页面，通过设计相关服务接口，实现对整个系统的数据管理和在线查询功能。

信息可视化展现子系统。采用阿里巴巴公司开发的基于业务数据和地理信息融合的大数据可视化DataV 平台[12]，利用其丰富的场景模版、图标组件，通过调用高德地图API 接口，结合以往大屏展示设计经验，界面选用深色调为主，采用框架式分割的版式设计，实现车辆状态的地图位置实时标识，出队人员、携带设备信息的实时显示。

2 功能与实现

根据使用系统场景分析，在现场工作队出发前、出发时、出发后系统应具备的主要功能如表1 所示。

表1 系统主体功能列表Table 1 Main function list of the system

现场工作队出发前，通过后方数据管理平台，运维人员可以录入和更新现场工作队车辆、人员、设备等基本信息，对历史地震事件出队情况进行在线查询。

现场工作队出发时，车载移动终端通过安装的定制APP 生成密钥，与出队车辆车牌号进行标识绑定，完成出队车辆认证；出队人员通过自身手机登陆身份验证网页，采用手机号验证方式，完成个人身份信息验证；车载移动终端通过扫描出队人员和设备的独立二维码，完成人员登车和设备装载记录。实现出队车辆、人员登载、设备装卸等信息的验证更新。

现场工作队出发后，定制APP 通过调用车载移动终端自带的定位组件，接受GPS 卫星定位信号，解算记录当前出队车辆的实时位置和状态信息；通过调用车载移动终端自带的二维码识别功能，记录更新携带设备、出队人员的信息；通过调用车载移动终端自带的4G/5G 网络接入功能，将记录的信息回传至后方指挥中心。后方指挥中心通过对记录信息的整理解析，得到包括车辆经纬度、时间、速度、方向、轨迹、携带设备、出队人员等信息并在数据库中进行更新和储存。而可视化页面则通过读取后方指挥中心数据库信息，实现实时更新。同时，车载移动终端利用后方指挥中心部署MCU 设备终端，通过公网注册方式获取融合通讯服务的短号地址，通过拨打短号方式连接到MCU 设备，与内网MCU 会议组成网络视频会议，实现前后方音视频信息的即时通讯。

为综合实现现场工作队车辆、队员、物资、设备实时状态信息实时监控及展示，同时利用移动网络实时和后方指挥部开展音视频信息交流的系统设计目标，按照系统整体设计结构，确定系统功能流程（图2）。

图2 地震现场工作队实时状态可视化系统功能流程Fig.2 Functional flow of the real-time state visualization system of the earthquake field work team

3 应用实例

2021 年5 月21 日21 时21 分，云南省漾濞县发生6.4 级地震，云南省地震局迅速启动应急响应，派出44 人现场工作队员，携带相关仪器设备22 台赶赴灾区。现场工作队出队实时状态系统在本次地震中得到了实际应用，为地震系统快速出队、高效开展震害调查和烈度评定等现场工作提供了有力支持。

在地震发生前系统常规运行阶段，提前做好了现场工作队队员、设备、车辆等基础信息的数据库录入和运维（图3）。有效提高了地震现场工作队在人力物力资源的信息化管理水平。

图3 设备信息管理界面Fig.3 Device information management interface

在地震发生后的2 个小时内，现场工作队准备出发，车载移动终端通过定制APP 与出队车辆的唯一编号进行绑定。现场工作队队员登陆固定网页输入手机号获取验证码完成身份验证，并得到自身二维码。定制APP 通过扫描队员和设备二维码，在10 分钟内完成了人员登车、设备装载记录（图4）。相较之前在出队后再次通过电话或微信确认人员登车和设备装载情况的粗放管理模式，系统的应用提高了工作效率，节省了应急工作人员的时间精力。

图4 人员登车、设备装载记录Fig.4 Records of personnel boarding and equipment loading

5 月21 日23 时10 分，现场工作队出发赶赴灾区，通过后方数据管理平台建立漾濞6.4 级地震响应事件（图5a）。车载移动终端通过定制APP 开启定位功能，实时回传车辆状态信息（图5b）。后方指挥部利用该系统可视化展示页面，通过指挥中心大屏实时掌握到各出队车辆位置、车速、行驶轨迹等情况（图5c），为地震现场工作的提前安排和谋划提供了便利，实现了出队阶段的信息化管理。

图5 队伍实时可视化展示Fig.5 Visualization of the real-time team information

5 月22 日4 时到达灾区后，现场工作队立即搭建现场指挥部，调查人员按照任务分工迅速开展现场震害调查和烈度评定工作，通过系统可以直观地展示各出队车辆当前调查位置（图6a）。在现场调查工作期间，队员可通过移动终端视频会议APP，拨打预先设置的会议短号连接至云南省地震局地震应急指挥大厅的内网MCU 设备，开展音视频交流（图6b），及时反馈现场震害情况（图6c、图6d），提高了地震现场调查工作阶段的信息化能力。

图6 现场震害调查实时展示Fig.6 Real-time display of on-site earthquake damage investigation

4 结论和讨论

系统在云南省地震局漾濞6.4 级地震现场应急处置工作中为地震系统前后方指挥中心搭建了更加优质的信息化通道，实现了前后方协同指挥、综合调度的信息交互需求，弥补了以往现场工作队出队后派出车辆、出队人员、携带设备等信息沟通不畅、车辆实时位置等信息不明的问题，提升了现场工作队车辆、装备、人员的信息化管理水平，其主要有利因素如下：

1）此次地震震级虽大，但对通信基础设施的破坏较轻，整个灾区无线网络基本没有中断。

2）此次地震有前震，加之云南地震预警系统提前示警，居民恐慌情绪得到很大缓解，没有出现网路堵塞情况。

3）中国应急管理体系在逐步有序完善，通信设施应急保通能力有较大的提升，地震后快速恢复了灾区通信条件。但若遭遇到重大地震灾害，位于震中区域的通信基站很容易受到损毁，单纯依靠4G/5G 无线通信网络搭建的本系统可用性就会降低，下一步的完善方向是融合卫星网络实现系统功能，进一步提升系统的操作空间。