(1.
南京工业大学 土木学院 , 江苏 南京 210009; 2. 江苏省地震局 , 江苏 南京 210014; 3. 南京市地震局 , 江苏 南京 210008)
摘 　要 : 灾情快速获取是震后应急的关键 , 研究了一种基于 GIS 和 GSM 的震后灾情快速上报与判定
方法。该方法通过建立灾情速报员网 , 为灾情速报提供基础。从宏观的角度 , 在参考地震烈度表的
基础上 , 实现了对历史灾情的分解和描述 , 建立了简洁的、便于交互的灾情短信代码。阐述了灾情短
信网关的构建方法 , 实现了灾情短信的群发与群收。通过对灾情短信的解析 , 论述了基于 GIS 的灾
情范围的动态绘制与快速判断。最后 , 结合南京市基础地理信息 , 建设了南京市地震灾情速报系统 ,
该系统在实际地震检验中取得了较好的效果。
关键词 : 地震灾害 ; 速报 ; 地震应急 ; 地理信息系统 (GIS)
中图分类号 : P315. 9 　　　　　文献标识码 :A
GIS 2 based quick report and esti mation of earthquake disaster information
XU Jing 2 hai
1
, YAN Yang
1
, DENGMin 2 xian
2
, XU Xu
3
, L IU Wei 2 qing
1
(1. College of Civil Engineering , NanjingUniversity of Technology, 200 North Zhongshan Road, Nanjing 21009, China;
2. SeismologicalBureau of Jiangsu Province, Nanjing 210014, China; 3. Nanjing SeismologicalBureau, Nanjing 210008,China)
Abstract: It is very important for earthquake emergency to quickly acquire disaster information. A GIS and GSM
based earthquake disaster information reporting and estimation method was studied in thispaper. In thismethod, an
earthquake disaster information reporter network was established, which is the foundation of earthquake disaster
quickly reporting. From macroscopical view, description and decomposition of historical disaster information were
realized, and compact and convenient disaster information short message codes were designed. Then, discuss was
placed on earthquake SMS gate establishmentmethod and earthquake disaster information shortmessagesmassively
sending and receiving were realized. Through parsing the disaster shortmessages, GIS based dynamic drawing dis 2
aster range and estimating disaster information were expounded. Finally, using Nanjing fundamental GIS informa 2
tion, Nanjing earthquake disaster quickly reporting system is built, and the system gets good result in a real earth 2
quake application.
Key words: earthquake disaster; quick report; earthquake emergency; geographic information system (GIS)
　　地震发生后快速获取灾情 , 并根据灾情信息快速判定灾害大小 , 是震后应急救灾中一项举足轻重的工
作。然而灾情收集是一项面广量大的工作 , 需要耗费大量的人力与物力。地震灾害信息的采集与地震灾情
快速评估是世界性的科学难题 , 也是目前防震减灾的焦点问题之一。在此方面 , 很多国家都进行了有益的探
索 , 其中以日本和美国较先进
[1 ] 。如美国《地震应急处置规划 》十分重视灾害信息的收集与传递
, 确保了灾
害发生后在最短时间内取得准确的灾害信息和畅通的信息传输通道
[2 ] 。我国也有许多学者对灾情信息的
采集、提取进行了探索和研究 , 如王晓青 , 王龙等对基于 GIS 和数字图像处理技术的震害遥感快速提取与损
失评估进行了研究 , 取得了较好的效果
[3 - 4 ] 。张桂芳
, 等开展了类似的研究 , 为震后快速获取建筑物震害信
息提供了基础
[5 ] 。张景发
, 谢礼立等 , 将灰度特征统计识别或变化检测算法在某些方面作改良 , 来适应高分
辨率震害信息的自动识别
[6 - 7] 。近几年基于高分辨率、多时像、高光谱的遥感技术在震害信息的快速获取
上 , 已成为震害信息获取的一种重要途径
[8 ] 。然而目前实用的灾情信息获取方法
, 一般仍通过现场搜索、调
查后 , 以电话、文件等形式上报 , 这种方式准确性较高 , 但是往往存在严重的滞后性。本文正是试图对此方法
进行改进 , 在 GSM 短消息和 GIS 的支持下 , 快速地获取大致准确的灾情信息。
1 　基于 GSM 和 GIS 灾情速报的工作原理
地震发生后 , 可迅速确定震中位置和强度 , 但是真正的救援队到达灾区却是在几小时甚至几天以后 , 而
这往往是地震救援的最佳时间。基于 GSM 和 GIS 的灾情速报和速判的工作原理是 : 组建一只由灾情速报员
组成的灾情速报队伍 , 形成覆盖某一地区的灾情速报员网。平时对这些灾情速报员进行地震应急 , 灾情知识
等方面的培训。一旦地震发生后 , 系统根据地震台网记录到的震中位置和强度 , 使用地震烈度的理论衰减模
型生成地震模拟影响场。然后采用现代化的通讯技术 , 在 GIS 的二次开发平台上 , 发送短信给位于模拟影响
场 ( 或某行政区 , 如南京市 ) 内的灾情速报员 , 这样这些平时受过培训的速报员们 , 对所在地区的地震灾情按
指定的方式进行简单的描述 , 以短信的形式而将当地的受灾情况快速发送给应急指挥平台。平台根据这些
实时变化的短信数据进行动态分析 , 最终实现灾情信息的动态显示。整个过程比以往的打电话、驱车调查要
省时省力 , 这将为政府部门进行救灾提供快捷和基本可靠的第一手资料。
图 1 　系统结构与工作原理图
Fig. 1 　 System structure and the working principle
为此需要开发专门的地震灾情速报系统 , 其结构与工作流程 , 见图 1 所示。系统分为三层结构 , 包括灾
情分析与显示工作站、灾情短信网关和移动灾情速报员网。移动灾情速报员网具体实现时 , 可依托各市级地
震职能部门 , 建立起以镇为单位的速报员网。灾情速报员经过专业培训后 , 能较准确地按照固定的格式将灾
情短信代码快速上报至应急指挥中心。速报员队伍可分层次建立地震灾情速报员网络 , 如市、县和村等不同
层次的灾情速报员网。灾情短信网关实现灾情速报指令的下达 , 同时接收灾情速报员发送回的灾情信息。
实现应急指挥人员与灾情速报员之间的短信交互 , 包括 : 短信的群发、群收与单独发送和接收等。灾情分析
与显示层实现灾情短信的分析与灾情信息的显示功能。通过开发相应的解析模块从上报的灾情短信中提取
灾情信息 , 并将灾情信息入库形成灾情表 , 然后结合 GIS 平台 , 通过相关的绘制工具 , 开发灾情信息外包线动
态显示模块 , 连接大屏幕 , 即可实现灾情信息的动态显示。
地震灾情速报与速判的实现 , 需要解决三个关键技术 : 统一的灾情上报内容和上报格式 ; 选择合适的
GSM 模块 , 开发相应的短信网关平台 , 实现灾情短信的群发与群收 ; 当收到灾情短信后 , 能实现灾情信息的
提取和动态显示 , 下面将分别对其进行介绍。
2 　灾情短信代码的设计
地震后受灾地区的各类灾情数据量较大 , 类型较多 , 其中还包含不少冗余信息与错误信息 , 这将导致有
效的应急救灾信息无法快速传递。根据地震烈度表设计出适当的地震灾情短信代码 , 将极大的方便灾情速
报员参照上报灾情。
将地震烈度表的内容按指挥人员最需要的信息 , 划分为以下几个大类 , 即 : 震感情况、死伤人口、受伤人
口、房屋损坏、次生灾害以及基础设施破坏等 , 并将破坏程度、数量按照模糊统计的角度分为不同的等级。参
考文献 [9 ] 本文设计的地震灾情短信代码如表 1 所示 , 它从以上六个方面对灾情进行阐述 , 并通过回复相应
的数字来统一传递灾情信息。由于这些灾情短信可在速报系统中以短消息的形式存储 , 因此每条短信的字
数都控制在 70 个字符以内 , 以确保短信无需被分割为若干条。
参考文献 [9 ], 表中数量词的说明为 : 部分 50% 以下 ; 多数 50% ～ 70%; 大量 70% 以上。次生灾情中 , 如
果停水发生的范围在 50% 以下 , 则回复信息 521 表示 ; 停水发生的范围在 50% 以上 , 则回复 522 表示 ; 同理 ,
小范围停电回复消息 531, 大范围停电回复消息 532; 停气和火灾以此类推。
表 1 　地震灾情短信代码一览表
Table 1 　 Earthquake disaster shortmessages codes
类别 震感情况 死亡人口 受伤人口 房屋损坏 次生灾情 基础设施破坏情况
短信内容 无震感 无 无 无损坏 无 通行
回复代码 11 21 31 41 51 61
短信内容 轻微有感 几人 几人 部分损坏
停水
(1 /
小范围 2 / 大范围 )
道路损坏
回复代码 12 22 32 42 52 62
短信内容 有感 十几人 十几人 多数损坏
停电
(1 /
小范围 2 / 大范围 )
道路拥堵
回复代码 13 23 33 43 53 63
短信内容 强烈有感 几十人 几十人
大量损坏并
有部分倒塌
停气
(1 /
小范围 2 / 大范围 )
桥梁损坏
回复代码 14 24 34 44 54 64
短信内容 百人以上 百人以上 多数倒塌
火灾
(1 /
小范围 2 / 大范围 )
桥梁倒塌
回复代码 25 35 45 55 65
3 　灾情短信群发群收动态交互技术
图 2 　灾情短信网关结构图
Fig. 2 　 Structre of disaster shortmessage network gate
　　灾情短信的实现需要采用一定的硬件支持 , 可采用
常用的短信模块 , 如 WaveCOM 等。接着通过构建短信网
关程序 , 实现灾情短信的群发与群收。本文采用分层的
架构 , 设计的短信网关软件结构见图 2 所示 , 其中网络层
和短信服务层是关键。网络层使用 TCP/ IP 协议与其他
机器连接 , 提供相关的短信服务。短信服务层通过短信
池实现短信的群发与群收 , 在使用 GSM 模块作为通信设
备的情况下 , 需要使用 AT 指令来控制 GSM 模块发送和
接收短信
[10 - 11 ] 。目前
GSM 模块硬件商大多已对 AT 指
令进行了封装 , 提供了相对统一的单条短信的发送与接
收接口程序。本文具体论述如何使用这些接口程序 , 实
现灾情短信的群发与群收。下面以短信群发为例说明其
实现方法 , 短信群收的实现方法与此类似。
见图 3 所示 , 通过构造待发送的灾情短信队列 , 管理待群发的灾情短信。接着开启专门的短信发送线程
负责短信的依次发送。这样当需要速报员上报灾情时 , 便启动灾情收集模块自动生成灾情速报命令的群发
短信 , 并通过 TCP/ IP 线程传送到灾情短信网关。这些灾情短信将被提交到短信服务层 , 在短信服务层内
部 , 所需要下达的灾情短信被添加到事先构造好的待发送灾情短信队列。需要注意的是 , 通过 TCP/ IP 将几
百条灾情短信传输到短信网关 , 只需要几十毫秒的时间 , 然而每条灾情短信通过 GSM 模块发送的时间为 6
秒 , 为防止大量的灾情短信短信来不及发送而丢失 , 为此构造了待发送的灾情短信队列实现这些灾情短信的
管理。同时专门开启一个短信发送线程 , 从短信队列获取灾情短信并分别发送。
在测试和运行中发现 , 使用一个 GSM 模块收取一条短信的时间需要 0. 5s 左右 , 而发送一条短信的时间
需要 6s 左右的延迟。这样如果一次速报命令 , 要群发给 100 人 , 则需要 6 × 100 =600s 的时间。因此可采用
多个 GSM 模块 ( 如 10 个 ) 并行工作 , 则发送 100 条短信需要的时间理论上是原来的 1 /10, 可见增加 GSM 模
块数量形成短信池能够增大系统的处理能力 , 提高工作效率。
图 3 　灾情短信的群发原理图
Fig. 3 　 Principle of disaster shortmessagesmassively sending
地震发生后 , 在移动网络没有出现大障碍的时候 , 能够将地震灾情信息通过手机进行速报 , 这将节省大
量时间 , 为震后的救灾提供及时有效的信息。然而如果某一地区所有的灾情速报员都没有上报地震灾害损
失 , 这本身也表明了一种灾情 , 如可能当地的灾情比较严重 , 移动通讯设施大多已被破坏 , 或者灾情速报员本
身也已存在受伤情况 , 此时需要通过其他方式迅速与其取得联系 , 进一步获得准确的受灾情况。
4 　灾情信息的 GIS 动态显示
　　本文将需要收集的灾情信息分为 : 震感情况、死
亡人口、受伤人口、房屋损坏、次生灾情和基础设施破
坏情况。为了在 GIS 中直观的表达这些收集到的灾
情信息 , 本文将不同的灾情信息在 GIS 中采用不同的
图层管理 , 并根据灾情信息的等级分别采用地理要素
表示。采用这种分层表示方法 , 利于使用 GIS 的空间
分析功能 , 如空间叠加、拓扑减等空间操作 , 进一步对
灾情信息进行分析。
同时为了直观表达某种灾情信息下的灾情等级 ,
如震感情况中分为强烈有感、无震感、明显有感和轻
微有感等。需要对不同灾情速报员上报的灾情信息 ,
进行分类提取 , 并将相同等级灾情信息自动组群 , 连
接成封闭的灾情要素信息。
以图 4 为例 , 图中每个黑点为不同的灾情速报
员。首先通过检索查询得到上报“强烈有震 ”灾情的
所有速报员 , 然后利用 GIS 中图形和属性的集中管理
功能得到每个速报员的地理坐标。接着利用点的凸
图 4 　“强烈有感 ”的组群构面
Fig. 4 　 Grouping and composing polygon
of “ earthquake feeling fiercely ”
包算法构建包围这些灾情信息点 ( 速报员 ) 的最小凸多边形 , 最后将构成的灾情凸多边形的边界连续化 , 使
其光滑 , 本文采用了 Bezier 曲线拟合算法。关于构面流程更详细的介绍 , 可参见文献
[12 ] 。
5 　实验系统
应用上面的理论研究成果 , 本文开发了南京市地震灾情速报系统。其中短信网关选择的硬件平台为两
个 WaveCom 短信池 , 一个短信池内含 8 个 GSM 模块 , 另一个短信池内含 4 个 GSM 模块 , 共计 12 个 GSM 模
块。短信网关软件采用 Visual studio. Net 2005 c# 为工具 , 进行集成开发。该短信网关主要通过 TCP/ IP 协
议 , 在局域网内部提供短消息群发与群收服务 , 系统界面与参数设置界面见图 5 所示。
图 5 　短信网关系统界面图
Fig. 5 　 Interface of shortmessage network gate system
灾情分析与显示工作站上开发的灾情速报系统 , 以 ArcGIS Engine 为 GIS 二次开发平台 ,Visual Studio.
Net 2005 C# 为通用开发工具 , 基础地理信息数据包括江苏省 1 ∶ 50000 行政区图层、南京市 1 ∶ 10000 行政区图
层等 , 系统主界面见图 6 所示 , 图 7 为下达速报命令界面。
江苏省地震局下发《关于建立和完善江苏省地震灾情速报网络的通知 》 , 提出了地震灾情速报网络建设
的明确要求 : 地震灾情速报网络按省、市、县 ( 市、区 ) 、乡镇 ( 街道 ) 四级进行建设。每个乡镇 ( 街道 ) 灾情速
报网络人员至少 1 人 , 一般可由民政或科技助理兼任。具备条件的地区、部门地震灾情速报员应尽可能由地
震知识宣传网、地震宏观测报网的人员兼任。根据该要求此次建库的速报员包括南京主城区及周边共 13 个
区县 , 130 多名速报员 , 主要由科技助理兼任。
图 6 　灾情速报系统界面图
Fig. 6 　 Interface of earthquake disaster
information quickly reporting system
图 7 　下达灾情速报命令
Fig. 7 　 Sending disaster information
reportingmessages
灾情速报系统建设完成后 , 南京市地震局通过发文组织 , 举办了灾情速报员培训班 , 对灾情速报员进行了
专门的培训 , 同时对速报系统进行了演练。 2008 年 7 月 6 日 18 点 43 分南京句容县发生 M L 3. 6 级地震 , 系统在
此次震后应急过程中发挥了较好的作用。通过该系统快速基本了解到此次地震造成南京城区、江宁等地“轻微
有感 ” , 南京市其它区县及周边地区“无明显震感 ” , 并很快了解到了本次地震无人员伤亡和无建筑物损坏等灾
情 , 并将有关信息以短信的形式及时的发布给相关的地震应急成员 , 极大的方便了上级领导了解灾情。 2008 -
07 - 24T03: 54 陕西省汉中市宁强县、四川省广元市青川县交界 (N32. 8 ° , E105. 6 ° ) 发生 5. 6 级地震 , 在接到地震
信息后 , 迅速启动本系统 , 约 10 min 后 , 得到此次地震对南京地区基本全面的影响信息。得知南京地区以无震
感为主 , 未造成人员伤亡和财产损失。其中震感情况、人员受伤情况分别见图 8 、图 9 所示 ( 注 : 图中以不同类型
的形状表示不同类型的灾情 , 用不同颜色表示不同程度的灾情 , 颜色越深表示灾情越严重 ) 。
图 8 　震感情况
Fig. 8 　 Earthquake feeling disaster information
图 9 　人员受伤情况
Fig. 9 　 Injured people disaster information
6 　结语与展望
本文研究了基于 GIS 与 GSM 的震后灾情快速上报与判定的方法 , 论述了该方法的工作原理。提出以灾
情速报员为基础的灾情速报方法 , 论述了灾情速报系统建设中的关键技术 , 在分析地震烈度表的基础上 , 设
计了简洁的、便于交互的灾情短信代码。针对灾情短信群发与群收的需要 , 详细介绍了灾情短信网关的构建
方法。通过采用并分层的方法管理灾情信息 , 实现了不同等级灾情信息范围的动态绘制与快速判断。最后
建设了南京市地震灾情速报系统 , 系统在实际地震地震检验中取得了较好的效果。
未来将在灾情短信代码的设计 , 系统与现有地震监测预报系统集成 , 等方面开展进一步研究 , 实现一旦
地震发生后自动触发该系统并启动短信模块进行短信交互。
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