0 引言

地震是人类面临的主要自然灾害之一。突发的破坏性地震会造成建筑物破坏和人员伤亡，带来巨大的经济损失和难以估量的间接损失，也会在一定程度上增加社会的不稳定因素(姜立新等，2003a；帅向华等，2009a)。建立一套高效的地震应急指挥技术系统，能够快速地产出符合本地化需求的地震灾害快速评估报告与辅助决策建议，在地震发生后，为各级政府和应急管理部门进行地震应急指挥决策提供科学可靠的信息服务(姜立新等，2003a；陈文凯等，2020)。国内地震应急指挥技术系统经历了“九五”、“首都圈”、“十五”、“奥运保障”、“十一五”、“十二五”等防震减灾重大项目，建立了相关支撑平台和技术保障系统，应急响应从传统分散型模式转化为集现代计算机、网络通讯、灾害评估与辅助决策等技术为一体的综合性应急体系(姜立新等，2003b；帅向华等，2009a、2009b)。随着防震减灾事业现代化发展进程的推进，对震后灾情信息专报、灾情速报、趋势判定、灾情评估结果、灾情实时动态信息和辅助决策建议等提出了快速、及时、精准化、智能化的更高要求(中国地震局，2019)。因此，提升应急指挥技术系统中核心评估模型的合理性、准确性以及应急信息产出的快速化、智能化十分必要。

传统的应急指挥技术系统需要复杂的软件部署，计算效率和精度较低，使用不便，无法实现远程操作和信息推送等功能。当前，移动终端以其移动性、便携性以及强大的信息处理能力和通讯能力，广泛应用于每一个行业，在地震应急和地震灾害评估方面，应用也十分普遍。郭建兴等(2016)基于Android系统实现了地震应急电子地图应用系统，可远程加载电子地图；王辉山等(2017)通过移动终端开发地震应急辅助决策系统研究，实现远程查询和灾情上报；李东平等(2017)借助手机终端定位分析四川九寨沟7.0级地震人流动态分布，为地震灾害评估提供了依据；娄世平等(2018)基于Android移动终端开发地震现场应急指挥技术系统运维信息管理平台，实现远程信息上报、查询等功能；郑通彦等(2021)构建了面向震后信息服务的自媒体可视化产品，并开发“速报视图自动发布系统”，实现了移动端H5页面的可视化发布。

本文利用京津冀基础地理数据、本地化地震灾害快速评估模型、本地化辅助决策模版和离线快速评估与应急制图等技术，实现支持Web页面与移动端的北京市本地化地震应急工作平台，以期为北京市地震应急指挥决策提供科学高效的信息服务。

1 总体介绍

北京市地震局应急指挥技术系统由“十五”期间“中国数字地震观测网络项目”统一部署建立，系统使用10年以上，服务器等硬件设备已超出服役期，故障频发；系统的基础数据、评估模型、辅助决策报告等内容陈旧，难以满足区域化信息产出需求；系统的总线服务模式也无法实现远程信息推送功能，快速评估报告、辅助决策建议、专题图等应急产品产出受场所、时间限制，信息传递时效性较差，震后快速反应能力弱。因此，建立符合区域特性的地震灾害快速评估与辅助决策系统，并借助移动终端等便携式电子产品实现应急信息自动快速产出和推送，是提高应急指挥技术系统精准化和智能化的重要举措。

1.1 功能需求

北京市地震局应急指挥中心参照国家地震应急指挥调度和通讯保障、灾情快速收集与评估的工作要求和相关标准，结合北京市本地化地震灾害快速评估与辅助决策工作现状，设计支持Web页面与移动端的北京市本地化地震应急工作平台(以下简称“平台”)，平台应具有如下主要功能：

(1) 地震快速触发，在平台界面输入地震参数能实现地震快速评估的触发计算。

(2) 快速评估与辅助决策报告快速产出，平台能在10min内产出快速评估与辅助决策报告。

(3) 应急专题图智能产出，根据相关规范实现专题图的批量制作与输出。

(4) 应急运维管理，平台实现运维日志的填写、上传、统计等运维管理功能。

(5) 应急值班与会议安排，根据实际应用需求实现应急指挥中心值班安排自动生成、调换班和查询功能、会议安排与查询功能、月度工作总结与工作计划等管理功能。

(6) 应急指挥与调度，为方便地震应急远程指挥调度、地震现场与应急指挥中心之间以及不同应急分组之间的信息共享，实现信息推送、信息检索、指挥调度等功能。

(7) 现场通讯功能，可利用移动终端GPS定位现场工作队员实时位置，并实现现场灾情信息上报、远程音视频通话等功能。

(8) 移动终端远程操作，设计开发基于Android操作系统的移动终端平台，通过APP服务接口完成移动终端平台与Web平台的核心业务对接，实现移动终端远程操作功能。

(9) 系统管理，能实现管理员对平台各模块的在线管理，包括修改模型参数、选择报告模版、个性化定制专题图分类、用户管理及权限分配等。

1.2 方法需求

面向京津冀一体化协同防震减灾事业发展需求，平台立足北京，覆盖京津冀地区，应能够更加直观准确地反映京津冀地区的特征，快速准确地产出符合区域特性的灾害快速评估报告、辅助决策建议和应急专题图件。方法需求上主要从以下4个方面考虑：

(1) 京津冀地震应急基础数据融合处理。首先，基于GIS系统，需整合覆盖京津冀区域的基础地理数据，并加入用于数据快速交换和调度的中间数据池，构建北京市本地化地震应急综合数据库系统；其次，需对京津冀地区人口、GDP、土地利用、房屋建筑、生命线工程、不同类型结构房屋造价、设防烈度等社会多元信息基础数据加工整理，生成用于快速评估的人口、建筑物、生命线等1km×1km精度的网格化数据，由此实现二维GIS地图服务及灾害快速评估计算。

(2) 本地化地震灾害快速评估方法。本地化地震灾害快速评估结果是地震应急指挥与辅助决策分析的基础，依据中国地震局工程力学研究所建立的建筑物抗震能力分区分类模型(孙柏涛等，2017)，结合京津冀地区人口、GDP产值、城镇建设用地占比、设防烈度和行政区划5个主要因素，计算得出京津冀地区所有公里格网综合影响系数，将京津冀地区分成1~12类地区，分区分类方法研究思路见图 1；在分区分类基础上，分别利用经验震害矩阵的完善方法、建筑物地震直接经济损失分析模型、生命线工程地震直接经济损失分析模型和人员伤亡模型，得出较为符合京津冀地区的快速评估结果(孙柏涛等，2005；胡少卿等，2007)，即

$ C_{d}=\sum\limits_{i=1}^{n} \gamma_{d i} H_{d i} $

(1)

式中，C_d为某研究区域综合影响因子值；H_di为某研究区域不同影响因素的影响系数；i为影响因素个数；d为某研究区域；γ_di为某研究区域各影响因素的权重，且$\sum\limits_{i=1}^{n} \gamma_{d i}=1$。

(3) 本地化辅助决策建议。辅助决策包括震情灾情的空间模拟和预测、领导决策、指挥调度、救灾行动等一系列应急过程。根据快速评估结果，利用GIS空间分析技术，基于地震对应的位置和时间、震区历史地震、人口数据、经济数据、道路交通、重点目标、救援力量、震后趋势数据等进行综合分析和研判，形成分级分类的本地化地震灾害辅助决策意见库，并基于可定制修改的辅助决策建议模版，实现报告自动产出，基本思路见图 2。

(4) 离线快速评估与应急制图技术。为实现地震灾害损失快速评估与应急制图的效率和稳定性，需实现一种新颖、便捷、实用的快速评估与制图技术，基于离线数据与自主研发的软件模块即可实现地震灾害损失快速评估与专业制图表达。首先，基于完善的分区分类评估模型与计算方法，生成京津冀地区不同烈度下地震灾害损失预评估结果的公里网格数据；其次，基于细节层次模型(LOD)的地图显示原理，制作多级预缓存离线地图数据；在评估计算和制图时，根据烈度衰减模型生成地震影响场，将地震影响场数据与预存储的评估结果数据和离线地图数据进行空间叠加计算，即可得到快速评估结果与应急专题图件；最后，进行地震灾害损失快速评估与专业制图功能的集成开发，实现可视化操作界面或Web调用接口，在本地化应急平台进行部署应用，最终实现快速评估报告与应急专题图的自动生成与输出(谭庆全，2017)，技术原理见图 3。

1.3 总体框架

平台采用Service GIS和面向服务架构(SOA)的理念与方法设计总体构架，建立基于Android移动终端APP的远程应用平台和B/S架构的一站式应用管理平台，实现多场景应急触发、评估计算和结果展示。

平台从整体框架上分为基础设施层、数据资源层、服务层和展示层，如图 4所示。基础设施层为平台提供基础的软硬件设施，包括操作系统、数据库软件、GIS平台、网络和硬件等。数据资源层为平台提供丰富的数据资源，包括基础地理数据、地震专题数据、社会经济数据和公里网格数据等。业务应用层集合了各业务功能模块，用于实现各具体业务功能。服务层提供了一系列标准规范的服务接口，实现业务系统集成与搭建。展示层为用户提供可视化操作界面，包括移动端APP和Web端平台，实现移动远程操作与后台应用管理功能。

2 移动终端平台功能设计与实现

移动终端平台侧重于解决震后远程快速触发、各类应急信息和产品的查看、自动快速推送以及简单的日常应用，设计了日常运维、快速评估、现场应急、应急指挥和学习宝典5个模块，如图 5所示。考虑到网络安全问题，移动端需要通过内网连接服务器，使用公共网络时需采用虚拟专用网络(VPN)实现公共与内部网络的穿越。

2.1 用户角色分类

移动终端平台根据Web端平台对不同角色的分类和权限控制，实现不同用户应用不同功能模块，做到功能明确、职责清晰、管理方便。平台用户分为应急系统管理员、应急运维用户、应急值班用户、指挥长、现场应急人员(包括秘书组、现场灾评组、现场测报组、现场通讯组、现场宣传组和现场保障组)、普通浏览用户及其他临时用户(图 6)。对应移动终端平台功能，应急系统管理员可应用所有模块功能；应急运维用户应用除应急指挥外所有模块功能；应急值班用户应用日常运维和学习宝典模块；指挥长应用评估结果、离线管理、学习宝典模块、实时跟踪、视频联通、应急指挥模块；现场应急人员应用评估结果、离线管理、现场应急模块；普通浏览用户应用评估结果查看及学习宝典模块；临时用户根据需要临时分配功能模块。

2.2 日常运维模块

为便于应急指挥中心值班员随时查看指挥中心会议安排、应急值班和远程办公等简单日常使用，设计了日常运维模块，包括应急值班、会议安排、月度总结。应急值班以日历的形式展示指挥中心每日值班信息，在此模块下实现替班、换班申请和消息处理(图 7(a))。会议安排同样以日历的形式展示每日指挥中心会议安排情况，系统管理员可远程添加、修改，其他用户只可查看会议情况(图 7(b))。

2.3 快速评估模块

快速评估模块作为系统的核心模块，提供远程快速触发、评估结果查看下载和报告离线管理功能。

在系统界面输入地震参数，包括经纬度、震级、长轴方向、震源深度、发生时间、地震名称等，其中经纬度可通过地图定位选择，长轴方向和地震名称可根据相关规范和计算模型由系统自动生成(郁璟贻等，2020)。用户远端提交后，通过调用服务器触发接口，根据选择不同的评估模型和辅助决策建议模版，计算得出相应的评估报告和决策报告(图 8)。同时，系统提供多种模式的地震触发计算选择，如勾选评估结果、辅助决策、专题图件不同模块或各模块相组合的方式进行触发计算，生成不同组合结果(图 9(a))。

评估报告用于展示计算完成的地震报告信息，评估状态分为计算成功、计算中和计算失败。计算成功的地震在评估结果详情查看页面中显示地震基本参数与主要评估结果，并实现报告、专题图件的分享和下载(图 9(b)、9(c))。

2.4 现场应急模块

现场应急模块用于实时跟踪地震应急现场工作队员位置、灾情上报和地震现场视频通讯。地震应急现场工作队员登录移动端APP并开启GPS定位功能，便能在地图上显示所处的地理位置(图 10(a))，便于指挥长及时掌握现场工作队员进展情况。根据现场工作队员沿途调查灾情情况，填写文字和图片等进行灾情信息上报(图 10(b))。按应急工作需求，现场工作队员和指挥长之间、不同现场队员之间均可以申请视频连通，进行更直观的面对面交流。

2.5 应急指挥模块

应急指挥模块为指挥长提供了远端信息推送、信息批示和指挥调度功能。指挥长在信息推送中查看各类推送信息，包括应急产出报告、图件和灾情上报信息等。以灾情上报信息为例，现场应急人员在移动端灾情上报功能中编辑灾情信息或需要领导批示的信息，标注重要程度，提交后信息会自动推送给指挥长，指挥长通过移动端信息批示功能便可进行信息批示(图 11(a)、11(b))。

2.6 学习宝典模块

学习宝典模块集合了防震减灾领域法律法规、技术规范等相关文件以及日常工作经验总结，便于用户随时查看了解相关知识。

3 移动终端平台的应用

设计开发基于Android操作系统的移动终端平台，通过APP服务接口完成移动终端平台与Web平台的核心业务对接，实现移动终端远程操作功能，主要包括远程地震快速触发、灾害快速评估、辅助决策、信息自动推送、应急指挥调度、日常运维管理、综合信息查询等。移动端应急工作平台APP功能主界面如图 12所示。

平台自运行以来，在多次地震应急处置中发挥了重要的应用实效。近年来，京津冀地区地震异常活跃，根据对首都地区地震应急工作的要求，凡是北京地区有感的地震，北京市地震局均启动应急响应。自2019年以来，北京市地震局启动地震应急响应21次(表 1)，在所有地震应急响应过程中，值班员均通过平台第一时间完成了快速评估报告与专题图的产出，为应急处置提供了及时、有效的信息支撑。

2020年5月26日0时54分，北京门头沟发生3.6级地震，北京市地震局启动Ⅰ级响应。因地震发生在深夜，应急技术人员第一时间通过移动终端实现了远程快速触发，平台系统在2min内完成了评估计算、报告和图件的产出(图 13)。应急技术人员查看评估结果后进行人工修正，产出修正版报告和图件，并远程推送给相关应急人员和指挥长。同时，指挥长也通过移动终端远程接收了灾害快速评估和辅助决策报告，迅速进行应急指挥和处置。实践证明，快速评估结果准确度较符合实际，且移动终端应急工作平台的应用大大节省了应急到岗的时间，为地震应急指挥提供了高效、便捷的信息服务。

4 结语

基于Android移动终端的北京市本地化地震应急工作平台具有丰富的功能模块，为不同用户提供了直观便捷的业务操作，在地震应急快速响应、应急产品快速产出、应急信息快速推送、应急指挥、日常运维等方面发挥了积极的作用，为科学、高效地开展应急处置工作提供了强有力的保障。

北京市本地化地震应急工作平台充分考虑区域特性和信息推送效率，为地震应急指挥提供丰富的理论基础和实践经验。平台投入使用2年多来运行平稳，无论是在日常运维还是地震应急快速响应中，均取得良好的应用效果。但平台的个别功能尚不完善，需在今后的工作中进一步升级开发，基础地理数据库需不断更新升级，本地化快速评估模型的准确性等也仍需在实践应用中不断调整改进。