山区峪口山洪灾害预警系统设计

胡风有

【摘要】本文设计一种针对山区峪口游客的山洪灾害预警系统，作为对现有预警系统的一种有效补充。明确了系统预期目标，给出系统总体设计架构，并指出系统实现过程中的关键技术：基站地理映射、群体量化指标生成和预警信息发布。系统测试效果良好，其思路可推广应用于其它公共安全领域。

【关键词】洪灾；预警系统；山区

1、总体目标

依托中国移动、中国联通、中国电信三家运营商采集的手机信令数据，建设基于三大电信运营商手机信令数据的山区峪口山洪灾害短信预警系统，形成山区峪口内危险区人群位置信息、人口空间分布信息的数据，以可视化形式展示相关区域的人员分布状况，为抢险救援提供决策支持，结合现有预警监测系统，将预警信息发布到手机信号覆盖危险区的手机用户，进一步提高山洪灾害信息监测和预警的准确性、时效性及可靠性，保障人民群众生命财产安全，尽量减少山洪灾害损失，争取避免群死群伤事件。

2、山洪灾害预警系统设计

秦岭山区峪口山洪灾害预警系统部署后，能实现指定山区峪口游客分布情况进行监测，同时与现有西安市防汛监测预警系统相结合，以短信形式将山洪灾害预警信息及时发布到山区峪口内游客。预期功能包括：

（1）监测指定山区峪口内游客分布状况

山区峪口山洪灾害预警系统部署后，可以监测指定峪口的人员情况，包括区域内的人员总数，区域内人员空间分布状况，区域内人员流入量，区域内人员流出量等。对于危险程度高且人数众多的危险区，提前重点部署救援力量，而对于无人的危险区，可以不用或少量部署救援力量，优化救援资源分配。

（2） 将山洪灾害预警信息及时传达到危险区人员

山区峪口山洪灾害预警系统，与现有西安市防汛监测预警系统相结合，在信息采集及预报分析决策的基础上，通过确定的预警程序和方式，将预警信息通过手机短信的方式，及时、准确地传送到处于峪口山洪灾害危险区的人员（包括游客和当地居民），使受危险威胁区人员及时采取预防措施，最大限度地减少人员伤亡。在实际操作过程中，预警的区域范围可以比山洪灾害威胁区域要大，尽可能最大程度覆盖威胁区域。

3、关键技术

（1）基站地理映射

基站地理映射配置系统主要功能是配置基站和实际地理位置的映射关系。若从基站角度出发，形成基站映射区域列表，从区域角度出发，形成区域关联基站组。

一个基站可能覆盖多个区域场所，也可能只覆盖一个区域场所，还可能是一个基站的部分覆盖一个区域场所的部分。若从基站的角度出发，可以列出与基站有关的所有区域场所，从而构建基站映射区域场所列表数据库。

具体处理方法是：从运营商提供的基站覆盖信息数据库中，获取基站位置和基站覆盖半径，计算出基站的覆盖范围，将基站覆盖范围映射到地图上的某个范围，得到该范围下的所有场所，形成与该基站对应的场所列表，最终构建基站映射场所列表数据库。查询该基站映射场所列表数据库，输入基站编号，可以得到该基站下所有场所列表。

形成基站映射区域场所列表数据库，其中的序号字段是数据库自动为基站生成的编号，由于有多个运营商的基站信息，所以识别基站需要通过MCC+MNC+LAC+CellID进行唯一性识别。其它字段还包括该基站下覆盖的所有场所名、场所POI属性以及覆盖率，其中覆盖率是指基站覆盖场所的部分占基站全部覆盖范围的比率，通过面积比进行计算，即将基站覆盖区域场所的面积除以基站覆盖全部范围的面积。

（2）群体量化指标生成

手机信令经过数据分析和处理后，可以形成群体量化指标。主要功能是计算区域群体聚集量指标和区域群体流入流出量模型。其中聚集量模型指标的计算又分为区域群体人口总量和区域人口空间分布。区域流入流出量指标的计算又分为区域人口流入量、区域人口流出量和区域人口流入流出平衡度。

群体聚集是指区域内的群体聚集行为，包括单点聚集和多点聚集。单点聚集问题是将单个区域作为研究对象，研究区域内群体人口数量，即区域群体人口总量问题。多点聚集问题是将多个子区域作为研究对象，研究每个子区域内群体人口数量，再将所有子区域组合看作一个整体区域，即是研究整体区域的群体人口空间分布问题。

群体人口总量，以一个区域为研究对象，研究区域内的群体人口数量。群体可以是全部人群，也可以是具有共同属性特征的细分人群。对于全部人群，统计区域关联基站组所有基站的手机用户数，进行累加，即得到区域内全体人群群体人口总量。对于细分人群来说，首先需要通过构建相应算法模型，依据不同人群行为特征，对人群进行划分，统计区域关联基站组的所有基站下该细分人群的手机用户数，进行累加，即得到区域内细分人群群体人口总量。

（3）预警信息发布

预警信息发布系统由预警信息转发子系统和预警信息处理子系統组成。

预警信息转发子系统需要开发独立接口，与现有西安市防汛监测预警系统进行对接，接收蓝色、黄色、橙色和红色四级预警信息，对输入的预警信息进行封装打包，按照统一的格式要求，发布到预警信息处理子系统中。同时，要求系统具备预警信息模板功能，预警信息模板定制功能，方便用户操作，以便在紧急情况下，尽快将预警信息发布。对预警信息发布的所有操作均有记录，并提供统计分析功能，能够显示预警历史记录的统计信息。

预警信息处理子系统，从预警信息转发子系统接收预警消息，对接收到预警消息进行处理，包括：根据区域映射出区域内所有基站（称为区域关联基站组），再通过关联基站组下所有用户列表，获取区域内所有手机用户列表，由于手机ID均为脱敏加密，则需要对加密后的手机ID进行反解码，获取处于该区域内所有手机用户的手机号码。然后，再将收到的预警消息，以短消息的形式发送到区域内所有手机号码。

结束语：

本文设计的系统，其实现难度主要是来自于运营商数据的获取和大数据的处理。目前处于整体测试调试阶段，部分运营商已经完成在秦岭北麓山洪灾害重点峪口，如：沣峪、库峪、涝峪、石砭峪、太平峪、小峪等进行测试，通过算法模型的不断优化，测试效果良好。需要说明的是，本文的设计思路不局限于山洪灾害预警，可以扩展到其它公共安全领域应用，未来将具有较为广阔的应用前景。

参考文献：

[1]马建明，刘昌东，程先云，吴剑.山洪灾害监测预警系统标准化综述[J].中国防汛抗旱.2014（06）

[2] 莫加亮.基于Hadoop技术的电信大数据分析平台的设计分析[J].网络安全技术与应用. 2017（06）

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