张玮，马瑞良，黄震宇，叶子铭
（1.江西省气象局江西省气象灾害应急预警中心，江西 南昌 330096；
2.北京辰安科技股份有限公司应急管理BG，北京 100094）
江西省是我国自然灾害发生频率最高的省份之一，几乎每年都会发生山体滑坡、洪涝、泥石流，给人民的生命和财产造成了重大的损失。如果在突发事件来临之前，预警信息发布不及时或者是传输不顺畅，将会导致应急行动迟缓，从而造成巨大损失。因此，建立统一有效的社会突发事件监测预警以及信息公开发布管理系统十分必要[1]。
文献[2]设计了基于人流密度的突发事件预警信息发布系统，根据人流密度将预警区域划分为不同的优先级，但是无法克服密集人流带来的复杂问题。文献[3]设计了基于微服务架构的突发事件预警辅助决策系统，不能对数据进行采集，也无法实现GIS 的制图功能。WebGIS 能够跨平台运行，用户通过普通浏览器就可以接收数据，提高了数据的共享程度。为此，设计了基于WebGIS 的突发事件预警信息发布系统，分别从硬件和软件方面对系统进行了实现。
1.1 信息采集模块
信息采集模块的作用是采集突发事件预警信息，采用的微处理器为美国Cygnal 公司生产的C8051F040 芯片，C8051F040 芯片内部CAN 结构如图1 所示。
图1 C8051F040芯片内部CAN结构
根据图1 可知，C8051F040 芯片能够将CIP-51内核兼容在一起，通过CAN 控制器完成接收和滤波处理。C8051F040 芯片将混合信号集成，提高了信息处理的速度[4-5]。芯片的吞吐量最高能达到25 MIPS，配有8051-高兼容CIP-51 内核，64 kB 系统内核和可编程高速闪存，其外部采用I/O 接口，片内有一个可编程的16 位定时器函数阵列，能够完成突发事件预警信息的实时采集。
A/D 转换器的型号为ADC0809，转换器有8 个通道。ADC0809 工作原理如图2 所示。
图2 ADC0809工作原理
根据图2 可知，ADC0809 内部含有8 位A/D 转换器，通过8 路多路开关，完成各个逻辑控制，内部的CMOS 组件采用逐次逼近法，确保信息能够顺利转换，精度提高到1/2 LSB[6-7]。当需要采集多路预警信息时，信息首先到达调理电路，经过滤波器和A/D 转换器，最后输入C8051F040 芯片，计算出预警信息参数后，由DSP 对信号进行处理，DSP 处理后的信息随后会被传入存储模块。
1.2 存储模块
存储模块用于存放采集到的突发事件预警信息数据，该文选用的存储芯片为C8051 芯片，C8051 芯片内已有4 352 B 的RAM，但无法满足存储需求。因此，利用片外引脚对其进行扩展，C8051 内部自带的64 kB 存储容量可用于程序存储，所以只需要扩展数据存储器[8]。数据存储器结构如图3 所示。
图3 数据存储器结构
根据图3 可知，数据存储器主要由数据服务器、PIC 接口、FPGA、上位机和相关板组成，AD 接口与FPGA 连接，完成信号控制。数据存储器内部数据为静态数据，各个字节数据分别存放在单独的存储单元中。若要存储多个字节数据，则需要用到多个存储单元。
1.3 信息传输模块
信息传输模块的作用是实现突发事件预警信息的传输。信息传输芯片使用的是Intel 公司生产的LXT971A 芯片，该芯片完全符合IEEE 标准，支持10M 或100M 基带传输，具有64 个引脚。芯片的接口采用MIIM，通过此接口使芯片与以太网控制器相互连接，连接方式如图4 所示。
图4 LXT971A芯片与以太网控制器接口连接
根据图4 可知，LXT971A 芯片与控制器接口通过15 次连接，在信息传输过程中，信息先经过芯片，然后按照传输协议传输至以太网控制器[9-10]。反之，当以太网需要向芯片传输数据时，将按照模拟程序进行传输，IEEE 802.3 中对以太网控制芯片做出了规定：所有芯片Mac 都必须采取半双工方式，半双工方式指的是在某一个特定时刻，芯片内数据的接收和传送不能同时进行，需要分别运作。
根据江西省突发事件预警信息发布平台系统总体功能，系统主要建设内容包括数据交换程序、数据整合程序、预警信息发布程序、发布渠道管理程序、监控管理程序、发布效果评估程序、辅助决策程序和综合管理程序八大子程序[11]。系统界面如图5 所示。
根据图5可知，不同的软件程序负责不同的工作。
图5 基于WebGIS的突发事件预警信息发布系统软件界面
2.1 数据交换程序
数据交换程序是为了使突发事件预警信息能够在多部门之间实现交换共享。由于突发事件预警数据常常涉及多个区域和来源，因此数据复杂[12]。利用数据交换程序筛选数据，实现信息交换。
2.2 数据整合程序
数据整合程序能将突发事件预警数据与山洪程序、预警程序等整合，通过程序一键式发布气象预警信息。利用WebGIS 整合技术，从物理和逻辑两个方面对异构数据进行了整合[13]。
2.3 预警信息发布程序
该文利用WebGIS 技术，建立了江西省突发事件预警信息发布程序。在实际应用过程中，将实时的城市突发事件预警信息发布到各手机客户端，促进预警信息共享，为预防突发事件提供科学有效的决策依据[14-15]。
2.4 发布渠道管理程序
发布渠道管理程序能够实现发布与研判分析，服务多部门共享共用，与已建的群测群防体系等基层防灾减灾网络对接，提供预警信息服务支撑，实现与各级政府及相关部门预警信息发布和防灾减灾服务的对接，扩大预警覆盖面，提高预警联动成效。
2.5 监控管理程序
监控管理程序页面基于WebGIS 框架构建，以表格形式显示各区域近24 小时内发布的突发事件预警信息，并用柱状图对各区域信息发布量进行实时统计[16]。
2.6 发布效果评估程序
发布效果评估程序能够提升预警信息发布程序的整体水平，评估预警信息发布后达到的实际效果。发布效果评估指标为发布信息协方差、线性拟合程度和显著性差异，协方差计算公式为：
其中，Sab为统计变量a、b的协方差，n为样本个数，ai和bi分别代表地区A 和地区B 的预警信息发布数目，分别代表ai和bi的平均值。对发布信息进行线性拟合，线性检验计算公式为：
其中，α表示常数，k表示比例系数。显著性检验计算公式为：
其中，T为显著性差异，r为相关系数。预警发布效果评估程序的主要作用是采集各种反馈信息，根据反馈信息，结合WebGIS 技术，将预警信息发布程序与城市地理信息程序相联合。评估程序可以对预警信息发布的实时性、覆盖面积和舆情等进行综合的分析和评估。
2.7 辅助决策程序
为了使用户可以清楚地了解潜在的突发事件对社会经济和群众可能造成的损害，该程序利用WebGIS 叠加分析预报的易发高风险突发事件与土地利用、居民地和社会经济数据，生成突发事件易发区专题地图，为防御突发事件提供决策服务。
2.8 综合管理程序
综合管理程序能够对各类用户数据进行综合管理、查询和实时显示。用户能在个人电脑桌面上，通过IE 浏览器查看本市范围内突发事件的预警信息，程序还具备自动发出报警信息的机制，一旦现场发生突发事件，程序将自动发出报警信号，并同时将报警信息发送到相关工作人员的手机上。
为了验证所提方法的有效性，进行了实验研究，实验过程参数如下：工作电压为220 V，工作电流为100 A，工作频率为120 Hz，操作系统为Windows 10，操作次数为10次。对原始数据进行筛选，通过调度、监控将得到的电力数据整合。设置的实验环境如图6 所示。
图6 实验环境
观察图6 可知，该文实验包含Web 服务器、数据库服务器和前置服务器，其配合实时监控和其他应用分析，以保证实验顺利运行。
分别采用所提系统、文献[2]系统和文献[3]系统进行对比，得到响应时间实验结果，如表1 所示。
根据表1 可知，文献[2]系统响应时间在3 s左右，文献[3]系统响应时间超过3 s，而所提系统响应时间均低于0.25 s。由此可知，所提系统响应时间小于文献[2]和文献[3]系统。因为所提系统在整合过程中，屏蔽了各个异构数据之间的差异，对资源进行了集中整合，建立相互联系，整合后的数据具有WebGIS程序的共享特性，有利于程序高效运行，发挥更高的效率。预警准确率实验结果如表2 所示。
表1 响应时间实验结果
表2 预警准确率实验结果
根据表2 可知，文献[2]系统平均预警准确率为85.46%，文献[3]系统平均预警准确率为76.18%，而所提系统平均预警准确率为99.12%。由此可知，所提系统预警准确率高于文献[2]和文献[3]系统。因为所提系统基于WebGIS 的程序，运行速度快，能够满足巨大人数的访问需求，解决突发事件预警信息发布遇到的问题。
该文设计了基于WebGIS 的突发事件预警信息发布系统。通过系统硬件和软件部分，利用WebGIS技术，实现突发事件预警信息多平台共享，有效缩短响应时间，提高预警信息准确率。然而，该文未探究程序在突发事件发生时的实际情况，这将在之后工作中进一步探究。
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