地震灾害事件库依照全数据的设计理念,采用树状设计原则,以一次地震灾害事件作为“树”的主干,将事件相关的全部数据资料分类后作为“树”的枝干,具体的资料信息作为“树”的枝叶,应用动态管理规则,可以对数据结构和类别进行自由添加、删除、修改。如图2所示,目前地震灾害事件库暂时划分了22个子数据库,收集整理所有跟地震灾害事件相关的数据资料,包括文献、书籍、视频、图片、文本信息、网络资源等,用于统计分析和科学研究。

数据是研究的基础,以汶川地震为例,地震发生后,众多学者、科研人员以此为研究基础,产生了大量的研究成果。据不完全统计,目前国内已经发表的汶川地震相关科技论文在27000篇以上,正式出版的书籍超过了3000本,相关网络报道、视频、图片等资源更加繁多。本文提出的地震灾害事件库力求将一次地震灾害事件相关的资源尽可能实现全面收集汇总,并且重新分类,不仅有助于进一步的数据挖掘和分析利用,也从根本上解决了研究工作中缺少翔实数据的困扰。

图2 地震灾害事件库
Fig.2 Earthquake disaster event database

许多少、弱震地区的救援队员或从事地震救援领域研究工作的学者,均没有过地震现场的亲身经历。破坏性地震发生后,建筑物倒塌的形式千差万别。开展的救援工作往往都是在废墟中临时形成的狭小空间内进行,而这些空间只具备暂时的相对稳定性。地震废墟救援图库就是通过收集和整理此类地震现场救援照片,并辅以详细的资料信息,一方面让救援队员更清晰、直观地了解地震废墟的结构形式、倒塌模式,另一方面也能使没有地震现场经历的救援队员对地震废墟有更加客观深刻的认识。

在地震救援工作中,经验十分重要,尤其是少、弱震的地区更加缺少该领域的专家。地震废墟救援案例库通过积累国内外成功的地震救援案例,为救援队员提供充足的经验知识。成功救援案例的积累也有助于今后在地震救援指挥、人员调度与分配中提供参考依据。

建筑物倒塌视频能够给救援队员最为真实、直观的视觉体验,使其能感受到地震中建筑破坏、倒塌的全过程。建筑物倒塌视频库主要包括两类视频,一类是真实地震发生时抓拍到的建筑物破坏视频,另一类是电影、动画中模拟的建筑倒塌视频。

国内外救援领域文献资料众多,对于地震救援工作的发展有着指导意义和参考价值。救援专业文献库收集整理国内外全部救援相关文献,并重新分组归类,便于用户的查询、检索和下载。

救援设备种类繁多,救援设备库将其划分为7个子库:针检设备、营救设备、动力照明设备、通讯设备、医疗设备、后勤保障设备和救援车辆,为救援队员提供详细的设备介绍,包括设备图片、型号、使用条件、技术参数、用途等。

建立地震救援仿真模型库,存储虚拟地震灾害三维场景、地震废墟仿真模型、地震救援设备仿真模型等,让救援队员能够更为形象、逼真地体会到地震废墟救援现场场景。

破坏性地震发生后,大量的建筑物破坏和倒塌是造成人员伤亡的主要原因。因此,地震救援工作中的核心任务就是解救压埋在建筑物废墟中的幸存者,而地震救援人员普遍对建筑结构本身知识掌握较少。该数据库通过存储大量建筑物基础数据,让救援队员了解建筑物结构属性,提高救援效率。建筑物基础数据库包括:常用建筑材料密度库、常用屋顶材料重量库、建筑工程常用钢筋重量库、普通住宅混凝土用量库、普通住宅钢用量库、钢材理论重量计算模型库等。基于以上数据库,救援队员可以直接或通过估算的方式得出压埋幸存者的建筑物废墟材料重量,进而采取最行之有效的方式开展救援。

地震废墟救援数据库管理平台设有系统管理员、单位管理员、救援队员、救援专家、普通用户5种不同角色。通过Internet注册成为系统用户则可以使用地震废墟救援数据库管理平台。按照用户角色不同,系统分配了不同的用户使用权限,并采用了分级管理模式。

(1)系统管理员:负责审核和管理地震废墟救援数据库管理平台中的每一位注册用户,为其分配使用权限。审查和维护系统内的数据资料,保证其质量和安全。

(2)单位管理员:负责管理和维护本单位的用户和数据资料。

(3)救援队员:管理个人的数据资料和查阅其他用户共享的资源。

(4)救援专家:协助系统管理员和单位管理员对数据资料的科学性和可用性进行审查,并定期上传个人专业指导材料。

(5)普通用户:作为从事地震救援领域研究或管理的非地震救援队员或兴趣爱好者,也可以成为系统的普通用户,进行数据资源的交互共享。

数据的维护与质量控制是地震废墟救援数据库管理平台的核心,优质的数据资源和科学的管理流程是保证系统稳定运行和用户乐于应用的基础。系统采用“上传—审核—入库—应用”的原则,在保证数据质量与可用性的同时,确保其安全性,保证每位用户个人资源在未经许可的情况下不会被擅自盗用。图4为数据管理流程图。

图4 数据管理流程图
Fig.4 The flow chart of data management

地震废墟救援数据库管理平台中的数据库采用统一的格式标准及动态管理的模式,允许系统管理员或单位管理员根据实际需求自定义数据模版,每位用户依据模板完成资料信息的上传入库。

(2)数据审核

用户完成资料上传后,会将全部数据交由单位管理员和系统管理员,由管理员负责对数据的真实性、科学性、实用性进行审核,专业性较强的数据资料,管理员可以请救援专家辅助审核,审核通过的数据资料才能进入系统后台的数据库中。

(3)数据应用权限许可

上传到系统中的数据资料被分为3大类:可浏览数据、可下载数据和不公开数据。每位用户在上传资料时,可以选择浏览权限和下载权限,并能够选择对其开放的用户,可以按照用户角色、用户单位和用户个人来分别进行选择。当某位用户对某一资料感兴趣,而此项资料并没有对全部用户开放时,可以向资料的上传者提出申请,经过同意后,可以获得浏览或下载权限。

(4)数据安全与保密

为了有效保护地震废墟救援数据库管理平台中的数据资料,系统采用了三级安全访问控制技术,如图5所示。系统首先对用户的身份进行验证,只有经过数据库授权和验证的用户才能够进入系统,防止对系统的非授权访问; 其次,当已进入系统的用户要进行数据查看和应用时,会进行存取控制合法性检查,检查该用户是否有资格访问这些数据对象,具有哪些访问权限,防止没有权限的用户应用数据; 最后,对于保密性要求较高的数据,还会应用数据加密技术,将原始数据转化为密文保存在数据库中,应用时经过解密过程提供给用户使用(徐龙琴等,2009)。

图5 三级安全访问控制
Fig.5 Three level security access control

数据资料推荐功能是地震废墟救援数据库管理平台在积累大量数据的基础上,由系统后台数据库根据用户请求,采用聚类算法和关联规则自动计算产生的数据分析比对成果,为每位用户在数据检索时提供相似资料推荐。

图6 数据资料自动关联推荐流程图
Fig.6 Flow chart of recommended data

如图6所示,地震废墟救援数据库管理平台在用户进行资料检索时,系统后台首先应用关联规则,将与用户检索关键词相近的数据全部关联出来,并自动进行分类整理,应用聚类算法,将具有较大相似性的资料划分为一个子集,而子集之间的资料相似性则较小。当用户选择某一项数据时,系统会将此数据子集中的其他数据作为推荐提交给用户进行参考(吉雍慧,2008)。

考虑到地震救援领域涵盖面较广,为了实现“全数据”的设计理念,笔者在地震废墟救援数据库管理平台研发的过程中(雷秋霞等,2011),实现了动态数据库设计的功能,即在现有数据库分类不能够满足全部用户的需求时,可以通过新增数据库的形式,完成一个全新数据库的设计,流程如图7所示。

图7 数据库自定义流程图
Fig.7 Database custom flow chart

地震废墟救援数据库管理平台的核心功能是数据的积累与共享。破坏性地震发生后,大量地震现场数据都保存在少量的专家手中,地震废墟救援数据库管理平台主要解决的问题就是如何收集大量数据资源,并使其被最大限度地有效利用。因此,本文提出了地震救援数据共享激励机制,并应用于地震废墟救援数据库管理平台之中,提升每位用户共享私有资源的积极性。

每位用户在地震废墟救援数据库管理平台中上传数据资料时,均会获得相应的奖励积分,上传一份不公开资料可以获得1个积分,上传一份可浏览资料获得2个积分,上传一份可下载资料获得5个积分; 在下载其他用户上传的资料时,每下载一次同样需要花费5个积分,通过积分奖励的形式鼓励每位用户积极分享自己手中的数据资料,使更多的数据能够被分享和利用。