突发地质灾害应急案例结构化研究.doc

突发地质灾害应急案例结构化研究
谢洪波1，王林林1，刘浩1，陈红旗2
（1.河南理工大学资源环境学院，河南 焦作 454000；2.国土资源部地质灾害应急技术指导中心，北京 100081）
摘要：针对突发地质灾害应急案例结构化不足的现状，通过案例要素分析，将案例信息划分为基本、危害、地质环境、灾害体、应急等5部分。通过分析应急防治流程中的技术环节和技术要点，初步构建了应急案例结构化模型，并对模型中的字段进行规范化描述。设计实现应急案例系统，为案例的规范化和信息化管理提供了良好服务。
关键词：地质灾害；应急；流程；模型；案例库
中图分类号：P642 文献标识码：A
Study on Structuring of Geological Disaster Emergency Case
XIE Hongbo1, WANG Linlin1, LIU Hao1, CHEN Hongqi2
(1. School of Resources and Environment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000, China;
2. Geological Disaster Emergency Technical Guidance Center of MLR, Beijing 100081, China)
Abstract: For the insufficient structuring in geological disaster emergency case, emergency case is divided into basis information, hazard information, geological environment information, geological body information and emergency information by analyzing case essentials. Structured model is preliminarily construccted by analyzing technical procedures and essentials in emergency control process. Fields in the model is described in standard term. A geological disaster emergency case system is designed and implemented. It provides a good service for standard and information management of cases.
Key words: geological disaster; emergency; process; model; case database

0 引言
——————————
收稿日期：xxxx-xx-xx；修订日期：xxxx-xx-xx
基金项目：国土资源部公益性行业科研专项“突发地质灾害应急响应支撑关键技术研究”(201211055)
作者简介：谢洪波(1968—)，男，安徽砀山人，教授，主要从事地学信息工程的教学科研工作。E-mail:xiehb@
突发地质灾害应急案例是指一次或一组突发地质灾害事件及其应急处置资料和研究成果的汇集，当前主要以自然语言进行描述，以电子文档和纸质文档的形式保存[1]。基于案例推理的应急辅助决策中，案例的科学有效表达是基础问题。采用自然语言形式的描述，难以度量当前案例与历史案例的相似度，且从相似案例中提取的应急方案冗余信息多，需要进行再加工；而采用结构化形式的描述，案例相似度计算方法成熟，应急方案表达直观、明确[2-3]，能够有效辅助应急决策。
因此，开展应急案例结构化表达研究是有实用价值的。
传统的地质灾害案例数据库中，对非应急信息（基本信息、危害信息、地质环境信息和灾害体信息）的结构化解析研究较多，解析程度较高，但由于解析过程中依据的标准不一以及主观认识的差别，尚未形成统一的解析结果[4-6]；对应急信息的结构化解析仅限于应急方案和处置结果的结构化描述，难以表达历史案例的完整应对过程[7-9]。
针对一般突发公共事件应急案例的结构化表达，Liao K基于知识元理论构建了案例结构化模型和应急辅助决策原型系统[10]；李勇建将案例归纳为事件属性、关键属性、从属属性、环境属性、危害评估属性等5个结构块[11]；佘廉提出“维度-属性-特征”的表达框架，将案例表达为情景、事件、应急管理等3个维度，其中，应急管理维度表达为处置任务、管理主体、资源配置等3个属性[12]；陈曦将案例归纳为基本信息、环境信息、事件信息等3部分，并根据事件的演进过程将事件信息划分为多个应急情景，对每个情景从状态、动态环境、行政行为、处置任务等4个方面进行表达[13]。以上研究能够为突发地质灾害应急案例的结构化解析提供参考，但不同于事故灾难、公共卫生和社会安全等突发事件，地质灾害案例解析涉及较多的地质专业性知识，不能套用一般突发公共事件的结构化描述。为此，本文尝试从突发地质灾害特征出发，构建专门其应急案例结构化模型。
1 应急案例结构化模型
1.1 应急案例的要素分析
突发地质灾害应急案例模型是对案例共性特征的抽象，关系数据库中的二维表格是对现实世界中某一类事物共性的表达，二者具有对应关系。表格中的行代表数据记录，可以表示一个具体的案例；表格中的列代表“字段”，可以描述案例的特征。本文使用一系列“字段”来构建案例模型。
突发地质灾害应急案例包含了灾害形成、演化和应对的整个过程，直接构建模型难度较大，应遵循由浅入深、由粗到细的过程。基于文献总结和案例分析，将案例要素划分为基本信息、危害信息、地质环境信息、灾害体信息、应急信息5部分，基本信息表明灾害发生的时间、地点、类型；危害信息表明灾害已经造成或可能造成的人员伤亡和财产损失情况；地质环境信息表明灾害体形成的地形、地质、气象等条件；灾害体信息表明地质体运动过程和停止后的物理特征；应急信息表明灾害应对过程。模型构建将在进一步分析案例要素的基础上进行。
地质灾害应急防治流程是应急响应的标准性技术程序，是案例应急信息结构化解析的理论依据。长期以来，应急防治流程的标准化和精细化研究不足，造成应急信息结构化解析困难。结构化表达模型是针对特定案例类型的通用的、结构化的表达方式。基于模型的案例表达，能够还原灾害的形成、演化和应对过程，促进对灾害形成、演化和应对机理的思考，完善应急防治流程。应急防治流程与结构化模型的关系见图1。
综上，案例模型构建需要在已有研究成果基础上，总结完善非应急信息的结构化解析，并在应急防治流程分析的基础上解析应急信息。

图1 应急防治流程与结构化模型的关系
Fig.1 Relation of emergency control process and structured model

1.2 应急防治流程
随着突发地质灾害应急管理理论研究的深入和重大工程实践检验，初步形成了由预警响应、情景分析、应急调查、应急监测、灾情评估、风险防控、应急治理、成因判定和总结恢复等九个技术环节组成的应急防治流程[14-15]（表1）。其中，预警响应的重点在于做好灾前监测工作，确保预警判据真实可靠；选择有效的预警方式将预警信息及时告知受威胁区域的所有人员；确定应急响应等级以明确责任主体。情景分析旨在明确当前应急态势，把握地质体、承灾体、地质环境变化的关键节点和应急资源满足程度，及时调整应急方案。应急调查旨在快速查明地质体的分布范围、破坏类型和危害情况，调查手段强调获取信息速度快、覆盖面积大。应急监测旨在查明地质体的稳定状态和次生灾害，判断发展趋势，要求持续性的、高精细度的监测。灾情评估旨在查明人员伤亡和直接经济损失情况，为应急救援提供依据。风险防控针对承灾体，防控措施强调人员避险、救援、救治和重要工程、设备的保护。应急治理针对地质体，治理方案强调依据科学、技术可行和经济合理[14]。成因判定考虑自然环境条件和人为活动两个方面，引发因素是指激发地质体启动的直接自然条件[16]，影响因素是指加剧灾害发生的自然条件、人为活动、管理行为等。总结恢复旨在从技术层面全面、深入地评估风险管理和应急处置效果，为后续调整监测方案、改进决策模型、优化资源调度等提供依据；制定受灾地区的恢复重建方案。
依据表1中的技术要点，可还原灾害应对基本过程，构成了案例应急信息结构化表达的基础。

表1 应急防治流程的技术环节和技术要点
Table1 Technical procedures and essentials in emergency control process
技术环节
技术要点
要点描述
预警响应
灾前监测
①无监测；②人工观察；③简易监测；④专业监测。
预警判据
崩塌、滑坡
①降雨预警；②坡体变形；③地下水异常；④物理场异常；⑤局部破坏；⑥其他。
泥石流
①暴雨预警；②高温融雪预警；③泥石流体启动；④其他。
预警方式
①网站发布；②书面通知；③电视广播；④手机短信；⑤扬声器；⑥口头通知；⑦智能预警；⑧其他。
响应等级
①Ⅰ级；②Ⅱ级；③Ⅲ级；④Ⅳ级。
情景分析
应急情景
①响应时间（灾前、灾后）；②地质特征（崩塌、滑坡、泥石流）；③应对能力（不满足、基本满足、满足）。
应急调查
调查手段
①实时卫星影像；②无人机航拍；③激光扫描系统；④高倍望远镜；⑤快速物探技术；⑥其他。
应急监测
监测手段
①人工观察和测量；②GPS定位；③全站仪；④激光测距仪；⑤其他。
次生灾害
①涌浪；②堰塞湖；③洪水；④疫病；⑤其他。
灾情评估
灾情统计
文本描述。
风险防控
防控措施
①抢险救援；②转移安置；③医疗救援；④监测预警；⑤治安维护；⑥信息发布；⑦其他。
应急治理
治理方案
崩塌
①卸载减荷；②支护工程；③防水排水；④其他。
滑坡
①卸载减荷；②抗滑工程；③压脚；④防水排水；⑤其他。
泥石流
①蓄引水工程；②固坡工程；③拦挡工程；④停淤工程；⑤排导工程；⑥其他。
成因判定
引发因素
崩塌、
滑坡
①降雨；②地震；③自然演化；④冻融；⑤地下开挖；⑥切坡卸荷；⑦工程加载；⑧水库浸润；⑨灌溉渗漏；⑩爆破振动；⑪其他。
泥石流
①降雨；②冰雪融化；③水体溃决；④其他。
影响因素
崩塌、
滑坡
①降雨；②地震；③自然演化；④冻融；⑤地下开挖；⑥切坡卸荷；⑦工程加载；⑧水库浸润；⑨灌溉渗漏；⑩爆破振动；⑪认识不足；⑫选址不当；⑬应对不力；⑭意识薄弱；⑮其他。
泥石流
①降雨；②冰雪融化；③水体溃决；④随意弃渣；⑤河道改造；⑥选址不当；⑦应对不力；⑧意识薄弱；⑨认识不足；⑩其他。
总结恢复
经验总结
文本描述。
教训总结
文本描述。
恢复重建
①专项调查；②就地重建；③异地重建；④防治工程；⑤自然恢复；⑥人工修复；⑦其他。
1.3 结构化模型和规范化描述
以完整性、规范性、科学性为原则，构建突发地质灾害应急案例（崩塌、滑坡、泥石流）结构化模型（表2）。其中，完整性是指能够还原案例过程，不丢失案例关键信息；规范性是指字段名称和字段描述应尽可能的使用简洁明确的专业术语，避免冗余；科学性是指模型构建应符合地质灾害与应急基本规律，符合学理逻辑性。模型字段的描述方式有数字、时间、文本、规范化术语4种形式，应急信息和非应急信息的规范化字段描述见表1、表3。
表2 突发地质灾害应急案例结构化模型
Table2 Structured model of geological disaster emergency case
模型内容
模型字段
基本信息
①案例名称；②地质体启动时间；③地质体停止时间；④行政位置；⑤详细位置；⑥地理经度；⑦地理纬度；⑧灾害类型。
危害信息
①死亡人数；②受伤人数；③直接经济损失；④间接经济损失；⑤威胁人数；⑥威胁财产。
地质环境信息
崩塌、
滑坡
①山地类型；②原始地形坡度；③原始地形坡向；④地层岩性；⑤年平均降水量。
泥石流
①山地类型；②流域形态；③汇水面积；④流域最高高程；⑤流域最低高程；⑥主沟长；⑦纵比降；⑧沟谷坡度；⑨沟道堵塞程度；⑩动储量；⑪地层岩性；⑫年平均降水量。
灾害体信息
崩塌
①岩土体类型；②前缘高程；③后缘高程；④运移方向；⑤运动形式；⑥运移速度；⑦水平运动距离；⑧竖直运动距离；⑨堆积体面积；⑩堆积体体积；⑪结构面类型。
滑坡
①岩土体类型；②前缘高程；③后缘高程；④运移方向；⑤运动形式；⑥运移速度；⑦水平运动距离；⑧竖直运动距离；⑨堆积体面积；⑩堆积体体积；⑪平面形态；⑫结构面类型。
泥石流
①物质组成；②物质来源；③运移速度；④堆淤范围；⑤堆积体体积。
应急信息
①灾前监测；②预警时间；③预警判据；④预警方式；⑤应急开始时间；⑥应急响应等级；⑦应急专家组长；⑧应急专家成员；⑨应急情景；⑩应急调查；⑪应急监测；⑫次生灾害；⑬防控措施；⑭避险时间；⑮避险人数；⑯获救人数；⑰应急治理；⑱引发因素；⑲影响因素；⑳应急结束时间；㉑恢复重建；㉒经验总结；㉓教训总结。
表3 非应急信息的规范化字段描述
Table3 Description of standard fields in non-emergency information
适用对象
模型字段
字段描述
崩塌、滑坡、泥石流
行政位置
省+市+县+乡+村
山地类型
①极高山；②高山；③中高山；④低高山；⑤高中山；⑥中山；⑦低中山；⑧中低山；⑨低山；⑩丘陵；⑪其他。
灾害类型
①崩塌；②滑坡；③泥石流。
崩塌、滑坡
岩土体类型
①岩质；②土质；③岩土混合；④人工堆填。
崩塌
运动形式
①倾倒；②滑移；③鼓胀；④拉裂；⑤错断；⑥复合。
结构面类型
①软弱夹层层面；②节理裂隙面；③风化剥蚀界面；④基覆界面；⑤卸荷裂隙面；⑥其他。
滑坡
平面形态
①半圆形；②矩形；③舌形；④不规则。
运动形式
①旋转；②平移；③流动；④侧向扩展；⑤复合。
结构面类型
①无统一滑动面；②软弱夹层层面；③节理裂隙面；④风化剥蚀界面；⑤基覆界面；⑥其他。
泥石流
流域形态
①扇形；②条形；③斗形；④其他。
沟道堵塞程度
①严重；②中等；③轻微；④无。
物质组成
①扇形；②条形；③斗形；④其他。
物质来源
①斜坡坡面侵蚀；②沟谷崩塌滑坡；③沟底侵蚀；④堵溃坝体；⑤远程滑坡；⑥其他。

2 应急案例系统设计与实现
系统的设计目的是管理案例数据。在保证数据真实可靠的基础上，系统开发过程中遵循数据安全、系统稳定、操作简单的原则。
根据案例模型和系统管理需要，设计应急案例库，其中的数据表见图2。

图2 应急案例库中的数据表
Fig2 Data tables in emergency case database

系统采用B\S（浏览器\服务器）模式，以应急案例库和天地图为基础，采用ADO.NET和JavaScript API两种数据访问技术，设计了不同用户角色（管理员、高级用户、普通用户）的业务逻辑（图3）。系统功能在业务逻辑层实现，其中，案例简单查询支持以时间、地点、类型作为查询条件，结果包括案例基本信息和危害信息；案例详情查询在简单查询基础上，支持以山地类型、引发因素、应急响应等级等专业字段作为查询条件，结果包含完整的案例信息；案例管理、专家管理和用户管理分别实现案例数据、专家信息、用户信息的添加、删除、更新、查询；地图展示是指基于天地图展示灾害点的空间位置。
根据系统结构，以C#、JavaScript作为开发语言，实现数据查询、管理和地图展示等功能。

图3 系统结构
Fig3 Structure of system

3 结论
本文分析了突发地质灾害应急案例的要素组成，总结和完善了前人关于非应急信息结构化的研究成果；通过分析应急防治流程中的技术环节和技术要点，初步构建了突发地质灾害应急案例结构化表达模型，并对模型中的字段进行规范化描述，模型包括基本、危害、地质环境、灾害体、应急等5部分。依据模型和案例数据管理需求，设计并实现应急案例系统。

参考文献：
[1] 佘廉, 黄超. 我国突发事件案例库建设评价分析[J]. 电子科技大学学报(社会科学版), 2015, 17(6):24-31.
SHE Lian, HUANG Chao. Construction and evaluation of the emergency case base [J]. Journal of UESTC (Social Sciences Edition), 2015, 17(6):24-31.
[2] Zimring C, Bafna S, Yi-Luen E. Structuring cases in a case-based design aid[J]. American Society of Civil Engineers, 1996.
[3] Lauren N. Harkrider, Alexandra E. MacDougall, Zhanna Bagdasarov, et al. Structuring Case-Based Ethics Training: How Comparing Cases and Structured Prompts Influence Training Effectiveness[J]. Ethics & Behavior, 2013, 23(3):179-198.
[4] 韦京莲. 地质灾害信息系统的数据准备及数据库设计[J]. 煤田地质与勘探, 2002, 30(1):30-32.
WEI Jinglian. Data preparation and database design for information system on geological disaster [J]. Coal Geology & Exploration, 2002, 30(1):30-32.
[5] 王小东. 基于GIS的地质灾害数据库设计[J]. 河南理工大学学报(自然科学版), 2007, 26(3):250-253.
WANG Xiaodong. Design of geo-hazards database based on GIS [J]. Journal of Henan Polytechnic University, 2007, 26(3):250-253.
[6] 徐磊, 林剑, 龙万学. 面向对象的公路地质灾害监测预报数据组织[J]. 自然灾害学报, 2012, 21(4):192-198.
XU Lei, LIN Jian, LONG Wanxue. Object-oriented data organization in geological disaster monitoring and prediction of highways [J]. Journal of Natural Disasters, 2012, 21(4):192-198.
[7] 李梅, 夏元友, 曹杉杉. 基于案例推理的边坡稳定性评价系统及应用[J]. 武汉理工大学学报, 2006, 28(6):53-56.
LI Mei, XIA Yuanyou, CAO Shasha. Research on slope stability evaluation system based on case-based reasoning [J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2006, 28(6):53-56.
[8] 谢全敏, 丁保艳, 吴定洪, 等. 基于案例的边坡治理方案选择决策支持系统研究[J]. 岩土力学, 2008, 29(5):1351-1354.
XIE Quanmin, DING Baoyan, WU Dinghong, et al. Study on case-based decision support system for selection of slope treatment schemes [J]. Rock and Soil Mechanics, 2008, 29(5):1351-1354.
[9] 孙殿阁, 孙佳, 曹婧华, 等. 基于案例推理的城市典型灾害应急处置专家系统构建研究[J]. 中国安全生产科学技术, 2012, 8(2):55-60.
SUN Diange， SUN Jia，CAI Jinghua, et al. Study on expert system of urban typical disaster emergency handling based on case reasoning [J]. Journal of Safety Science and Technology, 2012, 8(2):55-60.
[10] Liao K, Xiong H, Ye D, et al. Study on Emergency Document Structuring[C]// International Symposium on Information Processing. IEEE, 2010:576-580.
[11] 李勇建, 乔晓娇, 孙晓晨. 突发事件结构化描述框架研究[J]. 电子科技大学学报(社会科学版), 2013, 15(1):28-33.
LI Yongjian, QIAO Xiaojiao, SUN Xiaochen. Study on emergency structural description framework [J]. Journal of UESTC (Social Sciences Edition), 2013, 15(1):28-33.
[12] 佘廉, 张明红, 黄超. 公共突发事件案例表达结构化模式探讨[J]. 华南理工大学学报(社会科学版), 2015, 17(6):69-75.
SHE Lian, ZHANG Minghong, HUANG Chao. Research on structured representation of the public emergency case [J]. Journal of South China University of Technology (Social Science Edition), 2015, 17(6):69-75.
[13] 陈曦, 熊曦, 蔡芳霖, 等. 开放式的突发事件案例生成研究[J]. 华南理工大学学报 (社会科学版), 2016, 18(2):93-97.
CHEN Xi, XIONG Xi, CAI Fanglin, et al. Research on the generation of open-end emergency case [J]. Journal of South China University of Technology (Social Science Edition), 2016, 18(2):93-97.
[14] 刘传正, 陈红旗, 韩冰, 等. 重大地质灾害应急响应技术支撑体系研究[J]. 地质通报, 2010, 29(1):147-156.
LIU Chuanzheng, CHEN Hongqi, HAN Bing, et al. Technical support system of emergency response for serious geo-hazards [J]. Geological Bulletin of China, 2010, 29(1):147-156.
[15] 张小趁, 陈红旗. 突发地质灾害应急技术:过程模式[J]. 灾害学, 2015, 30(4):149-155.
ZHANG Xiaochen, CHEN Hongqi. Geological disaster emergency technology: process model [J]. Journal of Catastrophology, 2015, 30(4):149-155.
[16] 刘传正. 中国崩塌滑坡泥石流灾害成因类型[J]. 地质论评, 2014, 60(4):858-868.
LIU Chuanzheng. Genetic types of landslide and debris flow disasters in China [J]. Geological Review, 2014, 60(4):858-868.