基于FTP协议的地震应急产品共享系统的设计与实现.pdf

收稿日期：2022-09-10基金项目：国家重点研发计划（2018YFC1504006）作者简介：郑韵（1989-），女，工程师，主要从事地震应急技术研究。E-mail：第43卷 第2期2023年06月华南地震SOUTH CHINA JOURNAL OF SEISMOLOGYVol.43，NO.2Jun.，2023郑韵，王青平，郑超，等.基于 FTP 协议的地震应急产品共享系统的设计与实现J.华南地震，2023，43（2）：77-82.ZHENG Yun，WANGQingping，ZHENG Chao，et al.Design and Implementation of Earthquake Emergency Product Sharing System Based on FTP ProtocolJ.South Chinajournal of seismology，2023，43（2）：77-82基于FTP协议的地震应急产品共享系统的设计与实现郑韵，王青平，郑超，林岩钊，肖健，张树君（福建省地震局，福州 350003）摘要：为提升地震应急产品的共享时效性，设计了一套基于FTP协议的地震应急产品共享系统。系统通过移动互联网与地震速报系统之间保持长连接，利用MQTT协议实时接收地震速报信息，根据地震烈度衰减模型生成地震影响场，运用ArcPy站点包自动产出应急专题图，然后通过调用jinja2模板引擎生成震区基本情况报告，最后利用FTP协议将产出的地震应急产品自动传输至局共享服务器。地震应急产品共享系统已向福建省地震局相关人员提供服务，并在数次台湾地震中取得良好效果。关键词：FTP；地震应急产品；ArcPy；jinja2模板引擎；共享服务器中图分类号：P618.13文献标识码：A文章编号：1001-8662（2023）02-0077-06DOI：10.13512/j.hndz.2023.02.08Design and Implementation of Earthquake EmergencyProduct Sharing System Based on FTP ProtocolZHENG Yun，WANG Qingping，ZHENG Chao，LIN Yanzhao，XIAO Jian，ZHANG Shujun（Fujian Earthquake Agency，Fuzhou 350003，China）Abstract：In order to improve the sharing timeliness of earthquake emergency product，an earthquake emergencyproduct sharing system based on FTP protocol is designed in this paper.The system maintains a long connectionwith the earthquake quick report system through the mobile Internet，receives the earthquake quick reportinformation in real time by using the MQTT protocol，generates the seismic influence field according to the seismicintensity attenuation model，automatically outputs the emergency thematic map by using ArcPy site package，andthen generates the basic situation report of the earthquake area by calling Jinja2 template engine.Finally，theearthquake emergency products are automatically transferred to the local shared server by using FTP protocol.Theearthquake emergency product sharing system has provided service to the relevant personnel of Fujian Earthquake43卷华南地震Agency and achieved good results in several Taiwan earthquakes.Keywords：FTP；Earthquake emergency products；ArcPy；Jinja2 template engine；Shared Server0 引言应对突发的破坏性地震事件，地震应急工作需要快速反应，尽可能地保护和挽救人民生命财产。地震应急产品主要包括地震专题图和震区基本情况报告等震后快速产出的资料。地震应急产品展示了破坏性地震应急期急需的相关信息，是地震应急期的主要参考依据之一。传统的地震专题图和震区基本情况报告依然以人工绘制或触发为主1-2，难以满足震后应急时效性的特殊要求。因此，亟需一套从接入地震速报3到推送至共享平台的全自动地震应急产品共享系统，震后可以通过工作电脑或指挥大厅电脑链接到共享平台，直接展示在指挥大厅大屏上，便于决策者快捷获取全面的震害相关信息4-5。本文将展示一套基于 FTP 协议（File TransferProtocol，文件传输协议）的地震应急产品共享系统。该系统基于Python语言进行开发，通过MQTT协议6（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）接入地震速报信息，利用地震烈度衰减模型7生成烈度等震线，根据ArcGIS软件内置的ArcPy站点包进行相关空间分析和自动出图，运用jinja2模板引擎产出震区基本情况报告，最后通过FTP协议将产出的地震应急产品自动上传至局共享服务器。该系统实现了从接入地震速报到推送共享服务器的自动化智能化流程，提高了地震灾害的应急处置能力，提升了地震应急产品的服务能力和用户体验。1 ArcPy站点包ArcPy，即 ArcGIS+Python，是 ESRI 公 司（Environmental Systems Research Institute，Inc.美国环境系统研究所公司）制作的站点包。通过ArcPy可以高效地调用ArcGIS工具箱进行地理数据管理、数据分析和转换、自动化制图等一系列操作。当系统达到触发条件时，数据接收处理模块将解析提取地震速报数据包中的各项参数，根据地震烈度衰减模型产出地震影响场，随后利用ArcPy进行相关空间分析和数据转换，影响场图层会添加至预设好的地震专题图模板，最后按照设定的符号和标注方式进行符号化，自动产出地震专题图件。2 FTP协议FTP协议是TCP/IP协议组中的协议之一，它是网络共享的一套文件传输标准协议8。FTP协议的通信双方，一方为FTP客户端，另一方为FTP服务器。在通信双方建立连接后，就可以使用FTP协议将FTP客户端的文件传输到FTP服务器端。FTP协议能够提供高效可靠地数据传输，因此广泛应用于网络文件传送。本文的FTP客户端是系统部署所在工作站，FTP服务器是一台局共享服务器，地震应急产品共享系统通过FTP协议将产出的专题图和震区基本情况报告自动传输至局共享服务器，相关领导专家便可以通过工作电脑或指挥大厅大屏快捷高效地获取地震灾害事件的震区基本情况。3 地震应急产品共享系统3.1 系统架构地震应急产品共享系统架构设计，主要考虑系统访问便捷、数据统一存储、结果展示直观、查询结果共享等需求，总体架构由“数据层”、“支撑层”、“服务层”、“应用层”四层组成，具体如图1所示。数据层主要是平台地震应急信息数据的存储、管理和更新，包括应急基础数据、地理空间数据、各类专题数据和数据文件。支撑层主要包括GIS服务器、数据库服务器等平台服务器系统，以实现存储数据和地图发布服务，平台采用内网和外网分开运行的思路设计，内网主要是实现速报信息接收、处理加工和应用服务，外网主要是实现产品发布。平台的标准规范与运行管理机制包括接口规范、数据标准、技术标准、管理办法和开发规范等。服务层由各类服务组件组成，主要包括专题图生成服务、报告生成服务、地图应用服务、信息发布服务等，将应用程序的不同功能通过服务之间定义良好的接口和契约联系起来。应用层用来实现各项应用系统的功能，分为服务器端和用户端两部分。服务器端包括：速报信息接收和处理系统、专题图生成系统、报告生成系统和信息发布和共享系统，各应用系统通过功能模块调用服务层提供的接78第2期郑韵等：基于FTP协议的地震应急产品共享系统的设计与实现口，实现对平台资源的利用。用户端包括：Web平台和企业微信等。3.2 系统设计图2为基于FTP协议的地震应急产品共享系统服务示意图。地震事件是突发事件，因此地震应急产品共享系统与速报系统之间需要保持可靠的长连接，本系统通过 MQTT 协议（一种“轻量级”基于二进制的发布/订阅消息推送协议）的心跳包维持长连接。当地震应急产品共享系统订阅到速报数据处理系统产出的满足应急产品发布条件的地震速报信息时，系统将根据地震烈度衰减关系生成地震影响场，ArcPy中的制图模块将快速绘制专题地图，然后通过调用jinja2模板引擎生成震区基本情况报告，最后利用FTP协议将产出的地震应急产品自动传输至局共享服务器。图1 地震应急共享平台架构图Fig.1 Architecture diagram of earthquake emergency sharing platform图2 地震应急产品共享系统服务示意图Fig.2 Schematic diagram of earthquake emergency product sharing system7943卷华南地震3.3 地震速报信息数据包地震速报信息数据传输使用的主题是 EQR，兼容多种数据格式，其中json格式的字段说明如表1所示：表1 Json格式的地震速报信息字段信息表Table1 Field information table of earthquake quick report in Json formatkey12345678key说明消息ID正式报参考地名纬度经度震源深度震级发震时刻value文本，事件ID文本文本文本，可转换为浮点，正为北，负为南文本，可转换为浮点，正为东，负为西文本，可转换为浮点文本，可转换为浮点文本，yyyy-MM-dd HH：mm：ssvalue说明20220323014141I台湾台东县海域北纬23.45东经121.55206.62022-03-23 01：41：413.4 地震影响场生成当系统订阅到地震速报数据处理系统产出的满足应急产品共享条件的地震正式报信息时，数据接收处理模块首先会提取地震速报数据包的主题名，从数据包中解析各参数，专题图自动产出模块开始生成地震等震线：（1）预估震中烈度。通过震中烈度与震级、震源深度的经验关系估算9：Ic=4.154+0.113M2-0.0515H（1）式（1）中，Ic为震中烈度，M为震级，H表示震源深度。（2）初判影响场方向。本文将距离震中位置最近的活动断层走向定为烈度圈方向。（3）根据中国东部地区烈度衰减模型10估计烈度圈长短轴的长度：长轴：Ia=5.019+1.446M-4.136lg（Ra+24）=0.517（2）短轴：Ib=2.240+1.446M-3.070lg（Rb+9）=0.517（3）上式中，I表示烈度值，M是震级，R是震中距。3.5 地震专题图和震区基本情况报告生成3.5.1 专题图生成破坏性地震发生后，省级应急部门需要提供震中位置图、震区人口密度图、震区交通图、地震烈度快速评估图等一系列地震应急专题图件。相应的地震应急专题图模板需要预先制作并储存好。依据中国地震局办公室2011年印发的 破坏性地震应急专题地图产出流程与制作规范（试行），地震专题图主要包括制图底图、专题内容、制图比例尺、空间参考系统、图例和图面整饰共6个方面。制图底图要素包括地形、行政区界线、居民点、道路、河流、湖泊、经纬线等。专题内容为展现破坏性地震应急急需的相关信息。制图时采用适当的比例尺和空间参考系统。图例包括符号、色彩和标注三要素。图面整饰是指对图面外貌相关内容的美化和规格化，主要包括图名、指北针、编制单位、编制时间、图件说明等的标注11。当系统触发自动生成地震影响场图层后，等震线图层将会叠加至预设的专题图模板中，图名提取速报参数中的震中位置和震级自动生成：“震中位置+震级+模板名称”，制图时间获取成图的当前时间，从而快速产出专题图。3.5.2 震区基本情况报告生成应急专题图生成后，基于Python内置的jinja2模板引擎，利用ArcPy空间统计分析得到的震中距主要城市距离、震区百公里范围内最大历史地震、影响场预估烈度和灾区面积等震区基本情况12及地震专题图件，渲染模板输出震区基本情况报告。3.6 FTP协议传输共享服务器地震应急产品共享系统通过FTP协议将产出的应急专题图和震区基本情况报告自动传输至局共80第2期郑韵等：基于FTP协议的地震应急产品共享系统的设计与实现享服务器。地震专题图和震区报告生成后，系统将向局共享服务器的IP地址和TCP的21端口发起连接请求，建立连接后应急产品就会自动传输至局共享服务器的指定目录。相关领导专家便可以通过局域网内的工作电脑或指挥大厅大屏快捷高效地获取地震灾害事件的基本信息，对灾情进行初步的判断，为决策救援提供技术支持。4 实例据中国地震台网正式测定：北京时间2022年03 月 23 日 01 时 41 分，在台湾台东县海域（北纬23.45，东经 121.55）发生 6.6 级地震，震源深度20公里。地震造成台湾几乎全岛震感明显，台北地区震感强烈，福建福州、厦门、泉州、浙江温州等地亦有震感。地震应急产品共享系统于地震正式报后十几秒产出地震影响场快速评估图，在两分钟内产出了震中地形图、震中与福建沿海主要城市距离图、震区历史地震分布图、震区人口密度图等一系列地震专题图件和震区基本情况报告并上传至局共享服务器的指定目录。图3为电脑端台湾台东县海域地震震区基本情况报告的部分显示界面。5 结论为提升地震应急产品服务能力，本文设计了一套基于FTP协议的地震应急产品共享系统。该系统通过MQTT协议实时接入地震速报参数信息，利用烈度衰减模型生成地震影响场，运用ArcPy站点包自动出图，利用Python内置的jinja2模板引擎产出和震区基本情况报告，最后通过FTP协议将产出的地震专题图和震区基本情况报告等应急产品自动上传至局共享服务器的指定目录。该系统实现了从接入地震速报到推送共享服务器的自动化智能化流程。地震应急产品共享平台可为相关部门的地震应急处置行动提供决策依据，通过融合现有数据、网络和软硬件资源，充分利用现有的应急基础数据库、技术系统与软件成果，实现了从数据获取到产品生成再到前端推送的自动化智能化流程，将碎片分散的应用系统串联起来，使有限的资源发挥最大效益，促进了地震信息共享，提升了地震应急产品的服务能力和灾害的应急处置能力。（a）（b）8143卷华南地震（c）（d）（e）（f）图3 电脑端震区基本情况报告界面Fig.3 The basic situation report interface of earthquake area in computer terminal参考文献：1 张韶华，杨昆，李永强，等.基于ArcEngine的数字等震线快速绘制方法研究以云南省为例J.科学技术与工程，2013，13（34）：10187-10192.2 孙哲，韶丹，郭建兴.基于Python的地震影响场自动生成与发布技术的研究与实现J.华北地震科学，2018，36（3）：46-51.3 廖诗荣，陈懿德，洪星.福建数字地震台网地震速报信息发布程序J.地震地磁观测与研究，2004（S1）：28-32.4 张方浩，李永强，余庆坤，等.省级地震应急信息公共服务平台设计探讨J.震灾防御技术，2015，10（03）：657-663.5 杨天青，姜立新，董曼，等.基于共享模式的地震灾情集成发布平台设计与实现J.震灾防御技术，2016，11（02）：375-383.6 郑韵，杨天青，王青平，等.基于MQTT协议的地震专题图自动生成和推送系统的设计与实现J.中国地震，2021，37（4）：837-842.7 陈达生，陈汉兴.地震烈度椭圆衰减关系J.华北地震科学，1989，7（3）：31-42.8 郝浩.FTP原理解析J.计算机与网络，2016，42（14）：40-41.9 聂高众，徐敬海.基于震源深度的极震区烈度评估模型J.地震地质，2018，40（3）：611-621.10 汪素云，俞言祥，高阿甲，等.中国分区地震动衰减关系的确定J.中国地震，2000，16（2）：99-106.11 李蒙.自然灾害应急专题图设计与制作方法研究D.郑州：解放军信息工程大学，2013.12 郑韵，杨天青，王青平，等.基于Elman神经网络算法的地震经济损失快速评估研究J.中国地震，2021，37（03）：610-619.82