劉 堅(jiān)，李盛樂(lè)，戴 苗，劉珠妹，董興朋，彭 愿，蘇 融

0 引言

監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作在防震減災(zāi)三大體系中處于重要的位置，是防震減災(zāi)工作的基石，做好監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作是防震減災(zāi)工作的發(fā)展方向;而震情會(huì)商是政府對(duì)地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、趨勢(shì)分析等重要決策的主要依據(jù)來(lái)源。目前的震情會(huì)商過(guò)程為:首先分析會(huì)商人員綜合前兆異常、測(cè)震活動(dòng)性分析、數(shù)值模擬等多種技術(shù)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 (陳石等，2011)，借助基于GIS(地理信息系統(tǒng))EIS2000、MAPSIS等分析預(yù)報(bào)軟件，事先做好PPT及各種靜態(tài)圖件;其次，參加會(huì)商人員集中在同一個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行會(huì)商;最后，結(jié)合歷史地震活動(dòng)、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)等背景資料信息給出會(huì)商意見(jiàn)。

然而，現(xiàn)有的會(huì)商方式與震情會(huì)商系統(tǒng)，難以滿足社會(huì)公眾和分析預(yù)報(bào)人員對(duì)提高分析預(yù)報(bào)、地震預(yù)測(cè)的現(xiàn)實(shí)需求，傳統(tǒng)震情會(huì)商過(guò)程亦存在兩個(gè)主要缺點(diǎn):第一，地震危險(xiǎn)區(qū)或地震發(fā)生在兩區(qū)域交界時(shí)，各區(qū)域分析會(huì)商人員在異地，會(huì)商無(wú)法正常進(jìn)行;第二，因會(huì)商材料是事先做好的PPT及各種靜態(tài)圖件，會(huì)商現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法隨時(shí)改變參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。

1 網(wǎng)絡(luò)會(huì)議相關(guān)技術(shù)

目前，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)會(huì)議的技術(shù)和方法比較多，普遍選擇視頻會(huì)議系統(tǒng) (張明德，王永東，2003)方式，該方式通過(guò)通信技術(shù)和視頻處理技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn) (吳奇生，蔡輝，2011;賴煥雄，2007;殷廣亞等，2009)，如電視電話會(huì)議，以及目前地震系統(tǒng)正在使用的應(yīng)急視頻會(huì)議系統(tǒng)等;其次，使用遠(yuǎn)程控制技術(shù)，比如WindowsXP的遠(yuǎn)程桌面、Linux操作系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理、QQ的遠(yuǎn)程協(xié)助功能均通過(guò)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)前利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)會(huì)議軟件有 Mikogo、QuickIP、PCANYWHERE等;另外，基于B/S模式微軟推出的Powerpoint2010廣播PPT功能，亦可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)會(huì)議，還有學(xué)者提出基于網(wǎng)格技術(shù)的虛擬地震會(huì)商系統(tǒng) (黃靜，2004)，也得到了相關(guān)應(yīng)用。

雖然以上網(wǎng)絡(luò)視頻、遠(yuǎn)程控制等技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)會(huì)議可以解決異地分析人員一起會(huì)商的問(wèn)題，但因其受視頻圖像對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求高或設(shè)備維護(hù)成本大、使用不方便等因素限制，而無(wú)法在會(huì)商中真正大規(guī)模推廣使用，不能真正實(shí)現(xiàn)震情會(huì)商分析人員之間的“商”，即動(dòng)態(tài)交互與相互即時(shí)交流。

本文首先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)推送技術(shù)將會(huì)商資料推送并同步至各信息節(jié)點(diǎn)，以保持各會(huì)商節(jié)點(diǎn)材料內(nèi)容的一致性與完整性;其次，利用實(shí)時(shí)廣播消息同步“視頻”，即廣播計(jì)算機(jī)將即時(shí)操作消息向會(huì)商其他節(jié)點(diǎn)廣播，接收計(jì)算機(jī)接收到該即時(shí)操作消息，解譯此消息并執(zhí)行廣播計(jì)算機(jī)相同的操作過(guò)程，同時(shí)廣播、接收語(yǔ)音，模擬并達(dá)到遠(yuǎn)程視音頻效果，從而開(kāi)發(fā)一套震情會(huì)商廣播系統(tǒng)，該系統(tǒng)無(wú)論何時(shí)、何地、何人，只要用戶能上網(wǎng)且得到授權(quán)，就可以參加會(huì)商，會(huì)商人員能看到自己的會(huì)商報(bào)告，也能看見(jiàn)其他人的會(huì)商材料內(nèi)容，并且會(huì)商分析人員，可以現(xiàn)場(chǎng)修改參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)繪圖分析。本文主要討論該系統(tǒng)的模型與總體框架、應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)、實(shí)現(xiàn)原理及應(yīng)用實(shí)例。

2 應(yīng)用模型與總體框架

2.1 應(yīng)用模型

參考目前協(xié)同會(huì)商較主流的原理思想 (史美林等，2000;肖波等，1999;高嵩等，2000)，采用會(huì)議發(fā)起者—參與者模式，即國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)中心或區(qū)域中心作為會(huì)商的發(fā)起者，其它單位或區(qū)域中心代表作為參與會(huì)商者。參加遠(yuǎn)程會(huì)商的異地參會(huì)者通過(guò)遠(yuǎn)程交互式廣播會(huì)商系統(tǒng)，建立起虛擬的震情會(huì)商會(huì)場(chǎng)，圍繞震情進(jìn)行討論、交流、相互分析協(xié)商，統(tǒng)一作決定并給出會(huì)商意見(jiàn)。

會(huì)議發(fā)起者負(fù)責(zé)創(chuàng)建會(huì)議及發(fā)布會(huì)議通知，邀請(qǐng)并審核參會(huì)者合法身份，控制發(fā)言次序，記錄各參會(huì)者的意見(jiàn)和上報(bào)會(huì)商結(jié)論 (崔璟等，2011)。參會(huì)者向會(huì)議發(fā)起者提出發(fā)言申請(qǐng)成功后，參與發(fā)言、討論、在線動(dòng)態(tài)分析數(shù)據(jù)、作會(huì)商報(bào)告等 (王瓊等，2004;劉小鳳，張輝，2010)，某參會(huì)者可以將自己的會(huì)商材料及分析過(guò)程同步廣播給其他參會(huì)者，實(shí)現(xiàn)震情會(huì)議協(xié)商的同步感知。應(yīng)用模式如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)應(yīng)用模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of system application model

2.2 總體結(jié)構(gòu)框架

遠(yuǎn)程交互式會(huì)商廣播系統(tǒng)的整體架構(gòu)分為典型的3層結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體框架示意圖Fig.2 Schematic diagram of system total framework

(1)數(shù)據(jù)層:管理、存儲(chǔ)會(huì)商的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，包括統(tǒng)一會(huì)商前兆、測(cè)震數(shù)據(jù)庫(kù)、會(huì)商背景知識(shí)庫(kù)、基礎(chǔ)與分析數(shù)據(jù)、為應(yīng)用提供信息服務(wù)數(shù)據(jù)支撐。

(2)服務(wù)層:連接底層數(shù)據(jù)層和上層應(yīng)用的核心層，主要包括三大功能模塊:協(xié)同管理功能模塊:具有會(huì)議控制、發(fā)言管理、用戶管理等功能;數(shù)據(jù)分析與處理功能模塊:主要有異常計(jì)算、數(shù)據(jù)分析方法庫(kù)、定制內(nèi)容頁(yè)等功能;數(shù)據(jù)共享服務(wù)模塊:包括信息自動(dòng)發(fā)布、信息查詢、對(duì)外服務(wù)二次開(kāi)發(fā)接口等功能。

(3)應(yīng)用層:實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證、創(chuàng)建會(huì)議、會(huì)商資料網(wǎng)絡(luò)推送、將普通PPT導(dǎo)入會(huì)商系統(tǒng)、以圓形區(qū)域、按矩形、測(cè)項(xiàng)分量查看數(shù)據(jù)曲線;亦可在線進(jìn)行數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析;分析操作將實(shí)時(shí)消息方式廣播至其他會(huì)商節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)。

3 關(guān)鍵技術(shù)及部分功能實(shí)現(xiàn)

3.1 開(kāi)發(fā)工具與集成環(huán)境

采用Windows操作系統(tǒng)，C sharp(C#)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，Oracle 11g數(shù)據(jù)庫(kù)，VisualStudio2010.Net集成開(kāi)發(fā)與編譯環(huán)境工具;采用C/S模式開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)軟件各部分功能。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)及功能實(shí)現(xiàn)

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)信息推送技術(shù)

為使分析預(yù)報(bào)人員在會(huì)商中能有身臨其境之感，分析人員在本機(jī)上的操作與分析數(shù)據(jù)的過(guò)程中，同時(shí)在其他參加會(huì)商節(jié)點(diǎn)機(jī)器上感知并顯示同樣的操作過(guò)程，為此，需要解決兩個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題:(1)所有參與會(huì)商計(jì)算機(jī)的操作演示內(nèi)容材料，應(yīng)在本地或公共服務(wù)器查找到，且內(nèi)容要一致完整;(2)會(huì)商主講人在其本機(jī)操作過(guò)程的畫(huà)面，其他參與會(huì)商機(jī)器實(shí)現(xiàn)同步。

該系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息推送技術(shù)實(shí)現(xiàn)并成功解決了上述兩個(gè)問(wèn)題:當(dāng)會(huì)商主講人有新的會(huì)商材料加入到會(huì)商廣播系統(tǒng)或進(jìn)行數(shù)據(jù)分析操作時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)生變化或更新操作信息格式化后，壓縮加密成網(wǎng)絡(luò)消息數(shù)據(jù)包，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)推送到同會(huì)議其他參會(huì)人員的客戶端，接收端根據(jù)數(shù)據(jù)包的內(nèi)容進(jìn)行相同的操作，并將主講人會(huì)商變化的材料內(nèi)容抓取到本地，實(shí)現(xiàn)參會(huì)者感知主講人遠(yuǎn)程發(fā)出的分析及操作效果。

數(shù)據(jù)包主要包括兩方面的內(nèi)容:(1)會(huì)商材料內(nèi)容頁(yè)面信息，包括頁(yè)面編號(hào)、名稱、頁(yè)面類型 (動(dòng)態(tài)頁(yè)還是靜態(tài)PPT頁(yè))、頁(yè)面內(nèi)容來(lái)源 (數(shù)據(jù)庫(kù)、文件)、所用分析方法、所用數(shù)據(jù)起止日期、存放位置等;(2)分析操作過(guò)程信息，即每個(gè)用戶要感知其他用戶的分析操作過(guò)程，建立材料內(nèi)容頁(yè)面狀態(tài)信息監(jiān)控和操作過(guò)程記錄，使用戶能了解會(huì)議當(dāng)前狀態(tài)及進(jìn)展，感知其他參會(huì)者的改變數(shù)據(jù)參數(shù)狀態(tài)、分析數(shù)據(jù)操作過(guò)程及結(jié)果，最終使廣播與接收畫(huà)面完全同步一致。

3.2.2 UDP用打洞技術(shù)穿透NAT

本系統(tǒng)目標(biāo)之一是參會(huì)者的會(huì)商機(jī)器只要能上網(wǎng)且得到授權(quán)，就可以參加會(huì)商，要實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，必須解決某臺(tái)機(jī)器通過(guò)一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)路由作為上網(wǎng)出口參加會(huì)商的問(wèn)題。而通過(guò)網(wǎng)絡(luò)TCP協(xié)議難以完成該任務(wù)，因?yàn)門(mén)CP協(xié)議只能訪問(wèn)同一局域網(wǎng)內(nèi)或具有公網(wǎng)IP的機(jī)器，如果兩臺(tái)機(jī)器分別在不同的局域內(nèi)網(wǎng)，則需借助UDP打洞技術(shù)穿透NAT，實(shí)現(xiàn)這兩臺(tái)機(jī)器之間的相互通信。

假設(shè)Client A(客戶端)和Client B分別置于不同的局域網(wǎng)，Client A開(kāi)始發(fā)送一個(gè)UDP信息到Client B的公網(wǎng)地址上，同時(shí)它又通過(guò)中間服務(wù)器S中轉(zhuǎn)發(fā)送一個(gè)邀請(qǐng)信息給Client B，請(qǐng)求Client B也給Client A發(fā)送一個(gè)UDP信息到Client A的公網(wǎng)地址上。這時(shí)Client A向Client B的公網(wǎng)IP發(fā)送的信息導(dǎo)致NAT A打開(kāi)一個(gè)處于Client A的私有地址和Client B的公網(wǎng)地址之間的新的通信會(huì)話，NAT B也打開(kāi)了一個(gè)處于Client B的私有地址和Client A的公網(wǎng)地址之間的新的通信會(huì)話。一旦這個(gè)新的UDP會(huì)話各自向?qū)Ψ酱蜷_(kāi)了，Client A和Client B之間就可以直接通信，而無(wú)需中間服務(wù)器S來(lái)牽線搭橋了。這就是UDP利用打洞技術(shù)穿透NAT，從而實(shí)現(xiàn)處于不同局域內(nèi)網(wǎng)計(jì)算機(jī)之間通信。

3.2.3 交互并發(fā)控制策略

當(dāng)多個(gè)會(huì)商者并發(fā)的對(duì)某一個(gè)會(huì)商報(bào)告或內(nèi)容頁(yè)面進(jìn)行廣播操作時(shí)，可能產(chǎn)生并發(fā)操作沖突。為了解決這種沖突，首先嘗試系統(tǒng)自動(dòng)裁決，如不能，則由相關(guān)發(fā)言規(guī)則控制解決，或者通過(guò)權(quán)威仲裁消除。

3.2.4 涉密會(huì)商數(shù)據(jù)加密傳輸

會(huì)商涉密數(shù)據(jù)加密傳輸采用數(shù)字簽名原理實(shí)現(xiàn)，其基本原理是私鑰對(duì)數(shù)字摘要進(jìn)行加密，用公鑰進(jìn)行解密和驗(yàn)證。

對(duì)原文作數(shù)字摘要，實(shí)際上是對(duì)原文進(jìn)行“哈?！?(Hash)運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果稱為哈希值。哈希值的長(zhǎng)度為定長(zhǎng)且運(yùn)算是不可逆的，不同明文其哈希值也不同，而相同的明文其哈希值相同并且唯一，原文發(fā)生任何改動(dòng)，哈希值就會(huì)隨之發(fā)生變化。

公鑰密碼理論與傳統(tǒng)對(duì)稱密鑰算法有本質(zhì)區(qū)別，對(duì)稱密鑰算法常用的是DES算法，加密與解密時(shí)用的是同一個(gè)密鑰，一旦這個(gè)密鑰被破解，原文內(nèi)容就會(huì)被解密。而公鑰算法是利用非對(duì)稱密鑰，即利用兩個(gè)足夠大的質(zhì)數(shù)與被加密原文的積來(lái)加密與解密。無(wú)論用這兩個(gè)質(zhì)數(shù)的哪一個(gè)與被加密的原文相乘 (模乘)，即對(duì)原文件加密，均可由另一個(gè)質(zhì)數(shù)再相乘來(lái)進(jìn)行解密。但是，如果想利用這個(gè)乘積而求出另一個(gè)質(zhì)數(shù)，就要將大數(shù)進(jìn)行分解質(zhì)因子，眾所周知，分解一個(gè)大數(shù)質(zhì)因子是十分困難的，若選用的質(zhì)數(shù)足夠大，這種求解幾乎是不可能的。

私鑰對(duì)數(shù)字摘要進(jìn)行加密，用公鑰進(jìn)行解密和驗(yàn)證，這樣就做到了敏感信息在數(shù)字簽名的傳輸中不被篡改，未經(jīng)認(rèn)證和授權(quán)的人，看不見(jiàn)原數(shù)據(jù)，起到了在數(shù)字簽名傳輸中對(duì)敏感數(shù)據(jù)的保密作用。

4 應(yīng)用情況

該會(huì)商系統(tǒng)在地震系統(tǒng)內(nèi)部分省局試點(diǎn)單位(河北地震局、新疆地震局、安徽地震局、湖北地震局等)得到初步應(yīng)用。會(huì)商會(huì)議開(kāi)始時(shí)，通過(guò)遠(yuǎn)程交互式會(huì)商廣播系統(tǒng)創(chuàng)建會(huì)商環(huán)境，異地參會(huì)人員如圖3所示界面登錄系統(tǒng)會(huì)商環(huán)境。啟動(dòng)會(huì)商廣播系統(tǒng)后，選擇會(huì)商會(huì)議進(jìn)行廣播或接收的PPT報(bào)告，便會(huì)出現(xiàn)如圖4所示界面，上半部分為廣播窗口，下半部分為收聽(tīng)窗口，廣播窗口中可以通過(guò)點(diǎn)擊左邊導(dǎo)航條的頁(yè)面縮略圖，定位顯示該內(nèi)容頁(yè)，亦可隨時(shí)改變參數(shù)，如圖5所示，通過(guò)相關(guān)測(cè)項(xiàng)選擇、矩形區(qū)域選擇、圓形區(qū)域選擇瀏覽所關(guān)心的分量觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線。如圖6所示，可以瀏覽選擇分量一天、兩天、一周、一個(gè)月的數(shù)據(jù)曲線，亦可以根據(jù)需要，選擇任意起止時(shí)間段的分量數(shù)據(jù)觀測(cè)曲線，以達(dá)到預(yù)期的動(dòng)態(tài)分析會(huì)商效果。

圖3 系統(tǒng)登錄界面Fig.3 Login screen of the system

圖4 系統(tǒng)廣播與接收功能界面Fig.4 Broadcasting and receiving functions interface of the system

圖5 按不同方式查詢界面Fig.5 Query interface in different style

圖6 廣播會(huì)商現(xiàn)場(chǎng)查詢的觀測(cè)曲線Fig.6 Observation curve queried in broadcast consultation field

5 結(jié)論與討論

通過(guò)剖析目前地震會(huì)商存在的問(wèn)題，提出了會(huì)議發(fā)起者—參與者應(yīng)用模式，介紹了系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)、所用關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)例應(yīng)用情況。

(1)系統(tǒng)既能延續(xù)所有會(huì)商人員在同一會(huì)場(chǎng)面對(duì)面式交流的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，又可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程異地緊急會(huì)商帶來(lái)的交互式快捷便利。

(2)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸即時(shí)消息，廣播與接收機(jī)器使異地人員參加會(huì)商成為可能，且消息占用網(wǎng)絡(luò)帶寬小。

(3)廣播與接收功能集成在廣播會(huì)商系統(tǒng)中，會(huì)商可以現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)操作改變參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析;隨著這項(xiàng)技術(shù)的深入研究，將影響并推廣至其他應(yīng)用領(lǐng)域。

(4)該系統(tǒng)還有待于提高和繼續(xù)開(kāi)發(fā)，比如目前比較成熟的視頻技術(shù)，視頻在會(huì)商中所起的作用比較大，后續(xù)可通過(guò)軟件方式加以實(shí)現(xiàn);據(jù)實(shí)際情況需要開(kāi)發(fā)類似軟終端，可以安裝在PC、平板、手機(jī)上，進(jìn)一步解決會(huì)商場(chǎng)所，時(shí)間等限制等問(wèn)題。

本文撰寫(xiě)與系統(tǒng)測(cè)試與應(yīng)用過(guò)程中得到試點(diǎn)單位 (河北地震局、新疆地震局、安徽地震局、湖北地震局等)同事的大力支持和熱心幫助指導(dǎo)，在此表示衷心感謝!

陳石，蔣長(zhǎng)勝，李艷娥，等.2011.三維立體可視化震情會(huì)商系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．地震地磁觀測(cè)與研究，32(3):148－154.

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