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灾难应对中的信息“尖兵”
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根据《科学新闻》总编辑助理贺涛的要求，我的博文“灾难管理（100205）”被修改补充成为下面这样子，发表在《科学新闻》第15期（总第425期）第32-33页，2010年8月18日。
灾难应对中的信息“尖兵”
闵应骅
社会越现代化，就越关心人。过去在战争中，不知道死了多少人，不管他/她是所谓“敌”还是“友”，反正他们都是人。而当时人们关心的是谁胜谁败、谁是高级军官。其实，不管是官，还是兵，他们都是人。今天，一次事故、一次地震、一次命案，哪管是死一个人，那也是灾难。不要以为灾难是百年不遇的，就全社会而言，灾难天天在发生。当灾难来到的时候，现在有所谓“应急预案”。 在突发事件的预防准备、反应、恢复以及救援能力与协调等方面都需要有灾难应对措施。美国是在2001年9月11日世贸中心和五角大楼遭袭以后才真正重视起来。不过，人家技术底子厚，许多容错技术已经发挥了作用。
《唐山大地震》电影正在热播，那是1976年的事，死了24万人呀！2008年5月12日四川汶川大地震有8级，今年4月青海玉树又发生地震。今夏以来洪水在我国多省告急，还造成了吉林化工原料桶冲入松花江的事件，这是自然灾害。人为事故方面也有大连输油管爆炸引发的石油泄漏事件。再加上数不清的矿难，真可以说，灾难天天有。
面对灾难频发的情况，灾难应对成为政府、社会广泛关心的大问题。我这里没用“灾难管理”这个词。严格来说，灾难是没法管理的。它也不听你管。何况在灾难的应对中，并不光是管理的问题，更多的是要实干。技术要为救灾的管理和实干尽可能提供较好的条件。记得在1998年水灾以后，国务院就安排过灾难应对方面的科学研究课题，其中也包括信息技术。但是，后来好像无声无息，不了了之。
现代技术的进步给灾难应对提供了与过去无法比拟的有利条件。信息技术在灾难应对中有三方面的技术，特别重要。
社会网络化
1976年7月28日凌晨3点发生唐山大地震，顷刻间，百万人口的唐山，变成一片废墟。几十万人被埋在残垣断壁之下。大家都蒙了,非常慌乱。听说只有一个单位的工会主席非常冷静，立马就往北京方向跑。他要到中南海去报告消息。他觉得，救几个人虽然也好，但解决不了唐山市几十万人的问题。这人多聪明，没有政府、军队的支援，这么大的事情怎么应对？正值半夜，邮电局关门，或许已经倒塌。电话、电报都不通。他只有自己去。他跑得很辛苦，后来搭上了便车，花了几个小时，到达中南海。而且受到中央领导接见，马上命令解放军前去救援。
要是像今天这样，有互联网，而且是任何时候、任何地点都畅通的话，这只需要几秒钟就能解决。所以，让社会网络化是应对灾难的有力武器。但是，请你注意，天线垮了，基站没有了，手机信号照样传不过来。在紧急情况下，灾难的首位发现者需要直接和政府或救援机构取得联系，而不是层层上报及层层布置，而是在最短时间内的快速反应。所以，做到在任何地方、任何时间。任何人都与网络社会相联是非常重要的。而且要有发达的传感器网络，能及时有效地传递灾难地信息。Web2.0就大有用场，例如Twitter，博客，wiki等。
因特网这东西带来了“信息安全”的大问题，许多人，尤其是党政领导机关很伤脑筋。政府为信息安全所花费的人力、财力相当可观。有人就问：那为什么不关掉那因特网算了。不，任何东西都有利、有弊，因特网所带来的好处多得很，灾难应对就是其中之一。
因特网一开始是为科研服务的，一些难得的试验数据，可以通过因特网由全世界的科学家共享。现在扩展到全社会，物联网还要把它扩展到所有物件。那么，全社会就必须网络化。注意，网络化就不是树型结构，只有自下而上、自上而下两条路。
但是，在灾难条件下，某些网络基础设施毁坏，网络还能互联吗？系统还能工作吗？这就引出了最近人们提出的“系统可生存性”问题。当然不能说系统中所有部件都毁坏，仍然可生存，那是不可能的。事实上，即使是8级大地震，也不可能毁坏所有东西，一件都不剩。只要剩下一些基本的部件，系统就可能降级使用。所谓“降级使用”，就是降低原系统性能，而保持一些基本的性能。它没死，还活着，那不就是“生存”着吗？但这个可生存性要求，可不是随便就能做到的。诸多的“单点故障”能致系统于死地。所谓“单点故障”是指只要某一点发生故障，整个系统就失效了。所以，系统应该设计得只有尽可能少的单点故障。
网络要想做到在任何地方、任何时间。任何人都与网络社会相连，可不容易。无线网络必不可少，3G、4G通讯已经走在前面了。但是，无线网络的可靠性是个大问题。真要广泛应用，还有很长的路要走，而且，这些技术的可生存性仍然是值得评估的问题。
可视化和物联网技术
在2008年汶川地震时，我听说中科院微电子研究所在汶川搞了一个传感器网络，使中央领导能随时看到那里的堰塞湖的情况。这个例子说明可视化和物联网技术对灾难应对非常重要。1998年大水灾以后，中央领导希望他们能随时看到大水的涨落情况，而且希望测量精度能达到1米。这些遥感遥测技术今天都可以包括在物联网技术中。测量精度一直是测量技术里高精尖的问题。GPS定位精度100米或1米，差3个数量级，技术上完全不同。有时候，战略科学家说一句话，只差几个字，搞战术的人可就要大伤脑筋了。
一个虚拟的灾难观测器提供给救灾部门和保险公司，以确定灾难的精确时间、地点和严重程度，对灾难应对无疑是极关重要的。在2008年汶川地震之前后曾有100位工程师去做这件事。而灾难观测器可以坐在屋子里完成这事。卫星图像传感不受时间地点的限制。物联网可以做这事，如果物联网在灾难情况下仍然能生存的话。这种可生存性当然首先决定于灾难的严重程度，但系统的健壮性是我们自己可以控制的事情，在设计时就可以注意到。
高度的可视化和虚拟现实要求海量存储和并行处理。清晰的图像和高速的跟踪需要天文数字的信息存储量。由于要显示的对象很多，并行处理就很需要。而存储和处理之间的信息交换速度一直是瓶颈。数据处理速度可以很快，而信息交换速度快不上去，不是速度上不去，就是可靠性不能保证。这方面，超级计算机正在做探索。
目前人们对物联网技术的期望值很高，好像什么问题都能解决。其实不然。某些专家、某些领导可以有很天真的、很诱人的想法，那一般都是功能上的一种期盼。能不能做出来，很难说。在欧美，软件项目失败的很多，投了几千万美元而失败放弃的不少。原因何在？就在于要把对项目的期盼变成一个形式化的模型，极其困难，有时不可能。而软件必须建立在形式化模型的基础上，没有形式化，就写不成软件。所以，我建议，物联网建设要由软件开始。而不是先铺摊子，把硬件环境先建起来。这就蕴涵着一种可能：钱花了，功能实现不了。这和我们盖楼是不一样的。楼盖上了，做不了体育场，还可以做剧场，再不济，改成居民楼算了。建设物联网这样大的工程，可得预先想好了才行。
容错技术
容错技术在灾难应对中大有用场。不难想象，911事故中全毁的世贸大楼里有多少金融和财务信息，有多少“账本”，牵涉到多大金额。毁于一旦，怎么办？这损失谁来承担？庆幸的是这些银行和金融机构都早就用上了容错技术：“异地备份”。所谓异地备份就是世界大银行在世界各地都有备份，譬如纽约、巴黎、伦敦、苏伊士等不同的地方都有备份。一个地方出事，其他地方的数据库依然存在。
也许有人问：异地备份不是很简单吗？在各地放个磁盘就行了。不，你得实时改变呀！如果在纽约做了个交易，巴黎没有更新，骗子就很容易钻这个空子，非法地拿到钱。更新过程必须快而且正确。所以，对一笔交易，有所谓“原子操作”，就是一笔交易，要么不做，要做就做完，不能被其他操作所打断。因为交易被打断，极易造成错误，也极易受到攻击。不管是银行吃亏，或者客户吃亏，都不合适。而在异地备份中实时同步成为最核心、最困难的问题。大量数据的传送总需要时间，而且难免出错。怎么保证高可靠、高速地同步更新所有数据，正是容错技术要解决的问题。不但如此，在今天，网络可能受到攻击的情况下，不排除某一个银行站点被击垮的可能。击垮了的站点可能故意做敌人要他做的事，譬如透露机密信息，谎报假信息。这些问题光用密码系统是解决不了的。这就是容错技术中的“拜占庭将军问题”。这问题在容错界研究几十年了。现在还在研究，因为攻防技术都在进步。
技术复用是灾难应对中另一个技术手段。像手机在平时是作为个人通信工具，它也附加了越来越多的功能，例如GPS，指南针，海拔计等等。如果增加一个功能，即在灾难时成为信息的传感器和传播器，那将是灾难应对的有力措施。加州大学圣地亚哥分校的通信和信息技术学院开发了一个P2P事故通告系统，所谓人类感知器可以收集、中继事故信息，如火灾、交通事故，用到语言识别、内容自调整、评价用户报告信息的可信性，同时通过电话或文本通告事故给所有相关用户。平时的火警电话119 、匪警电话110，在紧急情况下常常不是占线，就是反应慢。说来也怪，有战士跟我讲，他们有首长来观摩演示的时候，系统常常不好使，首长走了，系统又好了。在紧急情况下也是一样。所以，技术复用，赋予手机在紧急情况下的这些功能对灾难应对很有用。其他各种冗余技术对提高系统自身的可生存性也很有必要。
可以说，就全国、全世界来说，灾难天天有。周到的灾难应对才构成一个真正人性化的社会。信息技术对灾难应对是大有作为的。
（作者为中国科学院计算技术研究所研究员）
https://wap.sciencenet.cn/blog-290937-356082.html
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灾难应对中的信息“尖兵”
闵应骅
社会越现代化，就越关心人。过去在战争中，不知道死了多少人，不管他/她是所谓“敌”还是“友”，反正他们都是人。而当时人们关心的是谁胜谁败、谁是高级军官。其实，不管是官，还是兵，他们都是人。今天，一次事故、一次地震、一次命案，哪管是死一个人，那也是灾难。不要以为灾难是百年不遇的，就全社会而言，灾难天天在发生。当灾难来到的时候，现在有所谓“应急预案”。 在突发事件的预防准备、反应、恢复以及救援能力与协调等方面都需要有灾难应对措施。美国是在2001年9月11日世贸中心和五角大楼遭袭以后才真正重视起来。不过，人家技术底子厚，许多容错技术已经发挥了作用。
《唐山大地震》电影正在热播，那是1976年的事，死了24万人呀！2008年5月12日四川汶川大地震有8级，今年4月青海玉树又发生地震。今夏以来洪水在我国多省告急，还造成了吉林化工原料桶冲入松花江的事件，这是自然灾害。人为事故方面也有大连输油管爆炸引发的石油泄漏事件。再加上数不清的矿难，真可以说，灾难天天有。
面对灾难频发的情况，灾难应对成为政府、社会广泛关心的大问题。我这里没用“灾难管理”这个词。严格来说，灾难是没法管理的。它也不听你管。何况在灾难的应对中，并不光是管理的问题，更多的是要实干。技术要为救灾的管理和实干尽可能提供较好的条件。记得在1998年水灾以后，国务院就安排过灾难应对方面的科学研究课题，其中也包括信息技术。但是，后来好像无声无息，不了了之。
现代技术的进步给灾难应对提供了与过去无法比拟的有利条件。信息技术在灾难应对中有三方面的技术，特别重要。
社会网络化
1976年7月28日凌晨3点发生唐山大地震，顷刻间，百万人口的唐山，变成一片废墟。几十万人被埋在残垣断壁之下。大家都蒙了,非常慌乱。听说只有一个单位的工会主席非常冷静，立马就往北京方向跑。他要到中南海去报告消息。他觉得，救几个人虽然也好，但解决不了唐山市几十万人的问题。这人多聪明，没有政府、军队的支援，这么大的事情怎么应对？正值半夜，邮电局关门，或许已经倒塌。电话、电报都不通。他只有自己去。他跑得很辛苦，后来搭上了便车，花了几个小时，到达中南海。而且受到中央领导接见，马上命令解放军前去救援。
要是像今天这样，有互联网，而且是任何时候、任何地点都畅通的话，这只需要几秒钟就能解决。所以，让社会网络化是应对灾难的有力武器。但是，请你注意，天线垮了，基站没有了，手机信号照样传不过来。在紧急情况下，灾难的首位发现者需要直接和政府或救援机构取得联系，而不是层层上报及层层布置，而是在最短时间内的快速反应。所以，做到在任何地方、任何时间。任何人都与网络社会相联是非常重要的。而且要有发达的传感器网络，能及时有效地传递灾难地信息。Web2.0就大有用场，例如Twitter，博客，wiki等。
因特网这东西带来了“信息安全”的大问题，许多人，尤其是党政领导机关很伤脑筋。政府为信息安全所花费的人力、财力相当可观。有人就问：那为什么不关掉那因特网算了。不，任何东西都有利、有弊，因特网所带来的好处多得很，灾难应对就是其中之一。
因特网一开始是为科研服务的，一些难得的试验数据，可以通过因特网由全世界的科学家共享。现在扩展到全社会，物联网还要把它扩展到所有物件。那么，全社会就必须网络化。注意，网络化就不是树型结构，只有自下而上、自上而下两条路。
但是，在灾难条件下，某些网络基础设施毁坏，网络还能互联吗？系统还能工作吗？这就引出了最近人们提出的“系统可生存性”问题。当然不能说系统中所有部件都毁坏，仍然可生存，那是不可能的。事实上，即使是8级大地震，也不可能毁坏所有东西，一件都不剩。只要剩下一些基本的部件，系统就可能降级使用。所谓“降级使用”，就是降低原系统性能，而保持一些基本的性能。它没死，还活着，那不就是“生存”着吗？但这个可生存性要求，可不是随便就能做到的。诸多的“单点故障”能致系统于死地。所谓“单点故障”是指只要某一点发生故障，整个系统就失效了。所以，系统应该设计得只有尽可能少的单点故障。
网络要想做到在任何地方、任何时间。任何人都与网络社会相连，可不容易。无线网络必不可少，3G、4G通讯已经走在前面了。但是，无线网络的可靠性是个大问题。真要广泛应用，还有很长的路要走，而且，这些技术的可生存性仍然是值得评估的问题。
可视化和物联网技术
在2008年汶川地震时，我听说中科院微电子研究所在汶川搞了一个传感器网络，使中央领导能随时看到那里的堰塞湖的情况。这个例子说明可视化和物联网技术对灾难应对非常重要。1998年大水灾以后，中央领导希望他们能随时看到大水的涨落情况，而且希望测量精度能达到1米。这些遥感遥测技术今天都可以包括在物联网技术中。测量精度一直是测量技术里高精尖的问题。GPS定位精度100米或1米，差3个数量级，技术上完全不同。有时候，战略科学家说一句话，只差几个字，搞战术的人可就要大伤脑筋了。
一个虚拟的灾难观测器提供给救灾部门和保险公司，以确定灾难的精确时间、地点和严重程度，对灾难应对无疑是极关重要的。在2008年汶川地震之前后曾有100位工程师去做这件事。而灾难观测器可以坐在屋子里完成这事。卫星图像传感不受时间地点的限制。物联网可以做这事，如果物联网在灾难情况下仍然能生存的话。这种可生存性当然首先决定于灾难的严重程度，但系统的健壮性是我们自己可以控制的事情，在设计时就可以注意到。
高度的可视化和虚拟现实要求海量存储和并行处理。清晰的图像和高速的跟踪需要天文数字的信息存储量。由于要显示的对象很多，并行处理就很需要。而存储和处理之间的信息交换速度一直是瓶颈。数据处理速度可以很快，而信息交换速度快不上去，不是速度上不去，就是可靠性不能保证。这方面，超级计算机正在做探索。
目前人们对物联网技术的期望值很高，好像什么问题都能解决。其实不然。某些专家、某些领导可以有很天真的、很诱人的想法，那一般都是功能上的一种期盼。能不能做出来，很难说。在欧美，软件项目失败的很多，投了几千万美元而失败放弃的不少。原因何在？就在于要把对项目的期盼变成一个形式化的模型，极其困难，有时不可能。而软件必须建立在形式化模型的基础上，没有形式化，就写不成软件。所以，我建议，物联网建设要由软件开始。而不是先铺摊子，把硬件环境先建起来。这就蕴涵着一种可能：钱花了，功能实现不了。这和我们盖楼是不一样的。楼盖上了，做不了体育场，还可以做剧场，再不济，改成居民楼算了。建设物联网这样大的工程，可得预先想好了才行。
容错技术
容错技术在灾难应对中大有用场。不难想象，911事故中全毁的世贸大楼里有多少金融和财务信息，有多少“账本”，牵涉到多大金额。毁于一旦，怎么办？这损失谁来承担？庆幸的是这些银行和金融机构都早就用上了容错技术：“异地备份”。所谓异地备份就是世界大银行在世界各地都有备份，譬如纽约、巴黎、伦敦、苏伊士等不同的地方都有备份。一个地方出事，其他地方的数据库依然存在。
也许有人问：异地备份不是很简单吗？在各地放个磁盘就行了。不，你得实时改变呀！如果在纽约做了个交易，巴黎没有更新，骗子就很容易钻这个空子，非法地拿到钱。更新过程必须快而且正确。所以，对一笔交易，有所谓“原子操作”，就是一笔交易，要么不做，要做就做完，不能被其他操作所打断。因为交易被打断，极易造成错误，也极易受到攻击。不管是银行吃亏，或者客户吃亏，都不合适。而在异地备份中实时同步成为最核心、最困难的问题。大量数据的传送总需要时间，而且难免出错。怎么保证高可靠、高速地同步更新所有数据，正是容错技术要解决的问题。不但如此，在今天，网络可能受到攻击的情况下，不排除某一个银行站点被击垮的可能。击垮了的站点可能故意做敌人要他做的事，譬如透露机密信息，谎报假信息。这些问题光用密码系统是解决不了的。这就是容错技术中的“拜占庭将军问题”。这问题在容错界研究几十年了。现在还在研究，因为攻防技术都在进步。
技术复用是灾难应对中另一个技术手段。像手机在平时是作为个人通信工具，它也附加了越来越多的功能，例如GPS，指南针，海拔计等等。如果增加一个功能，即在灾难时成为信息的传感器和传播器，那将是灾难应对的有力措施。加州大学圣地亚哥分校的通信和信息技术学院开发了一个P2P事故通告系统，所谓人类感知器可以收集、中继事故信息，如火灾、交通事故，用到语言识别、内容自调整、评价用户报告信息的可信性，同时通过电话或文本通告事故给所有相关用户。平时的火警电话119 、匪警电话110，在紧急情况下常常不是占线，就是反应慢。说来也怪，有战士跟我讲，他们有首长来观摩演示的时候，系统常常不好使，首长走了，系统又好了。在紧急情况下也是一样。所以，技术复用，赋予手机在紧急情况下的这些功能对灾难应对很有用。其他各种冗余技术对提高系统自身的可生存性也很有必要。
可以说，就全国、全世界来说，灾难天天有。周到的灾难应对才构成一个真正人性化的社会。信息技术对灾难应对是大有作为的。
（作者为中国科学院计算技术研究所研究员）
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