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1、20卷2期2004年6月世 界 地 震 工 程WORLD EARTHQUAKE ENGINEERINGVol.20,No.2Jun.,2004收稿日期:2003-09-21;修订日期:2004-05-13 基金项目:山东省优秀中青年科学家奖励基金资助项目(02BS004)作者简介:高惠瑛(1967-),女,吉林通化人,副教授,主要从事GIS技术在城市安全中的应用研究.文章编号:100726069(2004)0220030205城市抗震应急指挥信息系统框架研究高惠瑛1 焦双建1刘会婷2(1.中国海洋大学,山东 青岛266071;2.中国石油天然气管道局,河北 廊坊061000)摘要:根据我国城市
2、地震应急信息管理的发展需要,本文提出了建设抗震应急指挥信息系统的框架。并对各子系统的建设目的和功能以及建设内容做了较详细的介绍。关键词:地震信息;应急对策;GIS中图分类号:TU435文献标识码:AResearch on the framework of urban seismicemergency information systemGao Hui2ying1Jiao Shuang2jian1Liu Hui2ting2(1.Ocean University of China,Qingdao 266071,China;2.Oil and Gas Pipe Bureau of China,Lan
3、gfang 061000,China)Abstract:In this paper,according to the developing demand of seismic emergency information management in our coun2try,the framework of seismic emergency information system is proposed.The purposes and the functions of some sub2sys2tems are introduced.Moreover,the contents of profe
4、ssional database are introduced in detail.Key words:seismic information;emergency countermeasures;GIS1引 言建立城市抗震应急指挥信息系统的目的是:在地震发生时,迅速判断地震的规模、影响范围、损失等情况,并据此提出一系列应急对策,为市公共安全指挥部实施各种救灾行为,提供地震应急所须的各种信息及对策;平时,如在重要节日、国际会议、国事活动、国际接待期间,为城市提供安全保障;也可作为市地震局日常处理地震信息的有效工具。为了实现上述目标,必须将先进的信息技术和抗震部门的专业知识以及政府的救灾职能有机地
5、结合起来,形成一个震时和平时都能用的信息系统。这是我国城市一级抗震应急指挥信息系统的发展趋势。城市抗震应急指挥信息系统应包括震情会商子系统,震灾预测与应急对策子系统,地震现场信息反馈子系统,总控模块、上传下达、发布信息子系统以及应急指挥系统等六个子系统。同时建设基于GIS技术的地震基础数据库,以供各子系统使用,各子系统之间的关系如图1所示。通过这些子系统的建设,实现地震信息实时分析与应急指挥等功能,并兼顾日常工作。下面对上述内容逐一叙述。图1城市抗震应急指挥信息系统框架2基础数据库建设基础数据库建设是整个项目建设的基础,通过基于GIS平台,全面整合地震信息和城市基础地理信息(利用市公共安全指挥
6、中心的数据),建设基于GIS的地震应急基础数据库,作为本项目其它各个子系统运行的基础数据源。基础数据库的数据主要包括相关的地震数据和城市及其周边的基础地理数据;可以利用已有的基础地理电子图,还要建设新的电子图件,具体包括:区域地震构造与震中分布数据、等震线数据,近场地震构造分布数据,历史地震震中分布数据,地震前兆、观测台站分布数据,城市建筑物类型及分布数据,城市生命线工程系统数据,次生灾害数据,人口、经济数据,应急对策数据,应急指挥数据等等。基础数据库的建设内容主要包括数据的采集、整理和录入,按照数据库的结构和格式要求进行数据的二次加工,并兼顾数据维护、管理和数据共享等需求。3震情会商子系统震
7、情会商子系统通过地震通讯网络平台实现地震信息共享与传递、震情会商、震后地震趋势判断等功能。以现代化会商室的建设和环境媒介技术为依托,通过基础信息处理及分析会商数据集成,提高城市的地震会商分析能力,为政府应急指挥决策和震后恢复重建提供科学依据,把地震造成的损失降低到最低程度。建设内容包括:(1)专题数据库建设该数据库的建设将为地震分析预报工作提供必须的地震背景资料和地震信息数据。包括前兆数据、测震数据、地质地理数据、会商数据等各种信息组成的数据库。(2)基于GIS平台的地震预报会商支持系统基于GIS平台,以测震数据、前兆数据、台网信息数据库为基础数据源,以城市级、省级等一系列区域图为工作底图,进
8、行数据处理、数据分析、图形处理、图形分析的工作系统;与测震数据库结合,可在多台计算机上的不同工作区范围内动态监视地震活动,为会商研究提供实时的技术支持。同时,将地震会商软件进行整合,形成通用的地震会商软件,用以完成地震信息的处理、分析、存储、发布和上报等工作。该模块生成的结果将传递给震灾预测与地震应急对策子系统以及总控模块。132期高惠瑛等:城市抗震应急指挥信息系统框架研究4震灾预测与地震应急对策子系统该系统不仅提供了城市防震减灾的基础数据库,而且能够在任意给定地震震情参数时,智能预测地震的影响范围以及城市地震灾害,找出薄弱环节,给出相应的应急对策。该子系统建设内容包括七个部分,总体结构如图2
9、所示。图2震灾预测与地震应急对策子系统结构图4.1建立专题数据库 专题数据库指完成该子系统所需的有关资料,涉及如下七大类:(1)城市地理信息空间数据(取自于基础数据库);(2)地震地质背景资料;(3)建筑物震害预测数据;(4)生命线工程震害预测数据;(5)地震次生灾害估计数据;(6)人员伤亡及经济损失预测数据;(7)辅助决策资料专题数据可以直接来自现有资料,如 省区域主要活动断裂与地震震中分布(MS7)、省历史上较大地震等震线图、中国地震动参数区划图、近场区地震构造图、场地类别分布图 等。有些数据需要二次加工才能生成,如建筑物震害预测数据。通过调查,将调查单元编成ID码,通过ID码,生成与对应
10、的空间数据库建立关联表,方便其他子系统的调用。4.2地震灾情预测模块作好地震灾情预测的第一步,需要作好地震影响场预测,即在给定震级、震源位置等地震参数下,在区域级电子地图上估计出该地震的影响范围和强度,影响范围可用地震动加速度峰值等值线圈出,并标出各等值线的加速度峰值。通过地震影响场,可以从电子地图上自动查出城市或建筑区的位置处于哪个加速度峰值,并作为建筑物震灾预测的依据。建筑物震灾预测包括城市建筑物群体灾情预测和重要建筑的灾情预测两个部分。它的完成需要建立建筑物的专题数据库,并开发建筑物震灾预测模型,将两者结合起来,完成本项工作。为了预测在给定地震作用下本地区建筑物群体破坏的程度,在1500
11、0或110000的图件上,划分为若干较小的区格作为易损性预测的基本单元。通过计算,给出各类结构群体易损性结果。结构破坏状态可分为五级:基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、倒塌。各类结构易损性分析,均应采用以地震动参数作为输入的分析方法,代替以烈度为输入的方法,以便和第四代地震动参数区划图相啮合。按加速度峰值6段分区间隔,给出易损性矩阵结果。23 世 界 地 震 工 程 20卷生命线工程系统是城市的基础设施系统,它们在城市抗震中起着重要作用,预测它们的灾害程度,对加强城市抗震能力十分重要。本项工作由三个部分构成:一是专题数据库建立(包括供水、供气、供电、通讯、交通系统分布图及其属性数据);二
12、是预测模型开发,使系统能够对震灾进行预测。生命线工程系统的预测应该按信息管理系统要求的格式进行。在破坏状态警示预测的基础上,做到功能失效预测,如供水、供气系统功能失效预测,交通、供电、通讯、系统的影响范围预测,各系统应有破坏状态及功能失效影响范围图。由于地震的影响,城市可能产生的次生灾害(火灾、爆炸、毒气泄露、水灾等)包括专题数据库的建立和次生灾害估计模型开发两个部分。根据地区的实际情况,在次生灾害源(爆炸、泄毒、放射性污染、火灾、水灾、水库、其它等)的调查基础上,根据建筑物,特别是生命线工程易损性预测结果,对潜在的次生灾害性质、影响范围和程度给出预测。按设定地震情况给出预测结果,用电子图件来
13、表达。在建筑物、生命线工程的易损性估计、次生灾害预测的基础上,进行给定地震情况下经济损失和人员伤亡的估计。5应急对策的制定应急对策的研究与制定是在以上工作的基础上进行的。根据给定的地震震情以及通过震灾预测发现的抗震薄弱环节,制定出不同情况下的应急抢救方案和震后恢复计划,做到震前有准备、震后有措施,减少地震灾害造成的生命财产的损失。为了科学分析灾区、灾情或突发事件的实际情况,能够自动生成应急指挥方案与建议,需要研究开发应急智能分析与决策模型。包括:(1)应急状况分析与建议 包括灾害级别判定、突发事件规模判定、优先应急行动、军队救灾调度、紧急医疗调度、紧急强制措施、灾民疏散、国际援助、工程恢复与保
14、障等。(2)物资和人员需求 包括应急医疗急需品需求、应急灾民食品需求、应急灾民日用品需求、应急临时住房援助需求等。(3)指挥方案生成与管理 包括人员搜寻与营救对策、医疗救护、卫生防疫和伤员转移、要害工程(包括生命线工程)抢险、交通运输保障、应急救助救济物资筹备与分配、灾民照管与转移、社会治安保障、次生灾害判别与处置、灾民疏散以及重要机关、外交机构、重要建筑物的安全保障等。应急指挥信息应该向业务主管上级通报,向市人民政府通报,向公众及媒体公告等。6地震现场信息反馈子系统任何预测或估计方法都不能精确地预见未来的灾害,总会有些偏差。因此,建立现场信息反馈系统来修正预测结果的误差是十分必要的。基于GI
15、S建立地震现场震情、灾情分析及动态图象采集系统,动态跟踪、采集、分析现场震情、灾情,跟踪地震序列发展,动态反馈地震现场宏观烈度考察资料、建筑物结构破坏考察资料、地震地质灾害和次生灾害等信息。修正灾害评估结果,为震后趋势判定提供实时依据。上述系统将生成的信息和数据传递给总控模块,通过它将各子系统协调、调度、监控起来,完成上传下达和信息发布等功能。7结语“九五”期间,在我国实施了大、中城市震害预测及信息管理系统项目研究,在九个城市示范,并建立了震灾预测系统。在建立基础数据库、震灾预测方法、基于GIS的震灾数据综合和地震应急对策等方面都积累了丰富的经验。“十五”期间,中国地震局要求,在我国几十个城市
16、将建设抗震应急指挥信息系统。为了提高地震应急的能力,解决目前各城市在地震应急状况中的诸多问题,规划完善各城市防震减灾计算机网络系统,抗震应急指挥信息系统应具有如下功能:1、日常,实现震情、灾情信息的实时采集、集成、分析、会商、处理的自动化、智能化、可视化,和市政府、上332期高惠瑛等:城市抗震应急指挥信息系统框架研究下级地震部门及相关单位保持信息交互。2、震时或在预报地震情况下,可在10分钟内通过计算机系统给出震情、灾情预测结果,提供应急对策,判断震情趋势,智能预测城市震害程度和分布,包括建筑物震害、城市公用设施系统的震害、重要工程的震害、次生灾害、经济损失及人员伤亡以及高危害区和薄弱环节的识
17、别。制订震前防御规划和震时应急对策,为政府指挥应急和防震减灾提供科学依据。3、系统可不间断运行,与市公共安全应急指挥中心,上、下级地震部门互联互通、信息共享。因此,各城市应该积极建设抗震应急指挥信息系统,使之在减轻地震灾害和保障人民生命安全方面发挥作用。参考文献:1阎正,等编.城市地理信息系统标准化指南M.北京:科学出版社.1998年6月.2邝孔武,等.信息系统分析与设计M.北京:清华大学出版社.1999年6月3王立福,等.软件工程-技术、方法与环境M.北京:北京大学出版社.1997年5月4冯启民,高惠瑛.供水系统震害预测专家系统J.地震工程与工程振动,2000,20(3):67-75.5杨亚弟,等.震害预测中抽样方法的研究J.地震工程与工程振动,1999,19(1):76-80.6Hu Y,Zhou X.Development of earthquake engineering beyond the centuryA.Proceedings of the 5th National Conferences on Earthquake EngineeringC,I.1-9,1998.7朱煌武,等.合肥市防震减灾计算机信息管理系统.自然灾害学报,2000,9(3):59-63.8地震灾害预测及其信息管理系统技术规范S.(正在印刷,2004年出版)43 世 界 地 震 工 程 20卷