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1、基于G I S 的防震减灾信息和辅助决策系统 陶夏新温瑞智崔正涛汤爱平 ( 中国地震局工程力学研究所，黑龙江省哈尔滨市，1 5 0 0 8 0 摘 要:本丈介绍了 在防襄减灾 领域应用c 1 $ 技术， 建设防襄减灾 信息和辅助决策系 统的 总体思路、系统设计、软伸结构和系统的主要功能。 、引言 G I S正被广泛地应用到各个领域。制定防震减灾对策，无疑要考虑地震发生及其引发灾害的空 间分布。G T S提供了研究、分析、处Il l 这类海量空间数据的强有力工具，正在成为防震减灾领域的 一项新技术， 用于地震危险性分析、 地震易损性分析、 地震危害性分析、 震后辅助决策等各个方面。 在 1 9
2、9 4年的美国N o rt h r id g e 地震的 应急反 应中， G I S的 优势得到充 分发 挥。 从震 后资 料的 收集、 管 理， 到 地震 损失评 估、 重建的 工 作中， E Q E 等公司 研制的系统迅 速地为 政府和公 众提供了 大量信 息，为联邦政府救灾决策提供了 有力支持， 成为 G I S在防震减灾领域应用的成功范例。1 9 9 7年， 加州大学的 地震工程研究中心完成了为期三年的项目，进一步在G I S 环境下研究评估大地震对社会 和经济影响的方法川 。在坂神大地震后，日 本在联合国区域发展中心的支持下也建立了一个很好的 防震减灾系统。 国家自 然科学基金资助的
3、重大项目“ 城市与工程减灾基础研究” 有力地推动了 我国防震减灾领 域G I S的大规模应用2 ) . 3 1 。中国 地震局 “ 九五” 项目 中相当 数目 的一批项目 选择G I S为技术支撑 平台，取得了可喜的进展。国家防震减灾中心的配套软件支持系统也正在G I S 环境下开发。 大庆油田是我国最重要的石油基地，各类管线网络十分复杂， 也是全国十四个地震灾害重点防 御城市之一。本文结合大庆油田防震减灾信息及辅助决策系统建设的体会，介绍了 防震减灾信息及 辅助决策系统建设的总体思路、系统设计、系统的主要功能以 及进一步发展的设想。 二、防妞减灾信息和辅助决策系统建设的总体思路 为了有效地防
4、御和减轻地震灾害，在各级政府的支持下，中国已 有三百多个城市和为数更多的 大型工矿企业编制了 抗震防灾规划。 常言 道，有备无患， 这些规划必定会在未来的破坏性地震中显 现出巨大的社会、 经济效益。然而， 对一个城市或企业而言，破坏性地震是很不经常发生的。通常 的 震害预测结果及防灾对策主要表现为书面报告和图件，当前建设速度相当快， 若干年后发生一破 坏性地震，因建筑环境有很大的变化，预M结论、 预案都会与实际差距较大， 对防震减灾工作反而 起了消弱、干扰的作用。以现代信息技术为基础建设的防震减灾计算机系统，可以从根本上扭转这 一 窘境。防震减灾信息系统可以 存储大量的基础信息， 覆盖地震环境
5、、 建筑环境及社会环境等各个 方面，其卓越的管理功能使数据的更新 ( 增、 删、改) 极为方便。防震减灾管理部门可以 将信息系 统的定期更新作为日 常管理工作的一项内 容，不但便于各种各样的统计、报表，而且可保证依此作 出的震害预测、防灾对策与实际情况相符合。 将规划中的重要工程项目 临时性地加入信息系统， 估 计出的震害、 损失、 伤亡会有助于评价该项目 的 适宜性、 可行性。 防震减灾信息和辅助决策系统中， 地震灾害预测分析的结果又作为空间数据库的组成部分由 信息系统管理。日 常，可依其模拟一设定 1 3 8 地震对生产、生活的冲击，改进防灾预案;震后，可作为应急决策的参考依据。许多震例表
6、明，地 震发生后，能否迅速采取有效救灾对策是引发灾害大小的重要因素，而要作出恰当的决策。必得尽 快获取真实的信息。 破坏性地震发生后，一定程度的混乱状态会给信息的汇总、分析带来相当大的 困 难。系统可以充分发挥计算机不受灾难气氛影响、不受人为因素干扰的优势，迅速将获取的信息 与存储的 数据组织起来， 粗略估计地震破坏的分布，作出 抢救伤员、扑救次生灾害、 疏散安置人员 等最佳路径选择，各种公用设施 ( 生命线系统) 抢修、加强重要保卫、 发放救灾物资的动态方案等， 供指挥部门参考。己有的实例表明， 能够十分迅速地估计，即便相当粗略， 只要没有数量级的误差， 对政府的宏观决策就非常有帮助。 就目
7、 前计算机技术发展的水平和应用状况而言，设想一个防震减 灾的计算机应用系统代替各级领导直接指挥是不恰当、 不现实的。 这也就是 本文以“ 辅助决策系统” 为题的一 个基本考虑。当 然，系统还应承担大量繁琐的文字、统计、报表工作。例如，生成震后面 向政府和新闻媒体的报告文字稿及相应的图件。图 I 表示了系统中信息系统所处的中心作用及有关 的各项工作。 地展危险性评定 防 展减灾 信息系统 地愚危害分析 设定地震影响 地展损失评估 地展冲击模拟 展后应急决策 图 I防展减灾信息系统与有关各项工作 面向 我国 企业硬件资 源的 现状， 系统要在高档微机上运行， 初步设计为5 s 6 r 2 o o
8、以上的主机( 内 存3 2 M B , 硬盘3 .2 G B ) 。 用户界面在A r c V i e w 3 .0 的基础上开发，与V i s i a l B a s i c 5 . 0混合编程，系 统开发以P C A R C / I N F 0 3 .5 ( 为 主 ) 和A R C / I N F 0 7 .0 .2 ( 借 助对P O 妙 g o o 图 层中 管理空间 特征的 更强 大的能力、网络分析的更强大的能力)为支撑平台，与F o r m a n 和C “( 主要用于分析模块) 馄合编 程。 三、 防瓜减灾信息和辅助决策系统的设计 防震减灾信息的有效组织是整个系统能够高效运转的
9、基础。空间数据的组织以项目 整体设计的 要求为依据，确定数据组织模型，反映出空间实体的信息之间的联系，满足用户需求。信息系统主 要以 专 题图 层 ( c o v e r a g e ) 作为数据组织的基础单元， 辅以 其它形 式的数 据文件。 根据防 展减灾信 息的特点及震害分析模型的需求将同类空间特征组织在同一图层内。专题图 层采用树状的子目 录方 式管理， 每一专题图 层存为一子目 录。为了 避免数据量大引 起的混淆，同一大类 ( 图1 中一方框所 表 示 的 一 项 工 作) 的 图 层 存 放 在 更 高 一 级的 子目 录 下 ， 同 时 存 放 这 一 大 类 分 析 模 块 及
10、 其 愉 入 、 输出 文件等。从逻辑结构上， 系统可分为信息系统， 分析建模子系统、辅助决策子系统和用户界面。实 际上信息系统的大部和多数分析模块是按防震减灾专题组织的， 例如， 地展环境和设定地展子系统、 场地环境子系统、 建筑环境子系统、 生命线网 络子系统等。如上节所述，各种中间、 摄终结果也都 组织进相应的专题。 大庆油田防震减灾信息和辅助决策系统包括 6 8个专题图层，主要包括:大庆油田 地理位置、 行政单位划分 6 2个) 、生产能力分布等，东北地震区震中分布 ( 区域破坏性地震 3 5个，全区仪 器记录地震 3 2 3 5个) 、区域地震构造分区 ( 1 0个) 、区域地震构造
11、 ( 活动断裂 6条) 、区域潜在震 源区、设定地震影响场， 大庆油田工程场地钻孔 ( 4 3 9个) 、工程场地抗震性能分区，建筑物 ( 群 1 3 9 体，全油田以6 2 个二级单位为单元，按用途共分为 1 2 类，总建筑面积达 1 0 0 ( ) 万k m ;采油一厂、 二 厂以街区为单位)及其震害分布、建筑物 ( 重要的单体，3 2栋)及其震害分布，塔、罐等构筑 物 ( 5类，共 3 8 2 6个)及其震害分布，道路 ( 2 0 1 0 k m)及其震害分布、桥梁、涵洞 ( 7 1 个) 及其 震害分布， 输油管线 ( 1 5 2 6 k m) 及其震害分布、 库站 ( 3 5 6 个
12、) 及其震害分布， 输气管线 ( 1 3 5 6 k m ) 及其震害分布、库站 ( 3 4 2个)及其震害分布， 供水管线 ( 6 5 4 k m )及其震害分布、泵站 ( 包括水 源、 水厂共 1 2 5 个)及其震害分布，电 力线路 ( 2 4 0 3 k m) 及其震害分布、变电 所 ( 含电厂， 共2 1 0 个)及其震害分布.通信线路 ( 包括架空明线，1 7 0 6 k m)及其震害分布、通信站 ( 包括卫星站、 差转台 2 8个) 及其震害分布，指挥中心，医疗救护中心、医疗抢救方案，次生灾害源分布，消防 ( 支队) 站分布、消防队辖区，治安力量分布、治安保卫方案， 救灾物资供应
13、站分布、救灾物资发 放方案，5种生命线系统抢修方案，避难场所分布、人员疏散安置方案等。除了这些图层以 外，还 有大量 D B F , T X T等格式的数据文件，用以实现分析模块的输入、输出数据流组织，以 及许多中 间分析结果图层、文件，供用户进一步查询、分析震害评估及辅助决策的结果。 图2 中 表示了系统内 信息系 统、分析模型、辅助决策和用户界面间的逻辑关系及数据流组织。 系统中 包括分析模块2 8 个，主要包括:设定地震影响场模 块 ( 显示查询区域地震分布、 地震构造及观测台站的位置，人 机交互式生成设定地震的等震线图层) 、工程场地抗震性能评定 模块 ( 显示查询工程钻孔平面分布、柱
14、状图， 评定各钻孔的抗 震性能并生成场地抗震性能分区图层) 、建筑物 ( 群体) 抗震能 力评定模块 ( 评估、显示查询、统计各街区建筑物完好、轻微 破坏、中等破坏、 严重破坏、毁坏的总建筑面积) 、建筑物 ( 单 体)抗震能力评定模块 ( 逐栋评估、显示查询、统计3 2 栋重要 建筑物的 震害) 、 管线震害评估模块 ( 评估各类管线中管段、 接 用户界面 辅 助 决 策 信 AA 统 分 析 模 型 图2 系统内的逻辑结构和数据流 头、 弯头、三通的完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、毁坏的数量) 、管网震害评估模块 ( 依 据震害评估网 络系统尚具有的功能) 、重点库站震害评估模块 (
15、逐一评估各库站的震害) 、地震损失 评估模块 ( 根据震害估计直接经济损失、可能的人员 伤亡、需要安置人员的分布) 、医疗抢救辅助 决策模块 ( 依据医院抢救育力和伤员的分布划分各医院的责任分区及每个医院的抢救方案) 、消防 灭火辅助决策模块 ( 依据次生灾害源的分布、震害估计和速报起火点、实测气候条件、交通网 络通 行能力、供水网络功能的估计，形成重点库站消防灭火作战方案，以 及事故处理方案) 、疏散安置 辅助决策模块 ( 依据展害、需要安置人口 和安置场所的分布、交通网络的功能、 余震趋势估计，制 定疏散安置方案) 、供水网 络修复辅助决策模块 ( 根据供水网络的震害和总的抢修顺序决策，
16、制定 修复方案) 、电力网络修复辅助决策模块 依据震害分布、电力网 络功能、交通网络功能等的估计 和救灾物资分布，形成电力系统修复方案) 、 通讯网络修复辅助决策模块 依据展害分布、通讯网 络尚具有功能、交通网络功能等的估计和物资的分布，形成修复方案) 、交通系统修复辅助决策模 块 ( 依据震害、交通系统尚 具有的功能等的估计和物资分布，制定修复方案) 、生产系统修复辅助 决策模块 依据输油、 输气网络和物资分布，制定修复方案) 、汇报生成模块 ( 根据展害、现有生 产能力、 损失和伤亡的 估计，各种救灾、 修复、安置方案，生成一套向 上级主管单位、地方政府、 国务院主管单位以及新闻媒体的报告文件) 。 由 于各个专题牵涉的空间范围有较大差别， 基础资料分别取自1 : 2 5 0 万地形图( 等角圆 锥投影)， 1 : 1 万和 1 : 5万地形图 ( 高斯一 克吕 格投影) ，空间操作中也要经过各种投影方式、投影参数之间的 坐标转换。 系统 用户界 面编制充分利用多 媒体技术， 声图并 茂、 直观通俗、 操作 方便。 1 4 0 丁、 一 四、防屁减灾信
