闕再軍

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 測繪院，貴州 貴陽550018）

0 概述

地震是當(dāng)今地球上各種自然災(zāi)害之首,它給人類生活造成巨大的災(zāi)難。 嚴(yán)重的地震災(zāi)害可以摧毀建筑、道路、橋梁,甚至毀滅整個城市或鄉(xiāng)鎮(zhèn),尤其地震災(zāi)害對人類賴以生存的生命線工程的巨大破壞,致使地震災(zāi)區(qū)與外界緊密聯(lián)系的糧食、飲用水、電力供應(yīng)、通訊聯(lián)系等中斷,這在一定程度上也加劇了地震災(zāi)害。 我國地處世界上最活躍的地震帶，是世界上多地震國家之一,據(jù)統(tǒng)計,我國地震災(zāi)害非常嚴(yán)重，地震活動頻度高,分布廣,而且強(qiáng)度高。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)和設(shè)計原則

1.1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

將地震危險性分析與建筑物震害預(yù)測、 生命線工程震害預(yù)測、地震次生災(zāi)害預(yù)測、經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡預(yù)測、防震減災(zāi)對策研究等研究成果進(jìn)行系統(tǒng)集成,以GIS 為平臺,結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)模型,建立防震減災(zāi)信息管理與輔助決策支持系統(tǒng)。 具體目標(biāo):

（1）震前系統(tǒng)能查詢與建筑物抗震性能相關(guān)的信息,還能通過模擬分析地震災(zāi)害,了解建筑物和生命線系統(tǒng)遭受的震害狀態(tài)。

（2）震時系統(tǒng)提供的應(yīng)急預(yù)案,快速作出科學(xué)化、程序化的應(yīng)急響應(yīng),方便輔助政府實施破壞性地震應(yīng)急救援工作的指揮與決策。

（3）震后系統(tǒng)能快速進(jìn)行震害預(yù)估、人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失估算。快速而準(zhǔn)確的掌握地震災(zāi)害的各種信息,適時組織搶險救災(zāi)工作。

1.2 設(shè)計原則

參照有關(guān)應(yīng)用軟件系統(tǒng)的通用標(biāo)準(zhǔn)， 建立本系統(tǒng)應(yīng)遵循以下原則:

（1）實用性:系統(tǒng)能夠滿足城市防震減災(zāi)工作的需要，并可輔助領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行科學(xué)決策.

（2）安全性:設(shè)置用戶權(quán)限，保障數(shù)據(jù)安全。

（3）高效性:應(yīng)用軟件具有高效的查詢、統(tǒng)計、分析、檢索和輸出功能。

（4）模塊化:參照模塊結(jié)構(gòu)化標(biāo)準(zhǔn)，劃分若干相互獨立的子系統(tǒng)和模塊，完成相應(yīng)的功能，以利于系統(tǒng)的使用和功能的進(jìn)一步擴(kuò)展。

（5）可操作性:系統(tǒng)的操作使用盡量簡單，用戶界面友好。

圖1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

2 系統(tǒng)總體設(shè)計和軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

基于GIS 平臺的防震減災(zāi)計算機(jī)信息管理與輔助決策系統(tǒng)由四個模塊組成:基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息管理、防震減災(zāi)專題信息管理、防震減災(zāi)專題信息分析和輔助決策。

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息管理:對基礎(chǔ)資料進(jìn)行查詢、分析、統(tǒng)計等相關(guān)功能，對系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、維護(hù)和更新相關(guān)功能。

（2）防震減災(zāi)專題信息管理:給定任意地震參數(shù)，系統(tǒng)勾畫出地震影響場，計算本次地震所造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡以及建筑物的震害預(yù)測,并給出震害分布信息。

（3）防震減災(zāi)專題分析:在綜合給定地震所造成的震害后，通過系統(tǒng)實現(xiàn)建筑物震害的智能計算、城市建筑物經(jīng)濟(jì)損失計算以及人員傷亡的智能計算等相關(guān)分析。

（4）輔助決策: 實現(xiàn)不同地震應(yīng)急對策的查詢，對給定地震所造成的災(zāi)害損失進(jìn)行匯總，生成新的應(yīng)急反應(yīng)決策方案。

2.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)系統(tǒng)研制的目的來規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)模和確定系統(tǒng)的各個組成部分，并說明它們在系統(tǒng)中的作用和相互關(guān)系。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)的基本功能

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息管理子系統(tǒng)

（1）圖形放大、縮小、顯示、移動等功能。這部分功能主要用于管理城市基本圖形信息,如大比例尺地形圖、各種專題圖等。

（2）基礎(chǔ)信息的查詢管理。 實現(xiàn)圖形查詢屬性和由屬性查詢圖形的圖屬互查功能。

（3）基礎(chǔ)信息的統(tǒng)計、分析與輸出功能。統(tǒng)計和分析給定區(qū)域內(nèi)的生命線工程、建筑物、人數(shù)、醫(yī)院等相關(guān)數(shù)據(jù)，并對統(tǒng)計分析結(jié)果進(jìn)行輸出。

（4）基礎(chǔ)信息的編輯管理。 包括圖形數(shù)據(jù)的編輯和屬性數(shù)據(jù)的添加、修改、刪除等操作。

3.2 防震減災(zāi)專題信息管理子系統(tǒng)

防震減災(zāi)專題信息管理是利用GIS 強(qiáng)大的空間分析功能結(jié)合城市防震減災(zāi)中先進(jìn)的地震災(zāi)害分析和預(yù)測方法,對地震災(zāi)害進(jìn)行模擬和評價。 主要功能包括:

（1）地震影響場分析功能。 在給定地震三要素和地震破裂長軸方向的情況下，快速確定地震影響場。

（2）建筑物震害預(yù)測功能。 防震減災(zāi)系統(tǒng)中存儲了大量的建筑物基礎(chǔ)資料,在地震危險性分析基礎(chǔ)上,繪出了某次設(shè)定地震的地震影響場分布，生成設(shè)定地震下建筑物震害預(yù)測結(jié)果。

（3）經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡預(yù)測。 根據(jù)建筑物在設(shè)定地震下的震害,以及建筑物造價、室內(nèi)財產(chǎn)、人員分布等信息,系統(tǒng)估算設(shè)定地震下的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡情況。

3.3 防震減災(zāi)專題信息智能分析子系統(tǒng)

保持系統(tǒng)信息的實用性和實時性是信息系統(tǒng)的特點,防震減災(zāi)系統(tǒng)既要服務(wù)于防震減災(zāi)規(guī)劃,輔助制定抗震加固方案和編制地震應(yīng)急預(yù)案,又要在震時輔助政府部門進(jìn)行應(yīng)急救援、搶險的救災(zāi)決策,因此其信息的實用性、實時性尤其重要。 主要功能包括：

（1）建筑物震害的智能計算。 在已知建筑物基礎(chǔ)屬性信息的前提下,如建筑物結(jié)構(gòu)類型、抗震設(shè)防情況等,系統(tǒng)調(diào)用建筑物震害智能計算模塊,估算出該建筑物在不同烈度下的震害狀態(tài)。

（2）城市建筑物經(jīng)濟(jì)損失計算。 包括直接經(jīng)濟(jì)損失計算和間接經(jīng)濟(jì)損失計算,與建筑物震害計算類似,系統(tǒng)運用GIS 的空間分析功能,根據(jù)建筑物財產(chǎn)信息,生成專題相關(guān)數(shù)據(jù)流,系統(tǒng)完成各類計算,分別給出不同烈度下各種統(tǒng)計需求的建筑物經(jīng)濟(jì)損失。

（3）人員傷亡的智能計算。 估計不同烈度下傷亡人數(shù),無家可歸人數(shù),是震后救災(zāi)的一個重要信息,它在很大程度上影響了政府震后救災(zāi)決策。

3.4 輔助決策子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)具有以下功能:實現(xiàn)不同地震應(yīng)急對策的查詢;對給定地震所造成的災(zāi)害損失進(jìn)行匯總，并根據(jù)所估計的破壞情況生成新的應(yīng)急反應(yīng)決策方案，包括撲救次生災(zāi)害、確定疏散及搶救傷員的最佳路線、生命線工程的搶修、救災(zāi)物資的發(fā)放、計算地震所造成高危區(qū)域分布以及相關(guān)報表的生成等等。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立

系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫包括大量圖形、 空間屬性信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、震害預(yù)測數(shù)據(jù)庫和震害預(yù)測的影像數(shù)據(jù)。 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立分以下幾步:

（1）進(jìn)行需求分析，確定所需數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量。

（2）調(diào)查收集數(shù)據(jù)資料，包括地圖(圖形)資料和與地圖相聯(lián)系的屬性統(tǒng)計資料。

（3）建立編碼體系，編碼體系要與國家、行業(yè)的相關(guān)體系相容，并且具可擴(kuò)展性。

（4）進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計與物理設(shè)計。

（5）將數(shù)字化的圖形數(shù)據(jù)和錄入屬性數(shù)據(jù)編碼對應(yīng)，完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建庫工作。

4.2 防震減災(zāi)信息管理與輔助決策支持系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

本系統(tǒng)的相關(guān)功能的實現(xiàn)是通過對GIS 的二次開發(fā)和應(yīng)用來實現(xiàn)的。

（1）軟件選型:ArcGIS Engine 是與ArcGIS9 同時推出的獨立的軟件開發(fā)包。 可以脫離ArcGISDesktop 環(huán)境進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。 ArcGIS Engine 提供了21 個組件對象庫， 這些組件對象庫對ArcGIS 底層功能進(jìn)行了封裝，使GIS 開發(fā)人員能夠集中精力按照應(yīng)用需求進(jìn)行開發(fā)。

（2） 系統(tǒng)開發(fā): 系統(tǒng)在Windows98/NT 環(huán)境下， 采用ESRI 公司的ArcGIS Engine 提供的二次開發(fā)組件庫，通過C#語言進(jìn)行二次開發(fā)。

［1］張豐,杜震洪,劉任義.GIS 程序設(shè)計教程[M].浙江大學(xué)出版社,2012.

［2］李滿春.GIS 設(shè)計與實現(xiàn)[M].科學(xué)出版社,2011.

［3］張培震.中國地震災(zāi)害與防震減災(zāi)[J].地震地質(zhì),2008,30(3):557-583.

［4］金波.分布式防震減災(zāi)信息和輔助決策系統(tǒng)[D].中國地震局工程力學(xué)研究所，2005:2-6.