張煒超，郭安寧，孫 昱，任 浩

(1.陜西省地震局，陜西 西安 710068； 2.中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

我國是地震多發(fā)國家，震區(qū)范圍廣、地震強度大，發(fā)震頻率高，加之現(xiàn)階段我國社會財富和人口集中，地震災(zāi)害造成的損失難以估量。已發(fā)生的汶川地震、玉樹地震、蘆山地震、岷縣漳縣地震、魯?shù)榈卣鹁斐闪司薮蟮娜藛T傷亡及經(jīng)濟損失。如何最大程度地減輕地震災(zāi)害、減少地震損失是政府部門及人民群眾關(guān)注的焦點，同時也是我國地震應(yīng)急工作的重要責(zé)任。

目前，我國防震減災(zāi)工作主要分為3大體系：地震監(jiān)測預(yù)報、地震災(zāi)害防御、地震應(yīng)急救援。其中，地震應(yīng)急救援工作是震后減少地震人員傷亡及經(jīng)濟損失的直接途徑，而提高地震應(yīng)急救援能力離不開地震應(yīng)急技術(shù)的支持[1]。隨著國家科技水平的不斷進步及經(jīng)濟實力的穩(wěn)步提高，地震應(yīng)急技術(shù)得到了快速發(fā)展，地震災(zāi)害應(yīng)急能力也得到明顯提升。本文立足國內(nèi)地震應(yīng)急工作現(xiàn)狀，分析評價我國地震現(xiàn)有應(yīng)急技術(shù)，同時為未來地震應(yīng)急技術(shù)的發(fā)展提出思考及建議。

1 地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)

地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)是為政府部門進行地震應(yīng)急指揮服務(wù)的專業(yè)技術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是融合網(wǎng)絡(luò)、信息、通信、地信、地震等多個基礎(chǔ)學(xué)科知識的綜合系統(tǒng)。我國的地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)最初是從震害預(yù)測信息管理系統(tǒng)中發(fā)展而來；“十五”期間，我國建成了國家級抗震救災(zāi)指揮部地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)[2]； “十二五”期間，依托國家地震社會服務(wù)工程項目新建1套地震應(yīng)急救援系統(tǒng)并在各省推廣應(yīng)用。經(jīng)過20多年的發(fā)展，我國已形成全國一體化的地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)，包括國家、省和地市3級。此類應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)基本包含地震災(zāi)害快速評估技術(shù)系統(tǒng)、災(zāi)情快速獲取技術(shù)系統(tǒng)、信息服務(wù)技術(shù)系統(tǒng)3個方向[3]。隨著地震預(yù)警項目的實施完成，預(yù)警技術(shù)系統(tǒng)將融入到應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)。

1.1 快速評估技術(shù)系統(tǒng)

地震災(zāi)害快速評估系統(tǒng)是指在地震發(fā)生后，依據(jù)烈度衰減模型估計災(zāi)區(qū)的影響場范圍或直接使用由預(yù)警系統(tǒng)提供的儀器烈度影響場范圍，再根據(jù)所掌握的災(zāi)區(qū)建筑物、人口分布、社會經(jīng)濟等統(tǒng)計資料，評估災(zāi)區(qū)建筑物破壞、人員傷亡、直接經(jīng)濟損失等情況。其評估結(jié)果可在第一時間為信息獲取空窗期的指揮決策工作提供震區(qū)基礎(chǔ)信息，模擬計算震區(qū)影響范圍，預(yù)估人員傷亡和經(jīng)濟損失情況，并提出救援對策建議，進而為指揮部科學(xué)高效地開展應(yīng)急處置工作提供技術(shù)支持?？焖僭u估技術(shù)系統(tǒng)的框架如圖1所示。

圖1 快速評估技術(shù)系統(tǒng)框架Fig.1 Framework of rapid assessment technical system

此外強震的發(fā)生還會引起次生災(zāi)害，如火災(zāi)、泥石流、山體滑坡等，快速評估技術(shù)系統(tǒng)也可針對次生災(zāi)害進行計算及評估[4]。隨著云計算、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)也將不斷融入評估系統(tǒng)[5-6]，但基于信息化技術(shù)開展評估計算的同時要密切關(guān)注信息安全問題，嚴(yán)防信息泄露[7]。

快速評估技術(shù)系統(tǒng)包括以下內(nèi)容：

1)地震觸發(fā)：通過對地震速報目錄的自動監(jiān)測，實現(xiàn)基于地震自動速報、地震正式速報的自動觸發(fā)功能，同時兼有演練地震的人工觸發(fā)功能，以及對地震目錄(同步后)進行管理。

2)影響場生成：①利用地震三要素結(jié)合烈度衰減模型，自動繪制影響場；②根據(jù)國家地震烈度速報與預(yù)警項目的實施情況，接入儀器烈度。兩者如果時效性相差不大，首選儀器烈度作為評估影響場。

3)評估計算：利用生成的地震影響場對地震造成的損失進行快速評估，評估計算內(nèi)容包括房屋破壞損失評估、人員傷亡評估、經(jīng)濟損失評估以及救援物資需求評估等。

4)服務(wù)產(chǎn)品自動生成：利用地震三要素、地震影響場、快速評估計算結(jié)果以及地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，生成專題圖件、災(zāi)情評估報告、震區(qū)評估數(shù)據(jù)以及地震信息服務(wù)，為應(yīng)急指揮決策及其他功能模塊提供評估數(shù)據(jù)支撐。

1.2 災(zāi)情快速獲取技術(shù)

地震發(fā)生后2小時內(nèi)，由于地震工作隊伍難以及時到達地震現(xiàn)場并提供信息，因此震后地震災(zāi)情的快速獲取對于了解震區(qū)災(zāi)情、積極部署抗震救災(zāi)工作、迅速控制和消除地震引起的社會恐慌、減輕地震造成的損失具有極大的現(xiàn)實意義[8]。

隨著空間信息、無人機、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)逐漸成熟，信息化技術(shù)手段也被引入災(zāi)情快速獲取領(lǐng)域。目前，我國地震災(zāi)情快速獲取技術(shù)主要有電話詢問、手機App災(zāi)情收集、基于微信的災(zāi)情收集、基于遙感或航拍的災(zāi)情收集等，技術(shù)系統(tǒng)框架如圖2所示。

圖2 災(zāi)情快速獲取技術(shù)系統(tǒng)框架Fig.2 Framework of fast acquisition technical system of disaster situation

1)電話詢問：作為傳統(tǒng)災(zāi)情收集方法一直沿用至今，方便快捷，真實可靠。一般通過撥打市縣地震系統(tǒng)電話了解災(zāi)情，或者利用已經(jīng)構(gòu)建的災(zāi)情速報網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由分布在全省各個區(qū)(縣)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)、村(社區(qū))的災(zāi)情速報系統(tǒng)組成。

2)手機App災(zāi)情收集：該技術(shù)途徑主要面向地震現(xiàn)場工作人員，利用手機專用軟件，向后臺指揮部推送一線災(zāi)情信息，實現(xiàn)地震現(xiàn)場災(zāi)情信息實時采集、實時傳輸，地震后方指揮部實時分析、匯總信息。

3)微信災(zāi)情收集：該技術(shù)途徑主要面向社會公眾，利用微信公眾平臺向公眾提供地震災(zāi)情上報功能，同時向公眾提供相應(yīng)的信息服務(wù)。地震發(fā)生后，用戶可通過地震局微信公眾號查看最新地震信息，判斷地震對其當(dāng)前位置的影響和破壞，并將個人感受和所見災(zāi)情進行上報。上報信息可通過微信平臺上傳至地震局的災(zāi)情信息處理服務(wù)器，由服務(wù)器進行信息的匯總、分類、甄別、整合，并產(chǎn)出災(zāi)情信息服務(wù)產(chǎn)品，再通過信息發(fā)布系統(tǒng)發(fā)送至用戶。

4)遙感解譯災(zāi)情獲?。和ㄟ^建立基于高清影像震害快速提取的協(xié)同工作平臺，實現(xiàn)對重特大地震烈度評定的快速產(chǎn)出。通過建立標(biāo)準(zhǔn)化機制，按照區(qū)域分工、多省協(xié)同的工作模式，各省應(yīng)急人員可同時進行災(zāi)情信息的快速提取，并同步匯聚到中國地震局，由此，可在極短時間快速產(chǎn)出地震烈度的初評結(jié)果，為地震現(xiàn)場開展地震烈度綜合評定提供最有效的支持。

1.3 信息服務(wù)技術(shù)

地震發(fā)生后，利用互聯(lián)網(wǎng)手段，將產(chǎn)出的震情、災(zāi)情信息快速發(fā)布至終端用戶，實現(xiàn)地震產(chǎn)出信息的有效服務(wù)，此為地震信息服務(wù)技術(shù)功能，也是地震應(yīng)急響應(yīng)輔助決策系統(tǒng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)[9]。

目前，地震局使用的地震信息發(fā)布渠道主要有手機短信平臺、互聯(lián)網(wǎng)推送、電視廣播以及語音廣播，其中手機短信平臺、電視廣播以及語音廣播則受使用條件限制未得到廣泛使用。隨著信息化及互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與普及，互聯(lián)網(wǎng)推送已成為信息服務(wù)的主流手段，且極大提升了地震部門的公共信息服務(wù)能力。

現(xiàn)階段信息服務(wù)技術(shù)系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖3所示。

圖3 信息服務(wù)技術(shù)系統(tǒng)框架Fig.3 Framework of information service technical system

其中門戶網(wǎng)站、微博、微信公眾號、微信企業(yè)號發(fā)布模塊具體如下：

1)門戶網(wǎng)站：通過對地震速報目錄的自動監(jiān)測，系統(tǒng)自動生成地震基本信息、多種比例尺地震相關(guān)圖件，以及可供瀏覽的網(wǎng)頁，同時也可人為干預(yù)，人為發(fā)布地震相關(guān)內(nèi)容。

微博：依據(jù)地震三要素信息，自動生成地震圖片及地震相關(guān)信息內(nèi)容并發(fā)布，同時也可人為進行自動發(fā)布內(nèi)容的管理，可選擇需要發(fā)布的具體信息類型。

微信公眾號：震后第一時間可生成地震基本信息和地震相關(guān)圖件，并進行地震信息自動群發(fā)或模板消息自動群發(fā)。在地震評估信息生成后，作為地震詳情信息與之關(guān)聯(lián)，使用戶可查看相關(guān)詳細信息。同時可人為管理地震信息發(fā)送觸發(fā)條件。

微信企業(yè)號：通過對登錄用戶進行認(rèn)證和管理，實現(xiàn)用戶的分類，針對不同類型的用戶，系統(tǒng)可自動選擇不同的信息進行發(fā)送，也可針對不同用戶的需求進行配置和管理。同時可人為管理地震信息及發(fā)送觸發(fā)條件。

1.4 預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)

地震預(yù)警是在地震發(fā)生后，基于電波比地震波傳播快的規(guī)律和儀器記錄，利用先期獲得的地震波信息測定地震發(fā)生的地點和強度大小，且在破壞性地震能量到達前預(yù)估特定預(yù)警目標(biāo)區(qū)地震動能量及地震波到達時間，由此對可能遭受破壞和影響的地區(qū)發(fā)出地震警報[10-11]。地震預(yù)警系統(tǒng)主要包含觀測系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、發(fā)布系統(tǒng)和保障系統(tǒng)，每個系統(tǒng)又由不同的子系統(tǒng)構(gòu)成[12]，其整體架構(gòu)如圖4所示。其中：觀測系統(tǒng)和通信系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)建設(shè)，是整個系統(tǒng)運行的根本所在；處理系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心；發(fā)布系統(tǒng)和保障系統(tǒng)為地震預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，發(fā)布系統(tǒng)決定了整個預(yù)警系統(tǒng)的效益，而保障系統(tǒng)則是整個系統(tǒng)平穩(wěn)運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖4 地震預(yù)警技術(shù)系統(tǒng)框架Fig.4 Framework of earthquake early-warning technical system

截止目前，我國地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)能實現(xiàn)地震應(yīng)急快速響應(yīng)、地震災(zāi)情快速獲取、地震應(yīng)急輔助決策、信息發(fā)布、現(xiàn)場通訊與指揮等功能，能有效協(xié)助政府部門開展抗震救災(zāi)工作。但此技術(shù)系統(tǒng)在運行中存在以下問題：

1)目前地震系統(tǒng)內(nèi)部的應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)間、地震系統(tǒng)與其政府管理部門應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)間連接通暢。但該系統(tǒng)與非地震部門的應(yīng)急指揮系統(tǒng)間缺乏連通測試，存在與非地震部門的應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)連通兼容性差等問題。

2)已建成的全國一體化地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)運行多年，但系統(tǒng)維護和更新卻問題頻發(fā)，甚至出現(xiàn)后期系統(tǒng)無人維保的狀況，造成系統(tǒng)個別子系統(tǒng)癱瘓。

3)地震災(zāi)情快速獲取已建立多種渠道，但快速、可信的地震信息獲取基本依靠地震系統(tǒng)內(nèi)部或政府系統(tǒng)的災(zāi)情收集，社會大眾參與積極性低且上報的地震信息質(zhì)量差，造成其他信息獲取渠道資源廢置。

4)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是支撐快速評估的基石，截至目前，各部門、各單位之間數(shù)據(jù)共享進度緩慢，且共享程度低，數(shù)據(jù)壁壘依然存在。僅憑地震局獲取并更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，會造成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取難度大且更新速度慢等問題。

2 地震烈度調(diào)查與損失評估技術(shù)系統(tǒng)

為準(zhǔn)確了解地震災(zāi)害的程度和分布，需在震后開展地震現(xiàn)場烈度調(diào)查與損失評估工作，并以此指導(dǎo)組織抗震救災(zāi)及震后恢復(fù)重建工作。GIS、網(wǎng)絡(luò)通信、無人機等技術(shù)的融入進一步提高了現(xiàn)場烈度調(diào)查與損失評估工作速度和準(zhǔn)確度[13-14]。目前，地震烈度調(diào)查與損失評估技術(shù)系統(tǒng)主要包含地震現(xiàn)場災(zāi)害損失調(diào)查技術(shù)系統(tǒng)、無人機技術(shù)、遙感技術(shù)、儀器烈度技術(shù)。

2.1 地震現(xiàn)場災(zāi)害損失調(diào)查技術(shù)系統(tǒng)

地震現(xiàn)場災(zāi)害損失調(diào)查技術(shù)系統(tǒng)，使用移動智能手機、平板電腦等移動通訊設(shè)備，基于無線通信網(wǎng)絡(luò)，采用實時傳輸、GIS地理信息、多媒體信息采集、即時信息互動、信息推送等技術(shù)，實現(xiàn)地震現(xiàn)場災(zāi)情急報、烈度和震害調(diào)查上報、信息共享及工作報告自動生成等功能，同時具備應(yīng)急指揮、災(zāi)情數(shù)據(jù)匯集與分析等功能[15-16]。其技術(shù)系統(tǒng)框架如圖5所示。

圖5 地震現(xiàn)場災(zāi)害損失調(diào)查技術(shù)系統(tǒng)框架Fig.5 Framework of earthquake field disaster loss investigation technical system

2.2 無人機技術(shù)

在地震應(yīng)急中，無人機因其體積小、機動靈活、易于操控和圖像清晰等特點，可第一時間到達人員無法到達的危險區(qū)域，及時獲取災(zāi)區(qū)影像數(shù)據(jù)，同時基于影像數(shù)據(jù)可進行災(zāi)害識別并應(yīng)用于抗震救災(zāi)工作。在烈度調(diào)查與損失評估工作中通過正射影像和三維傾斜攝影技術(shù)，能快速、直觀的了解整個區(qū)域的震害程度，對于典型建筑、小目標(biāo)等災(zāi)情獲取任務(wù)，無人機低空傾斜攝影既可實時查看回傳圖像，也可實現(xiàn)快速三維建模，使烈度評定與災(zāi)害調(diào)查結(jié)果更加真實、可靠[17]。此外，基于影像數(shù)據(jù)通過軟件模型可計算滑坡、堰塞湖等次生災(zāi)害影響范圍、道路通行能力等，實現(xiàn)對震后基礎(chǔ)設(shè)施震害、地震地質(zhì)災(zāi)害、次生災(zāi)害等的損失評估功能[18]。

2.3 遙感技術(shù)

與無人機技術(shù)類似，遙感技術(shù)也需要災(zāi)情影像數(shù)據(jù)資料和影像解譯技術(shù)支撐。但遙感技術(shù)具有觀測范圍大、全天候觀測、獲取信息快、數(shù)據(jù)更新周期短等特點，使遙感影像數(shù)據(jù)資料具有覆蓋范圍廣、獲取方便等特點，故可更快、更大范圍的進行遙感烈度調(diào)查及損失評估工作[19]。

遙感技術(shù)依據(jù)從歷史震害資料總結(jié)得到的遙感震害分級標(biāo)準(zhǔn)和地震烈度劃分標(biāo)準(zhǔn)，基于遙感影像數(shù)據(jù)資料及其解譯技術(shù)，進一步得到地震烈度分布及災(zāi)害損失情況，為烈度調(diào)查及損失評估提供科學(xué)依據(jù)。由于影像資料的宏觀性及影像解譯技術(shù)的限制，使得烈度調(diào)查及損失評估結(jié)果較為粗略，所以遙感解譯技術(shù)需以現(xiàn)場調(diào)查為基礎(chǔ)。

2.4 儀器烈度技術(shù)

隨著我國預(yù)警項目的實施，將在全國范圍內(nèi)新增大量地震烈度儀及強震動儀并組建成網(wǎng)，由儀器得出地震烈度將成為現(xiàn)實。地震發(fā)生后，通過地震烈度儀及強震動儀記錄的地震波形數(shù)據(jù)得出震區(qū)地表及工程建筑物受到的地震力值，同時利用嚴(yán)格定量化的地震動參數(shù)與烈度間的定量關(guān)系，評定距震中不同地區(qū)的地震烈度，并進一步形成烈度分布圖[20]。通過地震監(jiān)測儀器獲得地震烈度，可大大減少地震現(xiàn)場烈度調(diào)查的工作量，同時提高烈度調(diào)查結(jié)果準(zhǔn)確性及調(diào)查速度。

開展烈度調(diào)查及損失評估工作是地震局地震現(xiàn)場應(yīng)急工作的主要任務(wù)?，F(xiàn)有的地震烈度調(diào)查及損失評估技術(shù)雖能夠支撐地震系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)急工作的要求，但仍存在以下問題：

1)地震現(xiàn)場烈度調(diào)查及損失評估工作現(xiàn)階段仍以人工調(diào)查、人工研判、人工繪圖為主，人為主觀判斷仍占主導(dǎo)，因此現(xiàn)場專家及評估人員的專業(yè)知識及評估水平是決定烈度調(diào)查及損失評估工作的主要因素。

2)無人機航拍及遙感技術(shù)由于適用范圍及震區(qū)周邊環(huán)境限制，只能作為輔助性調(diào)查及評估手段；另外此2種技術(shù)的調(diào)查及評估結(jié)果需仔細核對后應(yīng)用。

3)儀器烈度的應(yīng)用為地震現(xiàn)場烈度調(diào)查及損失評估工作提供了強大支撐，有效解決了人工評定烈度的主觀誤差。但地震預(yù)警系統(tǒng)尚未完全成網(wǎng)，儀器烈度目前難以完全實現(xiàn)。

3 地震現(xiàn)場流動監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)

地震現(xiàn)場流動監(jiān)測工作是地震現(xiàn)場應(yīng)急的主要工作內(nèi)容之一。其目的是優(yōu)化震區(qū)監(jiān)測臺網(wǎng)布局、增加震區(qū)監(jiān)測臺網(wǎng)密度、提高地震的監(jiān)視能力、為震后地震趨勢研判和現(xiàn)場救援等提供重要依據(jù)[21]。地震發(fā)生后，快速組建高密度的流動監(jiān)測臺網(wǎng)，主要涉及2方面內(nèi)容：1)震區(qū)流動監(jiān)測臺站(點)等布設(shè)；2)將流動監(jiān)測臺站(點)與震區(qū)原有固定監(jiān)測臺站(網(wǎng))并網(wǎng)，實現(xiàn)加密觀測[22]。

流動監(jiān)測臺站(點)的布設(shè)通常圍繞震中分布，架設(shè)遵守的一般原則為：1)測點盡量靠近震中位置；2)流動臺站(點)與固定臺盡可能將震中包圍其中；3)根據(jù)發(fā)震構(gòu)造的走向布設(shè)，需充分考慮斷裂的破裂方向和震中遷移。另外流動臺站(點)的測項一般包含測震、強震2項。

由于地理條件和監(jiān)測環(huán)境制約，流動臺站(點)一般通過無線傳輸系統(tǒng)與固定臺組建成網(wǎng)，最終使監(jiān)測數(shù)據(jù)匯入省臺網(wǎng)中心。

從地震局建立之初，地震監(jiān)測工作從未間斷，且積累了豐富的工作經(jīng)驗及專業(yè)技能。流動監(jiān)測只是地震監(jiān)測業(yè)務(wù)在震區(qū)現(xiàn)場的延伸，現(xiàn)有的監(jiān)測技術(shù)及能力可支撐地震現(xiàn)場流動監(jiān)測的需求。但地震現(xiàn)場流動監(jiān)測仍然存在以下問題：

1)地震現(xiàn)場流動監(jiān)測工作仍是人工將監(jiān)測儀器、網(wǎng)絡(luò)通信儀器、供電設(shè)備、顯示設(shè)備等組裝在一起，整體工作流程缺乏一體化、智能化。

2)地震現(xiàn)場流動監(jiān)測工作缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，流動臺的選址、布設(shè)、組網(wǎng)等缺乏技術(shù)規(guī)程。

4 結(jié)論

1)地震應(yīng)急技術(shù)的發(fā)展離不開網(wǎng)絡(luò)、通信、空間等基礎(chǔ)學(xué)科的支撐，要進一步提高地震應(yīng)急技術(shù)需充分利用網(wǎng)絡(luò)、通信、空間等基礎(chǔ)學(xué)科技術(shù)，同時需加強大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)更加現(xiàn)代化和智能化的地震應(yīng)急技術(shù)。

2)地震應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用應(yīng)有統(tǒng)一規(guī)劃及標(biāo)準(zhǔn)，又要有對技術(shù)系統(tǒng)進一步拓展的考慮；同時要做好技術(shù)系統(tǒng)推廣應(yīng)用及后期維護，讓技術(shù)系統(tǒng)有效、有力的持久運行。

3)地震應(yīng)急能力提升需依靠綜合的地震應(yīng)急技術(shù)和各部門各行業(yè)的支持。故應(yīng)加強與地震系統(tǒng)外部門、單位的合作及交流，綜合多方面的優(yōu)勢及資源，建立綜合地震應(yīng)急技術(shù)。