基于GIS的防震减灾信息管理与辅助决策系统

阙再军

（贵州省地质矿产勘查开发局 测绘院，贵州 贵阳550018）

0 概述

地震是当今地球上各种自然灾害之首,它给人类生活造成巨大的灾难。 严重的地震灾害可以摧毁建筑、道路、桥梁,甚至毁灭整个城市或乡镇,尤其地震灾害对人类赖以生存的生命线工程的巨大破坏,致使地震灾区与外界紧密联系的粮食、饮用水、电力供应、通讯联系等中断,这在一定程度上也加剧了地震灾害。 我国地处世界上最活跃的地震带，是世界上多地震国家之一,据统计,我国地震灾害非常严重，地震活动频度高,分布广,而且强度高。

1 系统建设目标和设计原则

1.1 系统建设目标

将地震危险性分析与建筑物震害预测、 生命线工程震害预测、地震次生灾害预测、经济损失与人员伤亡预测、防震减灾对策研究等研究成果进行系统集成,以GIS 为平台,结合相关数据模型,建立防震减灾信息管理与辅助决策支持系统。 具体目标:

（1）震前系统能查询与建筑物抗震性能相关的信息,还能通过模拟分析地震灾害,了解建筑物和生命线系统遭受的震害状态。

（2）震时系统提供的应急预案,快速作出科学化、程序化的应急响应,方便辅助政府实施破坏性地震应急救援工作的指挥与决策。

（3）震后系统能快速进行震害预估、人员伤亡和经济损失估算。快速而准确的掌握地震灾害的各种信息,适时组织抢险救灾工作。

1.2 设计原则

参照有关应用软件系统的通用标准， 建立本系统应遵循以下原则:

（1）实用性:系统能够满足城市防震减灾工作的需要，并可辅助领导进行科学决策.

（2）安全性:设置用户权限，保障数据安全。

（3）高效性:应用软件具有高效的查询、统计、分析、检索和输出功能。

（4）模块化:参照模块结构化标准，划分若干相互独立的子系统和模块，完成相应的功能，以利于系统的使用和功能的进一步扩展。

（5）可操作性:系统的操作使用尽量简单，用户界面友好。

图1 系统软件结构设计图

2 系统总体设计和软件结构设计

2.1 系统的总体设计

基于GIS 平台的防震减灾计算机信息管理与辅助决策系统由四个模块组成:基础数据信息管理、防震减灾专题信息管理、防震减灾专题信息分析和辅助决策。

（1）基础数据信息管理:对基础资料进行查询、分析、统计等相关功能，对系统的基础数据进行管理、维护和更新相关功能。

（2）防震减灾专题信息管理:给定任意地震参数，系统勾画出地震影响场，计算本次地震所造成的经济损失和人员伤亡以及建筑物的震害预测,并给出震害分布信息。

（3）防震减灾专题分析:在综合给定地震所造成的震害后，通过系统实现建筑物震害的智能计算、城市建筑物经济损失计算以及人员伤亡的智能计算等相关分析。

（4）辅助决策: 实现不同地震应急对策的查询，对给定地震所造成的灾害损失进行汇总，生成新的应急反应决策方案。

2.2 系统软件结构设计

系统设计的任务是根据系统研制的目的来规划系统的规模和确定系统的各个组成部分，并说明它们在系统中的作用和相互关系。

3 系统实现的基本功能

3.1 基础数据信息管理子系统

（1）图形放大、缩小、显示、移动等功能。这部分功能主要用于管理城市基本图形信息,如大比例尺地形图、各种专题图等。

（2）基础信息的查询管理。 实现图形查询属性和由属性查询图形的图属互查功能。

（3）基础信息的统计、分析与输出功能。统计和分析给定区域内的生命线工程、建筑物、人数、医院等相关数据，并对统计分析结果进行输出。

（4）基础信息的编辑管理。 包括图形数据的编辑和属性数据的添加、修改、删除等操作。

3.2 防震减灾专题信息管理子系统

防震减灾专题信息管理是利用GIS 强大的空间分析功能结合城市防震减灾中先进的地震灾害分析和预测方法,对地震灾害进行模拟和评价。 主要功能包括:

（1）地震影响场分析功能。 在给定地震三要素和地震破裂长轴方向的情况下，快速确定地震影响场。

（2）建筑物震害预测功能。 防震减灾系统中存储了大量的建筑物基础资料,在地震危险性分析基础上,绘出了某次设定地震的地震影响场分布，生成设定地震下建筑物震害预测结果。

（3）经济损失和人员伤亡预测。 根据建筑物在设定地震下的震害,以及建筑物造价、室内财产、人员分布等信息,系统估算设定地震下的经济损失和人员伤亡情况。

3.3 防震减灾专题信息智能分析子系统

保持系统信息的实用性和实时性是信息系统的特点,防震减灾系统既要服务于防震减灾规划,辅助制定抗震加固方案和编制地震应急预案,又要在震时辅助政府部门进行应急救援、抢险的救灾决策,因此其信息的实用性、实时性尤其重要。 主要功能包括：

（1）建筑物震害的智能计算。 在已知建筑物基础属性信息的前提下,如建筑物结构类型、抗震设防情况等,系统调用建筑物震害智能计算模块,估算出该建筑物在不同烈度下的震害状态。

（2）城市建筑物经济损失计算。 包括直接经济损失计算和间接经济损失计算,与建筑物震害计算类似,系统运用GIS 的空间分析功能,根据建筑物财产信息,生成专题相关数据流,系统完成各类计算,分别给出不同烈度下各种统计需求的建筑物经济损失。

（3）人员伤亡的智能计算。 估计不同烈度下伤亡人数,无家可归人数,是震后救灾的一个重要信息,它在很大程度上影响了政府震后救灾决策。

3.4 辅助决策子系统

该子系统具有以下功能:实现不同地震应急对策的查询;对给定地震所造成的灾害损失进行汇总，并根据所估计的破坏情况生成新的应急反应决策方案，包括扑救次生灾害、确定疏散及抢救伤员的最佳路线、生命线工程的抢修、救灾物资的发放、计算地震所造成高危区域分布以及相关报表的生成等等。

4 系统实现的关键技术

4.1 系统基础数据库的建立

系统的基础数据库包括大量图形、 空间属性信息的基础数据库、震害预测数据库和震害预测的影像数据。 基础数据库的建立分以下几步:

（1）进行需求分析，确定所需数据的精度和质量。

（2）调查收集数据资料，包括地图(图形)资料和与地图相联系的属性统计资料。

（3）建立编码体系，编码体系要与国家、行业的相关体系相容，并且具可扩展性。

（4）进行数据库的逻辑设计与物理设计。

（5）将数字化的图形数据和录入属性数据编码对应，完成基础数据库的建库工作。

4.2 防震减灾信息管理与辅助决策支持系统功能的实现

本系统的相关功能的实现是通过对GIS 的二次开发和应用来实现的。

（1）软件选型:ArcGIS Engine 是与ArcGIS9 同时推出的独立的软件开发包。 可以脱离ArcGISDesktop 环境进行应用程序开发。 ArcGIS Engine 提供了21 个组件对象库， 这些组件对象库对ArcGIS 底层功能进行了封装，使GIS 开发人员能够集中精力按照应用需求进行开发。

（2） 系统开发: 系统在Windows98/NT 环境下， 采用ESRI 公司的ArcGIS Engine 提供的二次开发组件库，通过C#语言进行二次开发。

［1］张丰,杜震洪,刘任义.GIS 程序设计教程[M].浙江大学出版社,2012.

［2］李满春.GIS 设计与实现[M].科学出版社,2011.

［3］张培震.中国地震灾害与防震减灾[J].地震地质,2008,30(3):557-583.

［4］金波.分布式防震减灾信息和辅助决策系统[D].中国地震局工程力学研究所，2005:2-6.