基于GIS的广州市地震小区划信息管理系统

2015-02-19张鹏程彭卫平

地理空间信息 2015年6期

张鹏程，龚磊，彭卫平，贺冰

（1.广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州510060）

1 地震小区划

地震小区划是对某一特定区域范围内地震安全环境进行划分，预测这一范围内可能遭遇到的地震影响分布，包括设计地震动参数的分布和地震地质灾害的分布[1,2]。地震小区划的目的是为城镇、经济技术开发区等土地利用、城市总体规划的制定提供基础资料，为城市和工程震害的预测和预防、救灾措施的制定提供基础资料，为地震小区划范围内的一般建设工程的抗震设计、加固提供设计地震动参数。加强抗震设防最有效的工程措施就是加强建筑物抗震设防，做到建筑物“小震不坏、中震可修、大震不倒”，而其主要依据就是地震动参数小区划研究成果。

《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）虽然划定了全国地震动峰值加速度区划图和中国地震动反应谱特征周期区划图，但该图比例尺为1︰400万，精度上无法满足广州市城市规划、建设和管理的需求。此外，当前GIS技术发展迅速，如何结合GIS强大的空间分析和数据管理功能，以提高城市地震小区划编制的精度和效率，目前的研究也较少。基于此，受广州市科技和信息化局委托，开展了《基于地理空间信息的地震小区划研究》项目，该项目是广州市公共安全科技领域科技攻关重点项目，同时也是广州市科技惠民与智慧城市专项，其主要内容就是充分采用GIS技术，编制广州市地震小区划图和开发地震小区划管理系统，为广州市城市规划、建设和管理提供地震小区划成果服务。

2 研究现状与分析

综合国内外已有的研究成果，目前在地震小区划研究方法、地震小区划图的编制、地震小区划的数据库建立、地震小区划与GIS系统结合等方面，仍存在如下问题：

1）地震小区划研究方法方面。地震地质灾害影响因素众多，形成机制复杂，近年来随着GIS技术的飞速发展，部分研究者将GIS、层次分析法单独运用到地质灾害领域，也有部分研究者将GIS与信息量法、层次分析法等数学模型结合运用到地质灾害方面，取得良好的效果[3,4]。虽然GIS在地质灾害中得到了广泛的应用，但在地震地质灾害小区划中应用较少，而本项目结合GIS和多层次分析方法，开展了广州市地震小区划研究。

2）地震小区划图编制方面。新的国家地震区划图即中国地震动参数区划图已于2001年8月正式出版并作为国家标准颁布，但该区划图的风险水平为50 a超越概率10%，比例尺为1︰400万，其精度及内容远远无法满足广州市城市总体规划和工程抗震设计的要求。本项目结合地图制图和GIS技术，编制了系列地震小区划专题图件，内容和精度上有所创新。

3）地震小区划数据库建立方面。内容上，现有的地震小区划数据库多侧重基础地理信息数据（如居民地、道路、水系等）和地震动参数数据的建库，而对与地震小区划密切相关的地震地质基础数据（如工程地质分区、滑坡、岩溶、地形地貌等）缺少建库；形式上，多侧重二维形式的表达，缺少对三维数据的建库；结构上，多侧重空间数据（如地震小区划的分布图及相关的属性）的建库，缺少对非结构化、非空间数据（如地震小区划的研究报告、工程地质剖面图、场地加速度反应谱曲线等）的整体化建库。

4）地震小区划与GIS系统结合方面。目前二者的结合主要是利用GIS技术，建立地震小区划数据库管理系统（即实现了地震小区划数据库的编辑、修改、查询、浏览、输出等功能[5-7]）：①系统多以C/S架构为主，使用的范围多囿于地震、地质等相关专业人士，导致成果的使用范围受限；②由于没有采用服务式GIS技术，单纯的数据库无法很好地将地震小区划成果与其他政府部门进行共享与交换；③由于没有采用B/S架构模式，现有的地震小区划系统与第三方公众电子地图服务（如百度、天地图等）鲜有对接，无法满足社会大众对地震小区划成果查询、浏览的需求。

3 主要研究内容

3.1 地震小区划专题数据采集

开展地震小区划工作，需要收集/采集场地钻孔资料、场地地形地貌、岩土性状、水文地质特征等工程地质条件、场地断裂构造、场地岩土物理力学性能指标、地面脉动卓越周期特征、场地土层剪切波速、场地工程地质分区、场地类别分区、场地地震烈度、场地基岩峰值加速度、场地潜在震源区，场地地震动参数及分区等信息。本项目采用“搜集资料+实地勘查”的方法，开展了上述地震小区划相关专题数据的采集工作，为内业编制系列专题图件、建立数据库和系统开发奠定了数据基础。

3.2 地震小区划系列专题图件编制

在上述外业采集和内业收集资料的基础上，采用GIS和多因子层次分析相结合的方法，编制了区域大比例尺的3大系列图件：①地质基础图件，包括工程地质钻孔柱状图、工程地质剖面图等；②工程地质分析与地震危险性分析图件，包括地形地貌图、区域地震地质构造分布图或断裂分布图、滑坡崩塌分布图、软土厚度等值线（面）图等；③地震小区划成果图件，地震动参数小区划分区图、潜在地震地质灾害小区划图（图1）。

图1 地震小区划系列专题图件

3.3 地震小区划专题数据库建立

采用大型关系型数据库管理系统Oracle10g和SDX+先进的空间数据库存储技术、索引技术和查询技术，实现了场地的基础地理信息数据、地震动参数数据、地震地质灾害数据的建库。①基础地理信息数据，实现了系列比例尺的基础地理信息数据建库，包括居民地、道路、水系、植被、境界、单位名等，基础地图数据的建库一方面作为地震小区划专题数据的空间定位基础，另一方面，实现了用户选择任意一建筑物，可查询或统计该建筑物所在地震动分区的功能；②地震动参数数据，主要是对场地通过土层地震反应分析确定的设计地震动参数，包括场地水平向基岩地震动时程及反应谱、场地地震加速度反应谱及标定曲线、场地地震动参数小区划分区图、不同分区设计地震动参数表、钻孔点地震动反应谱参数标定值表等；③地震地质灾害数据，主要是对地震小区划范围场地地震地质条件勘测获取到的数据，包括钻孔点、工程地质剖面、岩溶分布、工程地质分区、建筑场地类别分区、场地砂土液化判别结果表、地质钻孔软土层埋深与厚度表等。

该数据库在技术上实现了“空间-属性数据的一体化”、“矢量-栅格数据的一体化”、“空间信息-业务信息的一体化”、“结构化-非结构化数据的一体化”和“二维-三维数据的一体化”。

3.4 地震小区划GIS系统开发

1）基于桌面式（插件式）技术，在SuperMap Deskpro6R的基础上，快速搭建了基于C/S架构的系统，具备数据源/数据集、二维地图、三维场景、打印布局、符号库资源管理功能，实现了二维与三维在数据模型、数据存储方案、数据管理、符号、可视化和分析功能的一体化，如图2所示。

图2 基于桌面式插件技术构建的C/S系统界面

2）基于ServiceGIS技术，实现了地震小区划成果的地图和功能服务发布。采用SuperMap iServer6R，通过服务的方式提供与专业GIS桌面软件相同功能的地图服务、数据服务、空间分析服务、三维服务等；能够管理、发布和无缝聚合多源服务，包括发布REST服务、OGC的W*S服务（WMS、WMTS、WFS等）、聚合第三方标准的地图服务、数据服务等。通过成果的发布，为其他政府部门在线调用地震小区划成果提供了便利。

3）基于RIA技术，开发了B/S架构系统。采用Flash Builder4.6、Apache Flex、SuperMap iClient for flex开发平台及语言，开发了基于B/S架构的地震小区划GIS系统，客户端通过浏览器即可以实现如下功能：地图切换（地震小区划图、工程地质分区图、建筑场地类别图等）、专题地图实时生成（点密度、统计、范围分段、单值专题图等）、地图查询（距离查询、缓冲查询、属性查询、SQL查询等）、空间分析、符号化实时渲染、第三方地图服务（天地图、谷歌、百度、超图云服务、ArcGIS云服务等）对接、二三维集成/联动、三维场景服务、成果原始资料（柱状图、成果报告、场地加速度反应谱曲线、地面脉动卓越周期频谱）管理等功能，如图3所示。

4 结语

图3 基于B/S架构的二三维地震小区划系统

1）同现行的国家标准《中国地震动参数区划图》及其他城市类似的地震小区划研究项目相比，本项目在研究方法上、内容上以及成果精度上都有显著创新。研究方法上，本项目资料收集、专题图件编制、系统开发全过程中，始终综合利用了GIS和多层次分析法；内容上，除了编制传统的地震动参数小区划图之外，还编制了与地震动小区划密切相关的地震地质基础数据系列图件；成果精度上，以荔湾区为例，项目以城市大比例尺1︰500基础地形图为底图进行编制，平均每km2达到6个钻孔，局部编图比例尺甚至达到1︰ 200，其工作精度远高于同类项目常见的1个钻孔/km2和编图精度1︰10 000或1︰25 000。

2）系统开发上，传统的地震小区划系统多侧重于数据库及信息资料的管理，系统多以C/S架构为主，而本项目分别基于Plug-in技术、ServiceGIS技术、RIA技术，面向地震地质专业人士、数据库管理员、社会公众等不同层次的人员，开发了C/S和B/S架构的广州市地震小区划信息管理系统，极大丰富了成果的展现形式。

3）系统基于客户端动态投影技术，实现了本项目中的地震小区划等专题图与不同投影（球面墨卡托投影、WGS84等）的百度、谷歌、天地图的无缝叠加，便于地震小区划成果的大众化普及与应用；系统基于服务器端和客户端聚合技术，实现了地震小区划等专题图与超图云服务、ArcGIS云服务等第三方地图服务聚合。与天地图服务对接如图4所示。