基于WEBGIS的地震災(zāi)情快速評(píng)估系統(tǒng)研究＊

高惠瑛,劉明瓊,蔡宗文,陳 琳

(1.中國海洋大學(xué)工程學(xué)院,山東青島 266100;2.廈門地震勘測(cè)研究中心,福建廈門 361021;3.福建省地震局,福建福州 350003)

0 引言

破壞性地震可在短時(shí)間內(nèi)造成大量的人員傷亡、房屋破壞、經(jīng)濟(jì)損失以及其他次生災(zāi)害等。地震災(zāi)情快速評(píng)估是開展地震災(zāi)害應(yīng)急、監(jiān)測(cè)預(yù)警、救援工作的基礎(chǔ),也是地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮決策的重要依據(jù)。隨著地震災(zāi)情評(píng)估理論和方法的不斷完善,人們逐漸認(rèn)識(shí)到采用傳統(tǒng)的地震災(zāi)害災(zāi)情評(píng)估方法在當(dāng)今信息快速發(fā)展時(shí)代的缺點(diǎn):數(shù)據(jù)難以共享、誤差大、缺乏統(tǒng)一性、時(shí)效性差,嚴(yán)重阻礙了地震災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)工作的效率和精度的提高。

該系統(tǒng)基于B/S體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),以先進(jìn)的WEBGIS技術(shù)為核心,提供了一種通用性強(qiáng)、開發(fā)成本低、數(shù)據(jù)易于共享的地震災(zāi)情快速評(píng)估系統(tǒng)的解決方案。該系統(tǒng)集成了災(zāi)情評(píng)估涉及到的自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等各方面數(shù)據(jù),并利用相關(guān)評(píng)估理論與方法,快速判定地震對(duì)影響區(qū),并對(duì)人員傷亡、房屋破壞、經(jīng)濟(jì)損失等情況進(jìn)行評(píng)價(jià),為地震救援與應(yīng)急提供決策支持。

1 WEBGIS簡介

WEBGIS是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物,是利用Web技術(shù)來擴(kuò)展和完善地理信息系統(tǒng)的一項(xiàng)新技術(shù)。WEBGIS不但具有大部分乃至全部傳統(tǒng)GIS軟件具有的功能,而且還具有利用Internet優(yōu)勢(shì)的特有功能,即用戶不必在自己的本地計(jì)算機(jī)上安裝GIS軟件就可以在Internet上訪問遠(yuǎn)程的GIS數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序,進(jìn)行GIS分析,在Internet上提供交互的地圖和數(shù)據(jù)。

1.1 WEBGIS技術(shù)優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的GIS相比較,WEBGIS主要有分布式、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)源異構(gòu)、應(yīng)用管理成本低等優(yōu)點(diǎn)。WebGIS利用Internet的這種分布式系統(tǒng)把GIS數(shù)據(jù)和分析工具部署在網(wǎng)絡(luò)不同的計(jì)算機(jī)上,用戶可以從任何地方訪問這些數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序,只要把請(qǐng)求發(fā)送到服務(wù)器,服務(wù)器就會(huì)把數(shù)據(jù)和分析工具模塊傳送給用戶。由于WEBGIS是分布式系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序部署在網(wǎng)絡(luò)的不同計(jì)算機(jī)上,只要數(shù)據(jù)源發(fā)生變化,WEBGIS將得到更新。WEBGIS可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種數(shù)據(jù)源的互操作,隨著Internet技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的飛速發(fā)展,完全互操作的WEBGIS將會(huì)成為現(xiàn)實(shí),同時(shí)由于WEBGIS的客戶端通常只使用Web瀏覽器,其開發(fā)成本和維護(hù)成本都將大大降低。

1.2 WEBGIS現(xiàn)有平臺(tái)簡介

WEBGIS是當(dāng)今GIS的熱點(diǎn),已成為各大廠商激烈競(jìng)爭的焦點(diǎn)。幾個(gè)重要的國外GIS廠商爭相發(fā)布各自的WEBGIS產(chǎn)品,如Map Info公司的ModelServer/Discovery和MapXtreme、Intergraph公司的Geomedia、ESR I的ArcGIS SERVER,著名的CAD廠商Autodesk公司也推出了MapGuide。國內(nèi)的主要有北京超圖的Supe rMap IS,武漢中地?cái)?shù)碼科技有限公司的MAPGIS等。國內(nèi)外各個(gè)平臺(tái)所采用的主流技術(shù)大體相似,但仍有其各自的特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。本系統(tǒng)采用的ESR I的ArcGIS Server與.NET開發(fā)技術(shù)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)工作流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用WEBGIS技術(shù),通過集成地震影響場(chǎng)模型、人員傷亡模型、經(jīng)濟(jì)損失模型等對(duì)地震工程結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)行計(jì)算,得出人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,從而給出救災(zāi)需求與對(duì)策,最后可以通過Web方式查看各種信息及報(bào)告圖、表等。根據(jù)地震災(zāi)情評(píng)估工作的特點(diǎn),確定了如下的系統(tǒng)工作流程,如圖1所示。

圖1 工作流程圖

2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)

通過對(duì)地震災(zāi)情評(píng)估工作特點(diǎn)的分析,形成了地震災(zāi)情快速評(píng)估系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架。該框架可分為4個(gè)主要層次,即:表現(xiàn)層、Web層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層,其中表現(xiàn)層面向不同需求的用戶群提供不同的服務(wù)內(nèi)容,滿足各類用戶的瀏覽、操作需求,用戶可以使用Web瀏覽器(如Internet Explore或Fire Fox等),也可以使用Mobile等移動(dòng)設(shè)備或通過網(wǎng)絡(luò)連接到ArcGIS Server的ArcGIS桌面應(yīng)用程序,如ArcMap,ArcCatalog等;業(yè)務(wù)邏輯層是整個(gè)系統(tǒng)的功能核心,構(gòu)成了應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯規(guī)則,它是應(yīng)用的核心,幾乎所有的分析和操作都是在這一層實(shí)現(xiàn);數(shù)據(jù)服務(wù)層為系統(tǒng)數(shù)據(jù)I/O和存儲(chǔ),提供數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)和高效訪問。整個(gè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析結(jié)果,將系統(tǒng)分為地圖工具、文件管理、地震影響場(chǎng)、損失評(píng)估、應(yīng)急準(zhǔn)備、災(zāi)情跟蹤、系統(tǒng)管理7個(gè)模塊,并主要集成了基礎(chǔ)GIS、災(zāi)情評(píng)估評(píng)估和災(zāi)情跟蹤等功能。

2.3.1 基礎(chǔ)GIS功能

地圖工具與文件管理主要實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)GIS功能,從而實(shí)現(xiàn)地圖的漫游、平移、放大或縮小和相關(guān)評(píng)估報(bào)告的導(dǎo)出等功能。

2.3.2 災(zāi)情評(píng)估功能

系統(tǒng)中地震影響場(chǎng)、損失評(píng)估等菜單可以實(shí)現(xiàn)快速確定災(zāi)區(qū)范圍、對(duì)人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行評(píng)估的功能,同時(shí)根據(jù)不同的行政區(qū)劃給出各分區(qū)的損失評(píng)價(jià)。對(duì)于各分區(qū)的損失情況,系統(tǒng)將給出相應(yīng)的應(yīng)急需求以及相應(yīng)的救援對(duì)策。

2.3.3 災(zāi)情跟蹤功能

當(dāng)?shù)卣鹫嬲l(fā)生時(shí),各分區(qū)可以通過災(zāi)情跟蹤功能上報(bào)各分區(qū)的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失情況等,以方便指揮部隊(duì)及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)救援形勢(shì)和災(zāi)害的程度。

2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)將地理空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)Microsoft SQL Server中,并借助ESR I的空間數(shù)據(jù)庫引擎ArcSDE來進(jìn)行統(tǒng)一管理、訪問。根據(jù)數(shù)據(jù)的類別與功用可劃分為以下3種數(shù)據(jù)庫:

2.4.1 基礎(chǔ)空間、屬性數(shù)據(jù)庫

基礎(chǔ)地理庫包含系統(tǒng)所必需的基礎(chǔ)地理空間信息、地震構(gòu)造的背景數(shù)據(jù)、歷史地震信息以及與震害信息相關(guān)的各個(gè)市、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)行政區(qū)劃的地理空間分布、人口分布、經(jīng)濟(jì)收入分布等數(shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)庫構(gòu)成系統(tǒng)的基礎(chǔ),是系統(tǒng)核心組成部分。

2.4.2 模型、知識(shí)庫

模型、知識(shí)庫主要包括了各類各種建筑物易損性類庫,各種函數(shù)庫,指數(shù)庫,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫,損失比庫、死亡率庫、重傷率庫,以及各類建筑物成本庫,與模型計(jì)算相關(guān)的參數(shù)和判據(jù)等等。

2.4.3 計(jì)算支持庫

計(jì)算支持庫是系統(tǒng)另一個(gè)重要組成部分,主要包括系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)計(jì)算的臨時(shí)性數(shù)據(jù)庫以及系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)庫。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)選擇了ESR I公司的服務(wù)器產(chǎn)品ArcGIS Server作為webgis平臺(tái);在Microsoft Visual Studio.NET 2005集成開發(fā)環(huán)境下,使用c#開發(fā)語言以及ArcGIS Server.NETADF提供的組件來開發(fā)業(yè)務(wù)邏輯層。借助大中型關(guān)系數(shù)據(jù)庫Microsoft SQL Server 2005來存儲(chǔ)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

基于WEBGIS的地震災(zāi)情快速評(píng)估系統(tǒng)使用ArcGIS Server提供的專用Web ADF(Application Develope Framework)開發(fā)框架擴(kuò)展ASP.NET的Web控件,同時(shí)使用ArcObjects對(duì)象來實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)GIS功能和相關(guān)專題圖、表的顯示與查詢。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),根據(jù)輸入的地震參數(shù),運(yùn)行相關(guān)模型庫,得到地震影響場(chǎng)的范圍,并同時(shí)給出各分區(qū)所處的烈度。結(jié)果如圖3所示。

圖3 地震影響場(chǎng)

根據(jù)得到的各分區(qū)所處裂度情況,系統(tǒng)調(diào)用后臺(tái)相關(guān)經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù),對(duì)影響區(qū)的房屋破壞、經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡進(jìn)行評(píng)估,根據(jù)評(píng)估結(jié)果給出應(yīng)急需求,并以各分區(qū)為單位給出各分區(qū)的損失情況及應(yīng)急需求,從而為救援提供決策支持。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)采用WEBGIS技術(shù),克服了以往地震災(zāi)情快速評(píng)估中數(shù)據(jù)利用程度低、難于管理與共享、可互操作性差的不足,體現(xiàn)了用戶在因特網(wǎng)上脫離GIS軟件平臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行、智能自動(dòng)觸發(fā)和直觀顯示等優(yōu)點(diǎn)。

該系統(tǒng)根據(jù)輸入的地震參數(shù)快速判定地震影響區(qū),繼而根據(jù)系統(tǒng)中集成的評(píng)價(jià)方法對(duì)人員傷亡、建筑物破壞、經(jīng)濟(jì)損失做出評(píng)估,評(píng)估工作簡單且容易操作,評(píng)估結(jié)果實(shí)時(shí)提供且可視化顯示,實(shí)現(xiàn)了地震災(zāi)害評(píng)估的動(dòng)態(tài)化、實(shí)時(shí)化以及規(guī)范化,將過去靜態(tài)實(shí)現(xiàn)的災(zāi)情評(píng)估模式改變?yōu)閯?dòng)態(tài)的評(píng)估模式,提升了地震災(zāi)情評(píng)估工作的信息化水平。

本系統(tǒng)在某些方面還需進(jìn)一步探討和完善,如三維動(dòng)態(tài)顯示、圖形網(wǎng)絡(luò)分析等方面還需完善。此外在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)災(zāi)情的處理方面,還需進(jìn)一步探討,從而實(shí)現(xiàn)通過實(shí)時(shí)災(zāi)情對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行修正。

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