基于GIS的城市地震預(yù)警系統(tǒng)

摘 要：地震是對人類造成最大人身和財(cái)產(chǎn)損失的地質(zhì)災(zāi)害之一，我國處于城市化的高峰期，城市人口多，重要的企事業(yè)單位多集中在城市，因此地震一旦降臨城市，將對城市帶來不可估量的財(cái)產(chǎn)損失。地理信息系統(tǒng)（GIS）是在地理學(xué)、地圖學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，對一個(gè)地區(qū)的詳盡地理信息進(jìn)行輸入和處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在科技日益發(fā)展的今天，GIS技術(shù)已經(jīng)比較成熟。將該技術(shù)運(yùn)用于城市地震預(yù)警體系，是城市預(yù)警體系日益成熟和發(fā)展的標(biāo)志，也是科技不斷創(chuàng)新和發(fā)展的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：GIS；城市地震預(yù)警系統(tǒng)；應(yīng)用

引言

地震是地殼在內(nèi)、外應(yīng)力作用下，集聚的構(gòu)造應(yīng)力突然釋放，產(chǎn)生震動彈性波，從震源向四周傳播引起的地面顫動。它是地球上經(jīng)常發(fā)生的一種自然現(xiàn)象，地殼快速釋放能量造成的地表振動，對地表生物和建筑的摧毀力度是極大的。地震也是目前人們無法避免和準(zhǔn)確預(yù)測的自然災(zāi)害之一，比起氣候?yàn)?zāi)害，人們更難預(yù)測地震發(fā)生的準(zhǔn)確時(shí)間、地點(diǎn)和發(fā)生的強(qiáng)度，因而地震對人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成的威脅程度又增強(qiáng)了一步。我國擁有世界上最多的人口，在城市化速度急劇加快的今天，我國城市人口密度達(dá)到了有史以來最大的程度。許多企事業(yè)單位和地域資產(chǎn)都聚集在城市，因而地震如果發(fā)生在城市，不僅對城市財(cái)產(chǎn)造成毀滅性的打擊，對整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)和城市居民的人身安全也帶來了巨大的威脅。因此，如何加強(qiáng)城市地震預(yù)警體系的建設(shè)，加強(qiáng)對地震前的安全預(yù)警，使人們在地震時(shí)能夠贏得逃生的時(shí)間和機(jī)會，盡量減少地震對城市的摧毀和破壞，是當(dāng)今政府和科學(xué)界普遍研究的話題。GIS的演進(jìn)和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為地震預(yù)警系統(tǒng)的研究和改進(jìn)提供了有力的技術(shù)保障，使地震預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)更加具有科學(xué)性和針對性。那么，什么是GIS，它在地震預(yù)警系統(tǒng)中到底能起到什么作用呢？又該如何改進(jìn)這種技術(shù)用以造福人類呢？本文將通過GIS的工作原理等方面，對這些問題做出一一闡述。

1 GIS的概念

GIS是基于計(jì)算機(jī)為計(jì)算和分析工具，基于地理學(xué)、地圖學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)理論基礎(chǔ)上對研究地域的地理空間信息進(jìn)行儲存、處理、顯示和編輯、分析、輸出和應(yīng)用的地理信息系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和衛(wèi)星技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS技術(shù)在結(jié)合計(jì)算機(jī)運(yùn)算的信息系統(tǒng)日漸被人們在研究氣象和地質(zhì)災(zāi)害中所接受。

地理信息系統(tǒng)在最近30年內(nèi)有了飛躍式的發(fā)展，如今的利用面幾乎覆蓋了包括城市交通物流、地質(zhì)自然災(zāi)害探究、農(nóng)林牧副漁業(yè)等的所有領(lǐng)域，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和城市規(guī)劃以及資源開發(fā)和災(zāi)害的預(yù)警都起到了非常積極的作用。

2 地震預(yù)警系統(tǒng)

2.1 工作原理

地震時(shí)地殼的劇烈運(yùn)動所產(chǎn)生的地震波從地殼到地表需要經(jīng)歷6371km的路程，因此在地震發(fā)生時(shí)，人們不能立刻知道地震的存在，地震也不會對地表造成巨大的損害。地震預(yù)警系統(tǒng)的工作原理就是利用地震波探測工具探測出地震發(fā)生時(shí)剎那間的地震波，然后傳到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)迅速對地震波做出計(jì)算和分析，在地震波上升到地表前對地震發(fā)生的烈度進(jìn)行有效的監(jiān)控和計(jì)算并對人們發(fā)出預(yù)警。人們可以通過這個(gè)時(shí)間差額來迅速做出反應(yīng)，盡量減少傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。例如：地震波從震源到地面的時(shí)間大概是20秒，地震預(yù)警系統(tǒng)在3秒內(nèi)測得地震數(shù)據(jù)并發(fā)出了預(yù)警信息，那么收到預(yù)警信息的人們就能有17秒的應(yīng)急時(shí)間。

2.2 我國地震預(yù)警系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

我國處于環(huán)太平洋地震帶和喜馬拉雅山地震帶之間，是一個(gè)地震災(zāi)害多發(fā)的國家，并且我國的主要城市和工業(yè)生產(chǎn)基地都在地震災(zāi)害頻發(fā)的東部沿海環(huán)太平洋地震帶中，地震給我國國民經(jīng)濟(jì)和國民人身安全都帶來嚴(yán)重的威脅。

然而盡管我國是地震多發(fā)國家，但是在地震預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)方面卻投入得很少，防御地震災(zāi)害和對地震的預(yù)警機(jī)制都很不完善。據(jù)了解，除大亞灣核電站中，我國讓法國人承建了一個(gè)由地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和人工決策結(jié)合的地震預(yù)警系統(tǒng)外，幾乎都沒有自主建設(shè)過其他監(jiān)控系統(tǒng)，對地震預(yù)警系統(tǒng)的研究也沒有納入到政府的工作日程中，在地震預(yù)警的研究和利用方面，我國幾乎是一片空白，而這些預(yù)警系統(tǒng)早在半個(gè)世紀(jì)前，國外就有了具體的研究日程和研究成果。這與我國地震多發(fā)、地震造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失巨大的基本國情不符合，因此，為了保證國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)有力地發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，我國地震臺網(wǎng)的建設(shè)和預(yù)警系統(tǒng)的研究必須盡快納入正常軌道上來。[1]

3 城市地震預(yù)警系統(tǒng)

城市地震預(yù)警系統(tǒng)是對城市地震中，對從地震源向震中地表發(fā)射地震波進(jìn)行有效的檢測和計(jì)算，并迅速對地震的可能烈度和摧毀強(qiáng)度做出精確計(jì)算得出結(jié)論告知城市居民，為城市居民的逃生贏得時(shí)間。由于我國城市人口密集度很高，許多生產(chǎn)資源和生產(chǎn)過程都集中在城市，因而地震對我國的城市特別是沿海的大城市的摧毀程度很大，對我國國民經(jīng)濟(jì)也有很嚴(yán)重的影響。在這種前提下，城市地震預(yù)警系統(tǒng)在我國顯得尤為重要。

目前我國城市地震預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括基礎(chǔ)信息查詢、信息管理和對地震的職能分析三個(gè)部分，基礎(chǔ)信息查詢主要是基于原來在計(jì)算機(jī)中輸入的建筑人文歷史資料和建筑資料在系統(tǒng)中調(diào)用和核對；信息管理主要是對原有的信息進(jìn)行添加和刪除等工作；地震職能分析是在系統(tǒng)中設(shè)置地震模型和根據(jù)地震波的強(qiáng)度確定和顯示地震源的過程。[2]

4 GIS系統(tǒng)在城市地震預(yù)警系統(tǒng)中的運(yùn)用

4.1 GIS系統(tǒng)能夠?yàn)槌鞘械卣痤A(yù)警系統(tǒng)的計(jì)算提供大量的空間和屬性存儲，具備滿足數(shù)據(jù)更新、統(tǒng)計(jì)、分析和處理的能力，為預(yù)警系統(tǒng)提供便利的計(jì)算工具。

4.2 GIS能夠?yàn)轭A(yù)警系統(tǒng)提供立體化可視模擬圖像，并能夠?yàn)榈卣鸬姆治龊蜏?zhǔn)確計(jì)算提供合理化的一體化統(tǒng)計(jì)計(jì)算分析結(jié)果。

4.3 GIS的衛(wèi)星和遙感系統(tǒng)能夠?qū)Τ鞘械卣鹪吹慕?jīng)緯度位置和海拔高度做出準(zhǔn)確的運(yùn)算，與地震預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)合能夠?yàn)榈卣痤A(yù)警系統(tǒng)提供更加便捷和準(zhǔn)確的判斷結(jié)果。

4.4 GIS在預(yù)警系統(tǒng)的決策化過程中，能夠?yàn)轭A(yù)警系統(tǒng)的決策提供準(zhǔn)確的圖層顯示和數(shù)據(jù)分析，為預(yù)警系統(tǒng)提供多重的決策功能從而保證決策的科學(xué)性。

4.5 GIS可以結(jié)合衛(wèi)星對災(zāi)害發(fā)生地的交通情況和基礎(chǔ)建筑情況進(jìn)行科學(xué)分析，為人們提供合理的避險(xiǎn)路線和逃生方法。

因而，結(jié)合了GIS系統(tǒng)的地震預(yù)警系統(tǒng)，能夠更加準(zhǔn)確地判斷出地震源的位置，從而經(jīng)過計(jì)算機(jī)繁雜的計(jì)算得出科學(xué)合理的應(yīng)急結(jié)論，從而為城市人員和財(cái)產(chǎn)的轉(zhuǎn)移贏得寶貴的時(shí)間。其次由于結(jié)合了更加科學(xué)的運(yùn)算工具和分析工具，地震預(yù)警系統(tǒng)也能夠?qū)Φ卣鹱龀龈泳珳?zhǔn)的判斷。

5 建立基于GIS上的城市地震預(yù)警系統(tǒng)需要注意的問題

5.1 首先，要對該城市的所有地理信息進(jìn)行探查和了解，并將獲得的地理信息和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤地輸入到地理信息系統(tǒng)中。

5.2 要在GIS的工作背景下建立起對整個(gè)城市地震災(zāi)害的立體分析模型，以便在災(zāi)害發(fā)生時(shí)，在使用GIS時(shí)能夠準(zhǔn)確的把握各項(xiàng)基本信息。

6 結(jié)束語

我國城市（特別是東部沿海城市）對地震的免疫能力較弱，而一旦地震對該地區(qū)造成威脅，將對我國整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重后果，因此，要不斷加強(qiáng)對城市地區(qū)地震災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)?；贕IS的城市地震災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)能夠有效地將地理信息系統(tǒng)將預(yù)警系統(tǒng)相結(jié)合，為災(zāi)害的發(fā)生和破壞程度都提供一個(gè)準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)，要不斷加強(qiáng)基于GIS的城市地震災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的投入力度，改進(jìn)地震災(zāi)害預(yù)警技術(shù)，為災(zāi)害應(yīng)急提供寶貴的時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣勇軍.城市自然災(zāi)害的綜合區(qū)劃及評估[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版.2012（10）.

[2]李?？〉?中國自然災(zāi)害應(yīng)急管理研究進(jìn)展與對策[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào).2009（10）.

[3]徐勇等.基于GIS的防震減災(zāi)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào).2012（3）.