廣西震后趨勢快速研判系統(tǒng)及其應(yīng)用

張 華， 周 斌， 文 翔， 閻春恒， 黃惠寧， 孫學(xué)軍

（廣西壯族自治區(qū)地震局， 南寧 530022）

0 引言

ArcGIS 是一個(gè)能夠輸入、 貯存、 處理、 分析和顯示立體數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 它具有強(qiáng)大的圖形、 圖像和數(shù)據(jù)處理功能， 現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用在地震資料處理、 地震信息查詢、 地震預(yù)測預(yù)報(bào)、 地震速報(bào)、 震災(zāi)評估、 次生災(zāi)害模擬及應(yīng)急預(yù)案規(guī)劃等,并且取得了較好的實(shí)效[1-9]。 為進(jìn)一步提高地震應(yīng)急和會商水平， 有效快速判定震后趨勢， 滿足應(yīng)急指揮和地震現(xiàn)場工作要求， 根據(jù)廣西震情實(shí)際， 廣西地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)中心基于ArcGIS 的地理信息平臺自主研發(fā)建立了廣西震后趨勢快速研判系統(tǒng)。 該系統(tǒng)架構(gòu)完備、 操作方便、 響應(yīng)迅速、成圖良好。 該系統(tǒng)涵蓋全國地震目錄和廣西構(gòu)造背景、 震源機(jī)制解、 震例庫、 地震序列、 地震活動特征等大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 基于這些數(shù)據(jù)， 進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化和模式識別， 一旦地震發(fā)生后， 系統(tǒng)可在5 min 內(nèi)完成震中分布圖、 區(qū)域歷史地震情況、 所處地質(zhì)構(gòu)造背景、 區(qū)域震源機(jī)制及地震序列類型等相關(guān)分析， 對震后趨勢進(jìn)行初步研判并自動快速生成會商紀(jì)要和震情匯報(bào)材料， 及時(shí)為領(lǐng)導(dǎo)決策提供科學(xué)依據(jù)。 該系統(tǒng)已在廣西地震應(yīng)急與地震現(xiàn)場工作中發(fā)揮了重要的支撐作用， 取得了良好的效果。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則基于可靠性、 穩(wěn)定性、 靈活性、 擴(kuò)展性及海量的數(shù)據(jù)支持等幾個(gè)方面統(tǒng)籌考慮。 系統(tǒng)提供高效的海量空間數(shù)據(jù)庫引擎， 所有類型的空間數(shù)據(jù)， 包括： 矢量數(shù)據(jù)、 影像數(shù)據(jù)、CAD 數(shù)據(jù)、 工程尺寸標(biāo)注數(shù)據(jù)等以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型由空間數(shù)據(jù)庫引擎進(jìn)行管理和高效驅(qū)動。

1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)邏輯架構(gòu)： 該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)交換服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及客戶端組成。 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)保存所有的數(shù)據(jù)信息， 包括空間數(shù)據(jù)、 地震屬性資料等。 數(shù)據(jù)交換服務(wù)器與地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)中心銜接， 實(shí)現(xiàn)地震目錄數(shù)據(jù)的自動交換。 操作人員通過運(yùn)行在個(gè)人PC 上的客戶端訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取， 相關(guān)分析功能的運(yùn)行以及最終結(jié)果數(shù)據(jù)的導(dǎo)出。

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)框圖Fig.1 The diagram of system functional architecture

系統(tǒng)功能架構(gòu)： 該系統(tǒng)分基礎(chǔ)平臺、 數(shù)據(jù)中心及業(yè)務(wù)應(yīng)用三個(gè)層次。 基礎(chǔ)平臺為基于ArcGIS的地理信息平臺及相關(guān)軟硬件基礎(chǔ)平臺。 數(shù)據(jù)中心包括地震目錄交換、 地震空間數(shù)據(jù)庫和地震基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。 業(yè)務(wù)應(yīng)用包括自動生成震中分布圖、地震所處斷裂分析、 地震序列類型分析、 震例分析及地震會商匯報(bào)材料快速生成（PPT 格式）、地震會商匯報(bào)材料快速生成（Word 格式）等（圖1）。

1.2 系統(tǒng)技術(shù)路線

本系統(tǒng)基于ArcGIS 地理信息開發(fā)， ArcGIS系列軟件產(chǎn)品從低端到高端具有很好的擴(kuò)充性，提供一個(gè)可伸縮的解決方案。 ArcGIS 是一個(gè)完整、可伸縮的地理信息平臺， 無論是在桌面、 服務(wù)器、野外還是通過Web 應(yīng)用， 為個(gè)人用戶也為群體用戶提供GIS 的功能。 它包含了四個(gè)主要的部署GIS的框架： 桌面GIS-專業(yè)GIS 應(yīng)用的軟件包， 包括ArcReader， ArcView， ArcEditor， ArcInfo 和ArcGIS擴(kuò)展模塊； 服務(wù)器GIS-ArcIMS， ArcGIS Server 和ArcGIS Image Server； 移 動 GIS -ArcPad 以 及ArcGIS Mobile； 開發(fā)GIS-為開發(fā)者提供的用于擴(kuò)展GIS 桌面， 定制基于桌面和基于Web 的應(yīng)用，創(chuàng)建移動解決方案的組件。 ArcGIS 系列軟件的體系架構(gòu)如下圖所示（圖2）。

本系統(tǒng)開發(fā)采用C/S 架構(gòu)， 按數(shù)據(jù)層、 應(yīng)用層和表現(xiàn)層的規(guī)范設(shè)計(jì)系統(tǒng)和進(jìn)行開發(fā)。 數(shù)據(jù)層是一體化存儲的地理信息數(shù)據(jù)， 包括基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、水系、 震中分布、 斷裂帶分布、 歷史震例等。 應(yīng)用層是在數(shù)據(jù)層的基礎(chǔ)上構(gòu)建的一系列的業(yè)務(wù)應(yīng)用， 包括震中分布分析、 斷裂信息分析、 震例分析等。 表現(xiàn)層是應(yīng)用層處理結(jié)果的展現(xiàn)， 特別是在空間數(shù)據(jù)的可視化展示， 并將相關(guān)結(jié)果輸出成文檔。 系統(tǒng)開發(fā)所使用ArcGIS 開發(fā)組件包括：arcgis enginee、 arcgisinfo、 arcsde（V10）等。

圖2 ArcGIS 系列軟件的體系架構(gòu)Fig.2 The architecture of ArcGIS series software

2 系統(tǒng)模塊及其應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)涵蓋的基礎(chǔ)模塊

該系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要涵蓋六大模塊， 分別為地震目錄、 構(gòu)造背景庫、 震例庫、 地震活動特征、 省外地震資料及震后趨勢快速研判等（圖3）。 其中地震目錄模塊實(shí)時(shí)更新全球7 級、 全國5 級、 廣西0級以上地震目錄， 同中國地震臺網(wǎng)中心一致， 實(shí)現(xiàn)對地震目錄的錄入、 查詢、 數(shù)據(jù)分析處理等功能。

構(gòu)造背景庫模塊包括地震構(gòu)造分區(qū)、 主要地震斷裂和地質(zhì)地理底圖： 地震構(gòu)造分區(qū)是按地震構(gòu)造進(jìn)行分區(qū)， 簡單介紹各個(gè)分區(qū)的地震地質(zhì)情況， 主要地震斷裂中介紹廣西主要斷裂帶的地震地質(zhì)情況， 地質(zhì)地理底圖中包括全球、 全國、 廣西及重點(diǎn)地區(qū)的地質(zhì)地理底圖作為震后快速判定的基礎(chǔ)底圖。

圖3 系統(tǒng)登錄界面Fig.3 The login interface of system

震例庫模塊包括歷史震例庫及地震序列庫，歷史震例庫包括現(xiàn)有廣西及鄰近地區(qū)（范圍104°～113°E， 20°～27°N）4.5 級以上地震震例， 各震例內(nèi)容包括： 摘要、 前言、 測震臺網(wǎng)及地震基本參數(shù)、 地震地質(zhì)背景、 烈度分布及震害地震序列、 震源機(jī)制解和地震主破裂面、 觀測臺網(wǎng)及前兆異常、 前兆異常及其特征分析、 總結(jié)與討論等。 地震序列庫中系統(tǒng)收集整理了廣西及鄰區(qū)歷史地震序列庫， 包括序列目錄、 序列參數(shù)、 序列空間分布、 M-T 圖等資料， 該信息綜合為圖層作為自動搜索震中50～100 km 地震序列類型分析的基本信息。

地震活動特征模塊包括區(qū)域和斷裂帶地震活動特征、 十四個(gè)地級市地震活動特征及重點(diǎn)地區(qū)基礎(chǔ)資料。 區(qū)域和斷裂帶地震活動特征中結(jié)合構(gòu)造、 背景地震活動、 及中小地震類型空間分布的區(qū)域特征， 將廣西及其鄰近地區(qū)進(jìn)行分區(qū)并分析其活動特征； 十四個(gè)地級市地震活動特征中詳細(xì)介紹廣西十四個(gè)地級市的區(qū)域范圍、 構(gòu)造背景、地震規(guī)律、 歷史地震情況， 地震序列類型及災(zāi)害情況， 突出行政區(qū)域特色。 重點(diǎn)地區(qū)基礎(chǔ)資料包括廣西北部灣及重點(diǎn)水庫、 礦區(qū)的地震地質(zhì)構(gòu)造背景、 區(qū)域地震活動等基礎(chǔ)資料。

省外地震資料模塊包括廣西周邊省份如海南、廣東、 云南、 福建、 湖南、 貴州、 臺灣地震活動概況、 地質(zhì)構(gòu)造背景， 并分析上述地區(qū)地震與廣西的關(guān)系（空間圖、 M-T 圖）。 此外還包括南北地震帶、 新疆、 大華北、 鄂爾多斯地震活動概況、地質(zhì)構(gòu)造背景的資料等。

震后趨勢快速研判模塊包括應(yīng)急會商紀(jì)要、幻燈片匯報(bào)材料生成兩個(gè)部分。 該模塊給定震中快速自動生成地震概況（含50 km 范圍內(nèi)歷史地震、 近期地震）、 構(gòu)造背景、 震源機(jī)制、 地震序列類型、 地震活動性分析及異常跟蹤、 初步會商意見。 生成格式為WORD 及PPT 兩個(gè)版本。

2.2 該系統(tǒng)在廣西地震應(yīng)急與地震現(xiàn)場中的應(yīng)用

圖4 該系統(tǒng)在2013年2月20日田東、平果、巴馬交界4.5 級（ML 4.9）地震應(yīng)急處置中自動生成的部分圖件Fig.4 The maps generated automatically by system in ML 4.9 earthquake emergency in Tiandong, Pingguo, Bama junction in February 20, 2013

該系統(tǒng)運(yùn)行后， 在2013年 “2.20” 田東、 平果、 巴馬交界4.5 級地震、 “3.1” 柳州3.2 級地震、 “6.16” 平果2 級震群與“10.24” 平果3.0 級地震中發(fā)揮了積極作用， 系統(tǒng)的快速響應(yīng)為高效應(yīng)對這些地震事件奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 例如，2013年2月20日3 時(shí)21 分， 田東、 平果、 巴馬交界發(fā)生4.5 級地震（圖4）， 震后系統(tǒng)自動調(diào)入觸發(fā)地震的目錄或直接輸入經(jīng)緯度和震級， 5 min 以內(nèi)自動依次產(chǎn)生此次地震的震中分布圖、 50 km 和100 km 范圍內(nèi)歷史地震分布圖、 地質(zhì)構(gòu)造及活動斷裂圖、 震中附近歷史地震震源機(jī)制情況、 震中附近歷史地震序列類型特征等內(nèi)容， 以上生成內(nèi)容均為系統(tǒng)自動識別、 調(diào)用、 分析和集成。 在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)會自動加入當(dāng)前地震活動背景和前兆異常跟蹤（系統(tǒng)自動鏈接到指定文件位置， 該部分內(nèi)容定期更新）， 結(jié)合地震構(gòu)造背景、 發(fā)震斷裂、歷史地震等相關(guān)數(shù)據(jù)， 對震后趨勢給出初步的研判意見。 此外， 該系統(tǒng)還集成了廣西區(qū)域構(gòu)造及地震研究的最近成果， 為趨勢研判提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。

該系統(tǒng)所生成的圖片美觀大方， 信息豐富，重點(diǎn)突出， 在注重科學(xué)的同時(shí)注重圖文圖標(biāo)的表現(xiàn)形式， 盡量做到科學(xué)易懂， 一目了然。 生成的初步判定意見及匯報(bào)材料圖文并茂， 內(nèi)容豐富，可在第一時(shí)間初步掌握地震的相關(guān)信息， 為快速地震應(yīng)急提供了首要素材， 再根據(jù)詳細(xì)的地震序列發(fā)展及其他資料進(jìn)行更深入的研判。 實(shí)踐證明，該系統(tǒng)在歷次地震應(yīng)急與地震現(xiàn)場工作中給出的研判結(jié)果是基本正確的， 發(fā)揮著重要的作用， 取得很好的效果。

3 系統(tǒng)下一步改進(jìn)方向

該系統(tǒng)雖然在運(yùn)用中取得了較好成效， 但面對日益緊迫的震情形勢和地震應(yīng)急與地震現(xiàn)場工作的更高要求， 該系統(tǒng)依然有很大的提升空間。如何強(qiáng)化該系統(tǒng)的研發(fā)， 使其在地震應(yīng)急與地震現(xiàn)場工作中發(fā)揮更重要的作用， 分析認(rèn)為該系統(tǒng)可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)： 一是進(jìn)一步豐富和完善周邊省份及全國的地震基礎(chǔ)信息。 深入了解周邊地震活動構(gòu)造、 活動背景及廣西的發(fā)震關(guān)聯(lián)，將相關(guān)數(shù)據(jù)和研究成果納入震后趨勢快速研判系統(tǒng)中。 這樣既對周邊省份有更深入的了解， 更能及時(shí)處置發(fā)生在鄰近省份地震， 滿足地震應(yīng)急的多樣化需求。 二是進(jìn)一步優(yōu)化操作系統(tǒng)平臺。 目前該系統(tǒng)開發(fā)的只是基于桌面GIS 和服務(wù)器GIS，而移動GIS 和開發(fā)GIS 尚未啟用。 后兩者的開發(fā)啟用可使得地震前方指揮部的工作人員能夠快速處置和聯(lián)動數(shù)據(jù)庫的相關(guān)信息， 使前后方有較好的互動， 使信息共享后的數(shù)據(jù)能夠更好的服務(wù)于后續(xù)震情的研判， 為地震應(yīng)急工作提供更科學(xué)、更翔實(shí)的科技支撐。 三是進(jìn)一步強(qiáng)化應(yīng)急產(chǎn)出。目前該系統(tǒng)能自動產(chǎn)生地震震中分布、 歷史地震概況、 區(qū)域震源機(jī)制特征、 區(qū)域地震序列類型等圖件， 尚缺乏地震動制圖系統(tǒng)（ShakeMap）,可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加入ShakeMap 模塊， ShakeMap 可自動快速地得到震動圖， 然后根據(jù)相關(guān)參數(shù)生成地震的烈度圖， 這樣將為地震應(yīng)急提供更科學(xué)的服務(wù)[10]。

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