城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

方雅申

（福州市勘測(cè)院，福建 福州 350100）

城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

方雅申

（福州市勘測(cè)院，福建 福州 350100）

城市地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是各級(jí)地震部門(mén)開(kāi)展應(yīng)急工作的基礎(chǔ)，是各級(jí)政府履行地震應(yīng)急指揮職能的基本保障。文章探討了城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)、評(píng)估模型、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和更新方面的關(guān)鍵技術(shù)。福州部分縣市的實(shí)際應(yīng)用證明，本文探討的城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)方法可有效解決城市地震應(yīng)急指揮體系數(shù)據(jù)匱乏的問(wèn)題。

地震；應(yīng)急；數(shù)據(jù)庫(kù)；地震專題數(shù)據(jù)

1 引言

地震是一種突發(fā)性災(zāi)難事件，在極短的時(shí)間內(nèi)可造成極大破壞，其破壞范圍之大，毀壞力之強(qiáng)，居群災(zāi)之首。我國(guó)是世界地震活動(dòng)最劇烈的國(guó)家之一，災(zāi)時(shí)地震應(yīng)急響應(yīng)與救災(zāi)指揮工作的好壞對(duì)減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失有極大的影響。在1995年的日本阪神大地震、1998年土耳其和中國(guó)臺(tái)灣大地震中，因?yàn)閼?yīng)急指揮、快速反應(yīng)能力不足，救災(zāi)工作一片混亂而遭到民眾的抨擊，而美國(guó)聯(lián)邦緊急事務(wù)管理局建設(shè)了較完善的地震應(yīng)急指揮體系，1994年洛杉磯北嶺地震、2001年華盛頓地震時(shí)地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，快速交互了震情及應(yīng)急信息，為政府應(yīng)急救災(zāi)決策提供了重要技術(shù)支持，有效地減輕了地震災(zāi)害損失。

在各級(jí)抗震救災(zāi)指揮體系的建設(shè)過(guò)程中 普遍遇到的最大難題是，適應(yīng)于地震應(yīng)急要求的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)普遍匱乏。從科學(xué)決策的意義上講，地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是各級(jí)地震部門(mén)開(kāi)展應(yīng)急工作的基礎(chǔ)，是各級(jí)政府履行地震應(yīng)急指揮職能的基本保障。地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的缺乏和不完善將會(huì)極大地制約各級(jí)地震應(yīng)急指揮系統(tǒng)的功能，甚至使部分指揮體系癱瘓和失效。因此，城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，本文對(duì)城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)、評(píng)估模型、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和更新方面的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行討論，為國(guó)內(nèi)同行建設(shè)地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)提供參考。

2 城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.1 與地震應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)系

地震觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)接收來(lái)自數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)、強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、前兆觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)的各類實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)，并同步傳送給地震信息處理與應(yīng)急指揮系統(tǒng)（圖1）。地震信息處理與應(yīng)急指揮系統(tǒng)集成了來(lái)自城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的和地震觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，將分析結(jié)果同步發(fā)送到地震應(yīng)急發(fā)布系統(tǒng)（地震信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、智能手機(jī)、PAD等用戶終端），并返回到地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新。地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)作為整個(gè)地震防御體系的核心，為地震應(yīng)急系統(tǒng)和發(fā)布系統(tǒng)提供了可視化、權(quán)威的分析數(shù)據(jù)。

圖1 地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)與應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)系

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)是指當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，或地震預(yù)報(bào)發(fā)布后，為了開(kāi)展對(duì)災(zāi)區(qū)的一系列救災(zāi)活動(dòng)所需了解和掌握的各類人口、經(jīng)濟(jì)等社會(huì)基本信息、城市地貌、公路交通、救災(zāi)隊(duì)伍、通信聯(lián)絡(luò)、地震應(yīng)急預(yù)案等的一種綜合性數(shù)據(jù)庫(kù)。地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，在整個(gè)地震應(yīng)急的總體流程中起著關(guān)鍵性的作用。地震應(yīng)急管理是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及方方面面，地震應(yīng)急數(shù)據(jù)具有綜合性、關(guān)聯(lián)性、空間性、時(shí)態(tài)變化性特點(diǎn)。

城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)由基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和各類地震專題數(shù)據(jù)庫(kù)組成（圖2）。

圖2 城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

（1）基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)由電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)和公共專題數(shù)據(jù)庫(kù)組成。電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)作為地震應(yīng)用系統(tǒng)的地圖支撐，包含線化電子地圖、影像電子地圖、暈渲電子地圖三種風(fēng)格，可切換使用，公共專題數(shù)據(jù)庫(kù)由道路、鐵路、水系、熱點(diǎn)（POI）數(shù)據(jù)組成，滿足后臺(tái)查詢、檢索功能，電子地圖和公共專題數(shù)據(jù)的配套使用，可滿足地震應(yīng)急指揮數(shù)據(jù)可視化和定位查詢需要。

（2）地震專題數(shù)據(jù)庫(kù)

地震專題數(shù)據(jù)庫(kù)包括地震危險(xiǎn)性分析數(shù)據(jù)庫(kù)、地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃數(shù)據(jù)庫(kù)、防震減災(zāi)專項(xiàng)規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)、建筑物易損性數(shù)據(jù)庫(kù)、生命線易損性數(shù)據(jù)庫(kù)、地震次生災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)、防震減災(zāi)對(duì)策數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)庫(kù)等，涉及8大類96小類的空間數(shù)據(jù)和文本數(shù)據(jù)，圖層數(shù)多、信息量豐富，數(shù)據(jù)庫(kù)的組織管理遵循標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、統(tǒng)一設(shè)計(jì)的原則。數(shù)據(jù)庫(kù)基本組織架構(gòu)如下表（表1）所示：

表1 地震專題數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

2.3 震害分析評(píng)估模型設(shè)計(jì)

震害分析模型是將地震采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)學(xué)建模，用以度量各指標(biāo)對(duì)地震發(fā)生的敏感程度和震后破壞程度。常用的地震分析評(píng)估模型有建筑物易損性分析模型、生命線易損性分析模型、次生災(zāi)害分析模型、經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡評(píng)估模型，本文主要對(duì)建筑物易損性分析模型進(jìn)行介紹。建筑物破壞程度用超越強(qiáng)度倍率E表示，計(jì)算公式為：

式中，Q表示地震剪力，V表示結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度。經(jīng)計(jì)算，建筑物破壞程度與超越強(qiáng)度倍率的關(guān)系為：

表2 建筑物破壞程度與超越強(qiáng)度倍率的關(guān)系

2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了滿足對(duì)龐大的空間數(shù)據(jù)的管理，設(shè)計(jì)城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，其主要功能如下：

（1）地圖基本操作：提供基本的縮放、瀏覽、圖層控制、查詢定位和可視化功能。

（2）數(shù)據(jù)入庫(kù)和輸出：將基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、地震專題數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的分發(fā)和出圖、打印。

（3）數(shù)據(jù)檢查：用于自動(dòng)檢查各類數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系、規(guī)范性、完整性等。

（4）數(shù)據(jù)更新：包括更新信息的自動(dòng)提取、新舊數(shù)據(jù)的融合、質(zhì)量檢查等操作。

（5）數(shù)據(jù)交換管理：用于實(shí)現(xiàn)指揮中心不同應(yīng)用系統(tǒng)間、地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)與城市共享服務(wù)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)共享與交換。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 地圖緩存技術(shù)

地圖緩存技術(shù)（通常稱為地圖瓦片技術(shù)），就是按照一定的數(shù)學(xué)規(guī)則，將動(dòng)態(tài)地圖按不同比例尺切成一定規(guī)格的靜態(tài)圖片，存儲(chǔ)在服務(wù)器上，當(dāng)用戶通過(guò)瀏覽器或地圖軟件訪問(wèn)地圖數(shù)據(jù)時(shí)，服務(wù)器不需要實(shí)時(shí)生成數(shù)據(jù)并進(jìn)行地圖渲染，而是根據(jù)用戶請(qǐng)求的范圍和尺度，返回當(dāng)前視角區(qū)域的地圖圖片。地圖緩存技術(shù)極大地降低了服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)帶寬的負(fù)荷，提升了地圖瀏覽速度和效果。

城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)中的電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)包括線化、影像、暈渲三種風(fēng)格，各種電子地圖圖層數(shù)目多、渲染復(fù)雜，而且不需要實(shí)時(shí)更新，很適合運(yùn)用地圖緩存技術(shù)，這樣不但提高空間數(shù)據(jù)的訪問(wèn)效率，而且實(shí)現(xiàn)了三種地圖之間輕松切換。

3.2 數(shù)據(jù)采集和更新技術(shù)

城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)涉及各行各業(yè)90多個(gè)小類的圖層數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的采集和更新也是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，在數(shù)據(jù)采集和更新過(guò)程中，用到了以下技術(shù)。

（1）利用航拍影像實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的快速更新

對(duì)于線化電子地圖、建筑物抗震性能、疏散道路等數(shù)據(jù)，利用各年份的航拍（衛(wèi)星）影像，通過(guò)疊套比對(duì)分析，可快速發(fā)現(xiàn)地形、地貌的變化，通過(guò)航測(cè)內(nèi)業(yè)的方式采集變化的區(qū)域，使空間數(shù)據(jù)得到及時(shí)更新。這種方法精度可靠、數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性好，不但縮短了成圖周期，提高了生產(chǎn)效率，而且增強(qiáng)了空間數(shù)據(jù)的使用價(jià)值，使其更好地服務(wù)于地震應(yīng)急指揮和輔助決策。

（2）數(shù)據(jù)共享和交換技術(shù)

對(duì)于來(lái)自各行各業(yè)的地震專題數(shù)據(jù)，僅靠一個(gè)單位力量采集和更新，不但建設(shè)成本高，而且數(shù)據(jù)更新速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)難以滿足地震應(yīng)急指揮決策的需要。因此，在各部門(mén)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享和交換，利用城市各管理部門(mén)的權(quán)威數(shù)據(jù)資源，更新地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)，是數(shù)據(jù)采集和更新最關(guān)鍵的方法和技術(shù)，同時(shí)將地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)的更新成果，在城市共享服務(wù)平臺(tái)上進(jìn)行發(fā)布和共享，供城市公共安全、應(yīng)急救災(zāi)用，使數(shù)據(jù)發(fā)揮最大價(jià)值。

3.3 利用ArcSDE建立空間數(shù)據(jù)索引

城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)中含有大量的地震專題數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由于需要實(shí)時(shí)更新，往往以矢量數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)和調(diào)用，在客戶端調(diào)用這些矢量數(shù)據(jù)，第一次打開(kāi)往往需要 1分鐘，甚至十幾分鐘時(shí)間，進(jìn)行漫游、縮放等基本地圖操作也需要幾十秒時(shí)間，而且隨著數(shù)據(jù)的更新和數(shù)據(jù)量的增加，系統(tǒng)的想用速度也逐漸下降，運(yùn)行速度成為制約系統(tǒng)使用的最關(guān)鍵因素。

基于上述問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中我們采用 ArcSDE提供的空間索引工具，對(duì)整套地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)計(jì)算網(wǎng)格大小和級(jí)數(shù)，建立空間索引，并根據(jù)不斷的數(shù)據(jù)更新規(guī)律，定期檢查空間索引設(shè)置的合理性，及時(shí)重建空間索引，保證了空間數(shù)據(jù)調(diào)用、查詢的快響應(yīng)。

4 城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

經(jīng)過(guò)合理的組織和設(shè)計(jì)，城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)思維已經(jīng)在福州市地震局地震信息處理和應(yīng)急指揮系統(tǒng)項(xiàng)目、福清市地震信息處理和應(yīng)急指揮系統(tǒng)項(xiàng)目中得到實(shí)踐，并取得了良好的應(yīng)用效果，圖 3為福州市地震局地震信息處理和應(yīng)急指揮系統(tǒng)應(yīng)用效果圖。

圖3 福州市地震信息處理和應(yīng)急指揮系統(tǒng)

在上述應(yīng)用案例中，城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle11G、ArcSDE10.1和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。Oracle11G是甲骨文的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件,支持對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、XML、SQL重演、自動(dòng)內(nèi)存優(yōu)化等高級(jí)功能,是一個(gè)被廣泛使用的、功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件。ArcSDE10.1是ESR I提供的一個(gè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)中間件, 它以數(shù)據(jù)庫(kù)作為后臺(tái)存儲(chǔ)中心,為前端的GIS應(yīng)用提供快速的空間數(shù)據(jù)訪問(wèn)，ArcSDE還支持多用戶同時(shí)操作、客戶端與服務(wù)器端通信、數(shù)據(jù)庫(kù)備份恢復(fù)、無(wú)限制的空間數(shù)據(jù)庫(kù)容量及同IT技術(shù)集成,便于開(kāi)發(fā)基于C/S或B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)服務(wù), 這些優(yōu)點(diǎn)使得它被越來(lái)越多的空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)所采用。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，除了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫(kù)和輸出功能外，同時(shí)提供地圖可視化、數(shù)據(jù)更新和共享、發(fā)布功能，成功地實(shí)現(xiàn)了地震應(yīng)急指揮系統(tǒng)和地震觀測(cè)技術(shù)系統(tǒng)之間，以及上下級(jí)地震部門(mén)之間的數(shù)據(jù)交換。

5 結(jié)束語(yǔ)

城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)是各級(jí)地震部門(mén)開(kāi)展應(yīng)急工作的基礎(chǔ)，更是地震應(yīng)急指揮系統(tǒng)中不可替代的組成部分，在數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)過(guò)程，需要重點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集、更新和存儲(chǔ)技術(shù)，并處理好數(shù)據(jù)庫(kù)與地震應(yīng)急應(yīng)用系統(tǒng)之間的關(guān)系，提升應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)效率，提高指揮決策的科學(xué)性和正確性。同時(shí)，地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是一項(xiàng)漫長(zhǎng)的工程，我們要拓展思路，不斷吸收地各種先進(jìn)的數(shù)據(jù)建庫(kù)技術(shù)，使城市地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)不斷的豐富、更新。

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Design and implementation of city earthquake emergency database

City earthquake emergency database is not only the basis of seismological departments at all levels to carry out emergency work, but also the basic guarantee of all levels of government to fulfill the functions of earthquake emergency command. This paper discusses the design of the city earthquake emergency database structure, evaluation model, database management system. This paper also discusses the key technology of data acquisition, storage and update the. Practical application of Fuzhou proves that database construction method of earthquake emergency which is discussed in this paper can effectively solve the problem of lack of earthquake data of emergency command system.

Earthquake;emergency;database;seismic thematic data

Q813.11..

A....

1008-1151(2015)08-0012-04

2015-06-08

方雅申（1981－），男，河南衛(wèi)輝人，福州市勘測(cè)院工程師，從事企業(yè)信息化與地理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究。