云南省地震時空情勢分析系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

莊曉蓉　孫夢竹　劉娜　王加勝

摘要：利用地理信息技術(shù)和地震評估模型分析地震時空分布特征，建立地震展示平臺，對歷史地震分布特征的研究和地震應(yīng)急救援具有重要意義，可為相關(guān)部門提供決策參考。針對云南地震頻發(fā)的特點，本文開發(fā)設(shè)計了云南省地震時空情勢分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有密度分析、熱點分析、州市統(tǒng)計分析等功能?；谠颇鲜?970-2015年Ms≥3.0等歷史地震數(shù)據(jù)，利用該系統(tǒng)對云南省歷史地震進(jìn)行時空情勢分析。結(jié)果表明：云南省有70%的州市處于地震高頻區(qū)，僅有怒江、曲靖、文山、西雙版納和臨滄五個州市地震發(fā)生次數(shù)相對較少，且發(fā)生的地震均在中強(qiáng)震以下。

關(guān)鍵詞：GIS；時空情勢分析；地震分析系統(tǒng)；橢圓模型；斷層距模型

1引言

地震是自然現(xiàn)象，但對人類來說是一種自然災(zāi)害，地震及其引起的次生災(zāi)害往往會造成大量的財產(chǎn)損失和人員傷亡，會阻礙社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我國被全球活動性最強(qiáng)的兩大地震帶即環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶包圍，受太平洋、印度洋和菲律賓海三大板塊的擠壓，其地震活動具有強(qiáng)度大、頻度高、震源淺和分布廣的特點，是全球震災(zāi)嚴(yán)重的國家之一。據(jù)統(tǒng)計，我國有近1/3以上的疆土、近1/2的城市和近66萬以上人口的特大城市位于Ⅶ度以上的高地震烈度區(qū)。據(jù)姜寧等人對中國近20年的地震（Ms≥4.5）統(tǒng)計，得出我國地震活動高頻區(qū)集中于臺灣、西藏、新疆、青海、云南和四川。

云南省位于印度板塊與歐亞板塊俯沖帶東側(cè)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，地震活動頻繁，災(zāi)害嚴(yán)重，是中國多震省份之一，具有頻度高、強(qiáng)度大、分布廣和受災(zāi)重的特點搠，僅1995-2015年（Ms≥4.5）間就發(fā)生中強(qiáng)震81次。目前對地震的研究多數(shù)是基于歷史地震數(shù)據(jù)分析大區(qū)域的地震時空分布特征，或者根據(jù)區(qū)域歷史地震數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析得出相應(yīng)的評估模型。目前在線運(yùn)行的地震系統(tǒng)基本是快速應(yīng)急評估系統(tǒng)和災(zāi)情速報系統(tǒng)，如曹彥波等人通過評估模型庫的建立和應(yīng)急對策建議模板的設(shè)計，利用COM技術(shù)將模型庫與GIS系統(tǒng)進(jìn)行無縫集成，研發(fā)了云南地震應(yīng)急快速評估軟件，實現(xiàn)震后地震影響場速判，人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失評估、專題圖輸出、對策建議生成等功能；明小娜等人基于Android系統(tǒng)構(gòu)建云南地震災(zāi)情速報系統(tǒng)，破壞性地震發(fā)生后，供災(zāi)情速報員或相關(guān)應(yīng)急救援人員快速采集和發(fā)送地震災(zāi)害信息；趙云基于Spfing+Ibafis開發(fā)了地震局災(zāi)情收集與分類統(tǒng)計信息發(fā)布平臺?；跉v史地震數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域化的地震時空分布特征的研究系統(tǒng)較少見，通過輸入歷史地震點數(shù)據(jù)，快速地進(jìn)行歷史地震空間分布、密度分析、熱點分析、州市震級頻次統(tǒng)計等時空分析，并結(jié)合專家模型繪制烈度范圍，能快速、有效、直觀的展示出歷年地震發(fā)生的高頻區(qū)及受災(zāi)范圍和重建情況。因此對云南省歷史地震活動的研究是有必要的，能幫助當(dāng)?shù)卣皶r改善區(qū)域及周邊的應(yīng)急準(zhǔn)備能力，有針對性的加強(qiáng)薄弱地區(qū)應(yīng)急物資的儲備和相關(guān)防范知識的宣傳。

目前，GIS技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案、犯罪分析、公共健康、地級管理、交通應(yīng)用和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，在自然資源管理領(lǐng)域GIS也顯示了其優(yōu)越性。例如，自然災(zāi)害評估、土地利用規(guī)劃、海濱帶監(jiān)控、野生生物棲息地分析和林木管理等。同時，在地震研究領(lǐng)域也發(fā)揮著強(qiáng)大的作用，如在地震前的分析預(yù)報、地震災(zāi)害預(yù)測和地震發(fā)生后的地震影響范圍分析、災(zāi)情預(yù)估、災(zāi)情速報和地震分布特征等。隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，GIS技術(shù)被應(yīng)用于各個領(lǐng)域，因此利用該技術(shù)對云南省歷史地震點進(jìn)行時空分布特征的研究是可行的。

本文擬利用GIS技術(shù)，將GIS空間分析過程編寫為一系列的分析工具，采用C#、Pvthon開發(fā)語言，在Visual Studio 2010開發(fā)平臺上結(jié)合Arc Engine10.2進(jìn)行二次開發(fā)集成云南省地震時空情勢分析系統(tǒng)。

2系統(tǒng)原理

GIS空間分析是指以地理事物的空間位置、空間形態(tài)、空間格局和空間關(guān)系為基礎(chǔ)，以地理學(xué)為依托，空間運(yùn)算為特征，提取新的空間信息的過程，其通過空間數(shù)據(jù)和空間模型的聯(lián)合分析來挖掘地理事物的潛在信息。

2.1密度分析

密度分析是通過對離散點或線數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，計算出柵格像元周圍領(lǐng)域內(nèi)輸入要素密度的過程。根據(jù)插值原理不同，可分為核密度分析、點密度分析和線密度分析。后兩者方法分別適用于點狀要素和線狀要素，而核密度適用于兩種要素類的密度計算，其區(qū)別在于前者需要指定領(lǐng)域以便計算各輸出像元周圍像元的密度。