湖北省人口數據空間化及在巴東Ms5.1地震災情盲估中的應用*

丁文秀 張亦梅 陳振拓 特木其勒 韓貞輝 李 垠

1)中國地震局地震研究所(地震大地測量重點實驗室)，武漢 430071

2)中國地質大學(武漢)地空學院，武漢 430071

3)福州市勘測院，福州 350000

4)中國地震局地質研究所，北京 100029

湖北省人口數據空間化及在巴東Ms5.1地震災情盲估中的應用*

丁文秀1，2)張亦梅1)陳振拓3)特木其勒1)韓貞輝4)李 垠1)

1)中國地震局地震研究所(地震大地測量重點實驗室)，武漢 430071

2)中國地質大學(武漢)地空學院，武漢 430071

3)福州市勘測院，福州 350000

4)中國地震局地質研究所，北京 100029

通過樣本數據建模，改進傳統的人口分布模型中“行政區劃的統計樣本”與“網格單元”尺度不一致的問題，并將湖北省人口數據空間化結果應用于巴東Ms5.1地震災情盲估。結果表明，人口數據空間化方法可以較好地反映人口分布情況，用該數據得到的災情盲估結果有較高的可信度。

人口分布;人口數據空間化;巴東地震;地震災情;盲估

地震災情盲估是指在地震發生后30 min內，依據基礎地理數據估計災區人員傷亡、經濟損失等情況，又稱為快速評估［1］。由于缺少詳細的人口空間分布數據，傳統的地震災情盲估只能采用以行政單元為基礎的人口統計數據，是制約地震災情盲估精度的瓶頸。人口數據空間化是將以行政單元為基礎的人口統計數據在空間尺度上延伸，以反映行政區劃內部的人口空間分布特征及其規律，有著較高的“空間分辨率”。為了提高人口空間化數據的精度，使其更好地應用于地震災害評估，本文采用城鄉分區和樣本數據建模兩種方式，在城鄉分區的基礎上選取一定數量的人口數據樣本，分別建立城鎮地區、農村地區人口模型。

1 人口數據空間化

人口分布與城鄉布局密切相關，為防止使用統一模型而帶來的模型誤差，建立分區域的城鎮人口分布模型與農村人口分布模型。同時，在城鄉分區的基礎上，選取一定數量的城市(鎮)建成區人口統計數據、行政村人口作為樣本數據(表1)。

依據湖北省行政區劃圖生成1 km×1 km格網數據，以此作為格網數據庫的基礎。逐一將城鎮分布、自然村分布、交通數據、數字高程、土地利用/覆蓋等數據(表2)進行網格化并存入格網數據庫，進行歸一化處理。對城鎮、農村區域的樣本數據進行定量分析，對土地利用模型進行改進，分別建立城鎮人口分布模型、農村密度權重模型。以城鎮建筑用地、農居用地、交通網密度為主要建模因子建立城鎮人口密度權重模型:

表1 樣本點分布情況Tab.1 Distribution of samples

表2 數據及數據源Tab.2 The data and the data sources

式中，P(i，j)為網格單元內的人口密度權重，Area_a(i，j)為網格單元內城鎮建筑用地面積，Area_b(i，j)為網格單元內農居用地面積，m、n分別為城鎮建筑用地、農居用地的權值，Traffic(i，j)為交通網密度的歸一化值。

通過對樣本數據分析得出，農居用地、農業用地格局是影響農村區域人口分布的主要因素。為確保數據的合理性、準確性，引入自然村分布進行輔助建模控制，則農村地區格網人口的分布為:

式中，P(i，j)為網格單元內的人口密度權重，Area_f(i，j)為網格單元內農業用地面積，j為農業用地面積的權值，DEM為歸一化高程，V為自然村分布緩沖區域。

以鄉、鎮、街道等行政單元的人口統計數據作為總量控制，用城鎮、農村區域的人口密度權重生成公里網格單元人口密度數據，計算公式［2］為:

式中，Pop_density(i，j)為網格的人口密度，P(i，j)為空間任意公里網格的人口密度權重值，Popi為行政單元人口統計數據。將城鎮和農村對應的公里網格矢量數據圖層合并，得到全省人口的空間化結果，如圖1所示。

圖1 2012年湖北省人口分布圖Fig.1 The population distribution of Hubei in 2012

2 巴東Ms5.1地震災情盲估

2013年12月巴東縣發生Ms5.1地震，地震波及巴東縣的東瀼口鎮、官渡口鎮、信陵鎮、溪丘灣鄉和秭歸縣的泄灘鄉、沙鎮溪鎮等地區。Ⅶ度區位于東瀼口鎮。本文以地震災區Ⅵ度及以上區域作為研究區，進行人員傷亡評估、救援區域的劃分。

2.1 人員傷亡、無家可歸人員評估

地震災區人員傷亡的計算式為［3］:

其中，RD為死亡率，RI為受傷率，I為地震烈度，D為房屋破壞率。根據公式(4)、(5)估算出的地震災區人員傷亡結果見表3。

無家可歸人員計算公式為［4］:其中，A3、A4、A5分別為網格單元內中等、嚴重、完全破壞的房屋面積，Am為網格單元人均住房面積，Md為網格單元內死亡人數。估算出的地震災區無家可歸人數及分布見表3與圖2。

將現場災情調查統計結果分別與行政單元的人口統計數據(用全國地震應急系統運行的“地震快速評估系統”軟件)、中國科學院地理研究所的人口網格數據(無抽樣數據的傳統土地利用人口模型)、本文的人口網格數據得到的的評估結果進行對比發現，用人口網格數據計算出的評估結果比行政單元統計數據的評估結果要好;用本文的人口網格數據比傳統土地利用人口模型得到的評估結果更加接近真實的調查統計結果(表3)，說明本文基于抽樣得到的人口模型比傳統土地利用人口模型精度更高，能夠更好地體現實際人口分布情況。

2.2 救援區域劃分

在震后初期，救援區域分級可以為救援力量部署提供依據。房屋倒損是造成人員壓埋的主要因素，同時倒損房屋的結構類型、面積及其分布也是影響地震應急救援難度的主要指標。因此，首先對地震災區的房屋網格數據作易損性分析，計算出災區網格單元內各類房屋的倒損情況。其次，結合網格單元內人員傷亡、無家可歸人員的數據分布，實現救援區域的劃分［5］(圖3)。地震災區經濟發展水平較低，特別是震中Ⅶ度區的東瀼口鎮，當地居民所居住的房屋結構主要以砌體、土石結構為主，因此救援區域可以初步分為3個區域:從房屋毀壞程度來看，1區以砌體、土石結構房屋毀壞與嚴重破壞為主;2區以土石結構房屋的毀壞與嚴重破壞為主;1區、2區可能會有人員壓埋，同時救援工作面臨大量的無家可歸人員的安置工作，是熱點救援區域;3區房屋破壞以中等破壞和輕微破壞為主，救援工作以無家可歸人員的安置為主。

表3 人員傷亡、無家可歸人員評估結果Tab.3 Result of estimation for the casualties and the homeless

圖2 巴東地震災區無家可歸人員分布Fig.2 Distribution of the homeless in the stricken area of Badong earthquake

圖3 巴東地震災區救援區域劃分Fig.1 Rescue region of Badong earthquake

3 結論

1)在巴東地震災情盲估中，用本文的人口網格數據得到的評估結果明顯優于人口統計數據、傳統的土地利用人口模型數據的評估結果，在地震初期用該數據得到的盲估結果有較高的可信度，基本可以掌握人員傷亡、無家可歸人員的分布。在震后初期，依據房屋毀壞程度、人員傷亡和無家可歸人員分布進行救援區域劃分，使救援熱點區域與救援工作重點一目了然，可以為指揮部合理地部署救援力量提供科學依據。

2)用本文人口數據評估得到的人員傷亡、無家可歸人數結果偏大，說明本文的人口分布模擬數據與實際的人口分布存在一定的差距。一方面，從統計學角度來看，本文的樣本數據較少，僅有308個，數據模型不能完全涵蓋湖北省所有地區的人口分布特征;另一方面，人口分布有較強的地域性特征，本文模型僅劃分為城鎮和農村區域，并未考慮人口分布的地域特征。因此，建立基于地域分區的人口分布模型有待于進一步研究。

1 李樹楨.地震災害評估［M］.北京:地震出版社，1996.(Li Shuzhen.Evaluation of earthquake disarster［M］.Beijing:Seismological Press，1996)

2 田永中，等.基于土地利用的中國人口密度模擬［J］.地理學報，2004，59(2):283 －292.(Tian Yongzhong，et al.Simulation of population density of China based on land use［J］.Acta Geographica Sinica，2004，59(2):283 －292)

3 馬玉宏，謝禮立.地震人員傷亡估算方法研究［J］.地震工程與工程振動，2000，20(4):140 －147.(Ma Yuhong，Xie Lili.Methodologies for assessment of earthquake casualty［J］.Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration，2000，20(4):140 －147)

4 李樹楨，尹之潛.地震損失評估與數據庫系統［J］.中國地震，1993，9(3):264 －275.(Li Shuzhen，Yin Zhiqian.Evaluation of earthquake and database system［J］.Earthquake Research in China，1993，9(3):264 －275)

5 丁文秀，等.基于公里格網數據的地震救援區域劃分方法［J］.災害學，2013，28(4):221 －228.(Ding Wenxiu，et al.The classification earthquake rescue region based on grid data［J］.Journal of Catastrophology，2013，28(4):221 －228)

SPATIALIZATION OF POPULATION DATA FOR HUBEI PROVINCE AND ITS APPLICATION TO RAPID ASSESSMENT OF EARTHQUAKE LOSS—A CASE OF BADONG Ms5.1 EARTHQUAKE

Ding Wenxiu1，2)，Zhang Yimei1)，Chen Zhentuo3)，Temu Qile1)，Han Zhenhui4)and Li Yin1)
1)Key Laboratory of Earthquake Geodesy，Institute of Seismology，CEA，Wuhan 430071
2)Institute of Geophysics ＆ Geomatics，China University of Geosciences，Wuhan 430071
3)Fuzhou Investigation and Surveying Institute，Fuzhou 350000
4)Institute of Geology，CEA，Beijing100029

The method of population gird data spatialization base on sample instend of region’s statistical data and rapid loss assessment in Badong earthquake was introduced in the paper.The results show that the method reflects actual population distributio，and the result of assessment is credible.The method the can quickly provide disaster information of spatial orientation after the Earthquake.

population grid spatialization;rapid earthquake loss assessment;Badong earthquake;earthquake loss;rapid assessment

P315.9

A

1671-5942(2014)03-0028-03

2014-03-12

國家軟科學計劃項目(2010GXS5B156)。

丁文秀，男，1981年生，工程師，博士生，從事地震災情評估與應急救援研究工作。E－Mmail:dwx_cug@qq.com。