基于GIS的防震減災信息管理與輔助決策系統

闕再軍

（貴州省地質礦產勘查開發局 測繪院，貴州 貴陽550018）

0 概述

地震是當今地球上各種自然災害之首,它給人類生活造成巨大的災難。 嚴重的地震災害可以摧毀建筑、道路、橋梁,甚至毀滅整個城市或鄉鎮,尤其地震災害對人類賴以生存的生命線工程的巨大破壞,致使地震災區與外界緊密聯系的糧食、飲用水、電力供應、通訊聯系等中斷,這在一定程度上也加劇了地震災害。 我國地處世界上最活躍的地震帶，是世界上多地震國家之一,據統計,我國地震災害非常嚴重，地震活動頻度高,分布廣,而且強度高。

1 系統建設目標和設計原則

1.1 系統建設目標

將地震危險性分析與建筑物震害預測、 生命線工程震害預測、地震次生災害預測、經濟損失與人員傷亡預測、防震減災對策研究等研究成果進行系統集成,以GIS 為平臺,結合相關數據模型,建立防震減災信息管理與輔助決策支持系統。 具體目標:

（1）震前系統能查詢與建筑物抗震性能相關的信息,還能通過模擬分析地震災害,了解建筑物和生命線系統遭受的震害狀態。

（2）震時系統提供的應急預案,快速作出科學化、程序化的應急響應,方便輔助政府實施破壞性地震應急救援工作的指揮與決策。

（3）震后系統能快速進行震害預估、人員傷亡和經濟損失估算?？焖俣鴾蚀_的掌握地震災害的各種信息,適時組織搶險救災工作。

1.2 設計原則

參照有關應用軟件系統的通用標準， 建立本系統應遵循以下原則:

（1）實用性:系統能夠滿足城市防震減災工作的需要，并可輔助領導進行科學決策.

（2）安全性:設置用戶權限，保障數據安全。

（3）高效性:應用軟件具有高效的查詢、統計、分析、檢索和輸出功能。

（4）模塊化:參照模塊結構化標準，劃分若干相互獨立的子系統和模塊，完成相應的功能，以利于系統的使用和功能的進一步擴展。

（5）可操作性:系統的操作使用盡量簡單，用戶界面友好。

圖1 系統軟件結構設計圖

2 系統總體設計和軟件結構設計

2.1 系統的總體設計

基于GIS 平臺的防震減災計算機信息管理與輔助決策系統由四個模塊組成:基礎數據信息管理、防震減災專題信息管理、防震減災專題信息分析和輔助決策。

（1）基礎數據信息管理:對基礎資料進行查詢、分析、統計等相關功能，對系統的基礎數據進行管理、維護和更新相關功能。

（2）防震減災專題信息管理:給定任意地震參數，系統勾畫出地震影響場，計算本次地震所造成的經濟損失和人員傷亡以及建筑物的震害預測,并給出震害分布信息。

（3）防震減災專題分析:在綜合給定地震所造成的震害后，通過系統實現建筑物震害的智能計算、城市建筑物經濟損失計算以及人員傷亡的智能計算等相關分析。

（4）輔助決策: 實現不同地震應急對策的查詢，對給定地震所造成的災害損失進行匯總，生成新的應急反應決策方案。

2.2 系統軟件結構設計

系統設計的任務是根據系統研制的目的來規劃系統的規模和確定系統的各個組成部分，并說明它們在系統中的作用和相互關系。

3 系統實現的基本功能

3.1 基礎數據信息管理子系統

（1）圖形放大、縮小、顯示、移動等功能。這部分功能主要用于管理城市基本圖形信息,如大比例尺地形圖、各種專題圖等。

（2）基礎信息的查詢管理。 實現圖形查詢屬性和由屬性查詢圖形的圖屬互查功能。

（3）基礎信息的統計、分析與輸出功能。統計和分析給定區域內的生命線工程、建筑物、人數、醫院等相關數據，并對統計分析結果進行輸出。

（4）基礎信息的編輯管理。 包括圖形數據的編輯和屬性數據的添加、修改、刪除等操作。

3.2 防震減災專題信息管理子系統

防震減災專題信息管理是利用GIS 強大的空間分析功能結合城市防震減災中先進的地震災害分析和預測方法,對地震災害進行模擬和評價。 主要功能包括:

（1）地震影響場分析功能。 在給定地震三要素和地震破裂長軸方向的情況下，快速確定地震影響場。

（2）建筑物震害預測功能。 防震減災系統中存儲了大量的建筑物基礎資料,在地震危險性分析基礎上,繪出了某次設定地震的地震影響場分布，生成設定地震下建筑物震害預測結果。

（3）經濟損失和人員傷亡預測。 根據建筑物在設定地震下的震害,以及建筑物造價、室內財產、人員分布等信息,系統估算設定地震下的經濟損失和人員傷亡情況。

3.3 防震減災專題信息智能分析子系統

保持系統信息的實用性和實時性是信息系統的特點,防震減災系統既要服務于防震減災規劃,輔助制定抗震加固方案和編制地震應急預案,又要在震時輔助政府部門進行應急救援、搶險的救災決策,因此其信息的實用性、實時性尤其重要。 主要功能包括：

（1）建筑物震害的智能計算。 在已知建筑物基礎屬性信息的前提下,如建筑物結構類型、抗震設防情況等,系統調用建筑物震害智能計算模塊,估算出該建筑物在不同烈度下的震害狀態。

（2）城市建筑物經濟損失計算。 包括直接經濟損失計算和間接經濟損失計算,與建筑物震害計算類似,系統運用GIS 的空間分析功能,根據建筑物財產信息,生成專題相關數據流,系統完成各類計算,分別給出不同烈度下各種統計需求的建筑物經濟損失。

（3）人員傷亡的智能計算。 估計不同烈度下傷亡人數,無家可歸人數,是震后救災的一個重要信息,它在很大程度上影響了政府震后救災決策。

3.4 輔助決策子系統

該子系統具有以下功能:實現不同地震應急對策的查詢;對給定地震所造成的災害損失進行匯總，并根據所估計的破壞情況生成新的應急反應決策方案，包括撲救次生災害、確定疏散及搶救傷員的最佳路線、生命線工程的搶修、救災物資的發放、計算地震所造成高危區域分布以及相關報表的生成等等。

4 系統實現的關鍵技術

4.1 系統基礎數據庫的建立

系統的基礎數據庫包括大量圖形、 空間屬性信息的基礎數據庫、震害預測數據庫和震害預測的影像數據。 基礎數據庫的建立分以下幾步:

（1）進行需求分析，確定所需數據的精度和質量。

（2）調查收集數據資料，包括地圖(圖形)資料和與地圖相聯系的屬性統計資料。

（3）建立編碼體系，編碼體系要與國家、行業的相關體系相容，并且具可擴展性。

（4）進行數據庫的邏輯設計與物理設計。

（5）將數字化的圖形數據和錄入屬性數據編碼對應，完成基礎數據庫的建庫工作。

4.2 防震減災信息管理與輔助決策支持系統功能的實現

本系統的相關功能的實現是通過對GIS 的二次開發和應用來實現的。

（1）軟件選型:ArcGIS Engine 是與ArcGIS9 同時推出的獨立的軟件開發包。 可以脫離ArcGISDesktop 環境進行應用程序開發。 ArcGIS Engine 提供了21 個組件對象庫， 這些組件對象庫對ArcGIS 底層功能進行了封裝，使GIS 開發人員能夠集中精力按照應用需求進行開發。

（2） 系統開發: 系統在Windows98/NT 環境下， 采用ESRI 公司的ArcGIS Engine 提供的二次開發組件庫，通過C#語言進行二次開發。

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