城市地震應急數據庫的設計與實現

方雅申

（福州市勘測院，福建 福州 350100）

城市地震應急數據庫的設計與實現

方雅申

（福州市勘測院，福建 福州 350100）

城市地震應急基礎數據庫是各級地震部門開展應急工作的基礎，是各級政府履行地震應急指揮職能的基本保障。文章探討了城市地震應急數據庫的結構、評估模型、數據庫管理系統設計，以及數據采集、存儲和更新方面的關鍵技術。福州部分縣市的實際應用證明，本文探討的城市地震應急數據庫建設方法可有效解決城市地震應急指揮體系數據匱乏的問題。

地震；應急；數據庫；地震專題數據

1 引言

地震是一種突發性災難事件，在極短的時間內可造成極大破壞，其破壞范圍之大，毀壞力之強，居群災之首。我國是世界地震活動最劇烈的國家之一，災時地震應急響應與救災指揮工作的好壞對減少人員傷亡和財產損失有極大的影響。在1995年的日本阪神大地震、1998年土耳其和中國臺灣大地震中，因為應急指揮、快速反應能力不足，救災工作一片混亂而遭到民眾的抨擊，而美國聯邦緊急事務管理局建設了較完善的地震應急指揮體系，1994年洛杉磯北嶺地震、2001年華盛頓地震時地震應急指揮技術系統發揮了關鍵作用，快速交互了震情及應急信息，為政府應急救災決策提供了重要技術支持，有效地減輕了地震災害損失。

在各級抗震救災指揮體系的建設過程中 普遍遇到的最大難題是，適應于地震應急要求的各類基礎數據普遍匱乏。從科學決策的意義上講，地震應急基礎數據庫是各級地震部門開展應急工作的基礎，是各級政府履行地震應急指揮職能的基本保障。地震應急基礎數據庫的缺乏和不完善將會極大地制約各級地震應急指揮系統的功能，甚至使部分指揮體系癱瘓和失效。因此，城市地震應急數據庫的設計和實現研究具有重要的現實意義，本文對城市地震應急數據庫的結構、評估模型、數據庫管理系統設計，以及數據采集、存儲和更新方面的關鍵技術進行討論，為國內同行建設地震應急數據庫提供參考。

2 城市地震應急數據庫設計

2.1 與地震應用系統的關系

地震觀測數據庫接收來自數字遙測地震臺網、強震臺網監測系統、前兆觀測臺網系統的各類實時觀測數據，對其進行存儲，并同步傳送給地震信息處理與應急指揮系統（圖1）。地震信息處理與應急指揮系統集成了來自城市地震應急數據庫的和地震觀測數據庫的空間數據和業務數據，并對這些數據進行實時處理和分析，將分析結果同步發送到地震應急發布系統（地震信息服務網絡、智能手機、PAD等用戶終端），并返回到地震應急數據庫，對地震應急數據庫進行更新。地震應急數據庫作為整個地震防御體系的核心，為地震應急系統和發布系統提供了可視化、權威的分析數據。

圖1 地震應急數據庫與應用系統的關系

2.2 數據庫結構設計

地震應急數據庫是指當地震發生時，或地震預報發布后，為了開展對災區的一系列救災活動所需了解和掌握的各類人口、經濟等社會基本信息、城市地貌、公路交通、救災隊伍、通信聯絡、地震應急預案等的一種綜合性數據庫。地震應急數據庫中的各項數據，在整個地震應急的總體流程中起著關鍵性的作用。地震應急管理是一個復雜的過程，涉及方方面面，地震應急數據具有綜合性、關聯性、空間性、時態變化性特點。

城市地震應急數據庫由基礎地理信息數據庫和各類地震專題數據庫組成（圖2）。

圖2 城市地震應急數據庫結構

（1）基礎地理信息數據庫

基礎地理信息數據庫由電子地圖數據庫和公共專題數據庫組成。電子地圖數據庫作為地震應用系統的地圖支撐，包含線化電子地圖、影像電子地圖、暈渲電子地圖三種風格，可切換使用，公共專題數據庫由道路、鐵路、水系、熱點（POI）數據組成，滿足后臺查詢、檢索功能，電子地圖和公共專題數據的配套使用，可滿足地震應急指揮數據可視化和定位查詢需要。

（2）地震專題數據庫

地震專題數據庫包括地震危險性分析數據庫、地質災害區劃數據庫、防震減災專項規劃數據庫、建筑物易損性數據庫、生命線易損性數據庫、地震次生災害數據庫、防震減災對策數據庫、統計分析數據庫等，涉及8大類96小類的空間數據和文本數據，圖層數多、信息量豐富，數據庫的組織管理遵循標準化、規范化、統一設計的原則。數據庫基本組織架構如下表（表1）所示：

表1 地震專題數據庫結構

2.3 震害分析評估模型設計

震害分析模型是將地震采集到的數據通過數學建模，用以度量各指標對地震發生的敏感程度和震后破壞程度。常用的地震分析評估模型有建筑物易損性分析模型、生命線易損性分析模型、次生災害分析模型、經濟損失與人員傷亡評估模型，本文主要對建筑物易損性分析模型進行介紹。建筑物破壞程度用超越強度倍率E表示，計算公式為：

式中，Q表示地震剪力，V表示結構抗剪強度。經計算，建筑物破壞程度與超越強度倍率的關系為：

表2 建筑物破壞程度與超越強度倍率的關系

2.4 數據庫管理系統設計

為了滿足對龐大的空間數據的管理，設計城市地震應急數據庫管理系統，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）數據入庫和輸出：將基礎地理信息數據、地震專題數據進行格式轉換、坐標系轉換、導入到數據庫，同時可實現各類數據的分發和出圖、打印。

（3）數據檢查：用于自動檢查各類數據間的拓撲關系、規范性、完整性等。

（4）數據更新：包括更新信息的自動提取、新舊數據的融合、質量檢查等操作。

（5）數據交換管理：用于實現指揮中心不同應用系統間、地震應急數據庫與城市共享服務平臺之間的數據共享與交換。

3 關鍵技術

3.1 地圖緩存技術

地圖緩存技術（通常稱為地圖瓦片技術），就是按照一定的數學規則，將動態地圖按不同比例尺切成一定規格的靜態圖片，存儲在服務器上，當用戶通過瀏覽器或地圖軟件訪問地圖數據時，服務器不需要實時生成數據并進行地圖渲染，而是根據用戶請求的范圍和尺度，返回當前視角區域的地圖圖片。地圖緩存技術極大地降低了服務器和網絡帶寬的負荷，提升了地圖瀏覽速度和效果。

城市地震應急數據庫中的電子地圖數據庫包括線化、影像、暈渲三種風格，各種電子地圖圖層數目多、渲染復雜，而且不需要實時更新，很適合運用地圖緩存技術，這樣不但提高空間數據的訪問效率，而且實現了三種地圖之間輕松切換。

3.2 數據采集和更新技術

城市地震應急數據庫涉及各行各業90多個小類的圖層數據，數據的采集和更新也是一項艱巨的任務，在數據采集和更新過程中，用到了以下技術。

（1）利用航拍影像實現空間數據的快速更新

對于線化電子地圖、建筑物抗震性能、疏散道路等數據，利用各年份的航拍（衛星）影像，通過疊套比對分析，可快速發現地形、地貌的變化，通過航測內業的方式采集變化的區域，使空間數據得到及時更新。這種方法精度可靠、數據現勢性好，不但縮短了成圖周期，提高了生產效率，而且增強了空間數據的使用價值，使其更好地服務于地震應急指揮和輔助決策。

（2）數據共享和交換技術

對于來自各行各業的地震專題數據，僅靠一個單位力量采集和更新，不但建設成本高，而且數據更新速度遠遠難以滿足地震應急指揮決策的需要。因此，在各部門之間進行數據的共享和交換，利用城市各管理部門的權威數據資源，更新地震應急數據庫，是數據采集和更新最關鍵的方法和技術，同時將地震應急數據庫的更新成果，在城市共享服務平臺上進行發布和共享，供城市公共安全、應急救災用，使數據發揮最大價值。

3.3 利用ArcSDE建立空間數據索引

城市地震應急數據庫中含有大量的地震專題數據，這些數據由于需要實時更新，往往以矢量數據的形式存儲和調用，在客戶端調用這些矢量數據，第一次打開往往需要 1分鐘，甚至十幾分鐘時間，進行漫游、縮放等基本地圖操作也需要幾十秒時間，而且隨著數據的更新和數據量的增加，系統的想用速度也逐漸下降，運行速度成為制約系統使用的最關鍵因素。

基于上述問題，在實際應用中我們采用 ArcSDE提供的空間索引工具，對整套地震應急數據庫自動計算網格大小和級數，建立空間索引，并根據不斷的數據更新規律，定期檢查空間索引設置的合理性，及時重建空間索引，保證了空間數據調用、查詢的快響應。

4 城市地震應急數據庫實現與應用

經過合理的組織和設計，城市地震應急數據庫設計思維已經在福州市地震局地震信息處理和應急指揮系統項目、福清市地震信息處理和應急指揮系統項目中得到實踐，并取得了良好的應用效果，圖 3為福州市地震局地震信息處理和應急指揮系統應用效果圖。

圖3 福州市地震信息處理和應急指揮系統

在上述應用案例中，城市地震應急數據庫采用Oracle11G、ArcSDE10.1和數據庫管理系統實現。Oracle11G是甲骨文的數據庫軟件,支持對網絡協議、XML、SQL重演、自動內存優化等高級功能,是一個被廣泛使用的、功能強大的數據庫管理軟件。ArcSDE10.1是ESR I提供的一個空間數據庫中間件, 它以數據庫作為后臺存儲中心,為前端的GIS應用提供快速的空間數據訪問，ArcSDE還支持多用戶同時操作、客戶端與服務器端通信、數據庫備份恢復、無限制的空間數據庫容量及同IT技術集成,便于開發基于C/S或B/S架構的網絡地理信息系統服務, 這些優點使得它被越來越多的空間數據庫管理系統所采用。數據庫管理系統采用面向對象技術，除了實現數據入庫和輸出功能外，同時提供地圖可視化、數據更新和共享、發布功能，成功地實現了地震應急指揮系統和地震觀測技術系統之間，以及上下級地震部門之間的數據交換。

5 結束語

城市地震應急數據庫是各級地震部門開展應急工作的基礎，更是地震應急指揮系統中不可替代的組成部分，在數據庫建設過程，需要重點對數據內容和結構進行設計，采用先進的數據采集、更新和存儲技術，并處理好數據庫與地震應急應用系統之間的關系，提升應用系統對數據庫的訪問效率，提高指揮決策的科學性和正確性。同時，地震應急數據庫設計與實現是一項漫長的工程，我們要拓展思路，不斷吸收地各種先進的數據建庫技術，使城市地震應急數據庫不斷的豐富、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，河南衛輝人，福州市勘測院工程師，從事企業信息化與地理信息系統應用研究。