基于WEBGIS的地震空間減災(zāi)信息化平臺建設(shè)研究

陳　豪，張萬昌 ，鄧　財，聶　寧，易　路

(1.中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球科學(xué)研究所 數(shù)字地球重點實驗室，北京 100094；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.南京大學(xué) 環(huán)境學(xué)院 污染控制與資源化研究國家重點實驗室，江蘇 南京 210093)

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基于WEBGIS的地震空間減災(zāi)信息化平臺建設(shè)研究

陳豪1,2，張萬昌1，鄧財3，聶寧3，易路3

(1.中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球科學(xué)研究所 數(shù)字地球重點實驗室，北京 100094；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.南京大學(xué) 環(huán)境學(xué)院 污染控制與資源化研究國家重點實驗室，江蘇 南京 210093)

地震已成為威脅人類生命、財產(chǎn)和社會經(jīng)濟發(fā)展最嚴重的自然災(zāi)害之一。針對當(dāng)前地震應(yīng)急減災(zāi)系統(tǒng)災(zāi)害信息獲取時效性差、自動化和定量化程度低及信息集成共享等方面的不足，通過收集、整理地震災(zāi)害時空信息，結(jié)合災(zāi)區(qū)基礎(chǔ)地理、多源遙感衛(wèi)星影像及動態(tài)災(zāi)情信息，利用面向?qū)ο蠹爸黝}的數(shù)據(jù)模型設(shè)計在線的地震應(yīng)急減災(zāi)時空一體化數(shù)據(jù)庫；提出了構(gòu)建基于WEBGIS和空間技術(shù)的地震減災(zāi)信息化平臺的總體設(shè)計架構(gòu)、技術(shù)體系及功能模塊；開發(fā)了平臺原型系統(tǒng)，初步形成了地震災(zāi)害動態(tài)監(jiān)測、災(zāi)害評估、災(zāi)情信息實時共享以及應(yīng)急減災(zāi)輔助決策的一體化產(chǎn)品，為提高我國地震災(zāi)害應(yīng)急減災(zāi)水平提供了借鑒作用。

WEBGIS；空間技術(shù)；地震；面向?qū)ο螅恢黝}數(shù)據(jù)；信息化平臺

20世紀以來，全球破壞性地震災(zāi)害頻發(fā)，因地震死亡人數(shù)約占自然災(zāi)害所造成死亡人數(shù)總和的50%[1]。地震的預(yù)測、預(yù)防、減災(zāi)研究已成為當(dāng)前自然科學(xué)和社會科學(xué)研究領(lǐng)域中地球物理、地震學(xué)、地球信息科學(xué)等學(xué)科的前沿性課題。隨著地震學(xué)研究的深入，地震數(shù)據(jù)的內(nèi)容和種類不斷增加、對服務(wù)性能的要求越來越高。如何能夠有效利用這些豐富的地震數(shù)據(jù)，使其在科學(xué)研究、地震預(yù)報、防災(zāi)減災(zāi)、服務(wù)于國民經(jīng)濟發(fā)展等方面發(fā)揮更大的科學(xué)、經(jīng)濟、社會效益是一個值得認真研究的課題[2]。

地震應(yīng)急減災(zāi)中對突發(fā)重大地震災(zāi)害信息的快速提取和應(yīng)急響應(yīng)是搶救生命和減少損失的關(guān)鍵舉措。國內(nèi)外防震減災(zāi)科學(xué)研究和實踐證明，空間技術(shù)以其在減災(zāi)中多時間、多空間分辨率的對地觀測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對自然災(zāi)害的快速、宏觀和實時監(jiān)測；長時間、大尺度空間災(zāi)害觀測累積數(shù)據(jù)，有助于分析災(zāi)害的誘發(fā)機制和時空分布變化規(guī)律，提高災(zāi)害事件的預(yù)警能力；空間災(zāi)害觀測數(shù)據(jù)共享機制，為災(zāi)情評估和災(zāi)后重建的決策提供了豐富的數(shù)據(jù)及信息支持等優(yōu)勢和特點在地震災(zāi)害的遙感監(jiān)測、災(zāi)情評估、應(yīng)急響應(yīng)及災(zāi)后重建過程中發(fā)揮了越來越重要的作用。

近年來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日新月異，WEBGIS作為其中重要一支技術(shù)力量，在信息獲取、傳輸、分析及應(yīng)用中發(fā)揮著巨大優(yōu)勢。其準確、及時、完善的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)范化的建設(shè)，多專業(yè)、學(xué)科綜合集成[2]的技術(shù)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)思想的引入與地震減災(zāi)信息化平臺建設(shè)的目標相契合。因此，構(gòu)建基于日益成熟的WEBGIS技術(shù)和空間技術(shù)的地震減災(zāi)信息化平臺是形勢所需。

1　地震減災(zāi)平臺研究進展

國外在地震減災(zāi)平臺建設(shè)方面的研究開展較早，形成了一定體系。例如美國國家地震工程研究中心在1996年開展了地震綜合減災(zāi)研究工作，開始集成RS和GIS技術(shù)應(yīng)用于地震災(zāi)情的快速提取和評估工作中，構(gòu)建了基于GIS的地震安全管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)的全面共享、快速提取并分析地震災(zāi)害信息、救援物資調(diào)度等功能，取得了良好效果[3]。日本作為一個地震災(zāi)害頻發(fā)的國家，在20世紀末就已建立起基于GIS的應(yīng)急指揮管理系統(tǒng)，主要應(yīng)用于地震區(qū)劃、地震危險性分析、抗震救災(zāi)對策和震后救災(zāi)等方面，形成了一定的規(guī)模。

目前，我國已經(jīng)在國家、省、市、縣各級相繼建設(shè)了一系列地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)示范性工程，并投入了大量的硬軟件設(shè)施[3]，應(yīng)急決策支持軟件的系統(tǒng)性研究和開發(fā)得到了快速發(fā)展。學(xué)術(shù)界同樣對于地震空間減災(zāi)的有了廣泛研究，例如文里梁等[4]集成遙感技術(shù)及三維GIS技術(shù)，對地震災(zāi)害時空信息及災(zāi)情信息進行分析，并考慮破壞性地震所造成的區(qū)域性差異以及建筑物類型差異，從而模擬分析地震災(zāi)前和災(zāi)后的場景。石麗紅等[5]高度集成空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)據(jù)動態(tài)交換技術(shù)，集成影像數(shù)據(jù)、GPS地面跟蹤數(shù)據(jù)、災(zāi)情實時監(jiān)測數(shù)據(jù)等異構(gòu)信息，應(yīng)用于相關(guān)部門的防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)中。姜偉等[6]基于WEBGIS的城市防震減災(zāi)信息系統(tǒng)，說明了系統(tǒng)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建方法以及地震災(zāi)害的危險性評價、經(jīng)濟損失和人員傷亡的預(yù)測和災(zāi)害應(yīng)急救援等專業(yè)模型，并著重演示了系統(tǒng)的構(gòu)成及功能模塊。

總體而言，我國地震應(yīng)急減災(zāi)平臺建設(shè)發(fā)展迅速，但尚處于起步階段，主要存在以下3個方面的問題：①數(shù)據(jù)、技術(shù)與應(yīng)用的集成問題。目前在國內(nèi)還沒有將全面的面向地震的數(shù)據(jù)庫與3S技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的優(yōu)勢集成的地震減災(zāi)信息化平臺應(yīng)用，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)獲取、處理、分析和應(yīng)用部門之間的交流與共享存在“斷層”、數(shù)據(jù)的利用效率低下、信息重復(fù)或遺漏較多、技術(shù)單一以及應(yīng)用產(chǎn)品專業(yè)化較強而普適性較差的問題；②信息集成共享的問題?，F(xiàn)行的實時災(zāi)情信息獲取、評估及共享，更多的是專業(yè)人員解譯災(zāi)情、新聞媒體跟蹤報道、政府機構(gòu)發(fā)布決策信息等方式，而缺少公眾的參與，沒有很好地利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢，如多媒體技術(shù)與空間數(shù)據(jù)庫的結(jié)合、自發(fā)地理信息(Volunteered Geographic Information, VGI)[7]、眾包(Crowdsourcing)[8]等，導(dǎo)致信息獲取、共享時效性、規(guī)范性較差，進而造成資源浪費、決策滯后等問題；③一體化的減災(zāi)平臺體系還不夠完善。表現(xiàn)在地震災(zāi)害管理中監(jiān)測、預(yù)測、預(yù)防、應(yīng)急、減災(zāi)和災(zāi)后重建工作沒有很好地整合，缺乏科學(xué)平臺支持，有效地數(shù)據(jù)挖掘以及知識發(fā)現(xiàn)思想還沒有融入其中，能夠同時結(jié)合地震專業(yè)減災(zāi)模型與面向大眾的普適化應(yīng)用的平臺還沒有建成。

因此，本文提出了基于WEBGIS的地震空間減災(zāi)信息化平臺，在合理設(shè)計平臺體系架構(gòu)基礎(chǔ)上，重點強化遙感與GIS、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多學(xué)科方法在地震災(zāi)害管理應(yīng)用方面的集成，為科學(xué)減災(zāi)提供借鑒。

2　平臺設(shè)計

2.1信息采集與集成

2.1.1數(shù)據(jù)庫建設(shè)需求分析

目前，我國的防震減災(zāi)工作主要分為：地震監(jiān)測預(yù)報、地震災(zāi)害防御、地震應(yīng)急救援三大體系[9]。這三大體系正常運行的核心是需要一套完備的地震災(zāi)害時空數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的支撐[10]。再者，地震減災(zāi)信息化平臺建設(shè)過程中所采集的海量數(shù)據(jù)包括地震時空信息如地震位置、時間、震級、震深、大地構(gòu)造特征、相關(guān)地質(zhì)基礎(chǔ)、烈度分布等；基礎(chǔ)地理信息和生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)如多源遙感影像、地形地貌、土地利用、植被的空間分布情況；社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)如經(jīng)濟類型、產(chǎn)值、人口分布等；災(zāi)情數(shù)據(jù)如圖片、文本、視頻等格式[11]。這些數(shù)據(jù)在格式上千差萬別，涵蓋關(guān)系數(shù)據(jù)模型、矢量柵格數(shù)據(jù)模型，很難被管理信息系統(tǒng)所調(diào)用。而采用當(dāng)前快速發(fā)展的空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，以面向?qū)ο蠹爸黝}的方式集成化管理多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)，并進行標準化處理、強化數(shù)據(jù)表達、檢索及模擬等能力，可以極大地提高地震災(zāi)害時空數(shù)據(jù)的利用效率，同時地震災(zāi)害時空數(shù)據(jù)庫也是進一步構(gòu)建地震減災(zāi)模型庫、信息系統(tǒng)、地震損失快速評估及空間決策、應(yīng)急救援平臺的基礎(chǔ)[12]。

2.1.2面向?qū)ο蠹爸黝}數(shù)據(jù)模型

面向地震對象及主題的數(shù)據(jù)模型由標識、屬性集、空間位置和變化集組成。對象標識是用于識別對象的唯一編碼。屬性集包含了對象的專題、時間屬性。時間屬性是表征對象的時態(tài)變化特征，是一個不斷累積更新的過程代表。對象的專題屬性描述對象的性質(zhì)、特征，它可以是文字、數(shù)值、圖片、視頻等，是伴隨著對象時空屬性被記錄下來的描述性信息[14]。空間位置描述的是對象的位置和形狀，它可以是矢量數(shù)據(jù)中的點、線、面、體組成的幾何圖形，也可以是柵格數(shù)據(jù)中的某個行、列表示的位置。變化集是以版本控制為基礎(chǔ)，封裝了對象的專題特征變化、空間特征變化以及時空拓撲關(guān)系[13]。其中空間特征變化主要指對象幾何形狀的變化(如道路的損毀等)、位置的移動等，以及對象的分割與合并(如地面開裂等)。專題特征變化是將專題屬性以增量形式將變化特征記錄下來，如地震發(fā)生后慈善機構(gòu)善款的獲取、撥放等系列專題過程的追蹤。時空拓撲關(guān)系是地理學(xué)中的時空數(shù)據(jù)質(zhì)量的一種反映，包含要素的空間拓撲關(guān)系和時態(tài)拓撲關(guān)系，以及要素之間的更深入的內(nèi)在聯(lián)系[14]，如因果關(guān)系等，可以用于保證地震災(zāi)害數(shù)據(jù)的質(zhì)量，并作為進一步的數(shù)據(jù)挖掘分析基礎(chǔ)。

圖1　面向?qū)ο蠹爸黝}數(shù)據(jù)模型

2.1.3構(gòu)建地震應(yīng)急減災(zāi)數(shù)據(jù)庫

我國從2000年開始建設(shè)地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，目前中國地震局已相應(yīng)建立全國綜合地震數(shù)據(jù)庫、區(qū)域數(shù)據(jù)庫和專業(yè)數(shù)據(jù)庫以及集中管理的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[2]。2007年年底，初步完成了包含基礎(chǔ)地理信息、社會經(jīng)濟統(tǒng)計、地震基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工程地震資料、災(zāi)害影響背景、災(zāi)害相關(guān)因素、救災(zāi)力量、震時緊急聯(lián)絡(luò)和地震應(yīng)急預(yù)案與法規(guī)9大類42小類的各級抗震救災(zāi)指揮部地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的主要建設(shè)任務(wù)[15]。本文參照已有的地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)內(nèi)容，并在面向?qū)ο蠹爸黝}的數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上，圍繞地震災(zāi)害對象及主題，構(gòu)建服務(wù)于地震減災(zāi)信息化平臺的時空一體化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，將地震應(yīng)急減災(zāi)數(shù)據(jù)庫主要分為5大類子庫對多源異構(gòu)資源進行集成。圖2表示地震應(yīng)急減災(zāi)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成。

圖2　地震應(yīng)急減災(zāi)數(shù)據(jù)庫組成

具體而言，基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)庫，包括地理數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟及人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)、土地利用和建筑物信息數(shù)據(jù)、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)、多源遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用于快速建立災(zāi)區(qū)背景基礎(chǔ)信息[16]。地震災(zāi)害數(shù)據(jù)庫，是圍繞寬泛的地震對象(主題)構(gòu)建的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，包含如地震基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工程地震資料、災(zāi)害影響背景、地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)、生命線工程數(shù)據(jù)[17]、避難場所及救災(zāi)物資分布等豐富的非特定地震對象(主題)相關(guān)信息資源數(shù)據(jù)，為災(zāi)害評估、資源調(diào)度、應(yīng)急決策提供輔助[18]。案例知識庫，主要涉及法律法規(guī)信息、預(yù)案和規(guī)劃信息、已有地震對策信息、歷史地震信息以及地震救災(zāi)案例信息等，是為地震應(yīng)急、減災(zāi)、防災(zāi)儲備的經(jīng)驗知識庫[19]。災(zāi)情信息庫，是圍繞現(xiàn)時地震災(zāi)害對象(主題)，用于實時動態(tài)獲取、分析、發(fā)布災(zāi)情信息的數(shù)據(jù)庫，包含地震災(zāi)害基本信息、各類災(zāi)情評估信息、次生災(zāi)害信息、社會反應(yīng)動態(tài)變化信息以及由公眾自發(fā)地理信息獲得的災(zāi)情信息等，用于全面掌握地震災(zāi)害影響情況，是指揮調(diào)度、應(yīng)急決策的核心信息。擴展庫，主要針對各個地震災(zāi)害獨特的災(zāi)區(qū)情況，可及時擴展的數(shù)據(jù)和模型資源庫，如社會救災(zāi)物資、公益組織以及保險善款等不確定性數(shù)據(jù)的集合和災(zāi)損評估、預(yù)測模型所涉及的各類函數(shù)庫、指數(shù)庫、臨時結(jié)果庫等模型庫和計算庫的集成。

上述5大類資源庫，并非相互獨立，沒有關(guān)系，而是統(tǒng)一基于面向?qū)ο蠹爸黝}數(shù)據(jù)模型來構(gòu)建地震應(yīng)急減災(zāi)數(shù)據(jù)庫，如面向現(xiàn)時發(fā)生的地震災(zāi)害，在災(zāi)區(qū)基礎(chǔ)背景信息快速搭建好的平臺上，地震災(zāi)害庫和案例知識庫能夠提供災(zāi)區(qū)歷史地震時空信息和救災(zāi)案例中各環(huán)節(jié)的參考信息，并結(jié)合災(zāi)情信息庫中動態(tài)獲取的災(zāi)情信息等，用于政府相關(guān)決策，各庫相輔相成，能夠很好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的獲取、擴充、更新以及集成，形成了一套完備的應(yīng)急減災(zāi)體系。

2.2平臺總體架構(gòu)與技術(shù)體系

在設(shè)計上述地震應(yīng)急減災(zāi)數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，信息化平臺將面向政府決策者、組織機構(gòu)、專業(yè)人員和普通大眾，采用基于WEBGIS的四層架構(gòu)技術(shù)，即感知層、數(shù)據(jù)層、邏輯層和應(yīng)用層來構(gòu)建，如圖3所示。

圖3　基于WEBGIS的地震空間減災(zāi)信息化平臺體系架構(gòu)

具體而言，平臺軟件開發(fā)與技術(shù)主要基于ArcGIS相關(guān)產(chǎn)品，其中利用ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎結(jié)合SQL Server數(shù)據(jù)庫以及面向地震對象及主題的數(shù)據(jù)模型來設(shè)計地震應(yīng)急減災(zāi)數(shù)據(jù)庫，并集成遙感監(jiān)測、通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[20]等來對不同用戶各種感知手段獲取到的多源異構(gòu)資源信息進行規(guī)范化整理、存儲和管理。進一步利用邏輯層中WEB服務(wù)器與ArcEngine技術(shù)及ArcServer技術(shù)的交互實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫資源的發(fā)布管理、模型分析及可視化等WEBGIS功能，其中在線模型庫采用ArcGIS GP(Geoprocessing Service)服務(wù)形式進行模型接口設(shè)計與調(diào)用，最終形成可以實現(xiàn)各類用戶權(quán)限內(nèi)與在線WEBGIS平臺的實時交互，完成數(shù)據(jù)存儲、處理、分析、應(yīng)用和共享一體化的綜合應(yīng)急減災(zāi)信息化平臺。

3　原型系統(tǒng)功能設(shè)計與實現(xiàn)

根據(jù)第2部分平臺總體設(shè)計思路，開發(fā)構(gòu)建了平臺原型系統(tǒng)，主要實現(xiàn)了4大功能模塊：地震應(yīng)急減災(zāi)數(shù)據(jù)庫管理、災(zāi)害空間信息監(jiān)測與評估、災(zāi)情信息共享和地震專題管理，并以2013年蘆山7.0級地震為例，測試平臺的運行效果。

3.1地震應(yīng)急減災(zāi)數(shù)據(jù)庫管理系模塊

基于平臺數(shù)據(jù)庫需求分析以及5大子庫組成設(shè)計構(gòu)建地震應(yīng)急減災(zāi)數(shù)據(jù)庫管理模塊，基于面向?qū)ο蠹爸黝}的時空數(shù)據(jù)模型，主要負責(zé)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的獲取、存儲和管理，能夠?qū)崿F(xiàn)各子庫數(shù)據(jù)資源的實時導(dǎo)入、更新和導(dǎo)出等基本功能。并通過GIS技術(shù)實現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)的綜合查詢與可視化管理。例如統(tǒng)計表格數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、遙感影像數(shù)據(jù)動態(tài)管理、矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換及標準化，多媒體數(shù)據(jù)如文本、圖片、視頻信息管理以及元數(shù)據(jù)管理服務(wù)等，為其他功能模塊提供數(shù)據(jù)支持，是平臺運維管理的核心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

3.2災(zāi)害空間信息監(jiān)測與評估模塊

災(zāi)害空間信息監(jiān)測與評估主要基于多源遙感衛(wèi)星影像及GIS強大的空間分析功能，通過設(shè)計在線的地震災(zāi)害空間信息監(jiān)測與評估模型[21]服務(wù)(圖4)，針對地震災(zāi)害所引發(fā)的房屋倒塌[22]、堰塞湖、滑坡、泥石流、基礎(chǔ)設(shè)施損毀、農(nóng)田破壞及次生地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險性等，利用地震專題信息解譯、災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃等方式，制作地震災(zāi)害監(jiān)測產(chǎn)品、生成災(zāi)害評估結(jié)果，實現(xiàn)從地震數(shù)據(jù)到地震信息，最后到地震知識的轉(zhuǎn)化。

圖4　地震災(zāi)害空間信息監(jiān)測與評估流程設(shè)計

3.3災(zāi)情信息共享模塊

災(zāi)情信息共享是平臺專業(yè)化向普適性過渡的橋梁。該模塊一方面發(fā)布共享多源遙感衛(wèi)星影像等空間技術(shù)得到的災(zāi)害監(jiān)測和評估產(chǎn)品，另一方面面向公眾，基于VGI數(shù)據(jù)開展災(zāi)情信息實時獲取、共享和管理(圖5)。就地震災(zāi)情信息而言，目前主要獲取方式包括語音和短信、互聯(lián)網(wǎng)、遙感以及現(xiàn)場勘測，并且能夠以多種形式表達，例如文本、圖片、視頻、音頻等。因此，平臺將普通用戶通過感知層各類手段獲取到的災(zāi)情信息經(jīng)過一定地分類和統(tǒng)一編碼，用于快速積累形成開放共享的地震災(zāi)情信息數(shù)據(jù)庫，且支持不同用戶實時對VGI數(shù)據(jù)進行編輯、更新和追蹤，使各類災(zāi)情信息趨于全面、準確和及時。同時，原型系統(tǒng)基于時間軸列表與地圖結(jié)合等多種信息可視化方式展現(xiàn)動態(tài)災(zāi)情信息，以輔助決策。

圖5　面向VGI的地震災(zāi)情信息共享模塊

3.4地震專題模塊

地震專題模塊是圍繞重大地震災(zāi)害對象或?qū)ｎ}，建立的綜合應(yīng)急減災(zāi)服務(wù)模塊，是平臺應(yīng)急減災(zāi)數(shù)據(jù)庫、災(zāi)害空間信息監(jiān)測、評估及共享等其他模塊的集成，主要面向災(zāi)害管理的應(yīng)急響應(yīng)及災(zāi)后重建階段的輔助決策問題開展工作。

系統(tǒng)測試以2013年“蘆山7.0級地震”對象(主題)為例，建立了地震專題。利用多源遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)(航空數(shù)據(jù)、SPOT-4、SPOT-5、LANDSAT-8等)對地震災(zāi)害空間信息進行監(jiān)測與評估。圖6展示了蘆山地震專題界面的一部分。經(jīng)測試，基于平臺原型系統(tǒng)，相關(guān)科研人員及時完成蘆山地震災(zāi)害分析報告23期，內(nèi)容包括蘆山地震斷裂構(gòu)造分析，地震影響人口及范圍評估，震區(qū)居民房屋損毀、道路阻塞、農(nóng)田和林地損毀、次生地質(zhì)災(zāi)害及重要基礎(chǔ)設(shè)施受影響評估等，并可迅速報送各級相關(guān)部門及面向公眾，為災(zāi)害評估、災(zāi)后重建，以及次生災(zāi)害預(yù)防提供重要基礎(chǔ)，具有一定的理論和實用價值。

圖6　蘆山地震專題

4　平臺發(fā)展方向

平臺原型系統(tǒng)的實現(xiàn)表明其已能夠初步提供一定的應(yīng)急減災(zāi)科學(xué)參考，但仍存在一些問題和可以擴展的研究方向。

(1)準確完善的數(shù)據(jù)庫

地震應(yīng)急減災(zāi)數(shù)據(jù)庫處于地震監(jiān)測和信息化平臺應(yīng)用之間的橋梁位置[23]，需要支持利用更多的源數(shù)據(jù)，特別是我國遙感衛(wèi)星事業(yè)快速發(fā)展背景下，更多的高分辨率數(shù)據(jù)將被用于減災(zāi)；同時，多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的合理組織和科學(xué)管理以及網(wǎng)絡(luò)化和規(guī)范化建設(shè)是一直以來數(shù)據(jù)應(yīng)用和共享的核心問題。

(2)引入地球物理、地質(zhì)等相關(guān)知識和技術(shù)手段

地震減災(zāi)信息化平臺作為一種計算機應(yīng)用，在與地震發(fā)生密切相關(guān)的地球物理模型、地質(zhì)構(gòu)造等知識的結(jié)合并不深入。因此，在線地集成這些模型和知識，有必要從更全面地認識、解析地震的角度來做好防震減災(zāi)工作。

(3)災(zāi)害鏈[24]思想

對于地震這種頻繁發(fā)生的自然災(zāi)害，人類至今仍然沒有找到有效的方法對其進行準確的預(yù)測、預(yù)報。本文中信息化平臺的實用性也僅限于地震的應(yīng)急減災(zāi)。但隨著平臺數(shù)據(jù)庫不斷更新，進行深入地數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)，從而得到災(zāi)害事件的完整記錄和相互因果關(guān)系，采用災(zāi)害鏈的思想，將能極大地推動地震災(zāi)害預(yù)測工作的研究進展。

5　結(jié)束語

地震災(zāi)害發(fā)生后，時間就是生命，如何能在最短的時間內(nèi)快速地獲取地震災(zāi)害信息，評估地震災(zāi)害影響；如何將多源異構(gòu)的復(fù)雜災(zāi)害時空信息有效集成；如何從歷史地震災(zāi)害事件、災(zāi)情時空信息中進行數(shù)據(jù)挖掘并應(yīng)用于預(yù)測地震；以及如何充分發(fā)揮公眾在災(zāi)害應(yīng)急減災(zāi)中的作用等一系列問題的解決，需要開展和創(chuàng)新相應(yīng)的地震減災(zāi)信息化平臺建設(shè)研究。

本文提出的基于WEBGIS地震空間減災(zāi)信息化平臺建設(shè)，綜合運用空間技術(shù)及WEBGIS技術(shù)，基于面向?qū)ο蠹爸黝}的數(shù)據(jù)模型設(shè)計在線的地震應(yīng)急減災(zāi)時空一體化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，進而在系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)體系和功能設(shè)計基礎(chǔ)上構(gòu)建了信息化平臺。原型系統(tǒng)的運行測試，初步展現(xiàn)出平臺具有作為地震災(zāi)害動態(tài)監(jiān)測、災(zāi)害評估、災(zāi)情信息實時共享以及應(yīng)急、減災(zāi)決策支持的一體化產(chǎn)品的優(yōu)勢，為提高我國地震災(zāi)害應(yīng)急減災(zāi)水平提供了借鑒作用。

[1]Guo H. Understanding global natural disasters and the role of earth observation[J]. International Journal of Digital Earth, 2010, 3(3): 221-230.

[2]韓志軍, 王桂蘭, 周成虎, 等. 我國地震信息系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展方向探討[J]. 地球物理學(xué)進展, 2003, 18(3): 541-545.

[3]劉明瓊. 基于WEBGIS的地震實時災(zāi)情集成處理系統(tǒng)研究[D]. 青島:中國海洋大學(xué), 2011.

[4]文里梁. 基于三維GIS技術(shù)的地震災(zāi)情場景模擬系統(tǒng)[D]. 哈爾濱:中國地震局工程力學(xué)研究所,2009.

[5]石麗紅, 栗斌, 張清浦. 防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)災(zāi)情信息集成技術(shù)研究[J]. 地理信息世界, 2007, 5(1): 47-51.

[6]姜偉, 馬令勇. 基于WebGIS的城市抗震防災(zāi)信息系統(tǒng)研究[J]. 山西地震, 2009 (1): 39-41.

[7]Goodchild M F. Citizens as sensors: the world of volunteered geography[J]. GeoJournal, 2007, 69(4): 211-221.

[8]Howe J. The rise of crowdsourcing[J]. Wired magazine, 2006, 14(6): 1-4.

[9]王根龍, 張軍慧, 梁永朵. 中國地震災(zāi)害現(xiàn)狀及地震災(zāi)害系統(tǒng)工程研究[J]. 災(zāi)害學(xué), 2006, 21(3): 15-19.

[10]陳洪富, 孫柏濤, 陳相兆. 基于GIS的地震基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[J]. 地震研究, 2014, 37(4): 648-653.

[11]洪惠群, 吳楠楠, 郭進波, 等. 地震救援現(xiàn)場災(zāi)情信息匯集和共享系統(tǒng)[J]. 華南地震, 2013, 33(2): 104-109.

[12]劉浩, 段莉瓊, 曹巍, 等. GIS系統(tǒng)中災(zāi)情信息動態(tài)可視化研究[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報, 2012, 21(6): 20-24.

[13]姜曉軼, 周云軒, 蔣雪中. 基于OGC簡單要素規(guī)范的面向?qū)ο髸r空數(shù)據(jù)模型[J]. 地理信息世界, 2006, 4(5): 10-16.

[14]高勇, 張晶, 朱曉禧, 等. 移動對象時空拓撲關(guān)系模型[J]. 北京大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2007, 43(4): 468-473.

[15]帥向華, 姜立新, 王棟梁. 國家地震應(yīng)急指揮軟件系統(tǒng)研究[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報, 2009, 18(3): 99-104.

[16]趙曦, 姬建中, ?？? 等. 基于WebGIS的地震數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 災(zāi)害學(xué), 2014, 29(3): 224-228.

[17]梁芳. 地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和發(fā)展[J]. 城市與減災(zāi), 2013 (6): 28-30.

[18]袁宏永, 李鑫, 蘇國鋒, 等. 我國應(yīng)急平臺體系建設(shè)[J]. 中國減災(zāi), 2013 (9): 20-23.

[19]蘇桂武, 聶高眾, 高建國. 地震應(yīng)急信息的特征、分類與作用[J]. 地震, 2003,23(3):27-35.

[20]楊秋格, 高峰, 吳鵬. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地震救災(zāi)中的應(yīng)用[J]. 災(zāi)害學(xué), 2011, 26(4): 116-121.

[21]高惠瑛, 劉明瓊, 蔡宗文, 等. 基于WEBGIS的地震災(zāi)情快速評估系統(tǒng)研究[J]. 災(zāi)害學(xué), 2010, 25(S1): 314-316.

[22]孫海, 馮啟民, 林巖釗. 基于WEBGIS的城市建筑物震害評估方法研究[J]. 災(zāi)害學(xué), 2010, 25(S1): 325-328.

[23]蔣春曦, 潘丹, 丁娟, 等. 基于綜合數(shù)據(jù)庫的安徽省地震應(yīng)急分類響應(yīng)輔助決策系統(tǒng)[J]. 華南地震, 2011, 31(2): 21-28.

[24]史培軍, 呂麗莉, 汪明, 等. 災(zāi)害系統(tǒng): 災(zāi)害群, 災(zāi)害鏈, 災(zāi)害遭遇[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報, 2014,23(6): 1-12.

Construction of Information Platform for Earthquake Disaster Mitigation Based on WEBGIS Study

CHEN Hao1,2, ZHANG Wanchang1, DENG Cai3, NIE Ning3and YI Lu3

(1.KeyLaboratoryofDigitalEarthScience,InstituteofRemoteSensingandDigitalEarthChineseAcademyofSciences,Beijing100094,China; 2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China; 3.StateKeyLaboratoryofPollutionControlandResourceReuse,SchooloftheEnvironment,NanjingUniversity,Nanjing210093,China)

Earthquakehasbecomeoneofthemostseriousnaturaldisastersthreateninghumanlife,propertyandeconomicdevelopment.Accordingtotheproblemsofweekeffectivenessofdisasterinformationacquisition,lowdegreeofautomationandquantificationandtheinformationintegrationandshareofthecurrentearthquakeemergencyresponseanddisastermitigationsystem,thespatialandtemporalinformationrelatedtoearthquakeswerecollectedandsorted,combiningwiththebasicgeographyofthedisasterareaandmulti-sourceremotesensingsatelliteimagedata.Anonlineintegrationdatabasesystemforearthquakemitigationwasbuiltbyusingtheobject&theme-orienteddatamodel.Theoveralldesignstructure,technologyarchitectureandfunctionmodulesoftheinformationplatformofearthquakedisastermitigationbasedonWEBGISandspacetechnologywereproposed.Aprototypesystemwasdeveloped,initiallyformingadynamicmonitoringofearthquake,disasterassessment,real-timedisasterinformationsharing,emergencymitigationanddecision-makingintegrationproductiontoprovide< class="emphasis_italic">references

forimprovingthelevelofearthquakeemergencyresponseanddisastermitigationinChina.

WEBGIS;spacetechnology;earthquake;object-oriented;themedata;informationplatform

2016-03-31

2016-05-11

亞洲空間減災(zāi)科學(xué)合作研究項目(Y3YI2701KB)；國家國際科技合作專項(S2013GR0477)；國家自然科學(xué)基金資助項目(41175088、40971024)

陳豪(1990-)，男，河南南陽人，博士研究生，主要研究方向為全球變化及災(zāi)害環(huán)境遙感.

E-mail：chenhao01@radi.ac.cn

張萬昌(1966-)，男，新疆石河子人，研究員，主要研究方向為遙感與GIS，水文模擬及預(yù)測.

E-mail：zhangwc@radi.ac.cn

X43; P208

A

1000-811X(2016)04-0139-06

10.3969/j.issn.1000-811X.2016.04.024

陳豪，張萬昌 ，鄧財，等. 基于WEBGIS的地震空間減災(zāi)信息化平臺建設(shè)研究[J]. 災(zāi)害學(xué)，2016，31(4)：139-144. [CHEN Hao, ZHANG Wanchang, DENG Cai, et al. Construction of Information Platform for Earthquake Disaster Mitigation Based on WEBGIS Study[J]. Journal of Catastrophology，2016，31(4)：139-144. doi: 10.3969/j.issn.1000-811X.2016.04.024.]