利用“天地圖”設計和研發建筑物震害風險信息平臺

李 飛,孫偉偉,張順寶,李 輝，張蓓蕾

(1. 寧波大學地理與空間信息技術系，浙江 寧波 315211; 2. 寧波大學建筑工程與環境學院，浙江 寧波 315211; 3. 寧波市科技(地震)局，浙江 寧波 315000)

利用“天地圖”設計和研發建筑物震害風險信息平臺

李 飛1,孫偉偉1,張順寶2,3,李 輝2，張蓓蕾3

(1. 寧波大學地理與空間信息技術系，浙江 寧波 315211; 2. 寧波大學建筑工程與環境學院，浙江 寧波 315211; 3. 寧波市科技(地震)局，浙江 寧波 315000)

基于“天地圖”API技術和地震災害風險評估模型，以寧波市為例，建設建筑物震害風險信息發布系統平臺。該平臺實現了單體建筑物抗震等級和避難場所等地震信息查詢、不同烈度下建筑物毀損程度預估、建筑物經濟損失和人員傷亡評估及地震科普等功能，能夠提供更加直觀準確的輔助決策信息來幫助降低建筑物毀損和人員傷亡。

天地圖；震害風險評估；建筑物；地理信息系統

我國是地震災害多發國家，地震的突發性和破壞性帶來了巨大的建筑物毀損和人員傷亡，嚴重影響經濟的可持續發展與社會和諧穩定[1]。因此，如何有效采用信息化手段準確把握地震災害可能導致的大城市建筑物毀損和人員傷亡信息，對及時制定抗震防災措施來降低地震災害損失至關重要[2]。

多年來，地震行業在建筑物地震災害風險評估信息化系統方面做了許多工作，如基于谷歌地圖的地震信息可視化系統[3]、基于VGI的地震災情速報系統[4]，以及基于云平臺和WebGIS的HAZ-China地震災害損失評估系統[5]。然而地理空間基礎數據的準確性和時勢性要求較高，加上過高的系統研發和維護成本，限制了當前的震害風險評估信息系統的實際應用及推廣[6]。

“天地圖”是國家測繪地理信息局建設的地理信息綜合服務網站，能夠以門戶網站和服務接口兩種形式向公眾、企業、專業部門、政府部門提供不間斷“一站式”地理信息服務，幫助有效緩解地震風險評估系統開發利用中技術難度大、建設成本高、動態更新難等問題[6]。目前已經有學者嘗試將“天地圖”應用于地震風險評估信息發布中，如基于“天地圖”的地震應急服務平臺[7]、基于“天地圖”的地震信息集成平臺[8]。然而，以上平臺大多側重于地震發生后震害信息的簡單集成和發布，無法提供針對單體建筑物或建筑物群的定量化震害風險評估信息來幫助輔助決策以降低震害損失[9]。

本文基于“天地圖”系統平臺和建筑物震害風險評估模型來開展研究，以寧波市為例，調用天地圖提供的在線地圖服務，結合震害基礎數據和震害風險評估模型，建設建筑物震害風險評估信息系統。該系統實現建筑物抗震等級和避難場所等地震信息查詢、建筑物毀損程度預估、建筑物經濟損失和人員傷亡評估等功能。本系統將為建筑物抗震管理提供直觀準確的工具，為降低震害損失提供科學輔助決策功能。

1 相關技術與理論

1.1 “天地圖”API

“天地圖”是國家測繪地理信息局建設的地理信息綜合服務網站，是“數字中國”建設的重要組成部分[9]。“天地圖”開放的平臺和三維地圖的API是由一套JavaScript腳本構成的應用服務接口。用戶能夠進行二次開發，并在網站中方便地加入功能豐富、交互性強的電子地圖應用，基于Web就可輕易實現地圖瀏覽效果和基本電子地圖操作功能[8]。地震行業利用“天地圖”豐富的地理信息資源和開發接口，可較容易地整合發布信息，避免重復投入，有效促進信息共享和高效利用[7]。

1.2 震害風險評估模型

1.2.1 海洋地震的概率烈度模型

寧波瀕臨東海邊界，存在較大的海洋地震風險[10]。地震動衰減關系是震害風險分析的重要內容。不同于陸地地震，海洋地震與豎向地震動的衰減關系相關，因此本文采用海水對海底豎向地震動的衰減關系來研究寧波的地震動衰減問題[11]。

地震動衰減與地震動反應譜參數密切相關，能夠準確描述地震發生時地震動的加速度信息[11]。近幾十年的地震記錄中，豎向地震動加速度峰值基本都在最大水平加速度峰值的2/3以上，且不少豎向加速度峰值超過水平最大加速度峰值甚至達到1.5倍[12]。本文借鑒李恒等[13]的研究成果，將豎向地震動加速度峰值換算為水平地震動加速度峰值，進而求得寧波海洋地震的概率烈度。

1.2.2 建筑物破壞程度和直接經濟損失預估模型

在確定地震的概率烈度的基礎上，采用震害指數評估建筑物破壞程度。震害指數是評價某個結構或構件在受到地震作用后的破壞狀態的無量綱指數，是地震后對受損建筑物作出處理決策的重要理論依據，通常以房屋的震害程度進行分級[14]。本文采用震害因子法計算震害指數，通過將計算得到的震害指數值與根據以往震害案例求得的范圍表相對照，即可判定建筑物的震害情況[15]。

1.2.3 建筑物直接經濟損失和人員傷亡預估模型

城市房屋建筑物震害直接經濟損失分為三部分：主體結構損失、裝修損失和室內財產損失[5, 16]。建筑物的結構抗力會隨時間發生變化，因此不同年份的震害矩陣有所差異。本文參考《建筑抗震設計手冊》[17]中關于不同建設年代建筑物折舊計算的相關規定，計算出經過建設年代修正后的建筑物主體結構損失，進而求得建筑物直接經濟損失。

同時，綜合考慮國內外地震人員傷亡評估方法的準確性和平臺實際需求，本文采用參考文獻[18]中的方法對人員傷亡進行預估。

2 平臺設計與搭建

2.1 平臺總體架構

本平臺基于JSP技術并根據寧波震害風險評估需求進行開發設計，構建一個B/S模式的WebGIS平臺，總共分為3層：表現層、邏輯層和數據層，3層體系結構便于平臺的維護和管理，平臺框架如圖1所示。

圖1 寧波建筑物震害風險信息平臺框架

表現層借助“天地圖”的背景對寧波市建筑物、避難場所等地震相關信息進行發布，使社會公眾能夠借助網絡平臺了解寧波市建筑物的震害風險信息。邏輯層的任務是接受用戶的請求，通過相應的擴展程序與數據庫連接，向數據庫服務器發出數據處理申請，等待數據處理結果，而后提交給Web服務器，傳送回客戶端。數據層將電子地圖作為基礎數據源，充分利用“天地圖”數據的權威性及現勢性強的優勢，融合數據庫中建筑物、避難場所的屬性信息等數據，如建筑物和避難場所等，在此基礎上疊加震害專題數據，為查詢、統計、分析提供數據支持。

2.2 平臺數據采集與數據庫設計

數據在整個平臺中處于核心地位，結合寧波市實際情況，根據平臺的開發目的和編程要求，本平臺將采集的基礎屬性數據包括人口數據、綠地和公園基礎數據、建筑物調查數據、輔助決策數據和科普宣傳資料數據等，具體數據的內容和格式見表1。

表1 平臺數據采集類型和內容

考慮到數據描述對象的不同，本系統數據可以分為空間數據和屬性數據兩大類。空間數據描述寧波市建筑物、避難場所對應的空間信息，包括矢量、影像兩種。屬性數據描述寧波市建筑物、避難場所對應的屬性信息，包括各個地理實體對應的屬性數據等。在本次平臺開發過程中，矢量空間數據完成編輯后，經過空間校正，連同屬性數據由ArcGIS Sever發布后管理。

2.3 平臺功能設計

本平臺采用Eclipse開發WebGIS核心代碼，以Visual Studio .Net 2013為編程環境，利用JSP搭建Web網站，采用JavaScript編程，選用ArcGIS Sever實現數據庫服務，實現以網絡環境為應用基礎的建筑物震害風險信息的發布與共享。

通過JavaScript編程語言來構建相關功能模塊，包括地圖預覽模塊、信息查詢模塊、損失預估模塊和地震科普模塊，如圖2所示。地圖預覽模塊實現基本的WebGIS瀏覽功能，如平移、縮放、距離量算、矢量圖和影像圖的切換等。其基礎地理數據主要由單體建筑物、避難場所數據組成。該模塊提供寧波市的基礎地理背景，分尺度顯示平臺已裝載的各類圖層。信息查詢模塊實現對寧波市建筑物、避難場所信息進行空間查詢、檢索和空間統計分析。損失預估模塊模擬和展示不同等級震害風險下，寧波市建筑物的直接經濟損失、破壞程度和人員傷亡定量評估。地震科普模塊利用視頻、圖片和文字等多媒體信息，直觀生動地展示與地震相關的科普常識及應對地震發生時的逃生策略，增強用戶對地震、防震、避震等科學知識的掌握能力，進一步提高公眾防震避震能力。

圖2 建筑物震害風險信息發布平臺功能

3 平臺功能實現

本平臺通過JavaScript編程語言構建平臺的相關功能模塊，包括地圖預覽模塊、信息查詢模塊、損失預估模塊和地震科普模塊4部分。地圖預覽模塊實現對寧波地理信息的空間顯示控制、空間距離、面積量算及地圖切換等功能。信息查詢模塊實現對寧波市建筑物信息和避難場所信息的空間查詢、檢索和空間統計分析等功能，如圖3所示。損失預估模塊模擬和展示不同震害風險下，建筑物的直接經濟損失分布(如圖4所示)、建筑物破壞程度分布(如圖5所示)及人員傷亡(如圖6所示)。

圖3 建筑物信息查詢示意圖

圖4 建筑物直接經濟損失分布情況示意圖

圖5 建筑物破壞程度分布情況示意圖

圖6 人員傷亡預估示意圖

地震科普模塊利用視頻、圖片和文字等多媒體信息，直觀生動地展示與地震相關的科普常識及應對地震發生時的逃生策略。

4 結 語

本文基于“天地圖”API技術和震害風險評估模型，構建了寧波市建筑物的震害風險信息發布平臺，緩解了傳統地震信息服務平臺存在的數據更新時勢性差且研發成本較高等問題，為地震災害服務決策提供了新的系統平臺解決方案。在下一步研究中，還將充分利用“天地圖”的服務資源，結合地震行業來進一步擴充“天地圖”在震害信息發布的應用。

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Design and Implementation of Building Seismic Hazard Risk Information Platform Based on Map World

LI Fei1,SUN Weiwei1,ZHANG Shunbao2,3,LI Hui2,ZHANG Beilei3

(1. Department of Geography and Spatial Information Techniques, Ningbo University, Ningbo 315211, China;2. Faculty of Architectural, Civil Engineering and Environment, Ningbo University, Ningbo 315211, China;3. Bureau of Science and Technology (Seismology) of Ningbo, Ningbo 315000, China)

Using the Application programming Interface techniques and seismic hazard risk assessment models, a building seismic hazard risk information platform has been developed with Ningbo city as an example. The platform could carry on much information query such as seismic grades of all buildings and shelters, and also estimate building damage degrees under different seismic intensity. Moreover, building financial loss and casualties can be estimated from the platform, as well as the illustration of seismic popular science. The estimated seismic hazard risk information system could provide more visual and accurate decision-making information to help reducing the building damage and casualties during the earthquake.

Map World; seismic hazard risk evaluation； building； geography information system

李飛， 孫偉偉， 張順寶，等.利用“天地圖”設計和研發建筑物震害風險信息平臺[J].測繪通報，2017(5)：113-116.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0167.

2016-08-19

寧波社會發展攻關項目(2014C50067)；寧波市軟科學研究計劃(2014A10089)

李 飛(1993—)，男，主要從事海洋地震災害風險分析及地震GIS系統設計與開發工作。E-mail: 1751977982@qq.com

P208

A

0494-0911(2017)05-0113-04