基于智能終端和互聯網的中國地震動參數區劃圖服務系統1

陳 波 高孟潭 吳 健 俞言祥 溫增平 高 杰

基于智能終端和互聯網的中國地震動參數區劃圖服務系統1

陳 波1）高孟潭1）吳 健1）俞言祥1）溫增平1）高 杰2）

1）中國地震局地球物理研究所，北京 100081 2）鼎越天恒（北京）技術有限公司，北京 100085

新一代強制性國家標準《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015）已于2016年6月1日正式實施，它是保障人民生命財產安全和社會經濟可持續發展的重要標準。借助日益普及的移動智能終端和快速發展的互聯網技術，我們面向公眾服務和行業應用，分別研發了地震動參數區劃圖APP（Android和iOS版）及B/S架構的數據庫管理系統，對新一代區劃圖所涉及的“四級地震作用”、“土層影響雙參數調整”等技術方法進行無紙化、自動化和智能化處理。此外，針對市縣基層防震減災管理工作的特點和需求，為新一代區劃圖提供了一套實用的信息服務系統。該服務系統在部分市縣工作部門進行了推廣和試用，取得了良好的效果。

中國地震動參數區劃圖 服務系統 APP 智能終端 互聯網 抗震設防

引言

強制性國家標準《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015）已于2016年6月1日正式實施，其將抗倒塌作為編圖的基本準則，不僅是一般建設工程抗震設計的依據，同時也是國家各類規劃和應急救援設施建設的安全要求，為全面提高我國的抗震設防能力提供了法律保障和科學依據（高孟潭，2017）。新版中國地震動參數區劃圖主要包含“兩圖兩表”，“兩圖”指《中國地震動峰值加速度區劃圖》和《中國地震動加速度反應譜特征周期區劃圖》；“兩表”指《場地基本地震動加速度反應譜特征周期調整表》和《場地地震動峰值加速度調整系數表》（高孟潭等，2016）。與2001年頒布的第4代地震區劃圖（GB 18306—2001）相比，新一代《中國地震動參數區劃圖》采用了多種科學的創新性方法，技術上充分吸納了國內外最新的科研成果和研究資料；使用上采用“土層影響雙參數調整”技術方法，并提出“四級地震作用”的概念，其基礎資料更扎實，技術依據更加充分，科學認識更加全面，具有更強的科學性、先進性和工程適用性（劉曉東，2015；高孟潭，2016）。面對諸多新概念、新技術和新方法，貫徹實施新一代地震動參數區劃圖對使用者也提出了更高的要求。如果只借助于紙質的國標文本和圖件查閱參數，即便目前已精細到鄉鎮級別，仍無法實現具體工程場址設防參數的快捷、準確取值；特別是對于新版區劃圖使用“雙參數調整”獲取四級地震作用下五類場地地震動參數的技術方法，雖然市縣防震減災的技術力量和人才隊伍在不斷加強，但對新方法的具體實施仍存在較大疑惑。鑒于此，相關用戶迫切需要1套針對新一代地震動參數區劃圖特點的工具或信息服務平臺，來解決使用中存在的問題。

隨著互聯網和移動智能終端（如手機、平板電腦等）的迅速發展，基于Andriod、iOS等平臺的開發應用程序（Application，簡稱APP）具有更高的實用性，能夠為行業和大眾提供更加便捷、高效、智能的服務。《防震減災規劃（2016—2020年）》強調了要強化信息化支撐，實施“互聯網+”行動計劃，拓展物聯網、云計算、大數據、移動互聯網、地理信息系統等新技術應用。地震動參數區劃圖涉及大量與地理位置有關的信息，人們從傳統紙質媒介獲取信息往往需要耗費巨大的工作量，而信息存儲、查詢、搜索、定位、批量審核、標準化信息錄入、圖形繪制、數據統計、可視化展示等恰恰是計算機信息技術的強項（趙士達等，2014；Sola等，2015；許鎮等，2015；龍立等，2016）。移動智能終端操作簡單，注重用戶體驗，移動互聯網可以使傳統媒介提供的應用與增值服務化身為1個圖標，直面用戶（柴焱，2014）。近年來，防震減災領域涌現了大批基于智能終端的服務應用，如“地震速報”APP、“地震信息播報機器人”、“地震科研助手”、“地震公眾服務”及其他微博、微信等公共服務（肖健等，2015），很大程度上滿足了人們對防震減災信息服務的需求，提升了防震減災的現代化水平。

圖1 基于中國地震動參數區劃圖的防震減災服務

本文旨在借助日益普及的手機、平板電腦等移動智能終端和快速發展的互聯網技術，分別面向公眾服務和行業需求，開發包含地震動參數區劃APP（Android和iOS版）及B/S架構數據庫管理等功能模塊的信息服務平臺，對新一代區劃圖涉及的“四級地震作用”、“土層影響雙參數調整”等技術方法進行無紙化、自動化和智能化處理；并結合市縣基層防震減災管理工作特點和需求，從實用化的角度，助力新一代中國地震動參數區劃圖服務于防震減災工作中的抗震設防監管備案、土地利用、抗震設計、地震保險、應急備災等各方面（圖1）。

1 系統總體架構

基于《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015）的地震動參數查詢與管理服務系統，以服務市縣基層防震減災業務、宣貫全新地震動參數區劃圖為出發點，集分布式應用和集約化管理于一體，涵蓋了區劃參數計算查詢、建設工程許可備案、村鎮地震區劃管理等功能。系統架構主要分為應用層、服務層、數據層及基礎層，系統架構設計如圖2所示。系統主體可部署在本地服務器或云服務器，基礎設施層主要包括了本地服務器、阿里云基礎架構（包括云服務器、云存儲等）、云服務器彈性伸縮及安全防護模塊；數據層搭建在Postgres數據庫的基礎之上，輔以PostgreGIS及Topology插件，以支持空間數據的存儲及查詢；服務層則主要實現對外提供標準RESTful服務，包括功能服務、地圖服務及地理編碼服務；系統應用層作為應用窗口，提供了Web端的運維管理平臺和移動端應用，其中運維管理平臺既支持統一使用全國運維管理中心平臺的集約化應用模式，也支持各單位單獨部署管理中心平臺的分布式應用模式；移動端則包括了面向行業內部的行業版和面向普通大眾的公眾版，對目前主流的Android及iOS設備都能較好地適配使用。

圖2 系統總體架構

智能終端APP用來查詢展示目標場點地震動參數并采集相關的抗震設防監管信息，地震區劃中心服務器（北京）為查詢新一代中國地震動參數區劃圖提供接口，后臺管理服務器可以部署在不同市縣等基層防震減災部門，用于實現對目標場點地震動參數及抗震設防監管信息的存儲、管理和展示。實施過程（圖3）主要包括：①用戶通過智能終端APP確定目標場點的位置（經、緯度坐標）；②通過互聯網將位置信息上傳至地震區劃中心服務器，提交地震動參數查詢的請求；③地震區劃中心服務器取得目標場點位置信息后，通過檢索匹配，得到目標位置的II類場地基本地震動峰值加速度和特征周期，并將這2個數值通過互聯網返回至用戶移動終端，智能終端APP自動解算，即可展示“雙參數調整”后的四級地震作用下五類場地地震動參數；④在實現查詢地震動參數的基礎上，智能終端APP還可針對目標場點補充添加抗震設防監管相關的信息，并通過互聯網上傳至后臺管理服務器（地方）。

圖3 系統實施流程

上述服務系統架構和實施過程有利于新一代地震動參數區劃圖的高效貫徹使用，可以實現多用戶實時并行查詢和調查作業。通過中心式的唯一查詢接口，保證了數據的一致性和準確性，并可深入到基層的后臺管理系統，輔助市縣基層防震減災部門對轄區抗震設防信息進行查詢、統計分析及展示。

2 智能終端APP及關鍵功能

根據系統建設定位和用戶需求的不用，本服務系統分別開發了面向普通用戶的《中國地震區劃公眾版》和面向行業內用戶的《中國地震區劃行業版》2個版本APP，均涵蓋了目前市場上主流的Android和iOS移動操作系統，在遵循2大移動操作系統平臺設計規范的基礎上，以科學、準確、簡單、便捷為目標，設計智能終端APP用戶界面（User Interface，簡稱UI）及用戶體驗（User Experience，簡稱UE）時，盡量保證不同平臺端用戶體驗的一致性，同時對不同分辨率的設備（包括智能手機、平板電腦等）進行了良好的適配。在功能上，2個版本均包含了地理空間位置信息快捷獲取、計算結果多樣化展示等基本查詢模塊。此外，為了滿足基層防震減災部門對抗震設防信息監管的需求，行業版增添了用戶認證和抗震設防信息采集表單等更為豐富的功能。以iOS版APP為例，中國地震動參數區劃圖智能終端APP公眾版和行業版的啟動頁面分別如圖4（a）、（b）所示。目前，各版本APP均可在華為、百度、91助手、Apple App Store等應用商店下載。

圖4 智能終端APP啟動頁面

2.1 地理空間位置信息的獲取機制

新一代地震動參數區劃圖利用“兩圖兩表”展現了我國不同區域的地震危險性，有效確定目標場點的地震動參數，首先需準確獲取其地理空間位置信息。為了最大限度方便用戶快速鎖定目標場點的地理空間位置信息，本文研發的APP設計了4種空間位置獲取模式，如圖5所示。

（1）通過智能終端地圖界面點選。利用智能終端定位系統，如內置GPS芯片、移動運營網的基站或Wi-Fi定位模式快速鎖定用戶當前位置，在地圖界面點選目標場點，利用地圖運營商應用程序的編程接口（Application Programming Interface，簡稱API）技術解譯目標場點經緯度。

（2）輸入經緯度。在已知目標場點經緯度的情況下，可直接打開輸入框，鍵入相應經緯度數值。

（3）通過地址、地名搜索。在已知目標場地地名的情況下，通過地址框鍵入地名關鍵詞，搜索目標場點的地址，然后通過地理編碼確定其經緯度坐標。

（4）按照行政區劃名稱匹配。按照《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015）附錄C的行政區劃名，即中華人民共和國民政部編制的《中華人民共和國鄉鎮行政區劃簡冊2014》，檢索目標場點所在行政區域。

4種目標場點位置信息獲取模式的APP界面如圖6所示。其中，前3種模式基于將目標場點地理空間位置信息轉化為與地震區劃圖相適應的經緯度坐標的原理，通過在地震區劃圖中心服務器空間檢索得到相應的地震動參數區劃值，根據智能終端硬件、網絡環境及地理區域的不同，其定位精度能夠滿足一般建設工程抗震設防的使用需求；而第4種模式則適用于鄉鎮人民政府所在地、縣級以上城市，嚴格以附錄C給出的行政區劃名稱為依據進行檢索，進而提供相應的地震動參數區劃值。

圖5 地理空間位置信息的獲取機制

圖6 4種地理位置信息獲取模式的APP界面

2.2 地圖模式切換及地震信息圖層展示

智能終端APP地圖使用了Maps API服務，內嵌普通地圖、衛星影像及地形圖3種展現模式，有利于快速鎖定目標場點位置。此外，在地圖上疊加了中國地震動峰值加速度參數區劃圖（GB 18306—2015）、中國地震動加速度反應譜特征周期區劃圖（GB 18306—2015）及中國活動構造圖中斷層分布（鄧起東等，2007）3個圖層，如圖7所示。同時，APP提供豐富的地震區劃信息展示平臺，用戶可在數據庫管理平臺對斷層分布信息進行增加、刪除、修改等更新操作。

圖7 地圖圖層切換及展示

2.3 查詢結果展示及抗震設防信息采集

在獲得目標位置的II類場地基本地震動參數后，通過APP自動計算，可以快速實現根據不同場地條件和不同超越概率水平，同時調整峰值加速度和反應譜特征周期的雙參數調整流程，進而得到不同分區場地在不同場地條件下，四級地震動相應的峰值加速度和反應譜特征周期的確定結果。圖8（a）顯示了目標場點的空間位置信息及其II類場地基本地震動參數，經過自動“雙參數調整”給出了四級地震作用下五類場地的地震動參數，見圖8（b）。

圖8 地震區劃參數查詢結果及抗震設防信息采集表單

新一代地震動參數區劃圖是我國一般建設工程抗震設防要求的確定依據，地震動參數明確到鄉鎮，可服務于國土利用規劃在內的各類規劃制定、新建建設工程抗震設防、城市老舊危房改造、重大建設工程選址、農村安全農居建設、城市重大地震風險源排查以及地震災害應急準備等。因此，本文設計的APP除了具有地震動參數查詢和展示功能外，還結合市縣基層防震減災管理工作特點和需求，增添了建設工程類和村級行政類抗震設防信息采集表單。

（1）建設工程類抗震設防信息采集表單（圖8（c）），主要滿足市縣防震減災部門對新、改、擴建工程進行抗震設防監管的需求，通過該表單可以實現對建設工程的項目名稱、建設單位信息、場地類別、抗震設計參數及建設工程影像資料等多方位信息的便捷采集和多用戶并行實時的數據庫上傳。

（2）新一代中國地震動參數已明確到鄉鎮，在此基礎上，為了便于村級行政區域，特別是邊界線附近區域，可以利用村級行政類抗震設防信息采集表單（圖8（d）），采集村級行政區域的地震動區劃參數，該表單可以采集設定村級行政區域的地理位置信息和典型民居等圖片，并與查詢的地震動區劃參數進行匹配，方便多用戶并行實時上傳至后臺數據庫進行管理。

3 數據庫功能及后臺管理模塊

數據庫及后臺管理端基于B/S架構開發，主要對前端的相關數據進行集中管理，實現了抗震設計信息的數據匯集展示、數據統計分析、數據檢索、終端應用情況統計、地震動參數區劃圖網頁版查詢及用戶組織管理維護等功能，首界面如圖9（a）所示。截至2017年10月，已有30余個省、市、縣防震減災部門使用了中國地震動參數區劃圖服務行業版APP，公眾版和行業版APP累計使用量1萬余次，用戶使用情況如圖9（b）所示。

圖9 后臺管理端首界面及用戶使用情況

3.1 基礎數據庫構建

數據庫主要分為業務庫和空間庫。

（1）業務數據庫采用開源的對象-關系型數據庫PostgreSQL，內置豐富的數據類型，如文本、幾何圖元、IP地址、數組等。業務庫主要存儲工程場點、村鎮區劃場點、區劃計算信息、用戶、部門、權限等業務數據。工程場點數據主要屬性包括工程名稱、設計單位、地址、結構類型、照片等描述信息；村鎮區劃場點主要屬性包括省、市、縣、鎮、村、地址、照片等描述信息。

（2）空間數據庫主要用于存儲中國地震動參數區劃面數據以及基礎空間數據等，采用PostgreSQL的空間擴展PostGIS?；赑ostGIS創建的空間索引，提高了空間搜索能力，并提供了豐富的空間操作函數。以WKB（well-known binary）的方式存儲地震動參數面數據以及基礎空間數據，實現了地震動參數區劃中多類型空間數據的統一存儲和管理。

3.2 后臺管理模塊

后臺管理端提供了3個應用模塊。

（1）建設工程許可備案模塊。該應用模塊與智能終端APP“工程場點類抗震設防信息采集”相關聯，用于數據存儲、查看、統計、添加、檢索、刪除及更新等管理功能。以列表形式展示的工程場點類抗震設防信息，顯示了工程名稱、調查員、經緯度、地震動區劃參數和調查時間（圖10）。打開每1個條目可以查看相應建設工程的采集信息詳情（圖11），如地址地名、地圖位置、工程抗震設防信息和照片等。

圖10 上傳至后臺數據庫的采集信息列表

（2）村級地震區劃管理模塊。該應用模塊與智能終端APP“村級行政類抗震設防信息采集”相關聯，與“建設工程許可備案”功能類似，存儲并展示了采集的村級地震區劃信息。

（3）地震區劃參數查詢模塊。該應用模塊鏈接至中國地震動參數區劃圖公共服務網站（www.gb18306.cn）。該網站基于B/S架構開發，可以實現PC端對地震動參數區劃及地震區劃編制參考資料的查詢，同時，作為地震動參數區劃圖的中心服務器，該網站還可申請相應的數據查詢接口，網站界面如圖12所示。

圖11 采集信息的詳情展示

圖12 中國地震動參數區劃圖公共服務網站

4 結語

本文設計研發了一套基于智能終端和互聯網技術的新一代中國地震動參數區劃圖服務系統，包含了地震動參數區劃APP（Android和iOS版）及B/S架構數據庫管理等功能模塊。目前，該系統已在全國30余個省市縣的防震減災部門進行了試運行，累計使用量1萬余次，取得了良好的效果。服務系統覆蓋了地震動參數區劃的快捷搜索、查詢、計算、管理、存儲、更新等多個環節，為強制性國家標準《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015）的貫徹實施提供了智能、便捷、高效的一體化服務，同時，也能夠服務于市縣基層防震減災部門的人防、物防、技防等能力建設。

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A Service System for the Seismic Ground Motion Parameters Zonation Map of China Based on Smart Terminal and Internet Technique

Chen Bo1), Gao Mengtan1), Wu Jian1), Yu Yanxiang1),Wen Zengping1)and Gao Jie2)

1) Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China 2) Dingyuetianheng (Beijing) Technology Co., Ltd., Beijing 100085, China

Mandatory national standard GB18306—2015 “Seismic Ground Motion Parameters Zonation Map of China” has been implemented since June 1, 2016, which plays an important role life and property safety, national economic development, and social stability. In response to public service and industrial application, we have built a service system for the Seismic Ground Motion Parameters Zonation Map of China based on growing popularity of smart terminal and internet technique. This service system consists of Android and iOS application and database management systems on B/S mode, which is designed to provide paperless, automated and smart functions to computer seismic ground motion parameters for five soil types and four seismic intensity levels through double parameters adjustment method. In addition, some practical applications meeting the traits and needs of grass roots earthquake administration have been developed to assist new generation seismic zonation map. Its application and promotion will be of great significance to seismic fortification regulations, earthquake emergency and urban seismic risk management. Now this service system has been used in grass roots earthquake administration and has gained a good effect.

Seismic Ground Motion Parameters Zonation Map of China; Service system; APP; Smart terminal; Internet; Seismic fortification

陳波，高孟潭，吳健，俞言祥，溫增平，高杰，2018．基于智能終端和互聯網的中國地震動參數區劃圖服務系統．震災防御技術，13（3）：697—708．

10.11899/zzfy20180321

國家重點研發計劃（2017YFC1500405），國家自然科學基金（51508527），中國地震局地球物理研究所基本科研專項（DQJB17B04、DQJB15C05）和國家科技支撐（2015BAK18B01）共同資助

2017-12-05

陳波，男，生于1987年。副研究員。主要從事城市防震減災與信息化研究。E-mail：chenbo@cea-igp.ac.cn