离线式地震灾害快速评估与应急制图系统研发及应用_谭庆全.pdf

谭庆全.离线式地震灾害快速评估与应急制图系统研发及应用 J.地震科学进展,2023,53(2):57-65.doi:10.19987/j.dzkxjz.2022-016TanQQ.Researchandapplicationofoff-lineearthquakedisasterrapidassessmentandemergencymappingsystemJ.ProgressinEarthquakeSciences,2023,53(2):57-65.doi:10.19987/j.dzkxjz.2022-016离线式地震灾害快速评估与应急制图系统研发及应用*谭庆全1,2,3)1)中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江哈尔滨1500802)地震灾害防治应急管理部重点实验室，黑龙江哈尔滨1500803)北京市地震局，北京100080摘要地震灾害损失快速评估与制图在震后应急中发挥着极其重要的作用。本文以京津冀地区为例，实现一种新颖、实用的快速评估与制图技术，其基于离线数据与自主研发的软件模块即可完成地震灾害损失快速评估与专业制图表达。关键技术与方法包括：京津冀地区基础地理数据与重要涉震数据的融合处理，基于细节层次模型（LOD）的地图显示原理，制作多级预缓存离线地图数据；基于先进的分区分类评估模型与计算方法，生成京津冀地区不同烈度下地震灾害损失预评估结果的公里网格数据；针对大量的离线地图数据与损失预评估公里网格数据，基于地理空间分区实现高效的离线存储管理机制；基于面向对象编程和图形图像处理技术，实现地震灾害损失快速评估与专业制图表达一体化软件集成开发。本研究实现了全链条关键技术，不依赖任何第三方商业软件或服务插件，1 分钟内即可自动完成快速评估报告与系列专题图件的生成。研究结果在多次地震应急中取得应用实效，对于提高地震应急处置能力有重要意义。关键词地震应急；快速评估；应急制图；离线技术中图分类号：P315.9文献标识码：A文章编号:2096-7780(2023)02-0057-09doi：10.19987/j.dzkxjz.2022-016Research and application of off-line earthquake disaster rapidassessment and emergency mapping systemTan Qingquan1,2,3)1)KeyLaboratoryofEarthquakeEngineeringandEngineeringVibration,InstituteofEngineeringMechanics,ChinaEarthquakeAdministration,HeilongjiangHarbin150080,China2)KeyLaboratoryofEarthquakeDisasterMitigation,MinistryofEmergencyManagement,HeilongjiangHarbin150080,China3)BeijingEarthquakeAgency,Beijing100080,China*收稿日期：2022-01-23；采用日期：2022-03-14。基金项目：中国地震局工程力学研究所基本科研业务费专项资助项目(2021D07)，地震科技星火计划攻关项目(XH23001B)，北京市地震局科技项目(BJMS-2022004)和国家重点研发计划课题(2019YFC1509402)联合资助。通信作者：谭庆全（1980-），男，高级工程师，主要从事地震应急相关研究。E-mail：。第53卷第2期地震科学进展Vol.53No.22023年2月ProgressinEarthquakeSciencesFeb.,2023AbstractRapidlossassessmentandemergencymappingplayanextremelyimportantroleinpost-earthquakeemergencywork.TakingtheBeijing-Tianjin-Hebeiregionasanexample，thisresearchstudiedandimplementedanovelandpracticalrapidassessmentandmappingtechnology.Basedonoff-linedataandself-developedsoftwaremodules，therapidlossassessmentandprofessionalmappingrepresentationcouldbeeasilyrealized.Firstly，thebasicgeographicdataandimportantearthquake-relateddataoftheBeijing-Tianjin-Hebeiregionwereupdatedandprocessed，andthemulti-levelpre-cachedoff-linemapdatawasproducedbasedontheprincipleofLOD(LevelofDetails)model.Secondly，basedonadvancedsub-areaclassificationevaluationmodelandcalculationmethod，thekilometergriddataofearthquakedisaster losses under different intensities were generated.Subsequently，an efficient off-line storage managementmechanismbasedongeographicalpartitionswasimplemented，forlargeamountsofoff-linemapdataandpre-assessedlosskilometergriddata.Finally，basedonobject-orientedprogrammingandgraphicimageprocessingtechnology，theintegrated application software for rapid loss assessment and professional mapping representation was designed，developedandimplemented.Thisresearchhasrealizedthekeytechnologiesofthewholechain，anddoesnotrelyonanythird-partycommercialsoftwareorserviceplug-ins.Therapidassessmentreportsandseriesofmapscanbeautomaticallygeneratedwithinoneminute.Theresearchresultshaveachievednovelpracticaleffectivenessinmultipleearthquakeevents.Thisresearchisofgreatsignificanceforimprovingtheabilityofearthquakeemergencyresponse.Keywordsearthquakeemergency;rapidassessment;emergencymapping;off-linetechnology引言我国是世界上遭受地震灾害最为严重的国家之一。20 世纪的统计数据表明，我国大陆地震次数占全球大陆地震的 1/3，地震造成的人员死亡数量占全球的 1/2。我国地震活动具有频度高、强度大、震源浅、分布广、损失重等特点1-3。地震发生后，在最短的时间内对灾情进行评估、产出各类应急专题图件，为政府抗震救灾决策部署提供依据，是地震应急工作的首要任务。随着经济社会的发展，尤其是 2018年应急管理部组建之后，中央和各级政府对地震应急工作都提出了更高的要求。各类应急技术系统要求运行稳定、计算高效、操作简便、功能实用。因此，开展地震灾害损失快速评估与应急综合制图技术研究，为震后应急处置提供关键技术支撑，意义重大4-8。在过去的几十年，随着计算机技术和以遥感与地理信息系统为代表的空间信息技术的发展，地震灾害快速评估系统与应急制图技术也得到了长足的进步。在“十五”期间，中国地震局组织建设了地震应急指挥技术系统，分别部署于中国地震局应急指挥中心和各省级地震局应急指挥中心，实现的地震应急业务包括地震快速触发、灾害评估、辅助决策、综合信息查询、信息管理与发布等9-13。2011 年，原中国地震局震灾应急救援司针对破坏性地震应急处置工作的需要，对震后 5 个时段（1 小时、23 小时、34 小时、58 小时、8 小时以后）共计 27 类专题图的快速产出提出了规范要求。在“十二五”和“十三五”期间，许多省（市）都开展了本地化地震灾害快速评估与应急指挥技术系统的建设。目前，绝大多数快速评估与应急制图技术系统的共同特点是，基于提前部署好的后台数据库与专业 GIS 软件平台，输入地震参数后，进行在线计算地震灾害损失结果并输出相应专题图件。此类技术系统具有一次部署，多个终端用户同时访问使用的优势，可以满足大多数情况下的地震应急处置工作需求14-16，但是，在以下方面存在不足：（1）不能满足任意场景情况下的地震应急应用。系统的运行依赖于提前部署好的后台数据库与专业GIS 软件平台，一般是固定部署在地震应急指挥中心或实验室内，对于地震现场应急工作队、地震现场应急指挥部或其他临时应急场所，则无法应用。因而，无法为前方指挥部提供有效的技术支撑，不能满足任意场景下的应用需求。（2）开发部署相对复杂、成本高。系统运行需要提前部署专用的数据库与 GIS 软件，系统开发部署周期长，对系统维护和使用人员的专业要求高；同时，会产生大额的第三方商业软件购买费用或系统开发部署的委托费用。因而，系统开发部署周期长、成本高，系统的升级扩展与推广应用也比较困难。（3）运行稳定性和计算效率得不到保证。由于涉及第三方商业软件平台或网络环境的部署，系统对软硬件环境有比较苛刻的要求，系统运行稳定性受58地震科学进展2023年到一定挑战。另外，系统主要是基于第三方软件平台二次开发部署，其计算效率的提高和性能优化受到一定限制。地震发生后，尤其是大震巨灾情况下，网络环境受到破坏，各项应急工作繁忙开展。因而，传统在线评估与制图系统的运行稳定性和计算效率得不到保证。本文介绍的离线式地震灾害快速评估与应急制图系统，解决了传统技术方法的不足，基于关键技术的自主研发，在不依赖在线数据库与第三方商业GIS 软件的情况下，实现一种运行稳定、计算高效、随时随地即插即用的应用系统，作为现有“在线”应用系统的有效补充或替代，为地震应急处置工作提供更有力的技术保障17。1技术思路与主要功能1.1 基本原理针对地震应急工作对评估结果与专题图件越来越高的时效性需求，设计实现了一种新型的完全自主知识产权的离线式地震灾害快速评估与应急制图全链条技术体系（图 1），包括：离线评估与制图数据的生成、存储、管理、更新方法，地图切片坐标换算与索引技术、可视化专题图配置与批量输出技术、自定义报告模版配置与一键生成技术，多场景部署应用等。数据预处理基础地理数据社会经济数据地震行业数据评估模型制图要求数据管理评估结果离线存储数据应急制图离线存储数据软件集成实际应用PC单机版应用U盘即插即用B/S 版后台应用APP版后台应用完全自主知识产权的离线式地震灾害快速评估与应急制图全链条技术体系自动触发计算一键批量制图多场景模板配置数据可视化展示自动化生成报告参数/权限管理数据检索数据更新图1离线式地震灾害评估与应急制图技术体系示意图Fig.1Diagramofoff-lineearth