地震应急辅助决策支持系统的设计与实现_张韶华

网络出版时间：2015-04-22 11:42
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地震应急辅助决策支持系统的设计与实现
张韶华1,2，杨昆1,3，刘涛1,2，常勇1,2，周光海1,2，李永强4，曹彦波4（1.西部资源环境地理信息教育部工程技术中心，昆明 650500；2.云南师范大学旅游与地理科学学院，昆明 650500；3.云南师范大学信息学院，昆明 650500；4.云南省地震局，昆明 650500 ）摘要：地震发生之后需要立即对地震灾情做出初步评估，评估结果将为政府快速部署救灾资源和救援力量提供辅助决策支撑。

由于我国国土面积广阔、地形地貌复杂多样，不同省份不同地区的经济状况和人口分布差异较大，因此目前的地震应急辅助决策支撑系统具有一定的地域局限性，可扩充性和针对性差。

针对这一状况，该文采用成熟的三层式C/S架构，通过ArcSDE管理空间数据库，实现地震灾害评估模型库和微软Office接口与GIS无缝集成。

通过在2013年4月宁洱的两次地震中的应用，证明系统能够仅仅通过输入地震三要素即可快速响应、将评估结果直接以word报告形式产出、准确判定应急响应等级，为政府提供有效的辅助决策支撑。

关键词：GIS；模型库；决策支撑系统；地震
【中图分类号】P208 【文献标识码】A 【文章编号】1009-2307（2015）06- -
Design and implementation of earthquake emergency assist decision-making support system ZHANG Shao-hua1,2, YANG Kun1,3, LIU Tao1,2, CHANG Yong1,2, ZHOU Guang-hai1,2, LI Y ong-Qiang4, CAO Y an-bo4（1.The Engineering Research Center of GIS Technology in Western China, Ministry of Education, Kunming 650500, China；2.School of Tourism and Geographic Sciences, Yunnan Normal University, Kunming 650500, China；3.School of Information Science and Technology, Yunnan Normal University, Kunming 650500, China；
4.Earthquake Administration of Yunnan Province, Kunming 650500, China）
Abstract: After the earthquake the government needs to make a preliminary assessment of the earthquake disaster situation immediately, to make decision to deploy the resources and relief force quickly.In this paper, using sophisticated three-tier C/S structure, through ArcSDE managing spatial database, has achieved assessment model library of earthquake disaster and Microsoft Office interfaces seamlessly integrated with GIS. This system was applied twice in Ning’er earthquake in April 2013, which proved it can quickly respond by input three elements of earthquake and output assessment results as Microsoft Word format. The system can provide the government effective decision support through accurately determining the level of emergency respond.
Key words: GIS; model library; decision support systems; earthquake
0 引言
根据中国地震台网中心的监测数据，自2012年11月1日至2013年5月21日期间，中国大陆及台湾地区共发生3.0级以上地震415次。

其中5.0级以上地震20次，特别是2013年4月20日的雅安市7.0级地震造成了严重的经济损失和人员伤亡。

地震发生之后，政府必须在最短的时间内了解震害情况、启动应急预案、部署救援力量、分配救灾资源。

地理信息系统（GIS）将空间数据和属性数据融为一体，通过一定的查询、处理和分析，可以最终形成集图、文、表为一体的空间震害损失评估结果，从而为决策者提供地震应急辅助决策依据[1]。

近年来，国内在地震应急辅助决策支撑平台方面的研究已经取得一定成果[2-5,11-12]，中国地震局组织编写的地震现场灾害损失评估系统在地震现场也发挥了重要作用[6]。

但是由于我国国土面积广阔、地形地貌复杂多样，不同省份不同地区的经济状况和人口分布差异较大，因此目前的地震应急辅助决策支撑系统具有一定的地域局限性，可扩充性和针对性差。

针对这种情况，本文设计一套适用于我国不同省份不同地区的地震应急辅助决策支撑系统。

系统采用成熟的三层式C/S架构，将外部数据库、模型库及Office办公软件与GIS平台系统无缝集成。

震后对灾区的人员伤亡、经济损失、房屋破坏和山体滑坡情况做出快速评估。

通过对模型或模型参数的调整可以修正评估结果，最终结果直接以报告形式产出，并给出应急响应启动等级。

1软件设计思想及核心技术
1.1软件设计思想
适用于我国不同省份不同地区的地震应急辅助决策支撑系统必须满足以下条件：适用于全国范围、可扩充性强、通用性强、针对性强、操作简单、结果产出迅速、评估结果准确。

为了满足以上需求，系统采用ArcEngine作为地理信息系统开发组件，用ArcSDE引擎管理Oracle数据库。

集成适用于不同省份不同地区的多种灾害评估模型库，集成Office办公软件，将评估结果及应急对策直接以word和PPT形式产出。

1.2 外部数据库与软件集成技术
ArcSDE 用Geodatabase 的数据模型将海量的空间数据存储于商用的大型关系数据库中[7]。

采用ArcSDE可以允许多用户同时并发访问和操作同一数据，实现外部数据库与GIS的无缝集成，在GIS平台中就可以直接对数据库进行管理操作。

建立地震专题数据库规范，统一数据库中字段命名规则及数据类型，便于系统对数据的查询统计。

统一数据库中的矢量数据和栅格数据为西安1980地理坐标系和高斯克吕格Zone17
1.3
途的集成方式[8]的紧密集成。

由于COM技术。

模型开
图1 模型库系统基本结构
Fig.1 Basic Structure of the Model Library System
系统进行地震灾害评估时，首先按照预先设定的省份从模型库中选取本次评估所需的特定模型。

然后在数据库中通过空间查询和统计分析，提取各类模型计算所需的专题数据进行计算。

计算结果将传递给制图模块制作地震灾害专题图，同时结果还被传递给报告产出模块绘制灾害情况统计报表。

模型与GIS集成流程如图2所示。

图2 震害损失评估模型与GIS集成流程
Fig.2 Disaster Damage Assessment Model and GIS Integration Process
1.4 办公软件与GIS集成技术
利用微软公司提供的Office软件外部接口实现Office办公软件与GIS软件紧密集成。

使用Office提供的Microsoft.Office.Core、Microsoft.Office.Interop.Word和Microsoft.Office.Interop.PowerPoint3个类库，地震应急辅助决策支撑系统产出的评估结果和图表将直接按照固定格式产出相应的报告，并且会综合所有结果自动生成汇报PPT。

对需要产出的《灾情简报》《快速评估报告》《震区基本信息》《辅助决策报告》和PPT，预先设计好报告模板，在模板中设置内容标签，并将模板存储于数据库中。

系统产出一系列评估结果后，暂将结果以Object类型存储于内存中。

然后从数据库中打开报告模板，寻找预设标签，并将结果插入相应位置。

报告内容填充完后，将模板另存为正式报告。

最后释放系统内存。

评估结果报告除了以word 格式存储外，还会依据用户选择将正式报告另存为PDF格式，推送至移动端查看评估结果。

2 系统设计与实现
2.1 系统实现的技术方法
地震应急辅助决策支撑系统是一个多模块的复杂系统工程，考虑到系统的兼容性、稳定性和响应速度等要求，系统在软件配置方面应尽量考虑技术上较成熟和通用的产品，在开发模式上采纳当前较为稳定和流行的技术[9]。

具体的技术方法如表2所示。

表2 系统实现的技术方法
Tab.2 Technical Methods of Achieving System
技术形式采用的技术方法说明
开发模式C/S 系统总体架构模式
开发方式COM,ActiveX,C# 系统开发的技术实现方法
开发工具Visual Studio 2010 系统开发与集成
开发平台ArcEngine 10.0 GIS应用服务
运行平台ArcGIS 10.0, Micosoft Office 2007及以上,
客户端运行时，操作系统
Windows XP及以上
数据库平台Oracle11g + ArcSDE 10.0 地震空间数据库服务
2.2 系统构架
为了满足系统安全性和时效性方面的需求，采用成熟的三层式C/S体系结构，如图3所示。

在用户层方面对用户的使用权限进行了控制，普通用户只可以访问服务层中的数据和模型，而高级用户除了访问服务层中的数据和模型外也具有修改和删除等权限。

基于ArcSDE 与Oracle 的空间数据管理模式为用户的查询和分析提供方便，能够实现数据的有效组织和管理，提高系统的运行效率[7]。

其工作机理是客户机发出数据操作请求，ArcSDE接受请求，并将其解析为从Oracle数据库可接受的命令代码，提取数据，再通过ArcsSDE返回客户机[10]。

因此应用层通过ArcSDE对数据进行管理，用户可以方便、快捷而高效地对地震空间数据进行存储、显示、查询等操作。

服务层由评估结果数据库、基础地理信息和社会经济数据库、模型库、地图模板模型库和应急预案模型库支撑系统运行。

建立模型必须符合模型标准规范和数据接口规范才能存入模型库，实现模型库与GIS平台无缝集成。

基础地理信息和社会经济数据库建库过程中必须符合基础数据标准规范，这样才可以实现不同省份数据与模型库和GIS平台的无缝集成。

评估结果报告模板设计必须符合评估结果标准规范，以便于实现GIS平台与Office办公软件的无缝集成。

系统架构如图3所示。

图3 系统架构
Fig.3 System Architecture
2.3 系统功能模块
地震应急辅助决策支撑系统主要作用是在地震发生后的40min内，仅仅可以获得地震三要素（时间、地点、震级）的情况下，通过输入地震三要素触发计算。

系统在短时间内可以计算得出地震影响场、人员伤亡情况、经济损失情况、房屋倒塌情况和山体滑坡情况。

除此之外系统还将产出一系列地震灾区基础信息专题图，并对专题图中的地理要素做统计分析。

所有产出结果均直接生成报告。

系统各功能模块划分如图4所示。

图4 系统功能模块划分
Fig.4 System Function Modules
系统实现的主要功能模块包括：
1) 权限、数据管理模块：一般权限用户只可进行地图浏览与地震触发操作。

高级权限用户可以对系
统所有功能进行操作，包括对数据和模板的修改与删除，还可以对数据库中的数据进行导入和导出操作。

2) 应急综合对策模板修正：通过打开专题图文档列表，查找需要修正的地图文档并且对内容进行配
置。

通过打开应急综合对策文档列表，查找需要修正的对策文档并且对内容进行配置。

3) 地震触发模块：用户通过输入地震发震时刻、震中和震级3个参数，选择衰减模型，点击触发按
钮，系统开始在后台计算并产出文件。

通过成果产出得到等震线、灾情简报、快速评估报告、震区基本信息、辅助决策报告等文件。

4) 动态修正模块：通过鼠标拖拽和旋转，人工修正等震线，并根据修正后的等震线再次产出评估结
果。

根据得到的一系列余震坐标，计算等震线长轴方向，修正等震线并再次产出评估结果。

根据得到的确切参数，重新绘制等震线图层，并再次产出评估结果。

5) 查阅产出成果：通过列表查阅产出的成果及历史记录。

6) 模型参数修正：根据不同省份以及不同侧重点灵活选择评估使用的模型，并且允许修改模型参数。

7) 地图打印输出：支持将地图输出成图片格式或直接打印出图。

8) 其他基本功能：系统风格更换，视图窗口切换，地图浏览查询等。

3 系统应用实例
2013年3月3日13时41分洱源县发生5.5级地震，震中经度99.7o、纬度25.9o。

地震发生之后相关部门立即启动系统对灾情进行评估，4min后系统即产出评估成果。

成果包括：《灾情简报》《快速评估报告》《震区基本信息》和《对策建议报告》4个报告。

详细评估结果如表3所示。

表3 洱源5.5级地震震害详细评估结果
Tab.3 Detail Results of Damage Assessment in Eryuan 5.5 Earthquake
评估项目评估结果评估项目评估结果
极震区烈度Ⅶ估计死亡人数4人
影响长方向南北向估计受伤人数490人
震区面积1249.75km2估计直接经济损失7.19亿元
影响人口16.6万人估计房屋破坏数量 6 425间
到最近县城33km估计滑坡风险等级轻度滑坡
除以上详细评估结果之外，系统还会生成震中距主要城市距离图、交通分布图、震区历史震中分布图、
烈度区划图、震区学校分布图、震区医院分布图、震区水库分布图，以及县级和乡镇级的人口、经济分布
图等专题图（如图5、图6所示）。

依据评估出的结果，建议政府启动Ⅳ级应急响应对救援力量和救援物资进行部署。

由于震中距离大型水库较近，同时给出西南大型水库地区对策建议。

以下为系统产出的部分成
果。

图5 洱源
2013年4
图7 洱源5.0级地震震区乡镇经济损失空间分布图图8 洱源5.0级地震震区人均GDP分布图Fig.7 Spatial Distribution of Town Economic Losses Fig.8 Distribution Map of per Capita GDP In Eryuan 5.0 Earthquake In Eryuan 5.0 Earthquake
4 结束语
地震应急辅助决策支撑系统采用成熟的三层式C/S体系结构，满足了系统安全性、时效性和可扩展性等方面的需求。

模型库可以对不同省份的地震灾害损失评估模型进行存储和管理，可以灵活地对系统评估使用的模型进行更换，对模型参数进行调整。

地震发生之后可以快速产出评估结果，并根据产出的评估结果计算出应急响应启动等级，为政府做出快速的地震救援力量和救援物资的部署提供辅助决策支撑。

将
Office办公软件与GIS平台无缝集成，将评估结果以地图、表格等形式表达，并最终整合为报告直接产出。

本系统是一个原型系统，除云南省外其他省份的数据和模型还不齐全。

以后的工作中还需要逐步补充全国其余各省市的基础地理信息数据，以及各省市的地震灾害评估模型。

参考文献
[1]杨昆, 李永强, 许泉立, 等. 基于ArcGIS 的地震灾害应急决策支持系统的设计与实现[J]. 地震研究, 2006, 29(2): 203-208.
[2]路志越,鄂栋臣,ZHAN F B.基于ArcGIS Engine的地震风险预报与评估系统的设计与实现[J].测绘通
报,2013(3):54-56.
[3]王翰钊,李景文.基于神经网络知识发现的GIS决策支持系统[J].测绘与空间地理信息,2012(2):65-67.
[4]陈洪富,孙柏涛,陈相兆,等.基于云计算的中国地震灾害损失评估系统研究[J].地震工程与工程振
动,2013(1):202-207.
作者简介：张韶华（1988-），男，宁夏回族自治区固原人，硕士研究生，主要从事城市地理信息系统方面的研究工作。

E-mail：zsh_11@
基金项目：国家863计划项目（2012AA121402）；云南社会事业发展专项（2010CA010）
收稿日期：2013-08-30。