基于GIS的城市地震預警系統

摘 要：地震是對人類造成最大人身和財產損失的地質災害之一，我國處于城市化的高峰期，城市人口多，重要的企事業單位多集中在城市，因此地震一旦降臨城市，將對城市帶來不可估量的財產損失。地理信息系統（GIS）是在地理學、地圖學和計算機科學發展的基礎上，對一個地區的詳盡地理信息進行輸入和處理的計算機系統，在科技日益發展的今天，GIS技術已經比較成熟。將該技術運用于城市地震預警體系，是城市預警體系日益成熟和發展的標志，也是科技不斷創新和發展的結果。

關鍵詞：GIS；城市地震預警系統；應用

引言

地震是地殼在內、外應力作用下，集聚的構造應力突然釋放，產生震動彈性波，從震源向四周傳播引起的地面顫動。它是地球上經常發生的一種自然現象，地殼快速釋放能量造成的地表振動，對地表生物和建筑的摧毀力度是極大的。地震也是目前人們無法避免和準確預測的自然災害之一，比起氣候災害，人們更難預測地震發生的準確時間、地點和發生的強度，因而地震對人們的生命財產安全造成的威脅程度又增強了一步。我國擁有世界上最多的人口，在城市化速度急劇加快的今天，我國城市人口密度達到了有史以來最大的程度。許多企事業單位和地域資產都聚集在城市，因而地震如果發生在城市，不僅對城市財產造成毀滅性的打擊，對整個國民經濟和城市居民的人身安全也帶來了巨大的威脅。因此，如何加強城市地震預警體系的建設，加強對地震前的安全預警，使人們在地震時能夠贏得逃生的時間和機會，盡量減少地震對城市的摧毀和破壞，是當今政府和科學界普遍研究的話題。GIS的演進和計算機科學技術的發展，為地震預警系統的研究和改進提供了有力的技術保障，使地震預警系統的建設更加具有科學性和針對性。那么，什么是GIS，它在地震預警系統中到底能起到什么作用呢？又該如何改進這種技術用以造福人類呢？本文將通過GIS的工作原理等方面，對這些問題做出一一闡述。

1 GIS的概念

GIS是基于計算機為計算和分析工具，基于地理學、地圖學和計算機科學理論基礎上對研究地域的地理空間信息進行儲存、處理、顯示和編輯、分析、輸出和應用的地理信息系統。隨著計算機科學技術和衛星技術的不斷發展，GIS技術在結合計算機運算的信息系統日漸被人們在研究氣象和地質災害中所接受。

地理信息系統在最近30年內有了飛躍式的發展，如今的利用面幾乎覆蓋了包括城市交通物流、地質自然災害探究、農林牧副漁業等的所有領域，為當地經濟發展和城市規劃以及資源開發和災害的預警都起到了非常積極的作用。

2 地震預警系統

2.1 工作原理

地震時地殼的劇烈運動所產生的地震波從地殼到地表需要經歷6371km的路程，因此在地震發生時，人們不能立刻知道地震的存在，地震也不會對地表造成巨大的損害。地震預警系統的工作原理就是利用地震波探測工具探測出地震發生時剎那間的地震波，然后傳到計算機，計算機迅速對地震波做出計算和分析，在地震波上升到地表前對地震發生的烈度進行有效的監控和計算并對人們發出預警。人們可以通過這個時間差額來迅速做出反應，盡量減少傷亡和財產損失。例如：地震波從震源到地面的時間大概是20秒，地震預警系統在3秒內測得地震數據并發出了預警信息，那么收到預警信息的人們就能有17秒的應急時間。

2.2 我國地震預警系統的現狀分析

我國處于環太平洋地震帶和喜馬拉雅山地震帶之間，是一個地震災害多發的國家，并且我國的主要城市和工業生產基地都在地震災害頻發的東部沿海環太平洋地震帶中，地震給我國國民經濟和國民人身安全都帶來嚴重的威脅。

然而盡管我國是地震多發國家，但是在地震預警系統的建設方面卻投入得很少，防御地震災害和對地震的預警機制都很不完善。據了解，除大亞灣核電站中，我國讓法國人承建了一個由地震監測網絡和人工決策結合的地震預警系統外，幾乎都沒有自主建設過其他監控系統，對地震預警系統的研究也沒有納入到政府的工作日程中，在地震預警的研究和利用方面，我國幾乎是一片空白，而這些預警系統早在半個世紀前，國外就有了具體的研究日程和研究成果。這與我國地震多發、地震造成人員傷亡和財產損失巨大的基本國情不符合，因此，為了保證國民經濟持續有力地發展和人民生命財產安全，我國地震臺網的建設和預警系統的研究必須盡快納入正常軌道上來。[1]

3 城市地震預警系統

城市地震預警系統是對城市地震中，對從地震源向震中地表發射地震波進行有效的檢測和計算，并迅速對地震的可能烈度和摧毀強度做出精確計算得出結論告知城市居民，為城市居民的逃生贏得時間。由于我國城市人口密集度很高，許多生產資源和生產過程都集中在城市，因而地震對我國的城市特別是沿海的大城市的摧毀程度很大，對我國國民經濟也有很嚴重的影響。在這種前提下，城市地震預警系統在我國顯得尤為重要。

目前我國城市地震預警系統的結構包括基礎信息查詢、信息管理和對地震的職能分析三個部分，基礎信息查詢主要是基于原來在計算機中輸入的建筑人文歷史資料和建筑資料在系統中調用和核對；信息管理主要是對原有的信息進行添加和刪除等工作；地震職能分析是在系統中設置地震模型和根據地震波的強度確定和顯示地震源的過程。[2]

4 GIS系統在城市地震預警系統中的運用

4.1 GIS系統能夠為城市地震預警系統的計算提供大量的空間和屬性存儲，具備滿足數據更新、統計、分析和處理的能力，為預警系統提供便利的計算工具。

4.2 GIS能夠為預警系統提供立體化可視模擬圖像，并能夠為地震的分析和準確計算提供合理化的一體化統計計算分析結果。

4.3 GIS的衛星和遙感系統能夠對城市地震源的經緯度位置和海拔高度做出準確的運算，與地震預警系統的結合能夠為地震預警系統提供更加便捷和準確的判斷結果。

4.4 GIS在預警系統的決策化過程中，能夠為預警系統的決策提供準確的圖層顯示和數據分析，為預警系統提供多重的決策功能從而保證決策的科學性。

4.5 GIS可以結合衛星對災害發生地的交通情況和基礎建筑情況進行科學分析，為人們提供合理的避險路線和逃生方法。

因而，結合了GIS系統的地震預警系統，能夠更加準確地判斷出地震源的位置，從而經過計算機繁雜的計算得出科學合理的應急結論，從而為城市人員和財產的轉移贏得寶貴的時間。其次由于結合了更加科學的運算工具和分析工具，地震預警系統也能夠對地震做出更加精準的判斷。

5 建立基于GIS上的城市地震預警系統需要注意的問題

5.1 首先，要對該城市的所有地理信息進行探查和了解，并將獲得的地理信息和數據準確無誤地輸入到地理信息系統中。

5.2 要在GIS的工作背景下建立起對整個城市地震災害的立體分析模型，以便在災害發生時，在使用GIS時能夠準確的把握各項基本信息。

6 結束語

我國城市（特別是東部沿海城市）對地震的免疫能力較弱，而一旦地震對該地區造成威脅，將對我國整個國民經濟帶來嚴重后果，因此，要不斷加強對城市地區地震災害預警系統的建設。基于GIS的城市地震災害預警系統能夠有效地將地理信息系統將預警系統相結合，為災害的發生和破壞程度都提供一個準確的參考數據，要不斷加強基于GIS的城市地震災害預警系統的投入力度，改進地震災害預警技術，為災害應急提供寶貴的時間。

參考文獻

[1]蔣勇軍.城市自然災害的綜合區劃及評估[J].西南師范大學學報自然科學版.2012（10）.

[2]李保俊等.中國自然災害應急管理研究進展與對策[J].自然災害學報.2009（10）.

[3]徐勇等.基于GIS的防震減災系統研究與設計[J].防災減災工程學報.2012（3）.