基于GIS的廣州市地震小區(qū)劃信息管理系統(tǒng)

張鵬程，龔 磊，彭衛(wèi)平，賀 冰

（1.廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州510060）

1 地震小區(qū)劃

地震小區(qū)劃是對某一特定區(qū)域范圍內(nèi)地震安全環(huán)境進(jìn)行劃分，預(yù)測這一范圍內(nèi)可能遭遇到的地震影響分布，包括設(shè)計地震動參數(shù)的分布和地震地質(zhì)災(zāi)害的分布[1,2]。地震小區(qū)劃的目的是為城鎮(zhèn)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)等土地利用、城市總體規(guī)劃的制定提供基礎(chǔ)資料，為城市和工程震害的預(yù)測和預(yù)防、救災(zāi)措施的制定提供基礎(chǔ)資料，為地震小區(qū)劃范圍內(nèi)的一般建設(shè)工程的抗震設(shè)計、加固提供設(shè)計地震動參數(shù)。加強(qiáng)抗震設(shè)防最有效的工程措施就是加強(qiáng)建筑物抗震設(shè)防，做到建筑物“小震不壞、中震可修、大震不倒”，而其主要依據(jù)就是地震動參數(shù)小區(qū)劃研究成果。

《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）雖然劃定了全國地震動峰值加速度區(qū)劃圖和中國地震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖，但該圖比例尺為1︰400萬，精度上無法滿足廣州市城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的需求。此外，當(dāng)前GIS技術(shù)發(fā)展迅速，如何結(jié)合GIS強(qiáng)大的空間分析和數(shù)據(jù)管理功能，以提高城市地震小區(qū)劃編制的精度和效率，目前的研究也較少。基于此，受廣州市科技和信息化局委托，開展了《基于地理空間信息的地震小區(qū)劃研究》項目，該項目是廣州市公共安全科技領(lǐng)域科技攻關(guān)重點項目，同時也是廣州市科技惠民與智慧城市專項，其主要內(nèi)容就是充分采用GIS技術(shù)，編制廣州市地震小區(qū)劃圖和開發(fā)地震小區(qū)劃管理系統(tǒng)，為廣州市城市規(guī)劃、建設(shè)和管理提供地震小區(qū)劃成果服務(wù)。

2 研究現(xiàn)狀與分析

綜合國內(nèi)外已有的研究成果，目前在地震小區(qū)劃研究方法、地震小區(qū)劃圖的編制、地震小區(qū)劃的數(shù)據(jù)庫建立、地震小區(qū)劃與GIS系統(tǒng)結(jié)合等方面，仍存在如下問題：

1）地震小區(qū)劃研究方法方面。地震地質(zhì)災(zāi)害影響因素眾多，形成機(jī)制復(fù)雜，近年來隨著GIS技術(shù)的飛速發(fā)展，部分研究者將GIS、層次分析法單獨運用到地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域，也有部分研究者將GIS與信息量法、層次分析法等數(shù)學(xué)模型結(jié)合運用到地質(zhì)災(zāi)害方面，取得良好的效果[3,4]。雖然GIS在地質(zhì)災(zāi)害中得到了廣泛的應(yīng)用，但在地震地質(zhì)災(zāi)害小區(qū)劃中應(yīng)用較少，而本項目結(jié)合GIS和多層次分析方法，開展了廣州市地震小區(qū)劃研究。

2）地震小區(qū)劃圖編制方面。新的國家地震區(qū)劃圖即中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖已于2001年8月正式出版并作為國家標(biāo)準(zhǔn)頒布，但該區(qū)劃圖的風(fēng)險水平為50 a超越概率10%，比例尺為1︰400萬，其精度及內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足廣州市城市總體規(guī)劃和工程抗震設(shè)計的要求。本項目結(jié)合地圖制圖和GIS技術(shù)，編制了系列地震小區(qū)劃專題圖件，內(nèi)容和精度上有所創(chuàng)新。

3）地震小區(qū)劃數(shù)據(jù)庫建立方面。內(nèi)容上，現(xiàn)有的地震小區(qū)劃數(shù)據(jù)庫多側(cè)重基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)（如居民地、道路、水系等）和地震動參數(shù)數(shù)據(jù)的建庫，而對與地震小區(qū)劃密切相關(guān)的地震地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（如工程地質(zhì)分區(qū)、滑坡、巖溶、地形地貌等）缺少建庫；形式上，多側(cè)重二維形式的表達(dá)，缺少對三維數(shù)據(jù)的建庫；結(jié)構(gòu)上，多側(cè)重空間數(shù)據(jù)（如地震小區(qū)劃的分布圖及相關(guān)的屬性）的建庫，缺少對非結(jié)構(gòu)化、非空間數(shù)據(jù)（如地震小區(qū)劃的研究報告、工程地質(zhì)剖面圖、場地加速度反應(yīng)譜曲線等）的整體化建庫。

4）地震小區(qū)劃與GIS系統(tǒng)結(jié)合方面。目前二者的結(jié)合主要是利用GIS技術(shù)，建立地震小區(qū)劃數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（即實現(xiàn)了地震小區(qū)劃數(shù)據(jù)庫的編輯、修改、查詢、瀏覽、輸出等功能[5-7]）：①系統(tǒng)多以C/S架構(gòu)為主，使用的范圍多囿于地震、地質(zhì)等相關(guān)專業(yè)人士，導(dǎo)致成果的使用范圍受限；②由于沒有采用服務(wù)式GIS技術(shù)，單純的數(shù)據(jù)庫無法很好地將地震小區(qū)劃成果與其他政府部門進(jìn)行共享與交換；③由于沒有采用B/S架構(gòu)模式，現(xiàn)有的地震小區(qū)劃系統(tǒng)與第三方公眾電子地圖服務(wù)（如百度、天地圖等）鮮有對接，無法滿足社會大眾對地震小區(qū)劃成果查詢、瀏覽的需求。

3 主要研究內(nèi)容

3.1 地震小區(qū)劃專題數(shù)據(jù)采集

開展地震小區(qū)劃工作，需要收集/采集場地鉆孔資料、場地地形地貌、巖土性狀、水文地質(zhì)特征等工程地質(zhì)條件、場地斷裂構(gòu)造、場地巖土物理力學(xué)性能指標(biāo)、地面脈動卓越周期特征、場地土層剪切波速、場地工程地質(zhì)分區(qū)、場地類別分區(qū)、場地地震烈度、場地基巖峰值加速度、場地潛在震源區(qū)，場地地震動參數(shù)及分區(qū)等信息。本項目采用“搜集資料+實地勘查”的方法，開展了上述地震小區(qū)劃相關(guān)專題數(shù)據(jù)的采集工作，為內(nèi)業(yè)編制系列專題圖件、建立數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)開發(fā)奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2 地震小區(qū)劃系列專題圖件編制

在上述外業(yè)采集和內(nèi)業(yè)收集資料的基礎(chǔ)上，采用GIS和多因子層次分析相結(jié)合的方法，編制了區(qū)域大比例尺的3大系列圖件：①地質(zhì)基礎(chǔ)圖件，包括工程地質(zhì)鉆孔柱狀圖、工程地質(zhì)剖面圖等；②工程地質(zhì)分析與地震危險性分析圖件，包括地形地貌圖、區(qū)域地震地質(zhì)構(gòu)造分布圖或斷裂分布圖、滑坡崩塌分布圖、軟土厚度等值線（面）圖等；③地震小區(qū)劃成果圖件，地震動參數(shù)小區(qū)劃分區(qū)圖、潛在地震地質(zhì)災(zāi)害小區(qū)劃圖（圖1）。

圖1 地震小區(qū)劃系列專題圖件

3.3 地震小區(qū)劃專題數(shù)據(jù)庫建立

采用大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Oracle10g和SDX+先進(jìn)的空間數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)、索引技術(shù)和查詢技術(shù)，實現(xiàn)了場地的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、地震動參數(shù)數(shù)據(jù)、地震地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)的建庫。①基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了系列比例尺的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建庫，包括居民地、道路、水系、植被、境界、單位名等，基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)的建庫一方面作為地震小區(qū)劃專題數(shù)據(jù)的空間定位基礎(chǔ)，另一方面，實現(xiàn)了用戶選擇任意一建筑物，可查詢或統(tǒng)計該建筑物所在地震動分區(qū)的功能；②地震動參數(shù)數(shù)據(jù)，主要是對場地通過土層地震反應(yīng)分析確定的設(shè)計地震動參數(shù)，包括場地水平向基巖地震動時程及反應(yīng)譜、場地地震加速度反應(yīng)譜及標(biāo)定曲線、場地地震動參數(shù)小區(qū)劃分區(qū)圖、不同分區(qū)設(shè)計地震動參數(shù)表、鉆孔點地震動反應(yīng)譜參數(shù)標(biāo)定值表等；③地震地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，主要是對地震小區(qū)劃范圍場地地震地質(zhì)條件勘測獲取到的數(shù)據(jù)，包括鉆孔點、工程地質(zhì)剖面、巖溶分布、工程地質(zhì)分區(qū)、建筑場地類別分區(qū)、場地砂土液化判別結(jié)果表、地質(zhì)鉆孔軟土層埋深與厚度表等。

該數(shù)據(jù)庫在技術(shù)上實現(xiàn)了“空間-屬性數(shù)據(jù)的一體化”、“矢量-柵格數(shù)據(jù)的一體化”、“空間信息-業(yè)務(wù)信息的一體化”、“結(jié)構(gòu)化-非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的一體化”和“二維-三維數(shù)據(jù)的一體化”。

3.4 地震小區(qū)劃GIS系統(tǒng)開發(fā)

1）基于桌面式（插件式）技術(shù)，在SuperMap Deskpro6R的基礎(chǔ)上，快速搭建了基于C/S架構(gòu)的系統(tǒng)，具備數(shù)據(jù)源/數(shù)據(jù)集、二維地圖、三維場景、打印布局、符號庫資源管理功能，實現(xiàn)了二維與三維在數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)存儲方案、數(shù)據(jù)管理、符號、可視化和分析功能的一體化，如圖2所示。

圖2 基于桌面式插件技術(shù)構(gòu)建的C/S系統(tǒng)界面

2）基于ServiceGIS技術(shù)，實現(xiàn)了地震小區(qū)劃成果的地圖和功能服務(wù)發(fā)布。采用SuperMap iServer6R，通過服務(wù)的方式提供與專業(yè)GIS桌面軟件相同功能的地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、空間分析服務(wù)、三維服務(wù)等；能夠管理、發(fā)布和無縫聚合多源服務(wù)，包括發(fā)布REST服務(wù)、OGC的W*S服務(wù)（WMS、WMTS、WFS等）、聚合第三方標(biāo)準(zhǔn)的地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)等。通過成果的發(fā)布，為其他政府部門在線調(diào)用地震小區(qū)劃成果提供了便利。

3）基于RIA技術(shù)，開發(fā)了B/S架構(gòu)系統(tǒng)。采用Flash Builder4.6、Apache Flex、SuperMap iClient for flex開發(fā)平臺及語言，開發(fā)了基于B/S架構(gòu)的地震小區(qū)劃GIS系統(tǒng)，客戶端通過瀏覽器即可以實現(xiàn)如下功能：地圖切換（地震小區(qū)劃圖、工程地質(zhì)分區(qū)圖、建筑場地類別圖等）、專題地圖實時生成（點密度、統(tǒng)計、范圍分段、單值專題圖等）、地圖查詢（距離查詢、緩沖查詢、屬性查詢、SQL查詢等）、空間分析、符號化實時渲染、第三方地圖服務(wù)（天地圖、谷歌、百度、超圖云服務(wù)、ArcGIS云服務(wù)等）對接、二三維集成/聯(lián)動、三維場景服務(wù)、成果原始資料（柱狀圖、成果報告、場地加速度反應(yīng)譜曲線、地面脈動卓越周期頻譜）管理等功能，如圖3所示。

4 結(jié) 語

圖3 基于B/S架構(gòu)的二三維地震小區(qū)劃系統(tǒng)

1）同現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》及其他城市類似的地震小區(qū)劃研究項目相比，本項目在研究方法上、內(nèi)容上以及成果精度上都有顯著創(chuàng)新。研究方法上，本項目資料收集、專題圖件編制、系統(tǒng)開發(fā)全過程中，始終綜合利用了GIS和多層次分析法；內(nèi)容上，除了編制傳統(tǒng)的地震動參數(shù)小區(qū)劃圖之外，還編制了與地震動小區(qū)劃密切相關(guān)的地震地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系列圖件；成果精度上，以荔灣區(qū)為例，項目以城市大比例尺1︰500基礎(chǔ)地形圖為底圖進(jìn)行編制，平均每km2達(dá)到6個鉆孔，局部編圖比例尺甚至達(dá)到1︰ 200，其工作精度遠(yuǎn)高于同類項目常見的1個鉆孔/km2和編圖精度1︰10 000或1︰25 000。

2）系統(tǒng)開發(fā)上，傳統(tǒng)的地震小區(qū)劃系統(tǒng)多側(cè)重于數(shù)據(jù)庫及信息資料的管理，系統(tǒng)多以C/S架構(gòu)為主，而本項目分別基于Plug-in技術(shù)、ServiceGIS技術(shù)、RIA技術(shù)，面向地震地質(zhì)專業(yè)人士、數(shù)據(jù)庫管理員、社會公眾等不同層次的人員，開發(fā)了C/S和B/S架構(gòu)的廣州市地震小區(qū)劃信息管理系統(tǒng)，極大豐富了成果的展現(xiàn)形式。

3）系統(tǒng)基于客戶端動態(tài)投影技術(shù)，實現(xiàn)了本項目中的地震小區(qū)劃等專題圖與不同投影（球面墨卡托投影、WGS84等）的百度、谷歌、天地圖的無縫疊加，便于地震小區(qū)劃成果的大眾化普及與應(yīng)用；系統(tǒng)基于服務(wù)器端和客戶端聚合技術(shù)，實現(xiàn)了地震小區(qū)劃等專題圖與超圖云服務(wù)、ArcGIS云服務(wù)等第三方地圖服務(wù)聚合。與天地圖服務(wù)對接如圖4所示。

圖4 地震小區(qū)劃專題數(shù)據(jù)與第三方地圖服務(wù)的聚合

4）系統(tǒng)基于真空間技術(shù)，使得一套地震小區(qū)劃成果圖可以直接在二維地圖窗口和三維場景窗口進(jìn)行查詢、瀏覽、統(tǒng)計、空間分析，豐富了本項目成果的展示。

[1]程山,龔飛,胡雨琦.武漢市主城規(guī)劃區(qū)地震動參數(shù)小區(qū)劃及其應(yīng)用問題研究[J].四川地震,2012(3):35-40

[2]田勤虎,李晉,李曉妮,等.渭南市地震小區(qū)劃地震工程地質(zhì)分區(qū)[J].華南地震,2014,34(1):43-47

[3]張?zhí)K平，王蘭民，馬爾曼.GIS技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在地震地質(zhì)災(zāi)害小區(qū)劃中的應(yīng)用研究[J].西北地震學(xué)報,2003,25(4):331-337

[4]王慶滿,王家鼎,谷天峰,等.GIS和層次分析法在地震地質(zhì)災(zāi)害小區(qū)劃中的應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報,2011,8(11):25-29

[5]田勤虎,劉晨,種瑾,等.基于ArcGIS的西安市地震小區(qū)劃數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[J].世界地震工程,2011,27(4):123-128

[6]聶樹明,李宏志.廣州市部分城區(qū)震害預(yù)測數(shù)據(jù)庫建設(shè)[J].華南地震,2006,26(3):45-53

[7]劉世靖,謝慶勝,馬犇,等.基于超圖軟件平臺的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其在滁州震害防御數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù),2013,9(8):1 723-1 726