城市地震應急數(shù)據庫的設計與實現(xiàn)

方雅申

（福州市勘測院，福建 福州 350100）

城市地震應急數(shù)據庫的設計與實現(xiàn)

方雅申

（福州市勘測院，福建 福州 350100）

城市地震應急基礎數(shù)據庫是各級地震部門開展應急工作的基礎，是各級政府履行地震應急指揮職能的基本保障。文章探討了城市地震應急數(shù)據庫的結構、評估模型、數(shù)據庫管理系統(tǒng)設計，以及數(shù)據采集、存儲和更新方面的關鍵技術。福州部分縣市的實際應用證明，本文探討的城市地震應急數(shù)據庫建設方法可有效解決城市地震應急指揮體系數(shù)據匱乏的問題。

地震；應急；數(shù)據庫；地震專題數(shù)據

1 引言

地震是一種突發(fā)性災難事件，在極短的時間內可造成極大破壞，其破壞范圍之大，毀壞力之強，居群災之首。我國是世界地震活動最劇烈的國家之一，災時地震應急響應與救災指揮工作的好壞對減少人員傷亡和財產損失有極大的影響。在1995年的日本阪神大地震、1998年土耳其和中國臺灣大地震中，因為應急指揮、快速反應能力不足，救災工作一片混亂而遭到民眾的抨擊，而美國聯(lián)邦緊急事務管理局建設了較完善的地震應急指揮體系，1994年洛杉磯北嶺地震、2001年華盛頓地震時地震應急指揮技術系統(tǒng)發(fā)揮了關鍵作用，快速交互了震情及應急信息，為政府應急救災決策提供了重要技術支持，有效地減輕了地震災害損失。

在各級抗震救災指揮體系的建設過程中 普遍遇到的最大難題是，適應于地震應急要求的各類基礎數(shù)據普遍匱乏。從科學決策的意義上講，地震應急基礎數(shù)據庫是各級地震部門開展應急工作的基礎，是各級政府履行地震應急指揮職能的基本保障。地震應急基礎數(shù)據庫的缺乏和不完善將會極大地制約各級地震應急指揮系統(tǒng)的功能，甚至使部分指揮體系癱瘓和失效。因此，城市地震應急數(shù)據庫的設計和實現(xiàn)研究具有重要的現(xiàn)實意義，本文對城市地震應急數(shù)據庫的結構、評估模型、數(shù)據庫管理系統(tǒng)設計，以及數(shù)據采集、存儲和更新方面的關鍵技術進行討論，為國內同行建設地震應急數(shù)據庫提供參考。

2 城市地震應急數(shù)據庫設計

2.1 與地震應用系統(tǒng)的關系

地震觀測數(shù)據庫接收來自數(shù)字遙測地震臺網、強震臺網監(jiān)測系統(tǒng)、前兆觀測臺網系統(tǒng)的各類實時觀測數(shù)據，對其進行存儲，并同步傳送給地震信息處理與應急指揮系統(tǒng)（圖1）。地震信息處理與應急指揮系統(tǒng)集成了來自城市地震應急數(shù)據庫的和地震觀測數(shù)據庫的空間數(shù)據和業(yè)務數(shù)據，并對這些數(shù)據進行實時處理和分析，將分析結果同步發(fā)送到地震應急發(fā)布系統(tǒng)（地震信息服務網絡、智能手機、PAD等用戶終端），并返回到地震應急數(shù)據庫，對地震應急數(shù)據庫進行更新。地震應急數(shù)據庫作為整個地震防御體系的核心，為地震應急系統(tǒng)和發(fā)布系統(tǒng)提供了可視化、權威的分析數(shù)據。

圖1 地震應急數(shù)據庫與應用系統(tǒng)的關系

2.2 數(shù)據庫結構設計

地震應急數(shù)據庫是指當?shù)卣鸢l(fā)生時，或地震預報發(fā)布后，為了開展對災區(qū)的一系列救災活動所需了解和掌握的各類人口、經濟等社會基本信息、城市地貌、公路交通、救災隊伍、通信聯(lián)絡、地震應急預案等的一種綜合性數(shù)據庫。地震應急數(shù)據庫中的各項數(shù)據，在整個地震應急的總體流程中起著關鍵性的作用。地震應急管理是一個復雜的過程，涉及方方面面，地震應急數(shù)據具有綜合性、關聯(lián)性、空間性、時態(tài)變化性特點。

城市地震應急數(shù)據庫由基礎地理信息數(shù)據庫和各類地震專題數(shù)據庫組成（圖2）。

圖2 城市地震應急數(shù)據庫結構

（1）基礎地理信息數(shù)據庫

基礎地理信息數(shù)據庫由電子地圖數(shù)據庫和公共專題數(shù)據庫組成。電子地圖數(shù)據庫作為地震應用系統(tǒng)的地圖支撐，包含線化電子地圖、影像電子地圖、暈渲電子地圖三種風格，可切換使用，公共專題數(shù)據庫由道路、鐵路、水系、熱點（POI）數(shù)據組成，滿足后臺查詢、檢索功能，電子地圖和公共專題數(shù)據的配套使用，可滿足地震應急指揮數(shù)據可視化和定位查詢需要。

（2）地震專題數(shù)據庫

地震專題數(shù)據庫包括地震危險性分析數(shù)據庫、地質災害區(qū)劃數(shù)據庫、防震減災專項規(guī)劃數(shù)據庫、建筑物易損性數(shù)據庫、生命線易損性數(shù)據庫、地震次生災害數(shù)據庫、防震減災對策數(shù)據庫、統(tǒng)計分析數(shù)據庫等，涉及8大類96小類的空間數(shù)據和文本數(shù)據，圖層數(shù)多、信息量豐富，數(shù)據庫的組織管理遵循標準化、規(guī)范化、統(tǒng)一設計的原則。數(shù)據庫基本組織架構如下表（表1）所示：

表1 地震專題數(shù)據庫結構

2.3 震害分析評估模型設計

震害分析模型是將地震采集到的數(shù)據通過數(shù)學建模，用以度量各指標對地震發(fā)生的敏感程度和震后破壞程度。常用的地震分析評估模型有建筑物易損性分析模型、生命線易損性分析模型、次生災害分析模型、經濟損失與人員傷亡評估模型，本文主要對建筑物易損性分析模型進行介紹。建筑物破壞程度用超越強度倍率E表示，計算公式為：

式中，Q表示地震剪力，V表示結構抗剪強度。經計算，建筑物破壞程度與超越強度倍率的關系為：

表2 建筑物破壞程度與超越強度倍率的關系

2.4 數(shù)據庫管理系統(tǒng)設計

為了滿足對龐大的空間數(shù)據的管理，設計城市地震應急數(shù)據庫管理系統(tǒng)，其主要功能如下：

（1）地圖基本操作：提供基本的縮放、瀏覽、圖層控制、查詢定位和可視化功能。

（2）數(shù)據入庫和輸出：將基礎地理信息數(shù)據、地震專題數(shù)據進行格式轉換、坐標系轉換、導入到數(shù)據庫，同時可實現(xiàn)各類數(shù)據的分發(fā)和出圖、打印。

（3）數(shù)據檢查：用于自動檢查各類數(shù)據間的拓撲關系、規(guī)范性、完整性等。

（4）數(shù)據更新：包括更新信息的自動提取、新舊數(shù)據的融合、質量檢查等操作。

（5）數(shù)據交換管理：用于實現(xiàn)指揮中心不同應用系統(tǒng)間、地震應急數(shù)據庫與城市共享服務平臺之間的數(shù)據共享與交換。

3 關鍵技術

3.1 地圖緩存技術

地圖緩存技術（通常稱為地圖瓦片技術），就是按照一定的數(shù)學規(guī)則，將動態(tài)地圖按不同比例尺切成一定規(guī)格的靜態(tài)圖片，存儲在服務器上，當用戶通過瀏覽器或地圖軟件訪問地圖數(shù)據時，服務器不需要實時生成數(shù)據并進行地圖渲染，而是根據用戶請求的范圍和尺度，返回當前視角區(qū)域的地圖圖片。地圖緩存技術極大地降低了服務器和網絡帶寬的負荷，提升了地圖瀏覽速度和效果。

城市地震應急數(shù)據庫中的電子地圖數(shù)據庫包括線化、影像、暈渲三種風格，各種電子地圖圖層數(shù)目多、渲染復雜，而且不需要實時更新，很適合運用地圖緩存技術，這樣不但提高空間數(shù)據的訪問效率，而且實現(xiàn)了三種地圖之間輕松切換。

3.2 數(shù)據采集和更新技術

城市地震應急數(shù)據庫涉及各行各業(yè)90多個小類的圖層數(shù)據，數(shù)據的采集和更新也是一項艱巨的任務，在數(shù)據采集和更新過程中，用到了以下技術。

（1）利用航拍影像實現(xiàn)空間數(shù)據的快速更新

對于線化電子地圖、建筑物抗震性能、疏散道路等數(shù)據，利用各年份的航拍（衛(wèi)星）影像，通過疊套比對分析，可快速發(fā)現(xiàn)地形、地貌的變化，通過航測內業(yè)的方式采集變化的區(qū)域，使空間數(shù)據得到及時更新。這種方法精度可靠、數(shù)據現(xiàn)勢性好，不但縮短了成圖周期，提高了生產效率，而且增強了空間數(shù)據的使用價值，使其更好地服務于地震應急指揮和輔助決策。

（2）數(shù)據共享和交換技術

對于來自各行各業(yè)的地震專題數(shù)據，僅靠一個單位力量采集和更新，不但建設成本高，而且數(shù)據更新速度遠遠難以滿足地震應急指揮決策的需要。因此，在各部門之間進行數(shù)據的共享和交換，利用城市各管理部門的權威數(shù)據資源，更新地震應急數(shù)據庫，是數(shù)據采集和更新最關鍵的方法和技術，同時將地震應急數(shù)據庫的更新成果，在城市共享服務平臺上進行發(fā)布和共享，供城市公共安全、應急救災用，使數(shù)據發(fā)揮最大價值。

3.3 利用ArcSDE建立空間數(shù)據索引

城市地震應急數(shù)據庫中含有大量的地震專題數(shù)據，這些數(shù)據由于需要實時更新，往往以矢量數(shù)據的形式存儲和調用，在客戶端調用這些矢量數(shù)據，第一次打開往往需要 1分鐘，甚至十幾分鐘時間，進行漫游、縮放等基本地圖操作也需要幾十秒時間，而且隨著數(shù)據的更新和數(shù)據量的增加，系統(tǒng)的想用速度也逐漸下降，運行速度成為制約系統(tǒng)使用的最關鍵因素。

基于上述問題，在實際應用中我們采用 ArcSDE提供的空間索引工具，對整套地震應急數(shù)據庫自動計算網格大小和級數(shù)，建立空間索引，并根據不斷的數(shù)據更新規(guī)律，定期檢查空間索引設置的合理性，及時重建空間索引，保證了空間數(shù)據調用、查詢的快響應。

4 城市地震應急數(shù)據庫實現(xiàn)與應用

經過合理的組織和設計，城市地震應急數(shù)據庫設計思維已經在福州市地震局地震信息處理和應急指揮系統(tǒng)項目、福清市地震信息處理和應急指揮系統(tǒng)項目中得到實踐，并取得了良好的應用效果，圖 3為福州市地震局地震信息處理和應急指揮系統(tǒng)應用效果圖。

圖3 福州市地震信息處理和應急指揮系統(tǒng)

在上述應用案例中，城市地震應急數(shù)據庫采用Oracle11G、ArcSDE10.1和數(shù)據庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)。Oracle11G是甲骨文的數(shù)據庫軟件,支持對網絡協(xié)議、XML、SQL重演、自動內存優(yōu)化等高級功能,是一個被廣泛使用的、功能強大的數(shù)據庫管理軟件。ArcSDE10.1是ESR I提供的一個空間數(shù)據庫中間件, 它以數(shù)據庫作為后臺存儲中心,為前端的GIS應用提供快速的空間數(shù)據訪問，ArcSDE還支持多用戶同時操作、客戶端與服務器端通信、數(shù)據庫備份恢復、無限制的空間數(shù)據庫容量及同IT技術集成,便于開發(fā)基于C/S或B/S架構的網絡地理信息系統(tǒng)服務, 這些優(yōu)點使得它被越來越多的空間數(shù)據庫管理系統(tǒng)所采用。數(shù)據庫管理系統(tǒng)采用面向對象技術，除了實現(xiàn)數(shù)據入庫和輸出功能外，同時提供地圖可視化、數(shù)據更新和共享、發(fā)布功能，成功地實現(xiàn)了地震應急指揮系統(tǒng)和地震觀測技術系統(tǒng)之間，以及上下級地震部門之間的數(shù)據交換。

5 結束語

城市地震應急數(shù)據庫是各級地震部門開展應急工作的基礎，更是地震應急指揮系統(tǒng)中不可替代的組成部分，在數(shù)據庫建設過程，需要重點對數(shù)據內容和結構進行設計，采用先進的數(shù)據采集、更新和存儲技術，并處理好數(shù)據庫與地震應急應用系統(tǒng)之間的關系，提升應用系統(tǒng)對數(shù)據庫的訪問效率，提高指揮決策的科學性和正確性。同時，地震應急數(shù)據庫設計與實現(xiàn)是一項漫長的工程，我們要拓展思路，不斷吸收地各種先進的數(shù)據建庫技術，使城市地震應急數(shù)據庫不斷的豐富、更新。

[1] 帥向華,楊天青,馬朝暉,等.國家地震應急指揮技術系統(tǒng)[M].北京:地震出版社,2009.

[2] 班亞,王喜娜,馬蘭.地震應急響應系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].測繪科學,2014,39(11):57-61．

[3] 馬妮,李維功.ArcSDE for Oracle優(yōu)化實踐[J].測繪通報,2007,(10):50-53．

[4] 單德華,楊紅艷,孫鴻雁,等.大型數(shù)據平臺搭建技術在地震行業(yè)中的應用與研究[J].地震研究,2010,33(2): 234-237．[5] 林少蓉,于忠海,李霖,等.基礎地理信息數(shù)據的增量更新制圖方法[J].測繪科學,2014,39(3):127-131．

[6] 楊勇,高金耀,楊春國,等.基于GIS的海洋地震數(shù)據管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].海洋通報,2011,30(4):414-418．

[7] 辛海強,馮志敏.新疆地震應急基礎數(shù)據的處理與建庫[J].測繪與空間地理信息,2014,36(7):11-13．

[8] 王學華,王欣,吳非權.多源空間信息數(shù)據庫數(shù)據更新技術研究[J].測繪通報,2013,(2):45-47．

[9] 韓敏,戴步成,鄭丹晨,等.ArcGIS Server電子地圖研究與應用[J].測繪科學,2011,36(3):204-206．

[10] 常俊,趙曦,姬建中.基于 Oracle的地震數(shù)據共享方案設計及數(shù)據庫實現(xiàn)[J].地震地磁觀測與研究,2011,32(5)：143-147．

Design and implementation of city earthquake emergency database

City earthquake emergency database is not only the basis of seismological departments at all levels to carry out emergency work, but also the basic guarantee of all levels of government to fulfill the functions of earthquake emergency command. This paper discusses the design of the city earthquake emergency database structure, evaluation model, database management system. This paper also discusses the key technology of data acquisition, storage and update the. Practical application of Fuzhou proves that database construction method of earthquake emergency which is discussed in this paper can effectively solve the problem of lack of earthquake data of emergency command system.

Earthquake;emergency;database;seismic thematic data

Q813.11..

A....

1008-1151(2015)08-0012-04

2015-06-08

方雅申（1981－），男，河南衛(wèi)輝人，福州市勘測院工程師，從事企業(yè)信息化與地理信息系統(tǒng)應用研究。