基于GIS的城市防震减灾辅助决策信息系统构建

时间：2024-04-26 03:02:30 5A范文网浏览：论文范文我要投稿

摘要 本文阐述了建立城市防震减灾辅助决策信息系统的重要性，介绍了系统组成模块主要功能和主要内容。系统的建立实现了城市防震减灾信息的现代化管理，具有较强的实用性。

关键词 防震减灾；辅助决策

1 引言

地震发生在城市特别是人口稠密的大中城市所造成的破坏和影响难以估计。在目前地震短临预报尚未取得突破的情况下，如何依靠科技的进步，实现防震减灾工作全方位发展，最大程度减小地震造成的损失是非常重要的。应充分抓住这一契机，依托信息技术的发展，将防震减灾工作融入到数字城市建设中去，建立适合各城市特点的各类防震减灾信息管理系统^[1]。

2 系统目标

(1)应用先进的GIS技术，充分吸收地震工程学、地震灾害学、决策管理学、系统工程学、信息通讯的研究成果及建设经验。构建一套能较好的体现地震危险性分析、震害预测、评估和防震减灾对策等研究成果并具有较强的基于GIS的防震减灾智能辅助决策系统。 (2)地震发生时，在系统和现场信息的支持下，可以迅速判断地震的规模、影响范围、损失等情况，并据此提出一系列科学的救灾方案和调度方案，协助指挥人员实施各种地震救灾行为，提高应急救灾指挥与决策的技术水平，最大限度地减少震时的混乱和人员伤亡。 (3)系统在平时可作为地震宣传教育、汇报演示等工具，并能充分展示城市防震减灾工作现代化和信息化的程度。 (4)系统应具有实用性、科学性、通用性、易用性、先进性、扩展性、示范性。

3 系统的工作流程及框架设计

地理信息系统(Geographic Information System 简称GIS)是一项以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边缘性的学科，就是管理和研究空间数据的技术系统。它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、研究各种空间实体及相互关系。通过对多因素的综合分析，能迅速地获取满足应用需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果^[2]。根据城市防震减灾工作需要和功能要求，该系统是建立在GIS平台上的综合应用软件系统，主要包括基础图件库、地震危险性分析、震害预测、震害快速评估、地震应急对策分析、日常对外宣传演示系统和地震应急信息通信六个模块。系统工作流程及总体框架如图1所示。

图1 系统总体框架图

4 系统内容

系统采用关系数据库结构，将属性数据和空间数据分别存储。就数据结构而言，对属性数据采用关系模型，对空间数据采用拓扑数据模型，数据格式是矢量数据。系统的信息分类与编码规则参照中华人民共和国国家标准地形图要素分类和代码以及有关行业标准制定。

4.1 基础图件库

基础图件库模块包括了包括空间数据和属性数据，内容涉及基础地图、地震地质资料、生命线和次生灾害资料等各种图片资料。本模块的所有图件均具有显示、放大、缩小、拖拉、信息显示、查询、打印和保存等多种功能。系统涉及的数据类型非常广泛，数据源主要包括基础地图、生命线及次生灾害图、地震地质图、文本、图片、声音、视频等方面的数据。系统采用MAPINFO作为GIS软件平台，ACCESS作为文本数据库。系统设计充分考虑了项目目标的需要，将所需要的相关数据全部纳入数据库中，并考虑到数据的时效性、准确性，数据的可修改和更新等。

4.2 地震危险性分析

地震危险性分析是系统主要功能之一。主要用于估计地震对城市的影响，该模块可提供方便的工具和灵活的计算能力，既可以用来预测未来地震的影响，也可以评估正在和刚刚发生的实际地震以及历史地震的影响。该模块还可根据地震影响场和烈度衰减得出震害预测所需的输入数据。另外系统还提供了两种灵活的任意假设地震三要素的输入方式，一是键盘输入方式，二是鼠标输入方式，两种输入方式均可在屏幕上显示等震线。如使用鼠标输入方式，用鼠标确定震中位置，改变震级大小和衰减方向，点击刷新按钮后即得到所要求的地震影响场。图2为任意假设地震影响场计算和结果显示图。

图2 任意假设地震影响场计算和结果显示图设定地震的程序实现，依据适合本研究区的烈度衰减关系，确定合适的地理底图，底图必须有精确的经纬度，以确定震中位置和影响场范围及场点在影响场中的位置。采用VB和MAPINFO混合编程，在地理底图上实现影响场的动态计算和可视化。计算公式为： R_a= e^(6.046+1.48^×^M^－^I)/2.081－25 R_b= e^(2.617+1.435^{×M－I)/1.441}－7 R_a和R_b分别为某一烈度下的椭圆短轴与长轴的长度，M为震级，I为地震烈度。

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4.3 震害预测和震害快速评估

当城市及其附近地区发生破坏性地震时，可利用本模块进行震害快速评估，为政府抗震救灾决策提供参考。通过现场抽样调查取得相关数据，输入和修改各类建筑结构造价、建筑总面积和总人口等数据，再结合发震时刻(白天或夜晚)，即可快速计算得到城市地震灾区的建筑物破坏情况、经济损失估计和人员伤亡估计。另外，还可根据安全图和地震危险性模块任意设定地震所输出的参数，快速计算震害预测结果。

4.4 地震应急对策分析

当城市或邻近地区发生一次地震事件并造成一定程度影响时，如何做出迅速、有力的反应并采取正确的应急措施，这对于保证震后应急工作高效、有序地进行，最大限度地减轻地震灾害损失、安定人心、稳定社会是至关重要的。本模块具有智能实时辅助决策功能，地震发生时，可通过数字地震台网的自动触发接口，以实时侦测方式搜寻地震台网中心最新的破坏性地震定位结果文件，自动响应并启动灾情快速评估系统。可迅速判断地震的规模、影响范围、损失等情况，并据此提出一系列科学的救灾方案和调度方案，协助指挥人员实施各种地震救灾行为，提高应急救灾指挥与决策的技术水平，最大限度地减少震时的混乱和人员伤亡。

4.5 日常对外宣传演示系统

日常对外宣传演示系统是将本系统的功能用多媒体方式进行展示，主要用于向用户展示本系统有哪些功能和特色，并通过文字、声音图像和视频等多媒体效果，介绍城市的历史文化、人文地理环境、地震地质、基础设施、抗震设防概况、社会经济发展和科学文化教育等概况。

5 系统编程关键技术

为建立本系统，我们选用了MapInfo作为开发应用平台。作为MapInfo集成开发工具的MapBasic^[3]，它具有强大的地理信息数据操作功能、丰富的程序语句和完善的各类函数。

5.1 OLE Automation技术

运用Mapinfo Professional提供的OLE Automation功能，在Visual Basic中可将MapInfo作为一个对象使用。VB程序在后台启动MapInfo，通过Picture控件创建地图窗口作为VB开发应用程序的子窗口。编程通过调用MapInfo对象的方法和设置其属性来实现。其主要的方法是 “do”和”eval”。 mapinfo.do “set next document parent”&picture1.hwnd&“style 1” ' 重父化mapinfo窗口 mapinfo.do “map from 地图表名” ' 显示空间地图 rows=mi.eval(selectioninfo(3)) ' 得到选择表的行数

5.2 系统菜单调用和Mapbasic编程接口

为了便于用户更好地开发地理信息应用系统，Mapinfo不仅提供了类似VB的mapbasic语言，还支持对mapinfo系统菜单的功能调用，通过它用户可以方便地对空间地图进行操作和控制，节省了系统开发的周期。 mapinfo.runmenucommand 1705 ' 放大地图 mapinfo.do “run application workspace.wor” ' 调用工作空间运用Set Map语句，后面加上不同的参数，可以实现地图的叠加、导航、显示比例定义、图层的自动隐藏和出现等，增强系统的地图处理功能。 mapinfo.do “Set map zoom entire” ' 显示整幅地图值得注意的是mapinfo有几个非模态窗口，包括信息(info)窗口、标尺(rule)窗口、消息(message)窗口和统计(statistics)窗口。如果要重父化这些特殊的浮动窗口，就要使用mapbasic的set window...parent语句。

6 系统特色

6.1 平台的先进性

采用VB与MAPINFO实现应用开发，VB作为前台，MAPINFO为后台，用户界面全部用VB编写，通过VB控制并实现MAPINFO的GIS功能，充分发挥了VB界面友好、控制性及可操作性的特点，又不影响MAPINFO的强大的空间操作能力，互相补充，使系统的功能更加完善。

6.2 系统的实用性

系统贯彻了充分发挥政府职能和公众积极参与的地震工作方针，收集了研究区内的有关防震减灾的大量地图、文本和图片资料等，以及城市社会、经济等资料，建立了可综合利用的城市基础图件库，能满足震时应急反应和平时日常管理、对外宣传等多方面需要，可大大提高防震减灾工作的效率和对外的显示度。

6.3 系统的高度集成性

系统利用数字地震台网测定的三要素，采用“智能决策”一键启动，最大限度地减少人工干预，简单、快捷。当发生的地震对城市造成破坏性影响时，可快速给出本次地震所造成的房屋建筑破坏情况、经济损失、人员伤亡情况，自动生成应急对策、相关人员、物资需求情况、疏散示意图并能通过应急信息发布平台及时了解和发布相关信息。