網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息智能處理模型與地震烈度判定方法研究1

胡素平 帥向華

1）中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京 100036

2）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 1000451

引言

震后快速、動(dòng)態(tài)地獲取準(zhǔn)確的災(zāi)情信息是地震應(yīng)急工作的關(guān)鍵。目前，我國(guó)地震災(zāi)情信息主要有：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、電話上報(bào)、短信上報(bào)、遙感四種獲取手段，還不能滿足地震應(yīng)急實(shí)際工作需要，亟需研究一些新的方法為地震應(yīng)急工作的信息源進(jìn)行補(bǔ)充。通常破壞性地震發(fā)生后，部分民眾和媒體作為地震事件的目擊者和直接參與者，對(duì)地震事件的把握比較準(zhǔn)確，可以向政府提供大量的災(zāi)情信息。伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展和廣泛普及，尤其在 Web2.0應(yīng)用模式下，越來(lái)越多的人借助于互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行信息的獲取與共享。每當(dāng)破壞性地震發(fā)生，互聯(lián)網(wǎng)上都會(huì)有大量的地震災(zāi)情信息進(jìn)行傳播，這些信息實(shí)時(shí)更新、不斷累積、類型多樣。就日本大地震來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)媒體就成為本次地震災(zāi)情信息獲取的一個(gè)重要渠道。

基于互聯(lián)網(wǎng)的災(zāi)情獲取方法國(guó)內(nèi)外已有相關(guān)研究。美國(guó)USGS基于網(wǎng)絡(luò)的社區(qū)烈度調(diào)查系統(tǒng)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，依據(jù)修訂的麥?zhǔn)狭叶缺聿煌叶鹊呐袆e指標(biāo)，以電子問(wèn)卷的形式調(diào)查地震有感范圍區(qū)網(wǎng)民對(duì)地震的感知情況，最后通過(guò)匯總和統(tǒng)計(jì)，給出以郵政編碼為統(tǒng)計(jì)單元的社區(qū)烈度結(jié)果（李巖峰等，2009）。國(guó)內(nèi)基于網(wǎng)絡(luò)的山東地震災(zāi)情收集分析處理系統(tǒng)，借助網(wǎng)絡(luò)資源，把人們對(duì)地震的感覺(jué)、看到建筑物震害程度、以及地表破壞和生命線破壞現(xiàn)象迅速地收集、處理和分析，快速驗(yàn)證和修正地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)（帥向華等，2009a；2009b）基于地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)給出的地震影響和災(zāi)情評(píng)估結(jié)果（董翔等，2007）。目前已有的互聯(lián)網(wǎng)災(zāi)情獲取是通過(guò)網(wǎng)民上報(bào)的方式進(jìn)行的，信息源得不到保證。本文研究主動(dòng)地去獲取互聯(lián)網(wǎng)上海量的地震災(zāi)情信息，建立網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息智能處理模型，將互聯(lián)網(wǎng)上非結(jié)構(gòu)化的災(zāi)情信息轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)化的災(zāi)情信息，并研究地震烈度的判定方法，建立網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息與地震烈度之間的關(guān)系，破壞性地震發(fā)生之后，可以快速、實(shí)時(shí)地為地震應(yīng)急工作提供地震災(zāi)情信息和地震烈度信息。

1 網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息研究

1.1 網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息

地震災(zāi)害發(fā)生后，首先需掌握災(zāi)害的詳細(xì)情況，如地震的基本情況、人員傷亡、生命線工程破壞情況、發(fā)生次生災(zāi)害的情況及災(zāi)害的分布情況等，為地震應(yīng)急提供依據(jù)。震后來(lái)自災(zāi)區(qū)的災(zāi)情信息種類繁多，綜合地震應(yīng)急工作的實(shí)際需要，本文獲取的網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息主要有九類（表1）。

表1 網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息類別Table 1 Types of internet earthquake hazard information

1.2 地震災(zāi)情信息互聯(lián)網(wǎng)抓取

本文從地震災(zāi)情信息的互聯(lián)網(wǎng)抓取關(guān)鍵詞定義、互聯(lián)網(wǎng)來(lái)源、互聯(lián)網(wǎng)獲取的時(shí)間三個(gè)方面，對(duì)地震災(zāi)情信息互聯(lián)網(wǎng)抓取進(jìn)行研究。首先，地震災(zāi)情信息獲取的準(zhǔn)確性與關(guān)鍵詞定義是否恰當(dāng)直接相關(guān)，關(guān)鍵詞定義越詳細(xì)，抓取的災(zāi)情信息越精確。依據(jù)各類災(zāi)情信息的定義以及在互聯(lián)網(wǎng)上的描述信息，本文定義的互聯(lián)網(wǎng)抓取關(guān)鍵詞包括兩部分內(nèi)容：一部分是地震要素，這類關(guān)鍵詞隨著地震的不同而變化；另一部分是地震災(zāi)情信息的描述關(guān)鍵詞，這類關(guān)鍵詞是通用的，適應(yīng)于每個(gè)地震（表2）。

表2 地震災(zāi)情信息互聯(lián)網(wǎng)抓取關(guān)鍵詞Table 2 Key words of acquiring internet earthquake hazard information

續(xù)表

其次，從互聯(lián)網(wǎng)上收集歷史地震災(zāi)情信息，按時(shí)間和來(lái)源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，災(zāi)情信息主要集中在國(guó)內(nèi)官方媒體和門戶網(wǎng)站、行業(yè)地震網(wǎng)、社區(qū)論壇；震情信息、人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失信息主要集中在震后一個(gè)月，有感信息主要集中在震后1天，房屋破壞、交通中斷、通信中斷、斷水?dāng)嚯?、次生?zāi)害，集中在震后10天。依據(jù)《地震災(zāi)情應(yīng)急評(píng)估規(guī)范》（征求意見(jiàn)稿），特別重大地震災(zāi)害不超過(guò)10天，重大地震災(zāi)害不超過(guò)7天，其他地震災(zāi)害不超過(guò)3天。綜上所述，本文定義了災(zāi)情信息的互聯(lián)網(wǎng)來(lái)源（表3）和互聯(lián)網(wǎng)獲取的時(shí)間（表4）。

表3 地震災(zāi)情信息的互聯(lián)網(wǎng)來(lái)源Table 3 Sources of acquiring internet earthquake hazard information

表4 不同震級(jí)區(qū)間的地震互聯(lián)網(wǎng)獲取災(zāi)情信息時(shí)間Table 4 Time periods of acquiring internet earthquake hazard information for different magnitude interval

2 網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息智能處理模型研究

如何把互聯(lián)網(wǎng)上非結(jié)構(gòu)化的災(zāi)情信息轉(zhuǎn)化成便于管理和利用的結(jié)構(gòu)化災(zāi)情信息，是網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息智能處理模型研究的關(guān)鍵問(wèn)題。首先，需要從災(zāi)情信息中提取出地名信息，便于災(zāi)情的追蹤和空間定位；其次，需要對(duì)災(zāi)情信息進(jìn)行分類，便于災(zāi)情的應(yīng)用。本文對(duì)地名提取和災(zāi)情分類進(jìn)行了重點(diǎn)研究，地名提取是通過(guò)確定不同震級(jí)地震地名提取的范圍，建立震中地名庫(kù)，通過(guò)震中地名庫(kù)去匹配互聯(lián)網(wǎng)上獲取的災(zāi)情信息，從而提取出災(zāi)情信息中包含的地名信息；災(zāi)情分類是通過(guò)構(gòu)建地震災(zāi)情信息分類模型詞典來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)災(zāi)情信息進(jìn)行分類。

2.1 地名提取

地名提取是指以全國(guó)地名庫(kù)為基礎(chǔ)，從互聯(lián)網(wǎng)上的災(zāi)情信息中提取出災(zāi)情信息中包含的地名信息，包括地名名稱及其地理坐標(biāo)。全國(guó)地名庫(kù)較大，若進(jìn)行全庫(kù)匹配，效率較低。且每次地震發(fā)生后，破壞范圍有限。所以，只需要獲取破壞范圍內(nèi)的地名信息，建立震中范圍的地名庫(kù)，進(jìn)行災(zāi)情信息的地名提取。

2.1.1 地名提取范圍

地名提取范圍是指破壞性地震發(fā)生后，能完全包含實(shí)際地震烈度為6度及以上區(qū)的地名信息，包括地震烈度取值級(jí)別及各級(jí)烈度區(qū)的空間取值半徑和最低行政區(qū)劃級(jí)別，其中，地震烈度取值級(jí)別是指6度到宏觀震中烈度之間的各級(jí)地震烈度值；空間取值半徑是指各級(jí)烈度區(qū)的地名坐標(biāo)與震中坐標(biāo)的空間距離；最低行政區(qū)劃級(jí)別是指各級(jí)烈度區(qū)地名取值的最低行政區(qū)劃級(jí)別；實(shí)際取值是指取最低級(jí)別以上的行政區(qū)劃級(jí)別。

本文通過(guò)對(duì)歷史震例的統(tǒng)計(jì)分析，確定不同震級(jí)區(qū)間的地震的地名取值范圍。歷史震例的選取原則主要有：剔除沒(méi)有進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的震例或調(diào)查不夠詳細(xì)的震例；剔除在中國(guó)邊境、海域發(fā)生的地震；剔除震群型震例；剔除有較多的地震烈度異常區(qū)的震例；剔除最大地震烈度小于6度的震例；剔除震級(jí)相同或相近的震例中數(shù)據(jù)偏差較大的震例。依據(jù)此原則，從《中國(guó)大陸地震災(zāi)害損失評(píng)估匯編（1990—2010）》（中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司，1996；2001；2010）中，選取符合條件的震例有68個(gè)（表5）。

依據(jù)選取的歷史震例，選擇各震級(jí)區(qū)間地震烈度6度及以上地區(qū)長(zhǎng)半軸最大的震例，來(lái)定義該震級(jí)區(qū)間的地震烈度取值級(jí)別及空間取值半徑，地震烈度取值級(jí)別為6度到該震例最大烈度之間的各級(jí)烈度，空間取值半徑為震例的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度。

對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上歷史地震的災(zāi)情信息分析發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)來(lái)源的最低行政區(qū)劃級(jí)別主要是鎮(zhèn)級(jí)，以村為單位的數(shù)據(jù)極少，綜合目前互聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)的普及程度，本文選取最小的行政區(qū)劃級(jí)別為鎮(zhèn)級(jí)，即本文的行政區(qū)劃級(jí)別只取市、縣、鎮(zhèn)三級(jí)。行政區(qū)劃級(jí)別的定義結(jié)合震級(jí)的大小和烈度大小進(jìn)行綜合考慮，地震烈度為Ⅷ度、Ⅸ度、Ⅹ度、Ⅺ度地區(qū)，最低行政區(qū)劃級(jí)別取到鎮(zhèn)級(jí)；震級(jí)在6級(jí)及以上的地震，地震烈度為Ⅶ度的地區(qū)，最低行政區(qū)劃級(jí)別取市，Ⅵ度地區(qū)最低行政區(qū)劃級(jí)別取縣；震級(jí)在6級(jí)以下5級(jí)及以上的地震，地震烈度為Ⅶ度的地區(qū)，最低行政區(qū)劃級(jí)別取鎮(zhèn)級(jí)，Ⅵ度地區(qū)最低行政區(qū)劃級(jí)別取縣；震級(jí)在5級(jí)以下的地震，地震烈度為Ⅵ度區(qū)的最低行政區(qū)劃級(jí)別取鎮(zhèn)級(jí)（注：表5中鎮(zhèn)指的是鎮(zhèn)級(jí)行政區(qū)劃，包括鄉(xiāng)）。

表5 不同震級(jí)區(qū)間各級(jí)烈度區(qū)的空間取值半徑（單位：km）和最低行政區(qū)劃級(jí)別Table 5 Radius and the lowest administrative level for different magnitude and intensity

續(xù)表

2.1.2 地名提取方法

破壞性地震發(fā)生之后，很快就能得到震級(jí)大小、震中坐標(biāo)。根據(jù)震級(jí)大小確定地名提取范圍，根據(jù)地名提取范圍從全國(guó)地名庫(kù)中進(jìn)行提名提取。以2012年5月28號(hào)灤縣4.8級(jí)地震為例說(shuō)明。震級(jí)為4.8，從表5中查找出震級(jí)區(qū)間在4.0—4.9之間的地名提取范圍為：地震烈度取值范圍為6度，6度區(qū)的空間取值半徑為9km，最低行政區(qū)劃級(jí)別為鎮(zhèn)。

根據(jù)兩點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)計(jì)算兩點(diǎn)距離的公式為：Distance (X1, Y1, X2, Y2)=sqrt ([(Y2–Y1)×PI×R×cos(((X1+X2)/2)×PI/180)/180]2+[(X2–X1)×PI×R/180]2)，其中，PI是地球圓周率；R是地球半徑。

設(shè)震中坐標(biāo)為（X中，Y中），鎮(zhèn)地名庫(kù)的坐標(biāo)為（X鎮(zhèn)，Y鎮(zhèn)），縣地名庫(kù)坐標(biāo)為（X縣，Y縣），市地名坐標(biāo)為（X市，Y市），則該震例的震中地名庫(kù)滿足的條件有，市地名庫(kù)：Distance（X中，Y中，X市，Y市）≤9km；縣地名庫(kù)：Distance（X中，Y中，X縣，Y縣）≤9km；鎮(zhèn)地名庫(kù)：Distance（X中，Y中，X鎮(zhèn)，Y鎮(zhèn)）≤9km。依據(jù)建立的震中地名庫(kù)，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上獲取的災(zāi)情信息進(jìn)行地名的匹配，從中提取出包含的地名信息。

2.2 網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息分類模型字典

收集歷史震例的網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息，依據(jù)各類災(zāi)情信息的定義，提取各類地震災(zāi)情信息的描述性關(guān)鍵詞匯，形成分類模型字典，并以此為依據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息進(jìn)行自動(dòng)分類。

表6 網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息分類模型字典Table 6 Classification and dictionary of internet earthquake hazard information

續(xù)表

3 地震烈度判定方法研究

地震烈度作為地震應(yīng)急工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，快速得到較為準(zhǔn)確的地震烈度信息對(duì)地震應(yīng)急工作很重要。從互聯(lián)網(wǎng)上獲取的非結(jié)構(gòu)化的災(zāi)情信息，經(jīng)過(guò)智能處理轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)化的災(zāi)情信息，其中分類后的九類信息中的有感信息、房屋破壞信息和次生災(zāi)害信息，可以用作地震烈度判定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

汶川地震是發(fā)生在中國(guó)中部的特別重大地震災(zāi)害，互聯(lián)網(wǎng)上歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)非常豐富，本文以汶川地震的網(wǎng)絡(luò)災(zāi)情信息為基礎(chǔ)，進(jìn)行地震烈度判定研究。依據(jù)《中國(guó)地震烈度表（GB/T 17742—2008）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2008）和《地震現(xiàn)場(chǎng)工作，第三部分：調(diào)查規(guī)范（GB/T 18208.3—2011）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2011），提取歷史網(wǎng)絡(luò)災(zāi)情信息中各級(jí)烈度區(qū)關(guān)于烈度的描述性詞匯，建立地震烈度語(yǔ)料庫(kù)，再?gòu)牡卣鹆叶日Z(yǔ)料庫(kù)中提取地震烈度的描述性詞匯，并賦予相應(yīng)的地震烈度權(quán)值。通過(guò)這種方法建立網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息與地震烈度之間的定量關(guān)系來(lái)判斷地震烈度。

3.1 地震烈度語(yǔ)料庫(kù)構(gòu)建

3.1.1 提取汶川地震各級(jí)地震烈度區(qū)的地名

將矢量化的汶川地震現(xiàn)場(chǎng)烈度調(diào)查圖和全國(guó)地名庫(kù)進(jìn)行疊置分析，獲取各級(jí)烈度區(qū)的地名（表7）。地震烈度為Ⅵ度、Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度的地區(qū)，行政區(qū)劃級(jí)別取市和縣；地震烈度為Ⅹ度、Ⅺ度區(qū)，行政區(qū)劃級(jí)別取市。為了擴(kuò)大數(shù)據(jù)源，提取了地震烈度小于Ⅵ度的地區(qū)的部分地名，這些地區(qū)在互聯(lián)網(wǎng)上的災(zāi)情信息較多。

表7 汶川地震各級(jí)烈度區(qū)包含的地名Table 7 Place names within the different Wenchuan earthquake intensity areas

3.1.2 構(gòu)建地震烈度語(yǔ)料庫(kù)

對(duì)汶川地震各級(jí)烈度區(qū)包含的地名的網(wǎng)絡(luò)災(zāi)情信息（有感信息、房屋破壞、次生災(zāi)害）按地震烈度進(jìn)行匯總分析，依據(jù)中國(guó)地震烈度標(biāo)準(zhǔn)和地震現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查規(guī)范，提取每條災(zāi)情信息對(duì)應(yīng)的烈度描述詞匯，構(gòu)建地震烈度語(yǔ)料庫(kù)（表8）。

表8 構(gòu)建的部分地震烈度語(yǔ)料庫(kù)Table 8 Part of terminology for seismic intensity description

3.2 構(gòu)建地震烈度判定字典

對(duì)地震烈度語(yǔ)料庫(kù)中的烈度描述詞匯進(jìn)行匯總分類，依據(jù)中國(guó)地震烈度標(biāo)準(zhǔn)，給每一個(gè)烈度描述詞匯賦一個(gè)地震烈度權(quán)值，烈度權(quán)值為0，表示無(wú)感，其他數(shù)字表示相應(yīng)的烈度值，建立地震烈度判定字典（表9）。地震烈度判定字典主要由五大類組成：人的感覺(jué)、器物反應(yīng)、房屋破壞情況、其他災(zāi)害，其中人的感覺(jué)、器物反應(yīng)、房屋破壞情況、地質(zhì)災(zāi)害的類別選擇主要依據(jù)是中國(guó)地震烈度標(biāo)準(zhǔn)和地震烈度現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表，其他災(zāi)害中的烈度描述詞匯主要來(lái)源地震烈度語(yǔ)料庫(kù)，在構(gòu)建地震烈度語(yǔ)料庫(kù)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在高烈度地區(qū)有一部分詞匯出現(xiàn)頻率很高，可以用來(lái)作為地震烈度判定的依據(jù)之一。

表9 地震烈度判定字典Table 9 Dictionary of seismic intensity description

3.3 地震烈度判定

依據(jù)地震烈度判定詞典，從網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息中提取地震烈度描述詞匯和每個(gè)烈度描述詞匯的烈度權(quán)值，若一條災(zāi)情信息中有多個(gè)烈度描述詞匯，對(duì)烈度描述詞匯對(duì)應(yīng)的烈度權(quán)值進(jìn)行取平均值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果按四舍五入取整處理。同一地區(qū)的烈度判定值若有多個(gè)，取其平均值，結(jié)果按四舍五入取整處理。本文收集了汶川地震震后24小時(shí)的12982條災(zāi)情數(shù)據(jù)，其中，帶有地名信息和烈度描述信息的數(shù)據(jù)有1204條，一共有112個(gè)地名來(lái)源。并依據(jù)地震烈度判定字典，對(duì)震后24小時(shí)的112個(gè)地區(qū)地震烈度進(jìn)行判定，并將判定的地震烈度點(diǎn)和汶川地震現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查烈度圖進(jìn)行了對(duì)比（圖1），從圖1可以看出，各地震烈度判定點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的烈度基本上是一致的。

圖1 汶川地震震后24小時(shí)地震烈度點(diǎn)Fig. 1 Locations of the sites for intensity determination 24 hours after Wenchuan earthquake

4 結(jié)語(yǔ)

近幾年破壞性地震災(zāi)害頻發(fā)，社會(huì)民眾對(duì)地震的切身感受越來(lái)越真切，并且隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展和普及，越來(lái)越多的民眾會(huì)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)去發(fā)布自己了解到的地震信息，各網(wǎng)絡(luò)媒體也會(huì)及時(shí)地進(jìn)行地震相關(guān)的專題報(bào)道。每當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生，互聯(lián)網(wǎng)上很快就有大量的地震信息，這些信息可為地震應(yīng)急救援工作提供信息支持。本文通過(guò)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上歷史地震災(zāi)情信息進(jìn)行研究，建立網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息智能處理模型，將互聯(lián)網(wǎng)上非結(jié)構(gòu)化的、雜亂的災(zāi)情信息轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)化的、有序的災(zāi)情信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息進(jìn)行地震烈度的快速判定，快速判定的地震烈度信息可以與基于經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的等震線圖和美國(guó)USGS的ShakeMap震動(dòng)圖進(jìn)行對(duì)比和修正。

畢竟，互聯(lián)網(wǎng)上信息的匯集是無(wú)序而雜亂的，信息源很多，每個(gè)信息源的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和描述都不統(tǒng)一，災(zāi)情信息智能處理模型很難把互聯(lián)網(wǎng)上所有的災(zāi)情信息考慮進(jìn)去。此外地震烈度的判定帶有很強(qiáng)的主觀性，影響因素很多，互聯(lián)網(wǎng)上關(guān)于地震烈度的描述性語(yǔ)言非常不標(biāo)準(zhǔn)，本文研究的基于網(wǎng)絡(luò)地震災(zāi)情信息判斷地震烈度的方法，忽略了很多的影響因素。本文的研究更多的是進(jìn)行一些探索性的工作，為下一步進(jìn)行深入的研究打下基礎(chǔ)。

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