基于城市建（構(gòu)）筑物抗震性能普查數(shù)據(jù)的挖掘及應用拓展

何萍

基于城市建（構(gòu)）筑物抗震性能普查數(shù)據(jù)的挖掘及應用拓展

何萍

項目研發(fā)背景

開展建（構(gòu)）筑物和重要生命線工程抗震性能普查，并有針對性地對其進行科學的抗震性能鑒定及抗震加固，是有效減輕地震災害的一種重要手段。廣東省位于東南沿海地震帶較活躍地段，是華南地區(qū)地震相對多發(fā)，災害最為嚴重的省份。近百年來，廣東及其附近海域發(fā)生過11次6級以上地震（含2次7級以上地震），死數(shù)千人，傷數(shù)千人，倒塌房屋數(shù)萬間。閩粵贛交界地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)和粵桂瓊交界地區(qū)被列為全國地震重點監(jiān)視防御區(qū)。經(jīng)多年的研究分析表明：廣東省及其附近海域每隔100～300年會發(fā)生一次7級左右地震、10～15年會發(fā)生一次6級左右地震、5～7年會發(fā)生一次5級左右地震。鑒于上述省情、震情，廣東省“十一五”期間，省財政投入大量資金，在2009—2012年期間由廣東省地震局組織對省內(nèi)地震重點監(jiān)視防御區(qū)的13個地級市（廣州、深圳、東莞、中山、江門、汕頭、潮州、茂名、湛江、佛山、陽江、珠海、揭陽）部分城區(qū)開展了建（構(gòu)）筑物抗震性能普查。在項目組成員及各市地震部門的共同努力下，用了近4年時間，完成了約57.3萬棟建筑物，總建筑面積達12.6億平方米的普查工作，建立了近200G容量的數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)可以較好地反映已普查地區(qū)建（構(gòu)）筑物的抗震性能情況。

何萍，高級工程師，廣東省地震應急與信息中心應急技術保障室主任。2005年獲中國地震局地質(zhì)研究所碩士學位，現(xiàn)主要從事地震災害與應急領域的研究工作。先后全面參與廣東省地震局“九五”“十五”項目建設，是廣東省地震社會服務工程應急救援分項技術負責人，也是廣東省破壞性地震應急技術研究中心技術負責人，曾參加汶川地震、玉樹地震震后應急工作，多次參加破壞性地震的科學考察工作。近年來，主持和承擔了10余項科研項目，其中2項為國家科技支撐計劃子專題，2項為廣東省科技廳高新技術項目，2項為中國地震科技星火計劃項目；近年來發(fā)表學術論文6篇，其中1篇被EI收錄；2015年獲中國地震局防震減災優(yōu)秀成果三等獎。

項目研究目標

為了使這些海量的建（構(gòu)）筑物抗震性能普查數(shù)據(jù)能夠更好地發(fā)揮作用，最大限度地得到有效挖掘、應用，結(jié)合中國地震局地震科技星火計劃青年項目，項目組成員開展了針對普查數(shù)據(jù)的拓展、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)更新、完善方面的研究。具體的研究目標有兩個：①自主研發(fā)有利于數(shù)據(jù)呈現(xiàn)與檢索的軟件平臺，建立可交互的數(shù)據(jù)可視化信息展示方式，為政府部門、科研機構(gòu)及社會公眾提供較為便捷、全面的信息查詢及應用服務；②利用現(xiàn)有的普查數(shù)據(jù)，研究地震應急基礎數(shù)據(jù)庫中不同經(jīng)濟發(fā)展水平地區(qū)的建筑物數(shù)據(jù)更新算法，結(jié)合利用已有的震害預測成果，對現(xiàn)有建筑物的易損性模型進行修正，達到完善災害快速評估系統(tǒng)功能的目的，為地震應急指揮和救援服務。

項目實施成果

1.自主研發(fā)基于城市建（構(gòu)）筑物抗震性能普查數(shù)據(jù)的服務展示系統(tǒng)

本項目是在充分挖掘廣東省內(nèi)13個地市建筑物普查數(shù)據(jù)基礎上，研發(fā)了“建（構(gòu)）筑物抗震性能普查數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”軟件系統(tǒng)。軟件分為三個版本，一是在省地震局層面上應用的C/S版，可以查詢?nèi)∫炎鲞^普查的13個城市的數(shù)據(jù)，并可以對這些數(shù)據(jù)進行分析。二是在已普查地市中應用的CS版，可以查詢本市的普查數(shù)據(jù)，并可以進行分析，軟件易裝易用，方便維護。三是針對公眾的BS網(wǎng)絡版，可以查詢?nèi)?3個市的數(shù)據(jù)，只展示部分數(shù)據(jù)分析成果，限于資料保密的原因，只能在地震行業(yè)內(nèi)網(wǎng)查詢，但在廣東省地震科普館也設置了公眾查詢區(qū)域?？拐鹦阅芷詹榻Y(jié)果展示軟件系統(tǒng)的建立使對城市建（構(gòu)）筑物抗震性能普查的數(shù)據(jù)管理更為規(guī)范、科學、安全、可靠，對普查數(shù)據(jù)的分析更為簡單、直觀，可以進行分析比較，以圖表的形式綜合展示，如各類房屋構(gòu)成比、年代分布、抗震性能等級類比等，便于一般用戶對數(shù)據(jù)的深入認知及分析。城市建（構(gòu)）筑物抗震性能普查數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的研發(fā)，為以后建（構(gòu)）筑物抗震性能詳查、抗震性能鑒定及加固提供基礎資料。

面向?qū)I(yè)用戶的C/S版系統(tǒng)程序均采用C#語言編寫，但是依據(jù)應用單位不同對應的運行環(huán)境稍有不同。省地震局層面應用的系統(tǒng)軟件的硬件支撐環(huán)境包括：數(shù)據(jù)庫服務器、文件服務器和數(shù)據(jù)處理工作站。選用Oracle10.0g系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)庫管理平臺，確保了海量數(shù)據(jù)的存儲及讀取的可靠性。市地震局層面應用的軟件系統(tǒng)，優(yōu)先考慮軟件易裝易用，數(shù)據(jù)的方便維護，因此只采用Access數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)的軟硬件運行環(huán)境要求相對寬松，現(xiàn)行辦公電腦都可以滿足。

C/S版的軟件系統(tǒng)具有以下五大功能：數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢、地震專題圖件查詢、建（構(gòu)）筑物數(shù)據(jù)分析以及用戶管理。

圖1　C/S版系統(tǒng)功能模塊示意圖

①數(shù)據(jù)管理，包括數(shù)據(jù)表導出、數(shù)據(jù)表導入、退出系統(tǒng)等。

②數(shù)據(jù)查詢，包括自定義查詢等。對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行自定義查詢，查詢結(jié)果可以輸出為報表或者是Excel格式的文件。

③地震背景專題圖查詢，包括廣東省地震構(gòu)造圖、活動斷裂分布圖、地質(zhì)構(gòu)造圖、地震構(gòu)造帶劃分圖等等。

圖2　C/S版系統(tǒng)可以檢索任意建筑的普查情況，并生成相應的報表

圖3　C/S版系統(tǒng)按地區(qū)對建（構(gòu)）筑物數(shù)據(jù)進行分析、比較

④建（構(gòu)）筑物數(shù)據(jù)分析，包括單一地區(qū)數(shù)據(jù)分析、多個地區(qū)數(shù)據(jù)比較、同一地區(qū)數(shù)據(jù)比較分析。在數(shù)據(jù)分析模塊中，數(shù)據(jù)的分析是以行政區(qū)劃為單元進行的，最大的行政單元是全省，最小的行政單元是街道或鄉(xiāng)鎮(zhèn)。分析結(jié)果以餅狀圖或柱狀圖的形式給出。

圖4　已嵌入廣東省地震安全創(chuàng)新服務平臺的BS查詢系統(tǒng)

⑤用戶管理，考慮系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性，對用戶采用三級安全管理模式，即系統(tǒng)管理員、注冊用戶和普通用戶。系統(tǒng)管理員可以自由設置用戶及其權限。

BS網(wǎng)頁查詢版系統(tǒng)主要面對公眾及一般用戶，因此系統(tǒng)功能展示簡化，采用Flash技術，強調(diào)操作的易用性，互動性強，展示畫面簡潔明了。查詢主要以行政區(qū)劃界面方式進行，實現(xiàn)所按即所得?？梢园词?、縣區(qū)以及街道/鄉(xiāng)鎮(zhèn)的行政單元進行數(shù)據(jù)的查詢。查詢的內(nèi)容包括普查建筑物的層數(shù)、建筑年代、結(jié)構(gòu)類型、設防標準，當查詢到街道/鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政單元時還可以顯示單體重點建（構(gòu)）筑物在地圖上的具體位置、普查信息及建筑物的照片。目前該系統(tǒng)已并入廣東省地震安全創(chuàng)新服務平臺，地震行業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡可以隨時訪問。

圖5　BS查詢系統(tǒng)以行政區(qū)為單位進行數(shù)據(jù)查詢

圖6　重點建筑物的主要信息及照片可以在天地圖上檢索、查看

2.對普查數(shù)據(jù)的分析、應用以及挖掘研究

對普查數(shù)據(jù)本身的挖掘和利用研究,主要包括兩方面的工作：①利用現(xiàn)有普查數(shù)據(jù)，研究不同經(jīng)濟發(fā)展水平地區(qū)的房屋數(shù)據(jù)更新算法，進而可以對地震應急基礎數(shù)據(jù)庫中房屋數(shù)據(jù)進行有效更新；②利用普查數(shù)據(jù)及已有的震害預測成果對現(xiàn)有建筑物的易損性模型進行修正，達到完善地震災害快速評估系統(tǒng)功能的目的，提高數(shù)據(jù)的可用性，為地震應急指揮和救援服務。

項目產(chǎn)生的社會效益

（1）通過對普查數(shù)據(jù)的挖掘、應用，完成軟件系統(tǒng)的研發(fā)，實現(xiàn)了科研項目產(chǎn)品化和服務化。

在項目實施過程中，緊跟廣東省地震局“拓展公共服務”和“公共服務產(chǎn)品化”的工作思路，及時將普查數(shù)據(jù)成果服務化，根據(jù)不同的用戶需求研發(fā)不同的軟件產(chǎn)品，B/S版系統(tǒng)現(xiàn)已嵌入廣東省地震公眾服務平臺，數(shù)據(jù)不僅可以供地震系統(tǒng)內(nèi)部人員分析和研究，同時在廣東省地震科普館和部分市級地震科普館服務于社會公眾。此外中山、陽江、東莞等市的建（構(gòu)）筑物抗震性能普查數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為編制該市抗震防災規(guī)劃和危險房屋抗震加固改造規(guī)劃提供了堅實可靠的數(shù)據(jù)基礎。

（2）建筑物抗震性能普查成果對廣東省防震減災工作發(fā)揮了積極作用，該項工作已被寫入了廣東省防災減災新條例。

利用該項目研發(fā)的展示系統(tǒng)生成的大量圖文文件及數(shù)據(jù)報告，廣東省地震局向省政府報送了專題報告，在普查城市建（構(gòu)）筑物的設防情況，結(jié)合國務院18號文的工作目標，提出了“推動城市防震減災工作與全省經(jīng)濟社會建設同步發(fā)展、發(fā)揮普查成果在編制城市建設規(guī)劃中的基礎性作用、控制增量消化存量和進一步完善各級政府地震應急預案”等四點建議。普查工作的開展過程，同時也是防震減災工作的宣傳過程，由于此次普查覆蓋區(qū)域廣、涉及部門多、社會影響面大，加之我們及時對這項工作進行了總結(jié)、深化，因此，順利地把抗震性能普查提升為法律要求。2012年12月29日，廣東省頒布了新修訂的《廣東省防震減災條例》，新條例第二十八條第一款明確規(guī)定：“縣級以上人民政府應當有計劃地組織對轄區(qū)內(nèi)已建成的建設工程進行抗震性能普查”。

圖7　2014年廣東省地震科普館開放日前來關注該服務產(chǎn)品的記者及公眾

項目實施心得

在開展地震重點監(jiān)視防御區(qū)的13個地級市的建（構(gòu)）筑物抗震性能普查的工作過程中，項目組預見到普查數(shù)據(jù)挖掘應用的研究價值，成功申請了中國地震局地震科技星火項目課題，較好地完成了項目的建設，并取得了較好的社會效益。這種與實際工作相結(jié)合的研究模式，可以讓項目的實施更為順利，項目的需求更為明確，有效解決實際工作中的相關問題。此外，年輕的項目組成員，非計算機專業(yè)出身，但是大家憑著一股子鉆研精神，自學編程技術，通過本項目的實施鍛煉，使得項目組成員自身的軟件研發(fā)能力得到了較大的提高，團隊合作能力得到加強，并對以后的大數(shù)據(jù)分析、挖掘、應用奠定了基礎。