基于天地圖平臺(tái)的地震應(yīng)急評(píng)估決策系統(tǒng)優(yōu)劣勢(shì)淺析

程紫燕，鄭樹平，牛艷杰

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，山西 太原 030025)

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，在信息化大數(shù)據(jù)時(shí)代，地震行業(yè)在電子地圖的應(yīng)用中存在諸多問題，如地圖使用標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一規(guī)范、地圖要素不能及時(shí)更新、地圖應(yīng)用的涉密限制等問題，從不同程度上限制了業(yè)務(wù)的開展、信息的交流和面向社會(huì)公眾的服務(wù)[1]。

“天地圖”是國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的公眾版?；谔斓貓D平臺(tái)的地震應(yīng)急評(píng)估決策系統(tǒng)解決了地震應(yīng)急評(píng)估領(lǐng)域地圖應(yīng)用的涉密限制、地圖要素不能及時(shí)更新等問題，擴(kuò)展了地震應(yīng)急服務(wù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)地震應(yīng)急信息化、現(xiàn)代化，使其成為地震應(yīng)急信息系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)和開展地震信息服務(wù)的必要支撐，更好地滿足國(guó)家信息化建設(shè)的需要，為政府、社會(huì)和公眾提供全方位地震科技服務(wù)。

1 三種系統(tǒng)概述

山西省地震局應(yīng)急中心現(xiàn)有三套地震災(zāi)害損失計(jì)算系統(tǒng)，分別是基于天地圖平臺(tái)的地震應(yīng)急評(píng)估決策系統(tǒng)、基于“十五”項(xiàng)目建設(shè)的地震應(yīng)急評(píng)估決策系統(tǒng)和基于公里格網(wǎng)的地震應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)。

十五系統(tǒng)是在“十五”項(xiàng)目建設(shè)期間建設(shè)完成的地震應(yīng)急快速響應(yīng)系統(tǒng)，包括災(zāi)情預(yù)評(píng)估、輔助決策等模塊，該系統(tǒng)主要是基于行政區(qū)劃數(shù)據(jù)對(duì)震后人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失等進(jìn)行災(zāi)害評(píng)估。

公里格網(wǎng)系統(tǒng)是以公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將人口、經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)細(xì)化到1 km×1 km的格網(wǎng)內(nèi)，較十五系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)精度，計(jì)算結(jié)果也更加準(zhǔn)確。

天地圖平臺(tái)系統(tǒng)的震害評(píng)估模型與公里格網(wǎng)評(píng)估系統(tǒng)相同，但將人口、經(jīng)濟(jì)、建筑物等數(shù)據(jù)細(xì)化到各個(gè)居民點(diǎn)上，較公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)精度進(jìn)一步提升，同時(shí)將評(píng)估相關(guān)數(shù)據(jù)遷移到了以天地圖數(shù)據(jù)為底圖的數(shù)據(jù)平臺(tái)上，解決了地圖應(yīng)用的涉密限制、底圖要素不能及時(shí)更新等問題，可更好地對(duì)外進(jìn)行技術(shù)服務(wù)。

2 天地圖系統(tǒng)對(duì)比研究方法

在山西省11個(gè)地市選取11個(gè)地點(diǎn)，模擬六個(gè)檔次震級(jí)的設(shè)定地震，使用十五系統(tǒng)、公里格網(wǎng)系統(tǒng)和天地圖平臺(tái)系統(tǒng)分別計(jì)算，統(tǒng)計(jì)計(jì)算速度，統(tǒng)計(jì)人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、救援力量及震區(qū)影響人數(shù)等計(jì)算結(jié)果，對(duì)比分析三種系統(tǒng)之間的差異。

3 天地圖與十五系統(tǒng)對(duì)比

十五系統(tǒng)與天地圖系統(tǒng)在調(diào)用數(shù)據(jù)、模型選取和投影方式方面有很大不同，在計(jì)算結(jié)果方面也有一些差異，但無(wú)數(shù)量級(jí)的差別，仍可作為參考對(duì)照。

(1) 地震影響的面積。投影方式不同造成天地圖系統(tǒng)與十五系統(tǒng)影響場(chǎng)面積有所差別。同一震級(jí)情況下，十五系統(tǒng)投影面積是按照弧面投影計(jì)算所得，計(jì)算面積略有差別；天地圖系統(tǒng)在投影后進(jìn)行校正，同一震級(jí)面積相同。對(duì)比詳情如第41頁(yè)圖1所示。

(2) 地震死亡人數(shù)。十五系統(tǒng)調(diào)用人口數(shù)據(jù)是將人口平均分配在行政區(qū)內(nèi)，天地圖系統(tǒng)的人口數(shù)據(jù)是基于居民地的人口數(shù)據(jù)。在影響場(chǎng)內(nèi)所得死亡人數(shù)，天地圖系統(tǒng)相對(duì)十五系統(tǒng)更準(zhǔn)確。對(duì)比詳情如圖2所示。

圖1 5級(jí)地震影響場(chǎng)面積對(duì)比圖Fig.1 Comparison diagram of affected field area of an M=5 earthquake

圖2 6級(jí)地震死亡人數(shù)對(duì)比圖Fig.2 Comparison diagram of the death toll in an M=6 earthquake

(3) 所需救援人數(shù)。兩套系統(tǒng)選取計(jì)算模型不同，得出人數(shù)有所差異。十五系統(tǒng)采用基于人員傷亡的救援隊(duì)伍人數(shù)計(jì)算模型，天地圖為基于各烈度區(qū)影響人口數(shù)的計(jì)算模型。故每組計(jì)算結(jié)果中，十五系統(tǒng)都略低于天地圖系統(tǒng)。對(duì)比詳情如圖3所示。

圖3 5.5級(jí)地震所需救援人數(shù)對(duì)比圖Fig.3 Comparison diagram of the number of people needing rescue after M=5.5 earthquake

4 天地圖與公里格網(wǎng)對(duì)比

(1) 地震影響場(chǎng)。公里格網(wǎng)系統(tǒng)和天地圖系統(tǒng)地震影響場(chǎng)計(jì)算結(jié)果一致(見圖4 、圖5)。

圖4 5級(jí)地震影響場(chǎng)面積對(duì)比圖Fig.4 Comparison diagram of affected field area ofan M=5 earthquake

圖5 7級(jí)地震影響場(chǎng)面積對(duì)比圖Fig.5 Comparison diagram of affected field area of an M=7 earthquake

(2) 地震死亡人數(shù)。天地圖系統(tǒng)與公里格網(wǎng)系統(tǒng)選取模型一致，調(diào)用的數(shù)據(jù)有所不同。天地圖系統(tǒng)調(diào)用的人口數(shù)據(jù)是基于居民地的人口分布數(shù)據(jù)，公里格網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)用的數(shù)據(jù)是基于公里格網(wǎng)的人口分布數(shù)據(jù)，故計(jì)算結(jié)果略有不同。所得死亡人數(shù)和受傷人數(shù)計(jì)算結(jié)果相差不大。對(duì)比詳情如圖6、圖7所示。

圖6 6級(jí)地震死亡人數(shù)對(duì)比圖Fig.6 Comparison diagram of the death toll in the M=6 earthquake

圖7 6.5級(jí)地震受傷人數(shù)對(duì)比圖Fig.7 Comparison diagram of the number of injured in the M=6.5 earthquake

(3) 所需救援人數(shù)。天地圖系統(tǒng)與公里格網(wǎng)系統(tǒng)選用所需救援人數(shù)模型相同，計(jì)算所需的救援人數(shù)相差不大(見圖8)。

圖8 5.5級(jí)地震救援人數(shù)對(duì)比圖Fig.8 Comparison diagram of the number of rescuers from the M=5.5 earthquake

5 計(jì)算時(shí)間對(duì)比

在不考慮人為因素和服務(wù)器性能的前提下，天地圖系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間方面優(yōu)于其他系統(tǒng)。

如圖9所示，在天地圖系統(tǒng)完成所有評(píng)估和輔助決策意見可產(chǎn)出10張專題圖；公里格網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)出6張。十五系統(tǒng)完成所有評(píng)估和輔助決策意見的要求下，在計(jì)算5級(jí)地震時(shí)，平均需要10 min，公里格網(wǎng)系統(tǒng)平均需要8 min，天地圖系統(tǒng)平均需要1 min；在計(jì)算7級(jí)地震時(shí)，十五系統(tǒng)需要40 min左右，公里格網(wǎng)系統(tǒng)需要13 min左右，天地圖系統(tǒng)需要7 min。

造成如上差異的原因包括系統(tǒng)架構(gòu)不同，調(diào)用數(shù)據(jù)種類、數(shù)量不同。十五系統(tǒng)是每次計(jì)算地震需重新調(diào)用數(shù)據(jù)再進(jìn)行計(jì)算；天地圖及公里格網(wǎng)是提前計(jì)算各烈度損失值，再按照影響場(chǎng)進(jìn)行匯總計(jì)算。對(duì)比詳情如圖9所示。

圖9 三套系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間對(duì)比圖Fig.9 Comparison diagram of calculation time of the three systems

6 天地圖優(yōu)劣勢(shì)分析

經(jīng)過對(duì)比分析，在計(jì)算結(jié)果方面，天地圖系統(tǒng)和公里格網(wǎng)系統(tǒng)相差不大，與十五系統(tǒng)的差別主要是由影

響場(chǎng)投影方式、模型公式等原因造成。十五系統(tǒng)的人數(shù)計(jì)算方式是將行政區(qū)域的人口平均分配到所涉及面積當(dāng)中，計(jì)算結(jié)果有部分偏差；公里格網(wǎng)是將人口格網(wǎng)化；天地圖平臺(tái)是選用居民地的數(shù)據(jù)。所以在計(jì)算結(jié)果上略有差別。

計(jì)算可靠的前提下，天地圖系統(tǒng)在計(jì)算時(shí)間上大大優(yōu)于十五系統(tǒng)；在出具相同專題圖時(shí)，也優(yōu)于公里格網(wǎng)系統(tǒng)，能有效節(jié)約計(jì)算時(shí)間，成為更快地提供震后輔助決策意見的有效平臺(tái)。

另外，天地圖系統(tǒng)所用的是國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的公眾版底圖，解決了地圖涉密問題，可以有效地面對(duì)公眾，支撐地震應(yīng)急工作。但天地圖系統(tǒng)也存在數(shù)據(jù)更新自主掌控程度小，更新周期局限于天地圖平臺(tái)數(shù)據(jù)的更新速度，更新數(shù)據(jù)工作量較大。

7 結(jié)語(yǔ)

天地圖數(shù)據(jù)平臺(tái)作為底圖平臺(tái)和地圖數(shù)據(jù)資源，解決了震后地震災(zāi)害快速評(píng)估中應(yīng)急產(chǎn)品的地圖應(yīng)用涉密限制、評(píng)估系統(tǒng)地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新和地圖使用標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一規(guī)范問題，能提供更好的應(yīng)急產(chǎn)品，為各級(jí)政府及社會(huì)公眾提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)[2-3]。