大壩強(qiáng)震應(yīng)急決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：

為提高水庫(kù)大壩應(yīng)對(duì)強(qiáng)震事件的應(yīng)急反應(yīng)能力，減少應(yīng)急決策的隨意性和盲目性，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)一套大壩強(qiáng)震應(yīng)急決策支持系統(tǒng)。對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的功能需求分析，完成系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的主要功能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系、數(shù)據(jù)庫(kù)和功能流程等進(jìn)行深入研究。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心包括數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、方法庫(kù)和知識(shí)庫(kù)，采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）架構(gòu)與客戶端/服務(wù)器（C/S）架構(gòu)相結(jié)合的模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了綜合信息管理、強(qiáng)震動(dòng)分析預(yù)警、決策支持和應(yīng)急管理等主要功能。綜合信息管理子系統(tǒng)整合了大量有關(guān)大壩和地震的信息，為決策提供了豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);強(qiáng)震動(dòng)分析預(yù)警子系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)強(qiáng)震信號(hào)，對(duì)大壩震后可能的危險(xiǎn)情況進(jìn)行預(yù)警;決策支持子系統(tǒng)根據(jù)預(yù)警信息和綜合信息，為應(yīng)急決策提供科學(xué)的決策依據(jù);應(yīng)急管理子系統(tǒng)可以根據(jù)決策結(jié)果，制定并執(zhí)行應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃。此外，界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔直觀，易于操作，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的實(shí)用性和用戶的使用體驗(yàn)。研究成果可以為大壩強(qiáng)震安全構(gòu)筑工程安全防護(hù)措施外的一道技術(shù)防線，有助于降低因大壩強(qiáng)震事件帶來(lái)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)水庫(kù)大壩及下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：

大壩強(qiáng)震; 應(yīng)急決策; 決策支持系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)： P319.56 """""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ""文章編號(hào)： 1000-0844（2024）05-1234-09

DOI：10.20000/j.1000-0844.20230511002

Design and implementation of an emergency decision support

system for strong earthquakes affecting dams

MEI Wenjian， GUO Yonggang

（College of Water Conservancy and Civil Engineering， Xizang Agricultural and Animal Husbandry University， Linzhi 860000， Xizang， China）

Abstract：

To enhance the emergency response capability of reservoir dams during strong seismic events and reduce randomness and uncertainty in emergency decision-making， an emergency decision support system for dam earthquake response was designed and developed. The system underwent a thorough functional requirements analysis， which informed the design of its overall framework. In-depth studies were conducted on its key functions， structural system， database， and functional processes. The core structure of the system includes a database， model library， methods library， and knowledge base. The system was developed using a hybrid of browser/server （B/S） and client/server （C/S） architectures， facilitating comprehensive information management， seismic analysis and early warning， decision support， and emergency management. The information management subsystem integrates extensive data on dams and earthquakes， providing a solid foundation for decision-making. The seismic analysis subsystem monitors seismic signals in real time， offering early warnings for potential post-earthquake hazards to the dam. The decision support subsystem utilizes warning alerts and comprehensive information to provide a scientific basis for emergency decisions， while the emergency management subsystem devises and implements response plans based on these decisions. Moreover， with its user-friendly interface， the system significantly enhances practicality and user experience. This research contributes to a technical defense system that extends beyond structural safety measures for dam seismic safety， helping to reduce disaster risks from seismic events and protect the lives and properties of people downstream of reservoir dams.

Keywords：

strong earthquakes affecting dams; emergency decision-making; decision support system

0 引言

大壩一旦遭遇強(qiáng)震沖擊，可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞、壩體滑移等問(wèn)題，進(jìn)而威脅水庫(kù)安全，甚至可能引發(fā)潰壩、洪水等次生災(zāi)害［1］。這樣的情況可能會(huì)對(duì)災(zāi)區(qū)造成更大的損失和人員傷亡。由于大壩強(qiáng)震事件難以預(yù)測(cè)且影響巨大，應(yīng)對(duì)時(shí)往往依據(jù)事先制定的文本預(yù)案［2］，這可能導(dǎo)致應(yīng)對(duì)措施的不完備和滯后，從而影響應(yīng)對(duì)效果。隨著越來(lái)越多的大壩建設(shè)和投入使用，面臨的強(qiáng)震威脅日益增加，強(qiáng)震問(wèn)題已然成為大壩安全的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。為了提高地震應(yīng)急響應(yīng)的技術(shù)水平和管理能力，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼開(kāi)發(fā)了城市地震災(zāi)害預(yù)測(cè)與輔助決策支持系統(tǒng)［3］、地震應(yīng)急輔助決策支持系統(tǒng)［4］、畢節(jié)市震后應(yīng)急決策支持系統(tǒng)［5］、地震災(zāi)害管理的空間決策支持系統(tǒng)［6］、地震預(yù)警服務(wù)決策支持系統(tǒng)［7］和港口城市地震預(yù)警決策支持系統(tǒng)［8］等多種決策支持系統(tǒng)。這些系統(tǒng)主要側(cè)重于城市和社區(qū)級(jí)別的地震應(yīng)急響應(yīng)，包括提供震害預(yù)測(cè)、損失評(píng)估、提供應(yīng)急決策支持，以及規(guī)劃和協(xié)調(diào)救援資源等功能。這些系統(tǒng)能夠在地震后迅速對(duì)城市地震災(zāi)情的規(guī)模、影響范圍、災(zāi)損等情況進(jìn)行評(píng)估，并據(jù)此提出一系列科學(xué)的救災(zāi)和調(diào)度方案，協(xié)助指揮人員實(shí)施各種地震救災(zāi)行為。然而，值得注意的是，水利工程地震災(zāi)害與城市地震災(zāi)害在應(yīng)對(duì)策略上存在顯著差異。與城市地震災(zāi)害相比，水利工程地震災(zāi)害有以下兩個(gè)特點(diǎn)：首先，它的影響范圍大、成災(zāi)嚴(yán)重，災(zāi)害的嚴(yán)重程度使得修復(fù)和控制工作變得困難，例如，一旦發(fā)生對(duì)水利工程有破壞性影響的強(qiáng)震，水庫(kù)下游地區(qū)就會(huì)直接受到洪水的威脅；其次，可能出現(xiàn)隱蔽性的滯后災(zāi)害，比如大壩破壞后可能會(huì)有一段時(shí)間的延遲才會(huì)潰壩發(fā)生洪水，這給災(zāi)害應(yīng)對(duì)帶來(lái)了額外的挑戰(zhàn)［1］。

盡管這些系統(tǒng)的主要目標(biāo)都是為了更好地應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害，但大壩的強(qiáng)震應(yīng)急決策支持系統(tǒng)更專(zhuān)注于地震對(duì)大壩本身的影響，以及可能引發(fā)的次生災(zāi)害。在方法上，大壩的強(qiáng)震應(yīng)急決策支持系統(tǒng)需要依賴(lài)更多特定的設(shè)備和技術(shù)，例如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地震活動(dòng)和大壩結(jié)構(gòu)響應(yīng)的強(qiáng)震監(jiān)測(cè)儀器，用于監(jiān)測(cè)大壩結(jié)構(gòu)安全狀況的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)設(shè)備，以及用于模擬大壩在地震下響應(yīng)的計(jì)算機(jī)仿真模型等。因此，相比于城市地震災(zāi)害應(yīng)對(duì)策略，需要為水利工程地震災(zāi)害設(shè)計(jì)一套更具針對(duì)性的決策支持系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)需要考慮到水利工程的特殊性，包括可能的次生災(zāi)害和隱蔽性的滯后災(zāi)害，以及由于災(zāi)害發(fā)生的突然性和不可預(yù)知性帶來(lái)的挑戰(zhàn)。只有這樣，才能有效應(yīng)對(duì)水利工程的地震災(zāi)害，盡可能降低災(zāi)害帶來(lái)的損失。

本文通過(guò)對(duì)大壩強(qiáng)震安全的研究，提出一個(gè)新的大壩強(qiáng)震應(yīng)急決策系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)其系統(tǒng)功能、框架結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)及功能流程。該系統(tǒng)主要用于指導(dǎo)大壩的運(yùn)營(yíng)決策，特別是在面臨強(qiáng)震沖擊時(shí)，它在預(yù)防、響應(yīng)到恢復(fù)這一災(zāi)害應(yīng)對(duì)全過(guò)程中都能發(fā)揮重要作用，幫助決策人員做出科學(xué)、合理的決策。此研究的創(chuàng)新之處在于，將應(yīng)急決策支持系統(tǒng)應(yīng)用于大壩強(qiáng)震場(chǎng)景，提供了一種全新的應(yīng)對(duì)大壩強(qiáng)震的應(yīng)急決策方法，對(duì)大壩安全保障有重要的理論和實(shí)踐意義。通過(guò)建立大壩強(qiáng)震應(yīng)急決策支持系統(tǒng)，為構(gòu)建大壩強(qiáng)震處理體系、生成大壩震后應(yīng)急決策支持提供了技術(shù)支撐。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

首先，系統(tǒng)設(shè)計(jì)以保障大壩安全需求為導(dǎo)向，旨在大壩發(fā)生強(qiáng)震等緊急情況時(shí)能夠作出快速反應(yīng)和分析，為相關(guān)部門(mén)和人員提供及時(shí)的預(yù)警決策支持，以保障大壩的安全穩(wěn)定運(yùn)行。其次，在應(yīng)急決策中，實(shí)際情況可能隨時(shí)發(fā)生變化，因此系統(tǒng)必須具有靈活性和適應(yīng)性，能夠結(jié)合不同地震類(lèi)型、大壩結(jié)構(gòu)特征、地質(zhì)特征和環(huán)境因素等實(shí)際情況及時(shí)做出合適的決策。最后，依據(jù)可擴(kuò)展性和可維護(hù)性原則，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，充分考慮到未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)或需要適應(yīng)的情況，以便系統(tǒng)能夠隨時(shí)滿足不同的需求。

1.2 系統(tǒng)需求分析

大壩強(qiáng)震應(yīng)急決策支持系統(tǒng)的主要任務(wù)是震后獲取大壩結(jié)構(gòu)上的實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以提供對(duì)其安全狀況的快速安全預(yù)警和決策支持。因此，該系統(tǒng)需要具備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息管理與多源數(shù)據(jù)整合、監(jiān)測(cè)預(yù)警、信息通報(bào)與共享、大壩結(jié)構(gòu)仿真與震后安全預(yù)測(cè)、決策生成與發(fā)布、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)及震后處置等功能。

（1） 搭建綜合數(shù)據(jù)信息管理與整合平臺(tái)。用于集成與存儲(chǔ)大壩強(qiáng)震相關(guān)的多個(gè)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，并對(duì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、維護(hù)和更新，為相關(guān)部門(mén)和人員提供準(zhǔn)確有效的信息，從而保障流域大壩震后的快速反應(yīng)和統(tǒng)一決策。

（2） 開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)預(yù)警功能。通過(guò)布設(shè)在大壩結(jié)構(gòu)上的強(qiáng)震監(jiān)測(cè)儀器對(duì)強(qiáng)震信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集，對(duì)大壩異常情況進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，并向相關(guān)人員發(fā)送預(yù)警信息以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理大壩異常情況［9］。

（3） 提供信息通報(bào)與共享平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)流域系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享，避免各個(gè)大壩及各級(jí)部門(mén)之間的信息不對(duì)稱(chēng)，便于對(duì)流域梯級(jí)電站大壩強(qiáng)震進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)和集中分析管理，從而確保震后信息的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

（4） 實(shí)現(xiàn)大壩結(jié)構(gòu)仿真與震后安全預(yù)測(cè)功能。通過(guò)將強(qiáng)震監(jiān)測(cè)信息與模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)中的分析算法相結(jié)合，對(duì)震后大壩結(jié)構(gòu)的安全狀況進(jìn)行仿真，預(yù)測(cè)大壩震后的響應(yīng)狀況［10］，為決策者制定決策提供依據(jù)。

（5） 生成快速應(yīng)急決策。根據(jù)知識(shí)庫(kù)中歷史案例的數(shù)據(jù)信息和已有分析結(jié)果、大壩結(jié)構(gòu)仿真與預(yù)測(cè)訓(xùn)練的結(jié)果，對(duì)震后大壩安全進(jìn)行評(píng)估，并運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合評(píng)估，生成決策，將分析結(jié)果以報(bào)告形式提供給決策部門(mén)，輔助決策者快速發(fā)布指令，采取有效的應(yīng)急措施。

（6） 實(shí)施應(yīng)急聯(lián)動(dòng)及震后處置。這是大壩震后處置的重要環(huán)節(jié)，在震后應(yīng)立即上報(bào)，相關(guān)部門(mén)聯(lián)動(dòng)成立應(yīng)急指揮中心，并對(duì)流域大壩進(jìn)行震后應(yīng)急處置，組織人員疏散到安全地帶。同時(shí)，組織救援人員進(jìn)行應(yīng)急救援和搶險(xiǎn)工作，以保障人員和設(shè)施的安全，減輕災(zāi)害損失，降低風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在確定和評(píng)估了系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了大壩強(qiáng)震決策支持系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架。該框架自下而上依次為：基礎(chǔ)平臺(tái)層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)支持層、應(yīng)用服務(wù)層、用戶層和頁(yè)面層，每個(gè)層次的具體內(nèi)容如圖1所示。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用了組件式開(kāi)發(fā)模式，利用模塊化設(shè)計(jì)方法，將客戶端、服務(wù)器以及桌面應(yīng)用程序分別分解為多個(gè)模塊，并為每個(gè)模塊定義清晰的接口。這樣，可以獨(dú)立開(kāi)發(fā)功能組件，方便后續(xù)接入新的決策模塊。

2 系統(tǒng)主要功能

2.1 系統(tǒng)功能分析

大壩強(qiáng)震應(yīng)急決策支持系統(tǒng)作為保障大壩在強(qiáng)震下安全的一項(xiàng)重要信息技術(shù)手段，能夠集成地震監(jiān)測(cè)、大壩監(jiān)測(cè)、地質(zhì)和水文等多種信息，具有實(shí)時(shí)預(yù)警和震害評(píng)估等功能。根據(jù)應(yīng)急系統(tǒng)的需求以及工作流程的特點(diǎn)，該應(yīng)急決策支持系統(tǒng)具備以下幾個(gè)功能：

（1） 綜合信息管理功能。將流域大壩的設(shè)計(jì)圖紙、技術(shù)資料、大壩周邊環(huán)境、大壩運(yùn)行數(shù)據(jù)、大壩強(qiáng)震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和大壩水庫(kù)水文數(shù)據(jù)等信息編入不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中［11］，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些信息的管理、維護(hù)和更新。

（2） 模型仿真與震后安全評(píng)價(jià)預(yù)警功能。將流域壩址區(qū)域的地形地質(zhì)信息、監(jiān)測(cè)信息等相關(guān)資料輸入到系統(tǒng)模型中，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置的計(jì)算分析、預(yù)測(cè)預(yù)警等模型，對(duì)大壩結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)進(jìn)行仿真，模擬大壩震后的結(jié)構(gòu)形態(tài)，以快速分析和評(píng)價(jià)大壩震后的危險(xiǎn)度，對(duì)事件事態(tài)做出預(yù)判，為決策部門(mén)制定應(yīng)急決策方案提供數(shù)據(jù)支持。

（3） 決策支持功能。系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)、大壩震后結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果和大壩安全評(píng)估技術(shù)，結(jié)合歷史案例資料及專(zhuān)家模型進(jìn)行綜合研判，快速做出科學(xué)化、程序化的應(yīng)急響應(yīng)，輔助管理部門(mén)對(duì)大壩強(qiáng)震應(yīng)急處置工作的決策與指揮。

（4） 應(yīng)急指揮功能。當(dāng)一次對(duì)大壩結(jié)構(gòu)有影響的地震發(fā)生后，立即上報(bào)。根據(jù)生成的快速評(píng)估報(bào)告中安全評(píng)價(jià)等級(jí)及災(zāi)情簡(jiǎn)報(bào)等相關(guān)信息，統(tǒng)籌各個(gè)部門(mén)成立應(yīng)急指揮部。根據(jù)系統(tǒng)提供的輔助決策報(bào)告來(lái)制定應(yīng)急物資的調(diào)配方案、各部門(mén)工作的協(xié)調(diào)方案、救災(zāi)人員的組織方案等應(yīng)急決策方案，從而能夠快速有序地疏散和處置下游人員和財(cái)產(chǎn)。系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系

2.2.1 綜合信息管理子系統(tǒng)

綜合信息管理子系統(tǒng)分為綜合信息管理、監(jiān)測(cè)管理、基礎(chǔ)信息管理和地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）管理平臺(tái)4個(gè)模塊。

（1） 綜合信息管理模塊。該模塊能夠?qū)Υ鎯?chǔ)工程、庫(kù)區(qū)相關(guān)資料的工程檔案信息，存儲(chǔ)工程信息數(shù)據(jù)的地理信息，以及臺(tái)站資料、工程震害資料等信息進(jìn)行錄入、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)等操作。

（2） 監(jiān)測(cè)管理模塊。該模塊不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整合、統(tǒng)計(jì)、分析，還能夠通過(guò)圖表等方式對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示［12］。

（3） 基礎(chǔ)信息管理模塊。該模塊可以維護(hù)、管理和更新網(wǎng)站信息以及人員對(duì)應(yīng)的權(quán)限。

（4） GIS管理平臺(tái)模塊。利用GIS技術(shù)強(qiáng)大的可視性和三維展示特性，對(duì)地震信息、烈度信息、壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和地震震中的斷層分布等信息進(jìn)行可視化展示和分析。

2.2.2 強(qiáng)震動(dòng)分析預(yù)警子系統(tǒng)

強(qiáng)震動(dòng)分析預(yù)警子系統(tǒng)是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源，它利用事先布設(shè)在大壩結(jié)構(gòu)上的強(qiáng)震監(jiān)測(cè)儀器對(duì)強(qiáng)震信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集［13］，然后自動(dòng)分析和預(yù)警判斷。該子系統(tǒng)主要分為強(qiáng)震管理、強(qiáng)震觸發(fā)采集、強(qiáng)震動(dòng)預(yù)警評(píng)估3個(gè)模塊。

（1） 強(qiáng)震管理模塊。由于強(qiáng)震儀時(shí)刻處于待觸發(fā)狀態(tài)，隨時(shí)等待強(qiáng)震信號(hào)的觸發(fā)，因此，該模塊的主要任務(wù)是設(shè)定觸發(fā)監(jiān)測(cè)儀器的指標(biāo)和方法，以便在強(qiáng)震發(fā)生時(shí)能迅速、準(zhǔn)確地記錄下整個(gè)地震動(dòng)過(guò)程［14］。

（2） 強(qiáng)震觸發(fā)采集模塊。該模塊可以利用觸發(fā)后的強(qiáng)震儀器拾取到強(qiáng)震信號(hào)，并在界面上實(shí)時(shí)展示。此外，它還可以動(dòng)態(tài)繪制地震響應(yīng)波等圖形，并將信息同步存儲(chǔ)到監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（3） 強(qiáng)震動(dòng)預(yù)警評(píng)估模塊。該模塊調(diào)用系統(tǒng)模型庫(kù)的計(jì)算分析模型及預(yù)測(cè)預(yù)警等模型，通過(guò)輸入相關(guān)地質(zhì)信息和地震動(dòng)信息，對(duì)大壩結(jié)構(gòu)在地震中的響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)分析結(jié)果可以快速評(píng)估震后大壩的危險(xiǎn)程度，并對(duì)可能的危險(xiǎn)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)警。

2.2.3 決策支持子系統(tǒng)

決策支持子系統(tǒng)是在大壩強(qiáng)震動(dòng)發(fā)生時(shí)，借助案例庫(kù)中篩選出的相似案例的分析結(jié)果和判斷結(jié)果，結(jié)合震害快速評(píng)估的結(jié)果、應(yīng)急預(yù)案，以及專(zhuān)家的指導(dǎo)意見(jiàn)進(jìn)行建模、分析與決策的系統(tǒng)。決策支持子系統(tǒng)分為案例管理、應(yīng)急方案生成、應(yīng)急預(yù)案管理、應(yīng)急決策生成4個(gè)模塊。

（1） 案例管理模塊。該模塊能對(duì)歷史案例進(jìn)行管理，存儲(chǔ)的案例信息是應(yīng)急方案生成模塊的數(shù)據(jù)來(lái)源。

（2） 應(yīng)急方案生成模塊。該模塊能夠根據(jù)目標(biāo)案例的震害信息，對(duì)歷史相似案例，使用設(shè)計(jì)好的案例檢索算法進(jìn)行篩選，并按照相關(guān)程度倒序排列，同時(shí)能夠查詢(xún)到該案例經(jīng)過(guò)分析、提煉后的結(jié)果及大壩震害評(píng)價(jià)。

（3） 應(yīng)急預(yù)案管理模塊。此模塊能創(chuàng)建和管理應(yīng)急預(yù)案，同時(shí)支持用戶定期維護(hù)和更新應(yīng)急預(yù)案。

（4） 應(yīng)急決策生成模塊。通過(guò)對(duì)多方面的數(shù)據(jù)、資料和建議的匯總，該模塊可以對(duì)當(dāng)次大壩強(qiáng)震事件作出及時(shí)準(zhǔn)確的應(yīng)急方案。

2.2.4 應(yīng)急管理子系統(tǒng)

應(yīng)急管理子系統(tǒng)是一個(gè)對(duì)應(yīng)急信息進(jìn)行及時(shí)發(fā)布，并與各個(gè)部門(mén)聯(lián)合行動(dòng)，對(duì)應(yīng)急相關(guān)人員及搶險(xiǎn)物資進(jìn)行調(diào)度指揮的應(yīng)急善后處置系統(tǒng)。該子系統(tǒng)由應(yīng)急相關(guān)人員信息管理、搶險(xiǎn)物資信息管理、應(yīng)急信息發(fā)布，以及搶險(xiǎn)指揮調(diào)度4個(gè)模塊構(gòu)成。

（1） 應(yīng)急相關(guān)人員信息管理模塊。該模塊負(fù)責(zé)查詢(xún)、修改和統(tǒng)計(jì)應(yīng)急人員的信息，通過(guò)對(duì)人員的統(tǒng)一身份認(rèn)證和權(quán)限管理，以確保信息的涉密性。

（2） 搶險(xiǎn)物資信息管理模塊。該模塊負(fù)責(zé)查詢(xún)、修改和統(tǒng)計(jì)搶險(xiǎn)物資的信息。

（3） 應(yīng)急信息發(fā)布模塊。該模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信設(shè)備等通訊手段實(shí)時(shí)通報(bào)和共享大壩震害的關(guān)鍵信息，與現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)人員共享數(shù)據(jù)信息。

（4） 應(yīng)急資源調(diào)度模塊。該模塊能統(tǒng)一指揮調(diào)度相關(guān)部門(mén)、應(yīng)急人員和搶險(xiǎn)物資，提高協(xié)同配合能力，便于整合應(yīng)急資源，保證震后應(yīng)急搶險(xiǎn)工作的順利進(jìn)行。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

建立決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)是實(shí)現(xiàn)大壩強(qiáng)震應(yīng)急支持決策系統(tǒng)的核心要素［15］，同時(shí)也是模型建設(shè)和人機(jī)交互的基礎(chǔ)。在決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，我們可以創(chuàng)建綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、空間信息庫(kù)、模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、方法庫(kù)，以及應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)等，并將相關(guān)信息存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)的子數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)庫(kù)不僅存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)，也為決策提供信息支持。在大壩強(qiáng)震出險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)可以迅速調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)信息，為應(yīng)急決策支持系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。面對(duì)海量數(shù)據(jù)，大壩強(qiáng)震決策支持系統(tǒng)的實(shí)用性和有效性尤為重要，通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理、數(shù)據(jù)挖掘和模型構(gòu)建、決策規(guī)則和模型集成、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋、可視化和決策評(píng)估等步驟，決策系統(tǒng)能夠從海量數(shù)據(jù)中提取有用的信息和知識(shí)，這有助于支持決策者作出準(zhǔn)確和及時(shí)的決策。因此，建立一個(gè)高效、功能全面的決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于大壩強(qiáng)震應(yīng)急支持決策系統(tǒng)的成功實(shí)施至關(guān)重要。

決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)示意如圖3所示。

3.2 系統(tǒng)功能流程設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的應(yīng)急決策支持系統(tǒng)能實(shí)時(shí)采集和分析大壩強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行安全預(yù)警和防范處理。當(dāng)突發(fā)大壩強(qiáng)震事件，可以在人機(jī)交互界面中輸入強(qiáng)震的相關(guān)信息，查詢(xún)相似案例及相關(guān)應(yīng)急處理預(yù)案，以輔助決策。

當(dāng)布設(shè)于大壩上的數(shù)字強(qiáng)震監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)到地震信號(hào)異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用模型庫(kù)和方法庫(kù)中的相關(guān)模型和對(duì)應(yīng)的分析評(píng)估方法，綜合評(píng)估大壩震后的形態(tài)和安全性，判斷是否發(fā)生了強(qiáng)震事件。如果判定大壩強(qiáng)震事件未發(fā)生，系統(tǒng)會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)，并調(diào)用知識(shí)庫(kù)中的震害評(píng)估標(biāo)注信息進(jìn)行比對(duì)分析，同時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，輸出防范處理方法；若判定大壩發(fā)生了強(qiáng)震事件，則需要在系統(tǒng)中輸入強(qiáng)震事件的相關(guān)信息進(jìn)行查詢(xún)，系統(tǒng)將使用最近鄰（K-Nearest Neighbor，KNN）檢索算法計(jì)算該案例與案例庫(kù)中所有案例的相似度，并按相似度降序排列輸出相似案例。通過(guò)查看高相似度案例的標(biāo)簽或決策結(jié)果，并與當(dāng)前事件的信息進(jìn)行比對(duì)，判斷是否符合當(dāng)前事件的特性。如果不符合，將進(jìn)行其他特征的查詢(xún)，直到找到相關(guān)案例。系統(tǒng)會(huì)同時(shí)使用基于案例推理（Case-Based Reasoning，CBR）與規(guī)則推理（Rules-Based Reasoning，RBR）的方法生成預(yù)案檢索信息，運(yùn)用框架表示法對(duì)文本預(yù)案進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，抽取核心屬性生成應(yīng)急處置預(yù)案，并綜合考量多方面數(shù)據(jù)、資料和建議的匯總，得出最終應(yīng)急決策方案。系統(tǒng)功能流程如圖4所示。

3.3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具

鑒于大壩強(qiáng)震數(shù)據(jù)涉及海量空間和屬性數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要具備高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸、處理和可視化能力。因此，在系統(tǒng)配置時(shí)，優(yōu)先選擇技術(shù)上成熟或通用的產(chǎn)品，并參照表1所列的技術(shù)方法。系統(tǒng)基于.NET面向?qū)ο蟪绦蜷_(kāi)發(fā)平臺(tái)，使用C#作為程序設(shè)計(jì)編程語(yǔ)言。在開(kāi)發(fā)模式方面，系統(tǒng)采用了瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）架構(gòu)與客戶端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）架構(gòu)的結(jié)合，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。B/S架構(gòu)跨平臺(tái)的特性為信息互動(dòng)平臺(tái)提供了重要的信息發(fā)布形式，而C/S架構(gòu)的快速響應(yīng)能力保證了對(duì)強(qiáng)震信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集和分析的執(zhí)行。選擇ArcGIS 10.2作為企業(yè)級(jí)GIS應(yīng)用平臺(tái)，并使用ArcGIS空間數(shù)據(jù)引擎（ArcGIS Spatial Data Engine，ArcSDE）和SQL Server作為數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。通過(guò)ArcSDE管理的GIS數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，從而高效地管理和查詢(xún)數(shù)據(jù)。

3.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.4.1 強(qiáng)震動(dòng)分析預(yù)警系統(tǒng)

強(qiáng)震動(dòng)分析預(yù)警系統(tǒng)集強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)采集、分析、預(yù)警于一體，采用C/S系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)以提高系統(tǒng)的性能和響應(yīng)速度，保證了強(qiáng)震信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集和分析。圖5為該系統(tǒng)界面。

3.4.2 GIS管理平臺(tái)

綜合信息管理子系統(tǒng)集成了GIS管理平臺(tái)，通過(guò)對(duì)Arcgis Engine進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，支持對(duì)地震信息、烈度信息、地震震中斷層分布，以及與強(qiáng)震相關(guān)的水利工程等詳細(xì)信息進(jìn)行查詢(xún)和顯示。圖6展示了地震及斷層分布信息查詢(xún)界面。

3.4.3 案例管理模塊

該模塊對(duì)大壩強(qiáng)震事件的相關(guān)案例進(jìn)行收集和歸檔。用戶可以根據(jù)案例編號(hào)、案例名稱(chēng)等關(guān)鍵詞。以及事件類(lèi)型、事件等級(jí)等分類(lèi)對(duì)收集的案例進(jìn)行多條件組合檢索，以便快速獲取所需案例信息。案例管理列表界面如圖7所示。

3.4.4 應(yīng)急方案生成模塊

應(yīng)急方案生成模塊根據(jù)輸入的目標(biāo)案例信息，對(duì)相同事件類(lèi)型的歷史案例的大壩位置、大壩類(lèi)型與規(guī)模、抗震能力和損失程度等因素逐一計(jì)算，得出局部相似度，最終計(jì)算出總體案例相似度，并由高到低進(jìn)行排列。決策者可以查看列表中歷史案例的詳細(xì)信息，以及對(duì)所選歷史案例生成待優(yōu)化應(yīng)急方案進(jìn)行挑選。圖8展示了應(yīng)急方案生成列表界面。

3.4.5 應(yīng)急資源調(diào)度模塊

應(yīng)急資源調(diào)度模塊以消防部門(mén)的消防車(chē)調(diào)度為例，將獲取到的事件點(diǎn)與救援點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入到應(yīng)急資源調(diào)度模型中，生成調(diào)度方案，并在前端頁(yè)面進(jìn)行展示，從而指導(dǎo)應(yīng)急管理部門(mén)和救援人員進(jìn)行決策和行動(dòng)［16］。應(yīng)急資源調(diào)度界面如圖9所示。

4 結(jié)論

本文根據(jù)大壩強(qiáng)震應(yīng)急決策支持系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套由綜合信息管理、強(qiáng)震動(dòng)分析預(yù)警、決策支持和應(yīng)急管理等多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的完整系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、主要功能、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行的探討，可以得出以下結(jié)論：

（1） 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)以保障大壩安全需求為導(dǎo)向，以靈活性和可擴(kuò)展性為主要原則。在系統(tǒng)需求分析階段，充分考慮了用戶需求和系統(tǒng)功能，在保證了系統(tǒng)可靠性及實(shí)用性的同時(shí)，還具備很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

（2） 本系統(tǒng)主要包括綜合信息管理、強(qiáng)震動(dòng)分析預(yù)警、決策支持、應(yīng)急管理等多個(gè)子系統(tǒng)。其中，強(qiáng)震動(dòng)分析預(yù)警子系統(tǒng)可以快速、精準(zhǔn)地進(jìn)行強(qiáng)震動(dòng)預(yù)警和分析，為決策支持和應(yīng)急管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源。決策支持子系統(tǒng)可以幫助用戶在大壩遭遇強(qiáng)震災(zāi)害的情境下進(jìn)行案例分析和決策生成，提高決策效率和準(zhǔn)確性。應(yīng)急管理子系統(tǒng)可以調(diào)度指揮應(yīng)急資源和發(fā)布生成應(yīng)急方案，保障應(yīng)急響應(yīng)的快速和有效實(shí)施。

（3） 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)階段，采用B/S與C/S結(jié)合的總體架構(gòu)模式，使用了SQL Server和ArcSDE數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)分別存儲(chǔ)屬性和空間數(shù)據(jù)，以及C#語(yǔ)言和GIS技術(shù)等多種技術(shù)和工具。通過(guò)對(duì)決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)功能流程設(shè)計(jì)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等多方面的探討，成功地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。

綜上所述，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的大壩強(qiáng)震應(yīng)急決策支持系統(tǒng)，為大壩強(qiáng)震應(yīng)急決策提供了技術(shù)支撐。但是，在預(yù)警指標(biāo)的確定、應(yīng)急資源調(diào)度算法方面仍需進(jìn)一步完善，系統(tǒng)的功能和性能需要進(jìn)一步優(yōu)化。在未來(lái)，隨著科技進(jìn)步和數(shù)據(jù)采集能力的提升，這種系統(tǒng)的預(yù)測(cè)精度和決策效率有望進(jìn)一步提高，從而更好地服務(wù)于大壩的運(yùn)營(yíng)和管理，保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

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（本文編輯：賈源源）