(1)在系统开发中收集了浙江省及周边地区的历史地震烈度资料,建立了浙江及周边地区4级以上震例的地震等震线GIS数据库,通过统计分析,得出浙江及周边地区的地震烈度衰减模型(周中红,何少林,2009)。

(2)浙江的建筑结构有很强的区域特点,因此我们结合近年来浙江经济发展和房屋造价统计数据对传统震害矩阵进行系数加权、校正。

(3)利用浙江省1:50 000地理信息基础数据中的成片建筑和独立房屋图层,得到行政单元内的建筑物分布和乡镇界线下的面积比,增强了建筑物分布的可信度,进而提高了地震灾害快速评估的计算结果精确性。

(4)自主设计研发了《浙江省地震灾害损失盲估技术系统》软件,实现了震后30 min内浙江省及周边地区的地震灾害损失快速评估,同时也对中国地震局统一部署应急指挥软件做了本地化工作。该软件获得了国家版权局颁发的计算机软件著作权登记证书,部分模型在省内外得到推广使用。

考虑与目前地震应急指挥系统衔接的问题,系统设计方案采用了多层架构模式,这样可以保证与现有地震应急指挥系统结构类似,便于数据流的交换。考虑到今后盲估系统还需要不断完善,数据库平台采用SQL Server 2000,它是目前主流的数据库平台,稳定性、兼容性良好,可以为以后的数据库更换、数据移植等做准备。本项目的GIS平台采用的是浙江大学计算机学院自主研发的RealGIS,平台核心有自主知识产权,兼容主流GIS平台,方便后续开发。

本系统主要实现以下功能(图1):①实现地震影响范围计算。可以根据震中周边第四纪以来的活动断裂和晚更新世以来的活动断裂、震中所在的大地构造单元等条件绘制烈度圈; ②实现对地震造成经济损失和人员伤亡的计算。可以根据快速评估模型在GDP统计基础上结合1:50 000地图的成片房屋和独立房屋图层的空间叠加计算精确得出地震灾害经济损失和人员伤亡的预测; ③实现快速评估结果查询。可以直接在软件界面中进行结果的查询,而不需要再去寻找保存的数据库,对数据库进行操作,这样能够更好地方便用户进行快速简便的操作; ④实现灾情文档的自动生成。引用Office软件自带的Microsoft.Office.Interop.Word.dll,对Word进行处理,让软件自动获取到灾害的基本信息后,将其自行写入到Word文档中并自动排版,减少后期评估工作的工作量; ⑤由于系统是在GIS平台上开发,系统自带地图基本操作功能,方便对地图进行缩放、漫游等操作(陈健云,毕可为,2009)。

图1 系统框架设计和功能示意图
Fig.1 System functionality and framework

该软件采用目前的主流开发平台.Net平台进行开发,运用C++和C#语言进行软件编写,采用VisualStudio.Net作为主要的开发环境。数据库管理系统采用SQL Server 2000,GIS系统采用浙江大学计算机学院自主研发的RealGIS平台。

系统数据库设计为两部分,分别为属性数据库和空间数据库,属性数据库为人口、经济数据,主要由人口统计表、GDP统计表构成,这两个表都由统计局定时公开发布,数据有较强的权威性和现实性,数据也比较容易获得。空间数据库是参与计算的空间数据表,主要包括活动断裂表、建筑分布表、地震地质背景表等,数据表主要由局内专业部门提供(表1)。另外在系统计算后,计算中间表和结果表都统一保存到结果数据库中,包括地震影响场表、人员伤亡表、财产损失表等,以备今后查询使用(王晓青,丁香,2009)。

表1 参与计算的空间图层
Tab.1 Space layers involved in the calculation

系统盲估计算是在GIS平台支持下空间叠加计算实现的,参与计算的图层要分别进行多次叠加计算,具体实现方法是:①把烈度圈图层和浙江省地质构造图层、乡(镇)界线图层相叠加,获得与烈度圈交集的乡(镇)区域; ②由乡(镇)图层、成片房屋以及单片房屋分别进行图层叠加计算获取到交集内的房屋面积; ③将乡(镇)界线下的成片房屋和单片房屋与烈度圈图层相叠加,就是该乡(镇)被烈度圈叠压的成片房屋和单片房屋的面积; ④计算该乡(镇)烈度圈叠压房屋面积和与总建筑面积比,所得比值与该乡(镇)GDP的乘积,就是该乡(镇)受地震影响的GDP量值; ⑤通过代入经典评估公式进行计算得出以乡(镇)为单位的经济损失,最终求和可得到总的经济损失(李俊,秦嘉政,2009)。

笔者以2006年2月9日温州文成—泰顺M_L4.6地震为例,说明灾害损失的计算过程,利用烈度衰减公式计算出烈度圈,烈度圈与乡(镇)界线图层相叠加计算交集,在统计交集内成片房屋以及单片房屋面积(白仙富等,2010),可以看出文成县珊溪镇虽然在Ⅵ度圈内面积很大,但是几乎没有建筑物分布,珊溪镇Ⅵ度圈内的建筑面积只占全镇总建筑面积的1.3%,总经济损失、人员伤亡按1.3%乘以计算结果得出,这样可以避免单纯使用总面积造成的计算误差(图2)。

图2 盲估系统计算示意图
Fig.2 Demonstration of the Pre-estimation System

项目组收集了浙江及其周边地区的历史地震烈度资料,并进行统计分析,得出浙江及周边地区的地震烈度衰减模型。研究人员首先采用浙江省有确切地震记录以来的地震等震线绘制评估模型图,得出不同烈度下影响场的长、短轴多项式关系模型,再利用近年来浙江及周边地区或者地质条件与浙江相似的地区地震震例,综合统计进一步生成地震影响场模型,此模型可以用于地震快速评估,进一步利用地震危险区计算和预测未来震害(陈文凯等,2010)。本系统采用指数模型来建模(表2)。

表2 区域指数模型
Tab.2 Exponential model of the region

(1)直接经济损失公式

经济损失预测考虑建筑物破坏引起的直接经济损失,用下式表示

L(I)=∑_s=1∑_j=1b_s(j)β_s(j)+∑_s=1∑_j=1Q_s(j)W_s.(1)

式中,j为震害等级,分5级(完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、毁坏); s为建筑物类型(钢混、多层、单层); b_s(j)为s类建筑物发生j类破坏时(烈度5、6、7、8、9、10)损失比,即破坏修复或重建费用与建筑物总价值之比; β_s(j)为发生j级破坏的s类建筑物总价值; Q_s(j)为s类建筑物发生j级破坏时的室内财产损失比,即室内资产损失值与室内总资产之比值; W_s为s类建筑室内资产总值(李静,李利,2010)。

(2)实现方法及核心代码

盲估系统对经济损失的计算是先确定模型的各个参数,然后通过图层空间叠加计算出每个在烈度圈叠压下的乡(镇)的面积。现实中往往存在建筑物分布不均的情况,盲估系统采用了1:50 000建筑图层加以校正。

实现过程:首先由烈度圈图层和浙江省乡(镇)界限图层相叠加,获得被烈度圈叠压的乡(镇)区域(王秀英,聂高众,2009); 然后由与成片房屋以及单片房屋分别进行图层叠加,得出乡(镇)被烈度圈叠压的成片房屋和单片房屋的面积; 最后通过该乡(镇)被烈度圈叠压的成片房屋和单片房屋的面积和总面积比例,得出该乡(镇)受地震影响的面积范围,最后通过代入公式进行计算就能够得出每个乡(镇)的经济损失,求和可得到总的经济损失。

以下是计算过程核心代码:

for(int j=0; j<Independentpin_oidlist.Count; j++)

{

IProDataSet setdata2=mainForm.m_dataSrc. GetDataSet(ReadConfigDBpathAndListname("LayerName.txt",4));

long fIndependentpin_oid=(long)Independentpin_oidlist[J];

ProPolygon2 face_inten_coun2=falsIndependent.GetPolygonData(fIndependentpin_oid);

ArrayList face_inten_counPartarray2=nbh. GetIntersect Surfaces(polygon,face_inten_coun2); //烈度和(烈度圈和乡镇县市交集叠压的独立房屋下的单个独立房屋)的交集

ProPolygon2 face_inten_counPart2=(ProPoly-gon2)face_inten_counPartarray2[0];

IProCRS crs2=mainForm.m_dataSrc.GetDataSet(ReadConfigDBpathAndListname("LayerName.txt",4)).GetCRS();

pinarea2=pinarea2+nbh.CalculateArea(crs2,face_inten_counPart2);

}

ArrayList Independentcountrylist=selection.SurfaceSelectInFcls(falsIndependent,facecountry); //乡镇下的独立房屋

ArrayList flakycountrylist=selection.SurfaceSelectInFcls(falsflaky,facecountry); //乡镇下的成片房屋

(1)人员伤亡计算公式

人员伤亡预测内容包括:在给定地震条件下,计算出受灾地区人员伤亡数、重伤数。

死亡人数:M_d(I)=cη(A₁r_d1+A₂r_d2A₃r_d3),(2)

重伤人数:M_h(I)=cη(A₁r_h1+A₂r_h2A₃r_h3).(3)

式中,c为地震时人员在室内的百分数; A₁为毁坏房屋的面积,A₂为严重破坏房屋的面积,A₃为中等破坏时房屋的面积; η为房屋内的人员密度,单位:人/m²; r_d1,r_h1分别是毁坏房屋内的死亡率和重伤率; r_d2,r_h2分别是严重破坏房屋内的死亡率和重伤率; r_d3,r_h3分别是中等破坏房屋内的死亡率和重伤率(蔡宗文等,2009)。预测时,可分为白天和夜晚,设白天地震时人员在室内的百分数为40%,而夜晚地震时人员在室内的百分数为100%,白天时间为8:00～18:00,夜晚时间为18:00～8:00。

(2)实现思路及核心代码

盲估系统计算人员伤亡与计算财产损失类似,仍然采用空间叠加分析计算得出人员伤亡,即用空间叠加的方法求得被烈度圈叠压的乡镇下的成片房屋和独立房屋的面积,代入到人员伤亡公式中就能够求和算出该乡镇的重伤人数、死亡人数和无家可归的人数。具体代码如下:

death=Mymath_RRSSFormula(A1,A2,A3,A4,A5,Myxml_Returnnode("死亡比","毁坏"),Myxml_Returnnode("死亡比","严重破坏"),Myxml_Returnnode("死亡比","中等破坏"),Myxml_Returnnode("死亡比","轻微破坏"),Myxml_Returnnode("死亡比","基本完好");

seriously=Mymath_RRSSFormula(A1,A2,A3,A4,A5,Myxml_Returnnode("重伤比","毁坏"),Myxml_Returnnode("重伤比","严重破坏"),Myxml_Returnnode("重伤比","中等破坏"),Myxml_Returnnode("重伤比","轻微破坏"),Myxml_Returnnode("重伤比","基本完好"));

minor=Mymath_RRSSFormula(A1,A2,A3,A4,A5,Myxml_Returnnode("轻伤比","毁坏"),Myxml_Returnnode("轻伤比","严重破坏"),Myxml_Returnnode("轻伤比","中等破坏"),Myxml_Returnnode("轻伤比","轻微破坏"),Myxml_Returnnode("轻伤比","基本完好"));

homeless=((double.Parse(A1)+double.Parse(A2))*double.Parse(ReadConfigRRSSMD())).ToString();

total=(double.Parse(area)*double.Parse(ReadConfigRRSSMD())).ToString();

}

计算结束后,盲估系统还可以实现评估结果的浏览和查询,系统为高级用户赋予直接查询的权限,即能够直接在软件界面中进行查询,而不需要再去寻找保存的数据库、对数据库进行操作,这样在地震应急时用户能快速简便地操作。这里主要涉及对SQL Server数据库的操作,利用C#对SQL Server的基本数据库进行读写操作,提取SQL Server数据库中的信息,并把它放到DataGridView中。用户可以根据不同的类别进行相关的查询。