地震发生后如何准确了解地震灾害的程度和分布,及时组织有效的抗震救灾工作,是当前防震减灾工作中亟待解决的问题之一。地震现场科学考察是当前了解震害程度和分布的一个主要方法,目前震害现场考察仍然停留在比较原始的阶段,其主要手段为手工记录、画点描图、白天考察、晚上会议讨论。这导致震害现场考察效率低下,制约灾害评估和震后救援工作的开展(王晓青,丁香,2009; 钟羽云等,2011)。地震现场科学考察迫切需要新技术、新方法来改善当前的工作方式。利用GIS技术、空间定位技术和网络通信技术,为移动对象提供基于空间地理位置的信息服务,可以把3G网络与PDA、GPS、GIS结合,开发烈度调查系统。现场考察队伍通过PDA人机交互界面可以输入地震现场调查的烈度、照片并实时传输回后方指挥的服务器上,经过专家对每个点可信度评级后,利用开发的GIS系统,直接经过空间差值计算,得出烈度分布。每一个现场调查终端都可以直接连接地震应急指挥部,扩展地震应急指挥系统的功能。

在3G无线网络支持下,现场调查队伍通过PDA调查终端把烈度调查信息传回现场指挥部,存储在烈度调查系统服务器端数据库中,系统通过开发程序将震害信息最终分成影像、位置信息、烈度调查信息的烈度调查记录。烈度调查系统接受到信息后在数据库基础上进行解析,由数据库中的位置字段生成空间地图,并在电子地图上进行空间定位。

往往由于交通条件和地形条件的不同,烈度调查点的分布一般是呈不规则、离散分布,但是点与点之间又具有一定的相关性,点与点之间具有最近相似性,为了准确的了解地震灾害分布,根据已知烈度调查点对附近未知点的属性进行模拟或估计,可以把烈度调查点看做是三角形的外接圆圆心。因此,笔者考虑利用泰森多边形方法(又称最近邻点插值法),该方法是一种根据离散分布的点的计算平均值的方法,即将所有相邻采样点连成三角形,作这些三角形各边的垂直平分线,于是每个点周围的若干垂直平分线便围成一个多边形。用这个多边形内所包含的一个采样点值来表示这个多边形区域内的平均值。 因此,泰森多边形是一种能够较为确切地根据灾情离散点反映地震灾情分布的空间拟合算法。运用泰森多边形和GIS空间分析方法对离散点进行面插值分析和边界修正处理,并借助GIS技术建立相应的模拟系统。该模型和系统能够随着灾情收集点的变化进行动态的分析模拟,从而能够在一定程度上快速地反映并确定地震灾情的基本分布情况,为地震救灾指挥提供相对确切的灾情分布信息(白仙富等,2010; 毕雪梅等,2011)。

由于地震是小概率事件,有经验的专家数量相对少,年轻的地震工作者现场调查经验不足,快速烈度调查方法可以建立专家和智能系统结合的纠错方法(陈文凯等,2010; 李静,李利,2010),可以避免由于经验不足造成的烈度调查信息失真。现场指挥部可以配备现场工作经验丰富的专家,对传回数据库的照片判读,纠正一些烈度判断错误。烈度调查中经常会出现烈度异常区(点),烈度调查系统空间插值可以自动寻找异常点,并剔除干扰点。对于一些不能准确判断的烈度异常,可以通过指挥部直接命令现场调查队伍对异常点进行重新考察。该系统可以在GIS平台上生成采用数据差值的方法绘制烈度分布图,同时利用在快速评估平台由经验模型产生的烈度分布图与其比较,专家对烈度异常进行判读和纠正,可以快速利用现有资源得到烈度分布情况。

研究快速烈度调查系统方法,建立整合GPS、EGIS等新技术的人机交互系统,对通过无线终端上报的离散的灾情信息点进行了快速空间拟和分析,利用泰森多边形空间插值方法和GIS空间分析方法,基本能够实现根据上传的灾区信息进行灾情空间分布的计算,得到灾情分布模拟结果(吴健宏等,2010; 李俊,秦嘉政,2009),可以提高地震现场宏观震害的调查效率并增强准确性。在理想条件下利用本系统调查一个4～5级中小地震,可以在1～2天完成,较传统方式效果提高2～3倍。该调查系统的研究成功将提高目前浙江省乃至全国的整体地震应急水平,也必将在未来破坏性地震面前发挥极大作用,减轻地震灾害造成的伤亡和损失。