城市地震应急数据库的设计与实现

方雅申

（福州市勘测院，福建 福州 350100）

城市地震应急数据库的设计与实现

方雅申

（福州市勘测院，福建 福州 350100）

城市地震应急基础数据库是各级地震部门开展应急工作的基础，是各级政府履行地震应急指挥职能的基本保障。文章探讨了城市地震应急数据库的结构、评估模型、数据库管理系统设计，以及数据采集、存储和更新方面的关键技术。福州部分县市的实际应用证明，本文探讨的城市地震应急数据库建设方法可有效解决城市地震应急指挥体系数据匮乏的问题。

地震；应急；数据库；地震专题数据

1 引言

地震是一种突发性灾难事件，在极短的时间内可造成极大破坏，其破坏范围之大，毁坏力之强，居群灾之首。我国是世界地震活动最剧烈的国家之一，灾时地震应急响应与救灾指挥工作的好坏对减少人员伤亡和财产损失有极大的影响。在1995年的日本阪神大地震、1998年土耳其和中国台湾大地震中，因为应急指挥、快速反应能力不足，救灾工作一片混乱而遭到民众的抨击，而美国联邦紧急事务管理局建设了较完善的地震应急指挥体系，1994年洛杉矶北岭地震、2001年华盛顿地震时地震应急指挥技术系统发挥了关键作用，快速交互了震情及应急信息，为政府应急救灾决策提供了重要技术支持，有效地减轻了地震灾害损失。

在各级抗震救灾指挥体系的建设过程中 普遍遇到的最大难题是，适应于地震应急要求的各类基础数据普遍匮乏。从科学决策的意义上讲，地震应急基础数据库是各级地震部门开展应急工作的基础，是各级政府履行地震应急指挥职能的基本保障。地震应急基础数据库的缺乏和不完善将会极大地制约各级地震应急指挥系统的功能，甚至使部分指挥体系瘫痪和失效。因此，城市地震应急数据库的设计和实现研究具有重要的现实意义，本文对城市地震应急数据库的结构、评估模型、数据库管理系统设计，以及数据采集、存储和更新方面的关键技术进行讨论，为国内同行建设地震应急数据库提供参考。

2 城市地震应急数据库设计

2.1 与地震应用系统的关系

地震观测数据库接收来自数字遥测地震台网、强震台网监测系统、前兆观测台网系统的各类实时观测数据，对其进行存储，并同步传送给地震信息处理与应急指挥系统（图1）。地震信息处理与应急指挥系统集成了来自城市地震应急数据库的和地震观测数据库的空间数据和业务数据，并对这些数据进行实时处理和分析，将分析结果同步发送到地震应急发布系统（地震信息服务网络、智能手机、PAD等用户终端），并返回到地震应急数据库，对地震应急数据库进行更新。地震应急数据库作为整个地震防御体系的核心，为地震应急系统和发布系统提供了可视化、权威的分析数据。

图1 地震应急数据库与应用系统的关系

2.2 数据库结构设计

地震应急数据库是指当地震发生时，或地震预报发布后，为了开展对灾区的一系列救灾活动所需了解和掌握的各类人口、经济等社会基本信息、城市地貌、公路交通、救灾队伍、通信联络、地震应急预案等的一种综合性数据库。地震应急数据库中的各项数据，在整个地震应急的总体流程中起着关键性的作用。地震应急管理是一个复杂的过程，涉及方方面面，地震应急数据具有综合性、关联性、空间性、时态变化性特点。

城市地震应急数据库由基础地理信息数据库和各类地震专题数据库组成（图2）。

图2 城市地震应急数据库结构

（1）基础地理信息数据库

基础地理信息数据库由电子地图数据库和公共专题数据库组成。电子地图数据库作为地震应用系统的地图支撑，包含线化电子地图、影像电子地图、晕渲电子地图三种风格，可切换使用，公共专题数据库由道路、铁路、水系、热点（POI）数据组成，满足后台查询、检索功能，电子地图和公共专题数据的配套使用，可满足地震应急指挥数据可视化和定位查询需要。

（2）地震专题数据库

地震专题数据库包括地震危险性分析数据库、地质灾害区划数据库、防震减灾专项规划数据库、建筑物易损性数据库、生命线易损性数据库、地震次生灾害数据库、防震减灾对策数据库、统计分析数据库等，涉及8大类96小类的空间数据和文本数据，图层数多、信息量丰富，数据库的组织管理遵循标准化、规范化、统一设计的原则。数据库基本组织架构如下表（表1）所示：

表1 地震专题数据库结构

2.3 震害分析评估模型设计

震害分析模型是将地震采集到的数据通过数学建模，用以度量各指标对地震发生的敏感程度和震后破坏程度。常用的地震分析评估模型有建筑物易损性分析模型、生命线易损性分析模型、次生灾害分析模型、经济损失与人员伤亡评估模型，本文主要对建筑物易损性分析模型进行介绍。建筑物破坏程度用超越强度倍率E表示，计算公式为：

式中，Q表示地震剪力，V表示结构抗剪强度。经计算，建筑物破坏程度与超越强度倍率的关系为：

表2 建筑物破坏程度与超越强度倍率的关系

2.4 数据库管理系统设计

为了满足对庞大的空间数据的管理，设计城市地震应急数据库管理系统，其主要功能如下：

（1）地图基本操作：提供基本的缩放、浏览、图层控制、查询定位和可视化功能。

（2）数据入库和输出：将基础地理信息数据、地震专题数据进行格式转换、坐标系转换、导入到数据库，同时可实现各类数据的分发和出图、打印。

（3）数据检查：用于自动检查各类数据间的拓扑关系、规范性、完整性等。

（4）数据更新：包括更新信息的自动提取、新旧数据的融合、质量检查等操作。

（5）数据交换管理：用于实现指挥中心不同应用系统间、地震应急数据库与城市共享服务平台之间的数据共享与交换。

3 关键技术

3.1 地图缓存技术

地图缓存技术（通常称为地图瓦片技术），就是按照一定的数学规则，将动态地图按不同比例尺切成一定规格的静态图片，存储在服务器上，当用户通过浏览器或地图软件访问地图数据时，服务器不需要实时生成数据并进行地图渲染，而是根据用户请求的范围和尺度，返回当前视角区域的地图图片。地图缓存技术极大地降低了服务器和网络带宽的负荷，提升了地图浏览速度和效果。

城市地震应急数据库中的电子地图数据库包括线化、影像、晕渲三种风格，各种电子地图图层数目多、渲染复杂，而且不需要实时更新，很适合运用地图缓存技术，这样不但提高空间数据的访问效率，而且实现了三种地图之间轻松切换。

3.2 数据采集和更新技术

城市地震应急数据库涉及各行各业90多个小类的图层数据，数据的采集和更新也是一项艰巨的任务，在数据采集和更新过程中，用到了以下技术。

（1）利用航拍影像实现空间数据的快速更新

对于线化电子地图、建筑物抗震性能、疏散道路等数据，利用各年份的航拍（卫星）影像，通过叠套比对分析，可快速发现地形、地貌的变化，通过航测内业的方式采集变化的区域，使空间数据得到及时更新。这种方法精度可靠、数据现势性好，不但缩短了成图周期，提高了生产效率，而且增强了空间数据的使用价值，使其更好地服务于地震应急指挥和辅助决策。

（2）数据共享和交换技术

对于来自各行各业的地震专题数据，仅靠一个单位力量采集和更新，不但建设成本高，而且数据更新速度远远难以满足地震应急指挥决策的需要。因此，在各部门之间进行数据的共享和交换，利用城市各管理部门的权威数据资源，更新地震应急数据库，是数据采集和更新最关键的方法和技术，同时将地震应急数据库的更新成果，在城市共享服务平台上进行发布和共享，供城市公共安全、应急救灾用，使数据发挥最大价值。

3.3 利用ArcSDE建立空间数据索引

城市地震应急数据库中含有大量的地震专题数据，这些数据由于需要实时更新，往往以矢量数据的形式存储和调用，在客户端调用这些矢量数据，第一次打开往往需要 1分钟，甚至十几分钟时间，进行漫游、缩放等基本地图操作也需要几十秒时间，而且随着数据的更新和数据量的增加，系统的想用速度也逐渐下降，运行速度成为制约系统使用的最关键因素。

基于上述问题，在实际应用中我们采用 ArcSDE提供的空间索引工具，对整套地震应急数据库自动计算网格大小和级数，建立空间索引，并根据不断的数据更新规律，定期检查空间索引设置的合理性，及时重建空间索引，保证了空间数据调用、查询的快响应。

4 城市地震应急数据库实现与应用

经过合理的组织和设计，城市地震应急数据库设计思维已经在福州市地震局地震信息处理和应急指挥系统项目、福清市地震信息处理和应急指挥系统项目中得到实践，并取得了良好的应用效果，图 3为福州市地震局地震信息处理和应急指挥系统应用效果图。

图3 福州市地震信息处理和应急指挥系统

在上述应用案例中，城市地震应急数据库采用Oracle11G、ArcSDE10.1和数据库管理系统实现。Oracle11G是甲骨文的数据库软件,支持对网络协议、XML、SQL重演、自动内存优化等高级功能,是一个被广泛使用的、功能强大的数据库管理软件。ArcSDE10.1是ESR I提供的一个空间数据库中间件, 它以数据库作为后台存储中心,为前端的GIS应用提供快速的空间数据访问，ArcSDE还支持多用户同时操作、客户端与服务器端通信、数据库备份恢复、无限制的空间数据库容量及同IT技术集成,便于开发基于C/S或B/S架构的网络地理信息系统服务, 这些优点使得它被越来越多的空间数据库管理系统所采用。数据库管理系统采用面向对象技术，除了实现数据入库和输出功能外，同时提供地图可视化、数据更新和共享、发布功能，成功地实现了地震应急指挥系统和地震观测技术系统之间，以及上下级地震部门之间的数据交换。

5 结束语

城市地震应急数据库是各级地震部门开展应急工作的基础，更是地震应急指挥系统中不可替代的组成部分，在数据库建设过程，需要重点对数据内容和结构进行设计，采用先进的数据采集、更新和存储技术，并处理好数据库与地震应急应用系统之间的关系，提升应用系统对数据库的访问效率，提高指挥决策的科学性和正确性。同时，地震应急数据库设计与实现是一项漫长的工程，我们要拓展思路，不断吸收地各种先进的数据建库技术，使城市地震应急数据库不断的丰富、更新。

[1] 帅向华,杨天青,马朝晖,等.国家地震应急指挥技术系统[M].北京:地震出版社,2009.

[2] 班亚,王喜娜,马兰.地震应急响应系统设计与实现[J].测绘科学,2014,39(11):57-61．

[3] 马妮,李维功.ArcSDE for Oracle优化实践[J].测绘通报,2007,(10):50-53．

[4] 单德华,杨红艳,孙鸿雁,等.大型数据平台搭建技术在地震行业中的应用与研究[J].地震研究,2010,33(2): 234-237．[5] 林少蓉,于忠海,李霖,等.基础地理信息数据的增量更新制图方法[J].测绘科学,2014,39(3):127-131．

[6] 杨勇,高金耀,杨春国,等.基于GIS的海洋地震数据管理系统的设计与实现[J].海洋通报,2011,30(4):414-418．

[7] 辛海强,冯志敏.新疆地震应急基础数据的处理与建库[J].测绘与空间地理信息,2014,36(7):11-13．

[8] 王学华,王欣,吴非权.多源空间信息数据库数据更新技术研究[J].测绘通报,2013,(2):45-47．

[9] 韩敏,戴步成,郑丹晨,等.ArcGIS Server电子地图研究与应用[J].测绘科学,2011,36(3):204-206．

[10] 常俊,赵曦,姬建中.基于 Oracle的地震数据共享方案设计及数据库实现[J].地震地磁观测与研究,2011,32(5)：143-147．

Design and implementation of city earthquake emergency database

City earthquake emergency database is not only the basis of seismological departments at all levels to carry out emergency work, but also the basic guarantee of all levels of government to fulfill the functions of earthquake emergency command. This paper discusses the design of the city earthquake emergency database structure, evaluation model, database management system. This paper also discusses the key technology of data acquisition, storage and update the. Practical application of Fuzhou proves that database construction method of earthquake emergency which is discussed in this paper can effectively solve the problem of lack of earthquake data of emergency command system.

Earthquake;emergency;database;seismic thematic data

Q813.11..

A....

1008-1151(2015)08-0012-04

2015-06-08

方雅申（1981－），男，河南卫辉人，福州市勘测院工程师，从事企业信息化与地理信息系统应用研究。