利用“天地图”设计和研发建筑物震害风险信息平台

李 飞,孙伟伟,张顺宝,李 辉，张蓓蕾

(1. 宁波大学地理与空间信息技术系，浙江 宁波 315211; 2. 宁波大学建筑工程与环境学院，浙江 宁波 315211; 3. 宁波市科技(地震)局，浙江 宁波 315000)

利用“天地图”设计和研发建筑物震害风险信息平台

李 飞1,孙伟伟1,张顺宝2,3,李 辉2，张蓓蕾3

(1. 宁波大学地理与空间信息技术系，浙江 宁波 315211; 2. 宁波大学建筑工程与环境学院，浙江 宁波 315211; 3. 宁波市科技(地震)局，浙江 宁波 315000)

基于“天地图”API技术和地震灾害风险评估模型，以宁波市为例，建设建筑物震害风险信息发布系统平台。该平台实现了单体建筑物抗震等级和避难场所等地震信息查询、不同烈度下建筑物毁损程度预估、建筑物经济损失和人员伤亡评估及地震科普等功能，能够提供更加直观准确的辅助决策信息来帮助降低建筑物毁损和人员伤亡。

天地图；震害风险评估；建筑物；地理信息系统

我国是地震灾害多发国家，地震的突发性和破坏性带来了巨大的建筑物毁损和人员伤亡，严重影响经济的可持续发展与社会和谐稳定[1]。因此，如何有效采用信息化手段准确把握地震灾害可能导致的大城市建筑物毁损和人员伤亡信息，对及时制定抗震防灾措施来降低地震灾害损失至关重要[2]。

多年来，地震行业在建筑物地震灾害风险评估信息化系统方面做了许多工作，如基于谷歌地图的地震信息可视化系统[3]、基于VGI的地震灾情速报系统[4]，以及基于云平台和WebGIS的HAZ-China地震灾害损失评估系统[5]。然而地理空间基础数据的准确性和时势性要求较高，加上过高的系统研发和维护成本，限制了当前的震害风险评估信息系统的实际应用及推广[6]。

“天地图”是国家测绘地理信息局建设的地理信息综合服务网站，能够以门户网站和服务接口两种形式向公众、企业、专业部门、政府部门提供不间断“一站式”地理信息服务，帮助有效缓解地震风险评估系统开发利用中技术难度大、建设成本高、动态更新难等问题[6]。目前已经有学者尝试将“天地图”应用于地震风险评估信息发布中，如基于“天地图”的地震应急服务平台[7]、基于“天地图”的地震信息集成平台[8]。然而，以上平台大多侧重于地震发生后震害信息的简单集成和发布，无法提供针对单体建筑物或建筑物群的定量化震害风险评估信息来帮助辅助决策以降低震害损失[9]。

本文基于“天地图”系统平台和建筑物震害风险评估模型来开展研究，以宁波市为例，调用天地图提供的在线地图服务，结合震害基础数据和震害风险评估模型，建设建筑物震害风险评估信息系统。该系统实现建筑物抗震等级和避难场所等地震信息查询、建筑物毁损程度预估、建筑物经济损失和人员伤亡评估等功能。本系统将为建筑物抗震管理提供直观准确的工具，为降低震害损失提供科学辅助决策功能。

1 相关技术与理论

1.1 “天地图”API

“天地图”是国家测绘地理信息局建设的地理信息综合服务网站，是“数字中国”建设的重要组成部分[9]。“天地图”开放的平台和三维地图的API是由一套JavaScript脚本构成的应用服务接口。用户能够进行二次开发，并在网站中方便地加入功能丰富、交互性强的电子地图应用，基于Web就可轻易实现地图浏览效果和基本电子地图操作功能[8]。地震行业利用“天地图”丰富的地理信息资源和开发接口，可较容易地整合发布信息，避免重复投入，有效促进信息共享和高效利用[7]。

1.2 震害风险评估模型

1.2.1 海洋地震的概率烈度模型

宁波濒临东海边界，存在较大的海洋地震风险[10]。地震动衰减关系是震害风险分析的重要内容。不同于陆地地震，海洋地震与竖向地震动的衰减关系相关，因此本文采用海水对海底竖向地震动的衰减关系来研究宁波的地震动衰减问题[11]。

地震动衰减与地震动反应谱参数密切相关，能够准确描述地震发生时地震动的加速度信息[11]。近几十年的地震记录中，竖向地震动加速度峰值基本都在最大水平加速度峰值的2/3以上，且不少竖向加速度峰值超过水平最大加速度峰值甚至达到1.5倍[12]。本文借鉴李恒等[13]的研究成果，将竖向地震动加速度峰值换算为水平地震动加速度峰值，进而求得宁波海洋地震的概率烈度。

1.2.2 建筑物破坏程度和直接经济损失预估模型

在确定地震的概率烈度的基础上，采用震害指数评估建筑物破坏程度。震害指数是评价某个结构或构件在受到地震作用后的破坏状态的无量纲指数，是地震后对受损建筑物作出处理决策的重要理论依据，通常以房屋的震害程度进行分级[14]。本文采用震害因子法计算震害指数，通过将计算得到的震害指数值与根据以往震害案例求得的范围表相对照，即可判定建筑物的震害情况[15]。

1.2.3 建筑物直接经济损失和人员伤亡预估模型

城市房屋建筑物震害直接经济损失分为三部分：主体结构损失、装修损失和室内财产损失[5, 16]。建筑物的结构抗力会随时间发生变化，因此不同年份的震害矩阵有所差异。本文参考《建筑抗震设计手册》[17]中关于不同建设年代建筑物折旧计算的相关规定，计算出经过建设年代修正后的建筑物主体结构损失，进而求得建筑物直接经济损失。

同时，综合考虑国内外地震人员伤亡评估方法的准确性和平台实际需求，本文采用参考文献[18]中的方法对人员伤亡进行预估。

2 平台设计与搭建

2.1 平台总体架构

本平台基于JSP技术并根据宁波震害风险评估需求进行开发设计，构建一个B/S模式的WebGIS平台，总共分为3层：表现层、逻辑层和数据层，3层体系结构便于平台的维护和管理，平台框架如图1所示。

图1 宁波建筑物震害风险信息平台框架

表现层借助“天地图”的背景对宁波市建筑物、避难场所等地震相关信息进行发布，使社会公众能够借助网络平台了解宁波市建筑物的震害风险信息。逻辑层的任务是接受用户的请求，通过相应的扩展程序与数据库连接，向数据库服务器发出数据处理申请，等待数据处理结果，而后提交给Web服务器，传送回客户端。数据层将电子地图作为基础数据源，充分利用“天地图”数据的权威性及现势性强的优势，融合数据库中建筑物、避难场所的属性信息等数据，如建筑物和避难场所等，在此基础上叠加震害专题数据，为查询、统计、分析提供数据支持。

2.2 平台数据采集与数据库设计

数据在整个平台中处于核心地位，结合宁波市实际情况，根据平台的开发目的和编程要求，本平台将采集的基础属性数据包括人口数据、绿地和公园基础数据、建筑物调查数据、辅助决策数据和科普宣传资料数据等，具体数据的内容和格式见表1。

表1 平台数据采集类型和内容

考虑到数据描述对象的不同，本系统数据可以分为空间数据和属性数据两大类。空间数据描述宁波市建筑物、避难场所对应的空间信息，包括矢量、影像两种。属性数据描述宁波市建筑物、避难场所对应的属性信息，包括各个地理实体对应的属性数据等。在本次平台开发过程中，矢量空间数据完成编辑后，经过空间校正，连同属性数据由ArcGIS Sever发布后管理。

2.3 平台功能设计

本平台采用Eclipse开发WebGIS核心代码，以Visual Studio .Net 2013为编程环境，利用JSP搭建Web网站，采用JavaScript编程，选用ArcGIS Sever实现数据库服务，实现以网络环境为应用基础的建筑物震害风险信息的发布与共享。

通过JavaScript编程语言来构建相关功能模块，包括地图预览模块、信息查询模块、损失预估模块和地震科普模块，如图2所示。地图预览模块实现基本的WebGIS浏览功能，如平移、缩放、距离量算、矢量图和影像图的切换等。其基础地理数据主要由单体建筑物、避难场所数据组成。该模块提供宁波市的基础地理背景，分尺度显示平台已装载的各类图层。信息查询模块实现对宁波市建筑物、避难场所信息进行空间查询、检索和空间统计分析。损失预估模块模拟和展示不同等级震害风险下，宁波市建筑物的直接经济损失、破坏程度和人员伤亡定量评估。地震科普模块利用视频、图片和文字等多媒体信息，直观生动地展示与地震相关的科普常识及应对地震发生时的逃生策略，增强用户对地震、防震、避震等科学知识的掌握能力，进一步提高公众防震避震能力。

图2 建筑物震害风险信息发布平台功能

3 平台功能实现

本平台通过JavaScript编程语言构建平台的相关功能模块，包括地图预览模块、信息查询模块、损失预估模块和地震科普模块4部分。地图预览模块实现对宁波地理信息的空间显示控制、空间距离、面积量算及地图切换等功能。信息查询模块实现对宁波市建筑物信息和避难场所信息的空间查询、检索和空间统计分析等功能，如图3所示。损失预估模块模拟和展示不同震害风险下，建筑物的直接经济损失分布(如图4所示)、建筑物破坏程度分布(如图5所示)及人员伤亡(如图6所示)。

图3 建筑物信息查询示意图

图4 建筑物直接经济损失分布情况示意图

图5 建筑物破坏程度分布情况示意图

图6 人员伤亡预估示意图

地震科普模块利用视频、图片和文字等多媒体信息，直观生动地展示与地震相关的科普常识及应对地震发生时的逃生策略。

4 结 语

本文基于“天地图”API技术和震害风险评估模型，构建了宁波市建筑物的震害风险信息发布平台，缓解了传统地震信息服务平台存在的数据更新时势性差且研发成本较高等问题，为地震灾害服务决策提供了新的系统平台解决方案。在下一步研究中，还将充分利用“天地图”的服务资源，结合地震行业来进一步扩充“天地图”在震害信息发布的应用。

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Design and Implementation of Building Seismic Hazard Risk Information Platform Based on Map World

LI Fei1,SUN Weiwei1,ZHANG Shunbao2,3,LI Hui2,ZHANG Beilei3

(1. Department of Geography and Spatial Information Techniques, Ningbo University, Ningbo 315211, China;2. Faculty of Architectural, Civil Engineering and Environment, Ningbo University, Ningbo 315211, China;3. Bureau of Science and Technology (Seismology) of Ningbo, Ningbo 315000, China)

Using the Application programming Interface techniques and seismic hazard risk assessment models, a building seismic hazard risk information platform has been developed with Ningbo city as an example. The platform could carry on much information query such as seismic grades of all buildings and shelters, and also estimate building damage degrees under different seismic intensity. Moreover, building financial loss and casualties can be estimated from the platform, as well as the illustration of seismic popular science. The estimated seismic hazard risk information system could provide more visual and accurate decision-making information to help reducing the building damage and casualties during the earthquake.

Map World; seismic hazard risk evaluation； building； geography information system

李飞， 孙伟伟， 张顺宝，等.利用“天地图”设计和研发建筑物震害风险信息平台[J].测绘通报，2017(5)：113-116.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0167.

2016-08-19

宁波社会发展攻关项目(2014C50067)；宁波市软科学研究计划(2014A10089)

李 飞(1993—)，男，主要从事海洋地震灾害风险分析及地震GIS系统设计与开发工作。E-mail: 1751977982@qq.com

P208

A

0494-0911(2017)05-0113-04