现阶段我国地震应急技术框架分析及评价*

张炜超，郭安宁，孙 昱，任 浩

(1.陕西省地震局，陕西 西安 710068； 2.中国地震局兰州地震研究所，甘肃 兰州 730000)

0 引言

我国是地震多发国家，震区范围广、地震强度大，发震频率高，加之现阶段我国社会财富和人口集中，地震灾害造成的损失难以估量。已发生的汶川地震、玉树地震、芦山地震、岷县漳县地震、鲁甸地震均造成了巨大的人员伤亡及经济损失。如何最大程度地减轻地震灾害、减少地震损失是政府部门及人民群众关注的焦点，同时也是我国地震应急工作的重要责任。

目前，我国防震减灾工作主要分为3大体系：地震监测预报、地震灾害防御、地震应急救援。其中，地震应急救援工作是震后减少地震人员伤亡及经济损失的直接途径，而提高地震应急救援能力离不开地震应急技术的支持[1]。随着国家科技水平的不断进步及经济实力的稳步提高，地震应急技术得到了快速发展，地震灾害应急能力也得到明显提升。本文立足国内地震应急工作现状，分析评价我国地震现有应急技术，同时为未来地震应急技术的发展提出思考及建议。

1 地震应急指挥技术系统

地震应急指挥技术系统是为政府部门进行地震应急指挥服务的专业技术系统，该系统是融合网络、信息、通信、地信、地震等多个基础学科知识的综合系统。我国的地震应急指挥技术系统最初是从震害预测信息管理系统中发展而来；“十五”期间，我国建成了国家级抗震救灾指挥部地震应急指挥技术系统[2]； “十二五”期间，依托国家地震社会服务工程项目新建1套地震应急救援系统并在各省推广应用。经过20多年的发展，我国已形成全国一体化的地震应急指挥技术系统，包括国家、省和地市3级。此类应急指挥技术系统基本包含地震灾害快速评估技术系统、灾情快速获取技术系统、信息服务技术系统3个方向[3]。随着地震预警项目的实施完成，预警技术系统将融入到应急指挥技术系统。

1.1 快速评估技术系统

地震灾害快速评估系统是指在地震发生后，依据烈度衰减模型估计灾区的影响场范围或直接使用由预警系统提供的仪器烈度影响场范围，再根据所掌握的灾区建筑物、人口分布、社会经济等统计资料，评估灾区建筑物破坏、人员伤亡、直接经济损失等情况。其评估结果可在第一时间为信息获取空窗期的指挥决策工作提供震区基础信息，模拟计算震区影响范围，预估人员伤亡和经济损失情况，并提出救援对策建议，进而为指挥部科学高效地开展应急处置工作提供技术支持。快速评估技术系统的框架如图1所示。

图1 快速评估技术系统框架Fig.1 Framework of rapid assessment technical system

此外强震的发生还会引起次生灾害，如火灾、泥石流、山体滑坡等，快速评估技术系统也可针对次生灾害进行计算及评估[4]。随着云计算、大数据等信息化技术的发展，新技术也将不断融入评估系统[5-6]，但基于信息化技术开展评估计算的同时要密切关注信息安全问题，严防信息泄露[7]。

快速评估技术系统包括以下内容：

1)地震触发：通过对地震速报目录的自动监测，实现基于地震自动速报、地震正式速报的自动触发功能，同时兼有演练地震的人工触发功能，以及对地震目录(同步后)进行管理。

2)影响场生成：①利用地震三要素结合烈度衰减模型，自动绘制影响场；②根据国家地震烈度速报与预警项目的实施情况，接入仪器烈度。两者如果时效性相差不大，首选仪器烈度作为评估影响场。

3)评估计算：利用生成的地震影响场对地震造成的损失进行快速评估，评估计算内容包括房屋破坏损失评估、人员伤亡评估、经济损失评估以及救援物资需求评估等。

4)服务产品自动生成：利用地震三要素、地震影响场、快速评估计算结果以及地震应急基础数据库中的各类基础数据，生成专题图件、灾情评估报告、震区评估数据以及地震信息服务，为应急指挥决策及其他功能模块提供评估数据支撑。

1.2 灾情快速获取技术

地震发生后2小时内，由于地震工作队伍难以及时到达地震现场并提供信息，因此震后地震灾情的快速获取对于了解震区灾情、积极部署抗震救灾工作、迅速控制和消除地震引起的社会恐慌、减轻地震造成的损失具有极大的现实意义[8]。

随着空间信息、无人机、大数据、云计算等技术逐渐成熟，信息化技术手段也被引入灾情快速获取领域。目前，我国地震灾情快速获取技术主要有电话询问、手机App灾情收集、基于微信的灾情收集、基于遥感或航拍的灾情收集等，技术系统框架如图2所示。

图2 灾情快速获取技术系统框架Fig.2 Framework of fast acquisition technical system of disaster situation

1)电话询问：作为传统灾情收集方法一直沿用至今，方便快捷，真实可靠。一般通过拨打市县地震系统电话了解灾情，或者利用已经构建的灾情速报网络，该网络由分布在全省各个区(县)、乡镇(街道)、村(社区)的灾情速报系统组成。

2)手机App灾情收集：该技术途径主要面向地震现场工作人员，利用手机专用软件，向后台指挥部推送一线灾情信息，实现地震现场灾情信息实时采集、实时传输，地震后方指挥部实时分析、汇总信息。

3)微信灾情收集：该技术途径主要面向社会公众，利用微信公众平台向公众提供地震灾情上报功能，同时向公众提供相应的信息服务。地震发生后，用户可通过地震局微信公众号查看最新地震信息，判断地震对其当前位置的影响和破坏，并将个人感受和所见灾情进行上报。上报信息可通过微信平台上传至地震局的灾情信息处理服务器，由服务器进行信息的汇总、分类、甄别、整合，并产出灾情信息服务产品，再通过信息发布系统发送至用户。

4)遥感解译灾情获取：通过建立基于高清影像震害快速提取的协同工作平台，实现对重特大地震烈度评定的快速产出。通过建立标准化机制，按照区域分工、多省协同的工作模式，各省应急人员可同时进行灾情信息的快速提取，并同步汇聚到中国地震局，由此，可在极短时间快速产出地震烈度的初评结果，为地震现场开展地震烈度综合评定提供最有效的支持。

1.3 信息服务技术

地震发生后，利用互联网手段，将产出的震情、灾情信息快速发布至终端用户，实现地震产出信息的有效服务，此为地震信息服务技术功能，也是地震应急响应辅助决策系统建设的重要环节[9]。

目前，地震局使用的地震信息发布渠道主要有手机短信平台、互联网推送、电视广播以及语音广播，其中手机短信平台、电视广播以及语音广播则受使用条件限制未得到广泛使用。随着信息化及互联网的发展与普及，互联网推送已成为信息服务的主流手段，且极大提升了地震部门的公共信息服务能力。

现阶段信息服务技术系统总体架构如图3所示。

图3 信息服务技术系统框架Fig.3 Framework of information service technical system

其中门户网站、微博、微信公众号、微信企业号发布模块具体如下：

1)门户网站：通过对地震速报目录的自动监测，系统自动生成地震基本信息、多种比例尺地震相关图件，以及可供浏览的网页，同时也可人为干预，人为发布地震相关内容。

微博：依据地震三要素信息，自动生成地震图片及地震相关信息内容并发布，同时也可人为进行自动发布内容的管理，可选择需要发布的具体信息类型。

微信公众号：震后第一时间可生成地震基本信息和地震相关图件，并进行地震信息自动群发或模板消息自动群发。在地震评估信息生成后，作为地震详情信息与之关联，使用户可查看相关详细信息。同时可人为管理地震信息发送触发条件。

微信企业号：通过对登录用户进行认证和管理，实现用户的分类，针对不同类型的用户，系统可自动选择不同的信息进行发送，也可针对不同用户的需求进行配置和管理。同时可人为管理地震信息及发送触发条件。

1.4 预警系统技术

地震预警是在地震发生后，基于电波比地震波传播快的规律和仪器记录，利用先期获得的地震波信息测定地震发生的地点和强度大小，且在破坏性地震能量到达前预估特定预警目标区地震动能量及地震波到达时间，由此对可能遭受破坏和影响的地区发出地震警报[10-11]。地震预警系统主要包含观测系统、通信系统、处理系统、发布系统和保障系统，每个系统又由不同的子系统构成[12]，其整体架构如图4所示。其中：观测系统和通信系统属于基础建设，是整个系统运行的根本所在；处理系统是整个系统的核心；发布系统和保障系统为地震预警系统架构设计的关键，发布系统决定了整个预警系统的效益，而保障系统则是整个系统平稳运行的关键环节。

图4 地震预警技术系统框架Fig.4 Framework of earthquake early-warning technical system

截止目前，我国地震应急指挥技术系统能实现地震应急快速响应、地震灾情快速获取、地震应急辅助决策、信息发布、现场通讯与指挥等功能，能有效协助政府部门开展抗震救灾工作。但此技术系统在运行中存在以下问题：

1)目前地震系统内部的应急指挥技术系统间、地震系统与其政府管理部门应急指挥技术系统间连接通畅。但该系统与非地震部门的应急指挥系统间缺乏连通测试，存在与非地震部门的应急指挥技术系统连通兼容性差等问题。

2)已建成的全国一体化地震应急指挥技术系统运行多年，但系统维护和更新却问题频发，甚至出现后期系统无人维保的状况，造成系统个别子系统瘫痪。

3)地震灾情快速获取已建立多种渠道，但快速、可信的地震信息获取基本依靠地震系统内部或政府系统的灾情收集，社会大众参与积极性低且上报的地震信息质量差，造成其他信息获取渠道资源废置。

4)基础数据是支撑快速评估的基石，截至目前，各部门、各单位之间数据共享进度缓慢，且共享程度低，数据壁垒依然存在。仅凭地震局获取并更新基础数据，会造成基础数据获取难度大且更新速度慢等问题。

2 地震烈度调查与损失评估技术系统

为准确了解地震灾害的程度和分布，需在震后开展地震现场烈度调查与损失评估工作，并以此指导组织抗震救灾及震后恢复重建工作。GIS、网络通信、无人机等技术的融入进一步提高了现场烈度调查与损失评估工作速度和准确度[13-14]。目前，地震烈度调查与损失评估技术系统主要包含地震现场灾害损失调查技术系统、无人机技术、遥感技术、仪器烈度技术。

2.1 地震现场灾害损失调查技术系统

地震现场灾害损失调查技术系统，使用移动智能手机、平板电脑等移动通讯设备，基于无线通信网络，采用实时传输、GIS地理信息、多媒体信息采集、即时信息互动、信息推送等技术，实现地震现场灾情急报、烈度和震害调查上报、信息共享及工作报告自动生成等功能，同时具备应急指挥、灾情数据汇集与分析等功能[15-16]。其技术系统框架如图5所示。

图5 地震现场灾害损失调查技术系统框架Fig.5 Framework of earthquake field disaster loss investigation technical system

2.2 无人机技术

在地震应急中，无人机因其体积小、机动灵活、易于操控和图像清晰等特点，可第一时间到达人员无法到达的危险区域，及时获取灾区影像数据，同时基于影像数据可进行灾害识别并应用于抗震救灾工作。在烈度调查与损失评估工作中通过正射影像和三维倾斜摄影技术，能快速、直观的了解整个区域的震害程度，对于典型建筑、小目标等灾情获取任务，无人机低空倾斜摄影既可实时查看回传图像，也可实现快速三维建模，使烈度评定与灾害调查结果更加真实、可靠[17]。此外，基于影像数据通过软件模型可计算滑坡、堰塞湖等次生灾害影响范围、道路通行能力等，实现对震后基础设施震害、地震地质灾害、次生灾害等的损失评估功能[18]。

2.3 遥感技术

与无人机技术类似，遥感技术也需要灾情影像数据资料和影像解译技术支撑。但遥感技术具有观测范围大、全天候观测、获取信息快、数据更新周期短等特点，使遥感影像数据资料具有覆盖范围广、获取方便等特点，故可更快、更大范围的进行遥感烈度调查及损失评估工作[19]。

遥感技术依据从历史震害资料总结得到的遥感震害分级标准和地震烈度划分标准，基于遥感影像数据资料及其解译技术，进一步得到地震烈度分布及灾害损失情况，为烈度调查及损失评估提供科学依据。由于影像资料的宏观性及影像解译技术的限制，使得烈度调查及损失评估结果较为粗略，所以遥感解译技术需以现场调查为基础。

2.4 仪器烈度技术

随着我国预警项目的实施，将在全国范围内新增大量地震烈度仪及强震动仪并组建成网，由仪器得出地震烈度将成为现实。地震发生后，通过地震烈度仪及强震动仪记录的地震波形数据得出震区地表及工程建筑物受到的地震力值，同时利用严格定量化的地震动参数与烈度间的定量关系，评定距震中不同地区的地震烈度，并进一步形成烈度分布图[20]。通过地震监测仪器获得地震烈度，可大大减少地震现场烈度调查的工作量，同时提高烈度调查结果准确性及调查速度。

开展烈度调查及损失评估工作是地震局地震现场应急工作的主要任务。现有的地震烈度调查及损失评估技术虽能够支撑地震系统现场应急工作的要求，但仍存在以下问题：

1)地震现场烈度调查及损失评估工作现阶段仍以人工调查、人工研判、人工绘图为主，人为主观判断仍占主导，因此现场专家及评估人员的专业知识及评估水平是决定烈度调查及损失评估工作的主要因素。

2)无人机航拍及遥感技术由于适用范围及震区周边环境限制，只能作为辅助性调查及评估手段；另外此2种技术的调查及评估结果需仔细核对后应用。

3)仪器烈度的应用为地震现场烈度调查及损失评估工作提供了强大支撑，有效解决了人工评定烈度的主观误差。但地震预警系统尚未完全成网，仪器烈度目前难以完全实现。

3 地震现场流动监测技术系统

地震现场流动监测工作是地震现场应急的主要工作内容之一。其目的是优化震区监测台网布局、增加震区监测台网密度、提高地震的监视能力、为震后地震趋势研判和现场救援等提供重要依据[21]。地震发生后，快速组建高密度的流动监测台网，主要涉及2方面内容：1)震区流动监测台站(点)等布设；2)将流动监测台站(点)与震区原有固定监测台站(网)并网，实现加密观测[22]。

流动监测台站(点)的布设通常围绕震中分布，架设遵守的一般原则为：1)测点尽量靠近震中位置；2)流动台站(点)与固定台尽可能将震中包围其中；3)根据发震构造的走向布设，需充分考虑断裂的破裂方向和震中迁移。另外流动台站(点)的测项一般包含测震、强震2项。

由于地理条件和监测环境制约，流动台站(点)一般通过无线传输系统与固定台组建成网，最终使监测数据汇入省台网中心。

从地震局建立之初，地震监测工作从未间断，且积累了丰富的工作经验及专业技能。流动监测只是地震监测业务在震区现场的延伸，现有的监测技术及能力可支撑地震现场流动监测的需求。但地震现场流动监测仍然存在以下问题：

1)地震现场流动监测工作仍是人工将监测仪器、网络通信仪器、供电设备、显示设备等组装在一起，整体工作流程缺乏一体化、智能化。

2)地震现场流动监测工作缺乏统一的技术标准，流动台的选址、布设、组网等缺乏技术规程。

4 结论

1)地震应急技术的发展离不开网络、通信、空间等基础学科的支撑，要进一步提高地震应急技术需充分利用网络、通信、空间等基础学科技术，同时需加强大数据、云计算等新技术的应用，实现更加现代化和智能化的地震应急技术。

2)地震应急技术系统的开发和应用应有统一规划及标准，又要有对技术系统进一步拓展的考虑；同时要做好技术系统推广应用及后期维护，让技术系统有效、有力的持久运行。

3)地震应急能力提升需依靠综合的地震应急技术和各部门各行业的支持。故应加强与地震系统外部门、单位的合作及交流，综合多方面的优势及资源，建立综合地震应急技术。