数字城市和防震减灾信息管理系统
第27卷 第1期
2005年3月地 震 地 质SE I S MOLOGY AND GEOLOGY Vol .27,No .1Mar .,2005
〔收稿日期〕 2004-03-18收稿,2004-12-10改回。
〔基金项目〕 国家科技攻关计划项目(2001BA601B 和2004BA608B )资助。
中国地震局地质研究所论著2005B0007。
数字城市和防震减灾信息管理系统
李志强 聂高众 苏桂武
(中国地震局地质研究所,北京 100029)
摘 要 防震减灾信息管理系统的主要目的是对城市面临的地震及其次生灾害进行分类、评价和减灾效果研究。数字城市从全局性的角度集成城市各个方面的要素,是对城市整体的统一数字化认识。防震减灾信息管理系统的建设是数字城市的一个重要组成部分。数字城市建设的基础是空间数据的应用。基础数据的有效更新成为防震减灾信息系统存亡的关键。数字城市目前是以电子政务作为主流发展方向,防震减灾辅助决策优化和实用化并与电子政务的结合为新一代防震减灾信息系统建设提出了新目标。防震减灾信息系统与数字城市的有力结合,可以提高地震应急反应能力,有效减轻地震灾害的损失。这种结合的困难和问题表现在:数据标准化、数据的可用度、合适的支撑系统和与电子政务的结合等方面。
关键词 防震减灾 信息管理系统 数字城市
中图分类号:P208文献标识码:A 文章编号:0253-4967(2005)01-0164-080 引言
中国是世界上多地震的国家,也是蒙受地震灾害最为深重的国家之一。据分析,今后一个时期中国大陆仍处于地震活动相对活跃阶段,有可能发生多次强烈破坏性地震(马宗晋等,1987)。
这一时期适逢中国大规模基础设施建设集中发展的重要阶段。城镇化进程迅速加快,生命线工程高度密集;人民生活水平不断提高,生活质量要求愈来愈高。这与现代社会功能对灾害脆弱的承受能力形成巨大反差(科学技术部国家计委国家经贸委灾害综合研究组,2000)。
面对严重的地震灾害形势,为了有效地减轻发生破坏性地震造成的生命、财产和经济社会损失,世界各国都在采用工程和非工程措施来有效地减轻地震灾害损失。建立坚固可靠的建筑物和构筑物自然十分重要,良好组织的非工程措施也能对减轻地震损失发挥巨大作用(刘燕华等,2001)。
1999年台湾大地震发生后,由于缺乏良好的应急预案和紧急救援体系,当局几乎束手无策,直到第5天才宣布进入紧急状态,贻误了救灾的时机。1995年日本由于阪神大地震时地震应急指挥的一度瘫痪,导致政府内阁危机。1994年洛杉矶-北岭地震时,美国由于有较完善的应急指挥系统,有效地减轻了地震灾害损失。
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1期李志强等:数字城市和防震减灾信息管理系统
目前,西方发达国家都把建立健全完整有效的防震减灾信息管理系统,并将其与应急管理系统有效的结合作为非工程减灾的重要手段。美国一般在大地震发生后1h内,救灾人员和救灾物资即可进入地震灾区,各种通讯系统、抢修器械等也都可以就绪开展工作,基本做到了地震快速应急响应。通过阪神地震之后的深刻反省,日本已在全国各个市县建立了功能完善的应急指挥系统。
为了切实提高中国地震应急反应能力,“九五”期间初步开展了首都圈地区、闽南示范区等多个地区和城市的震害预测及防震减灾对策研究,在城市和地区防震减灾方面取得了很多的社会效益。“十五”期间,中国又展开了面向全国的国家级、省级(全部)和60个重点城市的应急指挥系统建设。在这些指挥系统中,防震减灾信息管理系统都是重要的核心模块。
1998年1月美国副总统戈尔在《数字地球———认识21世纪我们这颗星球》的报告中首次提出了数字地球(D igital Earth)这一概念①。它建立了一个全球性的综合信息体系。数字城市(D igital City)是数字地球的重要组成部分,它从全局性的角度集成城市各个方面的要素,如自然、环境、资源、社会等各方面的信息,是数字地球技术在城市领域的集中应用(承继成等,2000)。
现代化城市是地区政治、社会、经济、文化活动的中心,是自然、社会、经济构成的综合性动态系统。城市的规划、建设和发展要有准确的信息支持。数字城市是对城市整体的统一数字化认识,利用多种媒体技术,具有实时或近实时的、动态的、空间化、数字化、网络化、智能化、可视化的特征,其在城市管理建设、信息化服务等方面的作用正被人们所广泛认识(Guo,1999)。
国际上数字城市的建设已拉开序幕,如新加坡提出了智能城市(数字新加坡)的设想;美国有数十个城市提出建设数字城市;在中国,很多城市已完成数字城市的总体框架与设想,有的已开始启动(王明峰等,2002)。北京市以奥运会为契机拟定了“数字北京”的总体框架和发展规划,上海、重庆、深圳、广州等相继提出了数字城市建设规划并开始进行试点建设。“数字海南”、“数字山西”、“数字福建”、“数字浙江”、“数字陕西”这样一个扩大内涵的数字城市的扩展版本也在规划中。“九五”期间,中国有70多座城市进行了数字城市规划,已有40多个城市启动了数字城市工程,“十五”期间有100多个城市将规划“数字城市”,总投入超过100亿元(2003年中国电子政务应用年会报道)。
由于城市在现代社会中的重要地位,地震防灾、救灾、减灾的主体都在城市,各国的防震减灾信息管理系统大都是以城市为主体展开的。中国有2/3的大中城市位于地震活动区,城市作为新时期经济、人口和政治的集中区,是中国地震灾害潜在危险最大的地区。因而加大中国城市防震减灾的综合力度,加强城市现代化的防震减灾措施和防震减灾信息管理系统的研制,对于城市的综合发展和减轻地震造成的损失是极其必要的。
很显然,防震减灾信息管理系统的建设是数字城市的一个重要组成部分,但其建设要求和一般理解的数字城市的内涵又有很多差异。
1 防震减灾信息管理系统的研究内容
防震减灾信息管理系统的主要目的是对城市面临的地震及其次生灾害进行分类、评价和减
①A l G ore.The D igitla earth.Understanding our p lanet in the21st century.Giveh at the Calif ornia Science Center,Los Angeles,Calif ornia,On January31,1998.
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地 震 地 质27卷灾效果研究。主要包括以下内容:
(1)研究城市基础地理信息(城市大比例尺地形图上包括的建筑物、街道、地形及地物信息等)、城市地震灾害专业信息(城市地震灾害危险性及其影响程度分布、城市地震灾害综合区划、地震灾害对建筑物破坏影响的易损性分析、城市各类生命线工程易损性分析、各种次生灾害、经济损失和人员伤亡分析、不同灾害情况下灾害的具体对策和辅助决策分析)及城市的社会经济及其规划发展信息(人口及其分布、各类经济指标和参数);
(2)研究地震及其次生灾害的灾害源及其危险性、灾害区划、承灾体(建筑物、生命线工程、社会经济和人员)易损性、灾害的经济损失和人员伤亡评估、应急对策及其物资需求等模型、城市灾害危险性、承灾体易损性及与社会经济和人员及其分布的相互作用关系;
(3)建立信息管理与辅助决策系统,建立在GI S,GPS和RS平台上,进行地震灾害损失评估和各类对策分析,提出城市灾害工程性设施目前的薄弱环节、设防力度、工程性投入和投入效益分析预测结果,从而指导和调整城市平时的防震减灾工程性投入,为城市的发展提供直接的土地利用规划和城市长期发展规划。
在地震发生时该系统将成为城市应急救灾的辅助决策系统,快捷和实时地反应城市的灾情,从而使地震灾害应急救助的指挥者可以充分地利用城市自身和外部的资源使灾害造成的损失减少到最小。
防震减灾信息管理是对灾害发生前掌握的区域基本信息,以及灾害发生过程中和发生后的各种数据进行采集、输入、编辑处理和保存,以便为防震减灾决策和救灾指挥服务。其主要信息来源于以下城市基础信息及与地震灾害相关的专业分析和调查。
数据库建设是整个系统的关键。其处理内容十分广泛,包括建筑物、构筑物、城市生命线工程等,工作内容包括人员伤亡估计、直接和间接经济损失分析、次生灾害影响分析、减灾对策制定、应急反应指挥等多个方面。
根据工作要求,数据库建设大约涉及到以下几方面:社会经济人文、建筑物分布、重大次生灾害源、道路、桥梁、各地物资储备、医疗救护条件、避震场地、重点防护的重要机关、工厂、外交机构、自然地理数据库等。
由以上内容可以看出,一个实用、完善的城市防震减灾信息管理系统是和城市的基础设施信息的有效获取紧密联系的。这些基础信息的可靠获取和及时更新将是城市防震减灾信息系统成功应用的一个重要保证。这样的系统必须和数字城市庞大的数据库配合,才能取得良好的效果。
2 防震减灾信息管理功能及其应用
防震减灾信息管理系统按其流程可以大致分为地震输入→地震影响场衰减模块→地震地质灾害综合影响场分析模块→建筑物易损性分析模块→生命线工程易损性分析模块→次生灾害分析模块→经济损失、人员伤亡和无家可归者评估模块→防震减灾对策分析模块→应急救灾物资需求分析模块→应急辅助决策结果输出模块→现场反馈模块。
防震减灾信息管理的功能主要体现在以下方面:
(1)迅速估计地震发生地区的灾害损失大小和人员伤亡情况,其他地震发生地区的地震灾害背景数据、灾害相关因素数据、社会经济统计数据、以往地震灾害及救灾案例等,使救灾指挥
1期李志强等:数字城市和防震减灾信息管理系统决策者了解地震灾害影响,估计灾害发展趋势,做出灾害规模判断;
(2)可迅速提取救灾力量储备数据,制订救灾措施包括地震发生地区需要何种救援力量以及数量多少、需要何种救灾物资以及数量多少、居民应疏散到何处等;
(3)指挥人员可以调阅地震应急指挥基础数据库提供的灾区各级预案文本、以往该地区地震应急案例、灾区的基本情况等,做到有案可循、心中有数、从容指挥;
(4)指挥人员在做出救灾的决策和部署后,根据所提供的各级政府及其有关部门的联络数据、救援力量的联络数据,迅速下达指挥命令;
(5)平时的抗震减灾宣传和规划辅助功能;
(6)其他扩展性功能
。
图1 防震减灾信息管理系统流程图
Fig .1 Fl ow chart of inf or mati on manage ment syste m f or earthquake 2disaster reducti on .
3 基于数字城市的防震减灾信息管理系统的应用前景和存在问题
“数字城市”建设的基础是空间数据的应用。中国已经完成了全国1/100万和1/25万地形图数字化,建立了数据库及数据服务设施。大中城市基本完成基础地理信息数据库的建设工作,并正在开展影像数据库的建设工作。其中包括完成全国七大江河1/1万数字高程模型和长江、松花江1/1万数字正射影像、1/5万数字栅格地图数据库的建设。同时,在中国成立了国家地理数据标准化委员会,负责统筹、协调和审定中国的地理数据标准,已完成一系列地理数据标准的制定。“九五”期间中国相继建成了一批城市级的数据库。同时,各部门、各城市及各企业根据自身发展和应用需要,也建成了一批专业型数据库,如城市规划数据库、城市建设数据库、房地产数据库、地下管线数据库、城建档案数据库等,并初步形成了一套数据采集、处理、建库、
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地 震 地 质27卷分析、应用、更新的模式。特别是国家级的1/500,1/1000,1/5000基础地形图、航空影像图的图库,为“数字城市”的开展提供了相应的数据保障。
由于空间数据具有极为广泛的应用支撑作用,它使政府的各种应用需求都可以构建其上。空间数据的基础地位在推动部门信息化业务建立的同时,也为这些部门及其信息系统的协同服务打下了基础。
数字城市目前是以电子政务作为主流发展方向的。在数字城市中的计算机、各类基础和专业数据库、通讯网络和互联网,为电子政务提供了技术支撑条件和信息交流的公共平台。通过这个平台,引导城市管理迈向合理、高效。在一个数字化的城市中,政府通过广泛收集“自然、社会、经济”复杂系统中的各类信息,在进行加工整理和决策优化后,向公众发布有关指令性的、调控性的、解释性的、服务性的决策和指导信息,同时能够快速有效地收集到社会反馈的广泛信息,以便于对决策和指导信息进行修正和优化(Lai et al.,2001)。
在各个省、市地震局的发展规划中,开展防震减灾信息系统的建设是一个重要的目标。防震减灾信息系统的建设在“八五”、“九五”期间曾经有过良好的发展势头,经过几年的开发和运行,尚存在以下主要问题:1)对建筑物调查工作过于复杂、烦琐,不易操作,费时费力;2)对部分重点建筑物和生命线工程的调查,由于客观原因详细资料较难取得;3)资料更新困难,对城市管理的功效没有显现。由于缺少庞大的城市基础地理和专业信息数据库和图形库,加之系统研制的环境所限,目前的地震应急评估精度和评估基础研究与技术还存在很大不足,难于利用诸多城市目前已获取的结果。基础数据的有效更新已成为很多信息系统存亡的关键。
经过2003年非典事件后,对各类紧急灾害类事件的应急快速响应能力成为各级政府的新要求,辅助决策模型的进一步优化和实用化并与电子政务的结合,为新一代防震减灾信息系统建设提出了新的目标,而这些都与数字城市的建设密切相关。
目前,在中国几个已经开始建设的数字城市的试验阶段中,都可以看到防震减灾信息系统的建设。如上海、北京的数字城市规划,都把防震减灾作为一个重要组成部分。并且有更多的人开始关注防震减灾系统在数字城市框架下的发展和新的要求,并进行了初步的尝试。如中国地震局开展了“中国地震减灾仿真网格试验与方案构建”项目,开展灾区灾情仿真网格系统预研究,研究新一代的因特网技术对防震减灾信息系统的影响,其内涵与数字城市的要求十分相似。
数字城市目前关注的热点技术领域包括:城市建设的数字化方法;分布式系统间的数据互操作;数据的融合与挖掘技术;城市数据使用许可政策研究;业务信息分类与编码方案;数据质量控制标准;数据质量评价与元数据标准;数据交换接口标准;数据安全标准;数字地面测绘与空间数据技术的集成与开发;城市大比例尺空间基础数据的表现形式;城市大比例尺空间专题数据的表现形式;数据采集的操作规程等都有迅猛的发展(Xue et al.,2002)。这些领域的每一次重大突破和进步都会对防震减灾信息系统产生良好的影响。
由以上分析可以看出,数字城市的建设基础、发展模式和方向是与防震减灾信息系统的要求相一致的。只有依托数字城市的发展,防震减灾信息系统也才有进一步前进的生命力。防震减灾信息系统与数字城市的有力结合,可以大大扩展政府的防震减灾功能,提高地震应急反应能力,有效地减轻地震灾害的损失。
但在实际工作中,我们发现这种结合也存在很多困难和问题,其表现在以下方面:
(1)数据标准化。数字城市要求分布在不同部门的数据能在网络环境中进行共享和互操
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作。因此,对信息的分类方法、数据格式等多方面要做到标准化、规范化。在实践中,很多行业如城建、规划、公共设施等部门经过多年的发展建设,已采集积累了大量的数据,建立了许多专题信息系统。由于缺乏统一的数据标准和规范,在系统软件选用、数据建模方法、数据格式、数据组织结构等方面各不相同,所采集的数据与建立的系统很难共享和互操作。
(2)数据的可用度。由于防震减灾的要求不同,一些数据并不能拿来就用,需要二次加工后才能适应各种预测模型和评估模型的使用,这种二次加工将会随着基础数据的更新而不断进行,对系统的维护压力很大。
(3)合适的支撑系统。数字城市的可视化是以3维技术为支持,在计算机上建立城市3维景观模型,对地理空间数据的理解和接受变得直观、容易,在地震现场模拟、辅助决策支持等方面具有很好的实用价值。但目前所采集的数据及其存储、分析表示方法多数是2维,仅有少数为2.5维或3维数据,现有的地震灾害仿真模型也不能很好地满足用户需求。
(4)与电子政务的结合。数字城市建设中,电子政务是提高政府工作效率,提升政府施政水平,优化服务功能的最佳选择。电子政务系统是一个全新的工作模式,如何利用电子政务系统收集数据、提供辅助决策意见、发布信息都是新的尝试。
深入开展这些方面的研究工作,结合数字城市和防震减灾信息管理系统的建设,对城市和区域的可持续发展是一个很好的契入点,通过它的建设,将有助于提高地震应急工作的科学化水平,使中国在地震社会学、地震应急决策理论和实践等方面有一个新的发展点,对于推动中国的地震信息资源利用、提高地震行业的数据处理与分析能力、引导灾害评估和指挥决策的科学研究方向具有重要的意义。
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D I G I TAL C I TY AN D TH
E I NFO R M AT I O N M ANAGE M ENT
S Y STE M FO R EARTHQUAKE D I SASTER RED UCT I O N
L I Zhi2qiang N I E Gao2zhong S U Gui2wu
(Institute of Geology,China A dm inistration,B eijing 100029,China)
Abstract
The main pur poses of the inf or mati on manage ment syste m f or earthquake p reventi on and disaster reducti on are t o study the classificati on and evaluati on of the earthquake and its secondary disasters faced by the city,as well as t o assess the effectiveness of disaster reducti on measure.The syste m e mbraces vari ous models,such as the fatalness caused by the earthquake,s ources of secondary disaster,disaster regi onalizati on,vulnerability of the cala m ity2bearing body,evaluati on of econom ic l oss and casualties,e mergency counter measure and material require ment etc.Moreover,it als o involves the other as pects,such as the fatalities caused by other urban disasters and the reci p r ocity bet w een the disasters and s ocial econom ics or pers onnel distributi on.I n case of earthquake,this syste m will become the assistant decisi on2making syste m f or the city cala m ity e mergency measure.The well2running inf or mati on syste m will als o p lay an i m portant r ole in the reducti on of earthquake hazards.
D igital city integrates as a whole the ele ments fr om every as pect,e mbodying the digital recogniti on of the whole city.It has vari ous features,including real2ti m e or cl ose t o real2ti m e, dyna m ic,s patial,digital,net w ork,intellectual and visual features.Its functi ons in the city constructi on manage ment and infor mati on services etc.have been widely realized by more and more peop le.The constructi on of the inf or mati on manage ment syste m of earthquake p reventi on and disasters reducti on is the i m portant part of the digital city.
The constructi on of the digital city is based largely on the app licati on of the s patial data. Theref ore,the effective update of the s patial data has beco me the key t o the surviving and fl ourishing of the infor mati on syste m of earthquake p reventi on and disaster reducti on.A t p resent,electric govern ment affair is the main devel op ing directi on for the digital city.It puts for ward a ne w target f or the constructi on of the modern disaster reducti on syste m,which is based on the op ti m izati on and utilizati on of the assistant decisi on2making syste m and its combinati on with the electric government
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affairs.The p r ogress of the syste m will depend greatly on the devel opment of the digital city.The cl ose integrati on of the syste m with the digital city will extend the earthquake disaster reducti on functi on of the government,enhance the e mergency reacti on capability and reduce effectively the l oss caused by earthquake disaster.I n p ractice,however,we have f ound that there are still many difficulties and questi ons in this kind of integrati on,such as the standardizati on and usability of the data,suitability of the supporting syste m and the combinati on with the electric govern ment affair. Further studies on these questi ons may open up a ne w departure in earthquake s oci ol ogy and the theory and p ractice of the e mergency decisi on of the city.
Key words earthquake2disaster reducti on,inf or mati on manage ment syste m,digital city
〔作者简介〕 李志强,1969年生,1990年毕业于北京大学城环系地貌与第四纪专业,副研究员,现主要从事地震灾害、灾害应急管理研究,电话010-********,E-mail:lzhq@https://www.360docs.net/doc/ad44363.html,。
《地震地质》被著名检索系统收录情况
1.《中国科学引文数据库(CSCD)》来源期刊
2.《中国学术期刊综合评价数据库》全文收录
3.《中国期刊网》全文收录
4.《中国学术期刊(光盘版)》全文收录
5.《中国科技论文统计源数据库(CSTPCD)》中国科技核心期刊
6.《中国核心期刊(遴选)数据库》收录期刊
7.《万方数据资源系统(China I nfo)数字化期刊群》全文上网
8.《中文科技期刊数据库》收录期刊
9.《中文核心期刊要目总览》地球物理学类核心期刊
10.《中国科技期刊精品数据库》
11.《中文电子期刊服务》(台湾CEPS)
12.《科技文献速报》(日本J I CST)
13.《文摘杂志》(俄罗斯AJ of V I N I TI)
(本刊编辑部)