2019年地理空間信息技術在應急救援中的應用.pdf

1、地理空間信息技術在應急救援中的應用地理空間信息技術在應急救援中的應用劉亢，博士劉亢，博士應急管理部應急管理部應急搜救中心應急搜救中心GEDAS 國際地震災害預警系統EDAS 國家地震災害預警系統快速預警與應急對于一個全球性的地震災害事件，受災區域與援助組織要根據災害的發生發展做出援助、應急和重建決策，為使上述決策科學合理，應提供預警信息與分析、災害態勢分析、需求分析、災害監控分析、災害評估等決策信息支持服務。地震災害預警是應對災害事件信息支持過程的第一步，要求在災害發生后，在盡可能短的時間內，給出災害可能損失的快速估計，及未來發展態勢的判斷，支持應急與救援決策。2001年，中國首支國際性的救援

2、隊伍中國國際救援隊成立，并在隨后的十幾年中陸續參加了阿爾及利亞、伊朗巴姆、印度洋地震海嘯、巴基斯坦、印度尼西亞日惹、海地、巴基斯坦洪水、新西蘭、日本、尼泊爾大地震的國際救援工作，擴大了我國的國際影響并帶動了我國應急救援的基礎設施建設和科學研究的發展。中國國際救援隊快速響應的需要基地流動醫院工作區在全球性的地震災害應急救援研究方面，我國目前基礎薄弱，建立一個全球性的地震災害預警系統，不僅能夠為中國國際救援隊參加國際救援事務提供有效的信息與技術支持，同時能夠積累資料，開展相關領域研究，提高我國應對國內、國際災害事件的水平。中國國際救援隊快速響應的需要GEDAS 國際地震災害預警系統（Global

3、Earthquake Disaster Alert System）技術背景1、地理信息技術 GIS2、短信息技術 SMS、MMS3、電子郵件服務 EMAIL基礎數據數據庫由矢量和柵格格式的地理信息數據及文檔組成。地理背景數據，高程、影像數據，歷史地震災害、地質構造背景，人口、經濟數據以地理信息數據格式存儲。國家概況、救援隊伍、救援裝備、救援案例等以文檔格式存儲。1、全球范圍的破壞性地震數據庫收集整理了已有破壞性歷史地震災害資料，通過處理建立了破壞性地震災害震例數據庫。數據庫的內容包括地震基本參數、造成的損失情況，是否引起海嘯等。2、基于 VMAP0的全球尺度基礎地理數據庫美國國防部國家測繪局(

4、NIMA)提供的VMAP0（Vector Smart Map0）矢量數據，比例尺為1：100萬，包括行政界線、道路、河流、居民地、植被等基本地圖要素。2、基于 VMAP0的全球尺度基礎地理數據庫對VPF格式的VMAP0數據進行了格式轉換和分層處理，形成了ArcGISGeodatabase格式的全球1：100萬的基礎矢量數據。仍按原分區分成4個Geodatabase數據。3、基于 SRTM的數字高程數據庫SRTM全球數字高程數據由美國奮進號航天飛機獲取，系統基于SRTM數據建立全球90米分辨率的數字高程模型，數據按5度間隔進行分幅，以GEOTIFF格式存儲。3、基于 SRTM的數字高程數據庫4、

5、基于Landsat的遙感影像數據庫NASA制作了覆蓋全球的基于Landsat的影像數據，建立全球的遙感影像數據庫，數據按UTM投影進行分幅，以MrSID格式存儲。4、基于Landsat的遙感影像數據庫BALAKOTBALAKOT鄰近地區三維影像圖鄰近地區三維影像圖北北BALAKOTKANSHIANSANGARHKAWAISATBANIJABORI基于NASA 全球數字高程數據及ETM數據制作5、基于Landscan的全球人口經濟數據庫美國能源部的橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge NationalLaboratory，ORNL）自1990年開始Landscan全球人口數據項目，1998年發布

6、第一個版本，至2005年已發布多個更新版本。Landscan全球人口分布數據集以GPW等數據集為基礎，但加入了更多的人口分布模型參數對人口分布進行建模、調整。因此，這一數據集更好的反映了人口隨土地利用性質、道路分布、地形地貌的變化。Landscan數據的分辨率為1公里，是目前精度較高的全球人口分布數據集之一，也是一些國際災害應急機構與預警系統進行分析時主要采用的人口數據。5、基于Landscan的全球人口經濟數據庫雖然有部分觀點認為Landscan的數據過于模型化，而且由于采用的行政單元數量少于GPW數據，并采用了很強的建模結果，使其數據并不適用于進一步的分析，但由于這一數據已充分考慮了各種因

7、素對人口分布的影響，因此比GPW數據更適于用于災害評價。本項目基于LANDSCAN數據建立了全球人口數據網格，這一數據可用于災害的快速影響估計。5、基于Landscan的全球人口經濟數據庫本系統收集了各國的GDP數據，結合人口資料，建立各國人均GDP數據庫，可用于地震經濟損失影響估計。6、國家政治文化背景數據庫以美國CIA的Factbook和我國外交部的資料為基礎，經過分類整理，建立了中、英文的國家概況數據庫，以WORD格式存儲，包括個國家的人口、經濟、自然、基礎設施等基本情況。7、國際救援力量數據庫收集了目前世界上實施國際救援任務的各國國際救援隊基本情況，包括救援隊數量，裝備配置、各救援隊的

8、人員來源及組成、國內管理機構、國際救援時的組織管理、規章制度以及各工種的現場工作辦法、各救援隊負責人以及可能的聯系方法等，建立了國際救援力量數據庫，以WORD文檔格式存儲。8、救援裝備數據庫分類收集并整理了目前世界上主要救援設備的類型、主要功能、維護方法以及在緊急和日常情況下的管理、主要的救援設備生產商以及聯系方式等，建立了國際救援裝備數據庫，以WORD文檔格式存儲。9、救援案例數據庫收集整理了已有的地震災害國際救援資料，通過分析，建立了救援案例數據庫，用于地震救援參考，數據庫的內容包括災害基本信息、救援過程、成功案例、經驗教訓等。100公里內人口P地震震級M震源深度DD=300由于此次地震震

9、源很深。初步估計不會造成人員傷亡。D=100M0初步估計此次地震會造成一定的人員傷亡。由于此次地震影響區域內基本無人居住，初步估計不會造成人員傷亡。是否是是是否否P=100000P=500000M7初步估計此次地震不會造成人員傷亡。初步估計此次地震會造成一定的人員傷亡。M=6初步估計此次地震會造成一定的人員傷亡。初步估計此次地震會造成較大規模的人員傷亡。M7初步估計此次地震會造成較大規模的人員傷亡。初步估計此次地震會造成大量的人員傷亡，應予以密切關注。否否否否否否是是是是是M(magnitude)D(Sea Depth)M6AM7D200ABYESNOYESYESNOD200D1000BCDN

10、ONONOYESYES預警等級預警等級判定標準判定標準描述描述4 4（藍色）（藍色）66級，或級，或6 6級，但海級，但海水深度小于水深度小于200200米米基本可排除發生海嘯的可能基本可排除發生海嘯的可能3 3（黃色）（黃色）66級，海水深度大于級，海水深度大于200200米，或米，或7 7級，但級，但海水深度小于海水深度小于200200米米發生海嘯的可能性很小，或即使發生海嘯的可能性很小，或即使發生也不會產生破壞發生也不會產生破壞2 2（橙色）（橙色）77級，海水深度大于級，海水深度大于200200米，小于米，小于10001000米米發生海嘯的可能性較大，但影響發生海嘯的可能性較大，但影響

11、不大不大1 1（紅色）（紅色）77級，海水深度大于級，海水深度大于10001000米米發生破壞性海嘯的可能性較大發生破壞性海嘯的可能性較大海嘯預警模型總體框架地震信息自動獲取地震信息自動獲取基于GIS的災害評價分析基于GIS的災害評價分析發布預警（EMAIL、SMS）發布預警（EMAIL、SMS）WEB信息發布（新聞、地圖服務）WEB信息發布（新聞、地圖服務）基礎數據庫、模型庫信息獲取、分信息獲取、分析與發布析與發布信息獲取、分信息獲取、分析與發布析與發布地震信息地震信息地震信息地震信息信息保障組信息保障組信息保障組信息保障組軟件界面參數輸入區參數輸入區信息展示區信息展示區參數設定區參數設定區

12、信息的使用一條短信（SMS）：YellowUSGS:M5.3,12/26|23:47:12,33.11,39.52,10.00,等級震級發震時間震中經度 震中緯度 震源深度central Turkey|Pop:100,3661865;50,672215;20,16728;位置人口信息10,7146;/TDNERSS信息的使用一條彩信（MMS）：據美國地震臺網信息：世界標準時間（晚北京時間8個小時）2008年05月10日20時01分，southern Greece發生5.0級地震，震中位于東經22.30度，北緯36.35度，震源深度約24.20公里。震中半徑100公里范圍內人口分布情況：Pop:

13、100,3661865;50,672215;20,16728;10,7146。初步估計此次地震不會造成人員傷亡。地震發生在海域，但基本可排除發生海嘯的可能。此報告由國際地震快速評估系統自動生成，未經人工處理。技術支持：中國地震應急搜救中心技術部信息的使用1234561封郵件：地震基本參數、城市、歷史地地震基本參數、城市、歷史地震、人口、災害規模判斷震、人口、災害規模判斷GEDAS126.COM信息的使用信息服務網站：10.9.1.106:8080EDAS國家地震災害預警系統（National Earthquake Disaster Alert System）人員傷亡與經濟損失估計模型地震次生災

14、害預警模型重大工程震害預警模型地震災害綜合預警模型應用模型與服務系統研發地震災害的影響估計圓模型）（16r1.792ln-4.454m 4.493I）（16r1.792ln-4.454m 4.493I中國東部：中國西部：橢圓模型I1=2.033+2.01M-（0.923+0.151M）ln(R1+27.035)I2=0.064+1.949M-（0.433+0.169M）ln(R2+13.073)延長軸方向延短軸方向地震災害的人員傷亡估計第一種方法是人口密度與烈度的經驗關系。其中人口密度參數需要給定，默認情況下，農村地區取100人/平方公里，城市區取500人/平方公里；第二種方法是采用死亡率與烈

15、度的經驗關系，人口數據通過全國公里網格的統計資料；第三種方法是基于倒塌率和人口統計數據的經驗關系。1nFR=-44.466+14.331lnI+0.960ln3.13)CR(479.12logFR1.0地震災害的經濟損失預測對于經濟損失，目前來講，對于全國尺度的損失預測，采用基于GDP的方法是比較可行的，采用陳颙等給出的經驗關系，及全國公里網格的GDP數據，可進行損失的快速粗略估計。綜合預警模型Amax（M-4.5，0）0.5lg（max（P/80000，0）max（V，0.5）1.5/3A為預警值，M為地震震級、P為六度烈度以上影響區域內的人口數，V為歐洲人道主義救援組織ECHO下屬研究機構

16、給出的受災地區災害脆弱性易損性平均值V（李亦綱等，2006）。地震滑坡預警模型根據前人的研究成果，采用綜合指標法對地震誘發的滑坡和崩塌進行預警是較可行的方法。從目前可獲取的影響因子數據來看，烈度可通過地震衰減關系得到，坡度數據可通過數字高程數據獲取，其他數據則較難獲取，而且不易表述。因此，在目前的情況下，建立基于烈度和坡度數據的地震崩塌、滑坡的預警模型。參考前述賦值關系，給出如下的地震滑坡因子賦值關系。地震海嘯預警模型地震海嘯預警判定標準及預警等級描述地震海嘯預警判定標準及預警等級描述預警等級判定標準描述4（藍色）6級，或6級，但海水深度小于200米基本可排除發生海嘯的可能3（黃色）6級，海水

17、深度大于200米，或7級，但海水深度小于200米發生海嘯的可能性很小，或即使發生也不會產生破壞2（橙色）7級，海水深度大于200米，小于1000米發生海嘯的可能性較大，但影響不大1（紅色）7級，海水深度大于1000米發生破壞性海嘯的可能性較大海嘯一般是指海底地形發生隆起、下沉所引起的特大海浪。由地震引發的海嘯稱地震海嘯。此外，海底火山爆發，海岸或海底隆起發生崩塌滑坡使地形改變也可以引發海嘯。地震次生火災次生火災的預警模型，對于全國尺度的地震次生火災預警，比較可行的是估計建筑物倒塌面積，并根據起火次數的經驗統計關系，預測次生火災的起火次數，并給出預警等級及描述。精確的建筑物倒塌面積估計要根據建筑

18、物的統計資料給出，但目前地震的發生還具有很大的偶然性，很難給出地震影響區域內的建筑物統計資料，因此，本系統采用如下的經驗公式，進行建筑物倒塌面積的粗估：倒塌面積倒塌面積=倒塌率倒塌率*居住用地面積居住用地面積*建設用地比例建設用地比例*容積率容積率其中倒塌率可由經驗統計給出，居住用地面積可由土地利用現狀圖得到，建筑物用地比例可根據統計數據得到，一般可取0.2，容積率也可由統計數據得到，一般可取0.5。大壩震害預警模型綜合目前的大壩震害情況及前人給出的預測要素、判定矩陣及震害等級描述，給出如下的大壩震害預警判定模型及預警等級描述。類型678910混凝土44432其他44321上表考慮的為壩基為巖

19、基的情況，如果壩基為土基，則預警等級相應調高1級。預警等級描述4（藍色）基本無震害3（黃色）壩體有輕微震害2（橙色）震害較嚴重，壩體及壩基遭到不同程度破壞1（紅色）重大震害，壩體及壩基遭到不同程度破壞大壩震害預警等級描述大壩震害預警判定標準核電站震害預警模型核電站震害預警判定標準核電站震害預警判定標準烈度678910預警等級44321上表考慮的為壩基為巖基的情況，如果壩基為土基，則預警等級相應調高1級。預警等級描述4（藍色）基本無影響3（黃色）可能有影響，應給予關注2（橙色）有輕微影響，應派專家進一步鑒定1（紅色）影響較大，應重點關注核電站震害預警等級描述核電站震害預警等級描述應用模型研發-基

20、礎數據全國全國1km1km格網人口空間化數據格網人口空間化數據全國全國1km1km格網格網GDPGDP空間化數據空間化數據應用模型研發-基礎數據高程數據采用GOTOPO30的全球數字工程數據，分辨率為1Km，截取其中的覆蓋中國區域的數據子集。數據采用ArcINFO GRID格式存儲。并使用坡度數據用于滑坡的危險性分析。GTOPO30 1KmGTOPO30 1Km網格數字高程數據網格數字高程數據應用模型研發-基礎數據ETOPO2的高程數據分辨率為2度，分辨率較低，但該數據集有海洋部分的高程數據，可用于地震海嘯的估計。ETOPO2ETOPO2數字高程數據數字高程數據應用模型研發-基礎數據應用模型研

21、發-基礎數據大壩數據庫由水利科學信息共享網提供，包括我國1500余座30米以上的大壩數據，數據內容包括大壩的結構類型、建造年代、壩基、壩高及水庫庫容等基本情況。大壩數據主要用于大壩的震害估計。我國我國3030米以上高壩數據米以上高壩數據應用模型研發-基礎數據中國核電站分布數據計算模型的軟件開發本系統提供兩個模型庫，即HazardMath和HazardSpatial。前者為基本的數學模型，不涉及空間數據的疊加分析，內容為衰減關系計算、人員傷亡與經濟損失預測、火災預測模型等，數據輸入不涉及人口、GDP、高程等空間數據。HazradSpatial在HazradMath的基礎上，添加了基于空間數據的分析，可以指定數據源作為基本輸入參數。HazardSpatial的模型包括衰減場數據的生成、人員傷亡與經濟損失預測、大型工程、崩塌與滑坡、次生火災的預測預警模型。HazardSpatial的分析基于ArcGIS提供的空間分析功能，通過圖層的疊加與空間統計等實現。計算模型的軟件開發地震災害預警基礎數據庫空間疊加分析危險指數計算預警等級判定綜合分析預警等級判定結果及描述應用服務系統的研發謝謝！