现代防护与防灾技术第四章　GIS与防灾减灾.ppt

；,现代防护防灾技术,第四章GIS与防灾减灾4-1概述GIS是一种处理空间地理信息的计算机系统，由人、数据、硬件、软件和实现某种目的的程序组成。,GIS具有三方面的功能1采集、存贮、管理各种空间数据的能力，这些数据具有空间连续性和动态性;2以研究和决策为目的，由计算机程序模拟各种分析方法，作用于空间数据，产生高层次的信息，可以快速、准确、综合地对复杂空间现象进行过程和动态分析;3强大的显示功能，可将各种信息及分析结果以多种形式输出表达出来,4-2地理实体地理实体即地理综合体，既采用综合的方法，也采用分析的方法。地理实体的概念在不同时期有不完全相同的理解，研究方法亦在不断的变化。从早期的纯自然综合体，发展到目前公认的人地关系实体。,4.2.1地理实体的空间特征地理实体的空间特性表现在地球表面可以按照自然的和行政的原则划分为不同层次的单元图1.1。其中每一层次都可以看成是地理实体．地理实体的空间特征是十分明显的。,,4.2.2地理实体的结构和层次特征地理实体是一种综合体，按其内容可以分为自然要素、经济要素和人文要素。这三类要素又可继续划分若干类图1.2，从图上我们看到了地理实体的内容构成具有十分明显的结构和层次特征。,,4-3地理数据地理信息是要向人们提供有关地理实体或地理系统的特征含义。但是信息又是从一系列数据或资料中归纳或提炼后获取的，因此必须首先分析构成地理实体诸要素的数据表达法，而后才能讨论地理信息的获取、管理以及分析加工方法,4.3.1地理要素的数据表示地理数据信息的三种形态即空间信息、属件信息、相关系信息一、空间信息１.呈点状分布的地理现象此分布现象如城镇、乡村居民地、交通枢纽、车站、工厂、学校、医院、机关、火山口、震中、山峰、溢口、基地等等，这种点状地貌和地形特征。,２.呈线状分布的地理现象此分布现象如河流、运河、海岸、铁路、公路、地下管网、行攻边界等等，它们有单线、双线和网状之分。例如北京到天津的铁路，其属性描述通常包括路段号、轨道数、货流量、客运量。又如南京到上海的长江河段就需描述这段河流的水量、航行班次、货运量、客运量等等。,3.呈面状分布的地理现象此分布现象如土壤、耕地、森林、草原、沙漠等等，它们具有大范围连续分布特征。也包括某些断断续续的连续分布现象。它们不像个城市或一个居民地具有确切的边界，这类现象的分布为面状分布。,二、属性信息1.自然地理要素的属性数据此属性数据如地貌、土壤、土地利用、气候、水文、生物等等，它们都是连续分布的地理现象，描述这类现象的属性都是定性描述。2.社会经济和人文要素的属性数据社会经济和人文要素的数据获取受到行政区域的约束，即这类数据需要按照一定的行政区域统计并汇总，故称为统计型数据,三、关系信息上述点、线、面空间位置数据之间存在着某种特定的拓扑关系，同样可以由一组数据来表达，我们称之为关系数据。这类数据表达了各类地理要素空间位置之间的相互关系。它们没有数量的大小，也没有高低和轻重之分，但可以组织在一个文件中，也可以表示在一幅地图上。,4-4地理信息系统（GIS）4.4.1地理信息系统的一般特征地理信息系统是一种通用性很强的技术系统，它可以处理各种调查资料、地图、统计数据、观测数据、遥感数据、文本资料等，还可容纳专家的知识和经验以及各种分析模型、数学逻辑运算方法。同时，它与图像处理系统、计算机制图系统、统计信息系统、工程设计系统保持了紧密的联系。,4.4.2地理信息系统的构成任何类地理信息系统．都必须包括硬件、软件、数据库和模型库，以及管理人员。构成地理信息系统的基础部分是硬件配置，以计算机系统为核心装备，连接必要的输入／输出设备。通常有数字化仪、绘图机、图像处理终端、磁带机等等，形成系统的骨架和规模。下图显示了一个典型的地理信息系统硬件配置。,,地理信息系统的灵魂是软件，主要的应当具有专用的地理信息系统软件；地理信息系统的核心部分是地理数据库系统；地理信息系统运行的重要条件是必要的应用模型；地理信息系统的主宰者是系统的应用管理人员。,,4-５GIS在城市防震减灾研究中的应用城市的防震减灾工作是以城市的综合信息为基础的，这些信息包括城市的资源、生命线系统及其他基础设施、城市地质、地理环境、人员和财产分布等。处理这些多样和复杂的信息，需要一种强有力的工具。,GIS具有管理和分析海量信息的能力，新一代GIS系统充分吸收了现代计算机技术最新的软、硬件成果，运行速度更加快捷，操作界面更加友好，数据交流更加通畅。因此，在减轻城市地震灾害研究中，GIS正发挥着越来越重要的作用。,4.5.1地震危害性分析和震害快速评估利用GIS进行震害和损失估计，收集大量房屋的信息，对房屋地点、用途和结构特性进行描述;收集生命线系统，交通系统特征数据;收集场地描述的各种数据，如断层、地质单元划分、覆盖层厚度、地下水埋深和大量的钻孔资料。,美国EQE公司开发了一套用于地震损失快速评估的计算机系统。GIS的数据库建设以邮政编码为统计单元。系统可选择历史上发生过的地震为设定地震，或输入用户定义的地震参数。系统可在地震发生后几小时之内给出损失估计结果，如经济损失、人员伤亡、无家可归人数、房屋破坏能否居住等。1994年北岭地震中，该系统对造成的损失进行了快速评估，对地震救灾起到了一定作用。,国内中国地震局工程力学研究所利用GIS研制了地震损失快速评估预估系统，并用该系统对1996年2月3日的丽江地震MS7.0进行了房屋经济损失和人员伤亡预估，预估结果与实际震害相近。,4.5.2救灾辅助决策为救灾行动提供辅助决策是GIS在防震减灾中的最新扩展。科学家研究了GIS在犹他州盐湖城地震应急中的作用。GIS的网络分析功能可根据距离和道路属性计算从消防站到市区各部分的时间，能够适应道路网络中出现障碍、中断等情况，根据变化得出新的计算结果。,例如，假定断层破裂通过某一条街道，路径不通，可以将断层分布与交通网叠合，重新计算通行时间。这样的模拟试验了GIS在减轻次生火灾方面的能力。GIS可用到由地震产生的几乎所有问题中，如资料管理、破坏和损失评估、应急反应和恢复重建工作。由GIS提供的实时、准确的信息可用于确定援助水平，并为公众提供信息。,在北岭地震中，州长紧急事务办公室用GIS管理所有从实地搜集的数据，将结构破坏分级，并将数据与实际位置相结合，为每个影响地区提供不同水平的援助。GIS使决策者能更详细、更快地了解破坏情况。专家评论说“没有GIS，我们不知道情况会怎样实际的损失多大受影响的人需要什么无家可归者有多少，分布如何他们说什么语言他们承受怎样的冲击GIS可以帮助确定这些问题并迅速给出答案”。,1996年中国地震局工程力学研究所开始研制以GIS支持的震后应急反应辅助决策系统，该系统不仅包括了震后震害的快速评估功能，而且利用GIS将抗震防灾预案管理起来，并为震后应急提供多方面的辅助决策。中国地震局地球物理研究所研制了乌鲁木齐市的防震减灾地理信息系统。中国地震局分析预报中心应用GIS建立了防震减灾应急指挥中心。上海地震局、安徽地震局等省地震局也在开发基于GIS的防震减灾系统。,4.5.3城市规划与抗震以往的城市震害经验表明，城市规划的好坏直接影响着城市的抗震能力。近几年来，我国利用GIS实现城市的规划方面有了很大的进展.在城市交通的优化、基本资源公共服务设施和市政公用设施配置、城市选址等方面，开发出许多基于GIS的应用系统。这些都为城市综合抗震能力的提高起了相当大的作用。,例如，场地条件对震害有很大的影响，利用GIS的空间分析功能，结合地震危险性分析的成果，可以容易实现城市的布局优化，从而避开不利的场地。在恶劣场地中寻找“安全岛”，GIS的优点将更明显。城市震后应急是建立在震害信息，救灾人力、物力供应信息的基础之上的，根据震害分布和救灾力量的分布，利用GIS的网络分析功能可快速实现资源的分配。,由于受经济能力、科技水平的限制，目前，对城市所有人工设施都进行抗震加固是不可能的，同时，结构易损性随结构在空间上的分布而变化。因此，在城市规划的同时，利用地震危险性和危害分析的结果，借助GIS技术可方便地确定优先抗震加固的地域和人工设施。,利用GIS技术，北京市计划委员会对四川省攀枝花市的城市发展和空间布局进行了优化实验网。利用GIS，不同地区用电量随时间的变化可一目了然。通过分析电力需求随时间、季节、地区的变化，发现电力需求根据荷载曲线形状可大致分为居民、办公、工业、娱乐四类。,4.5.4GIS与城市防震减灾的风险分析风险分析是确保城市以最佳规模和速度发展的基础，是提高城市防震减灾工作效率和合理部署防震减灾资源的依据。同时，风险分析将有利于政府领导或灾害管理部门作出合理的决策。风险分析包知风险辨识、风险估算和风险评价三部分。城市防震减灾中的风险分析包括地震风险分析和减灾措施的风险分析。,风险分析也是一项复杂的系统工作。建立卓有成效的城市防震减灾风险分析模型需要一种强有力的工具，GIS的优越性为风险分析提供了解决办法。利用GIS技术可以很容易地将风险分析模型与空间实物结合起来，实现风险结果的图、文结合输出。,4.5.5GIS与城市防震减灾基础数据库城市防震减灾基础数据库涉及城市的各个方面。在国内外，利用GIS建立城市防震减灾基础数据库是一个热门课题。在我国，上海、广州、海口、北海、南京、福州、厦门、佛山、泉州、汕头、镇江等城市均建立了城市基础数据库，这些基础数据库既有综合性的。这些基础数据库的建设为城市整个防震减灾系统的建设打下了很好的基础。,GIS在防震减灾研究中的应用在国际上已形成一定规模，其中以美国和日本为代表，且有加速发展的势头。迎头赶上这一国际趋势是我国防震减灾研究面临的重要挑战。,