0 引言

地震灾害风险评估、地震危险区灾害预评估都需要对评估区域按照不同设定烈度进行灾害评估。前期有众多学者对地震灾害评估系统进行了研究，“十五”期间全国各省部署的地震灾害快速评估系统是以区县为评估单元，以设定地震方式进行震害评估，例如辽宁省地震灾害快速评估系统、鲁北地震危险区地震灾害快速评估系统等(冯志泽等，1999；宋思然等，2009；杨天青等，2005)。以区县或乡镇为评估单元的地震灾害快速评估系统由于数据精度不够，容易造成评估结果与实际损失之间存在较大差距。如2010年玉树7.1级地震，由于采用基于区县的评估单元数据，将人口及建筑物数据平均分配在整个评估单元内，玉树县总人口约为10.9万人，县人口密度约为8人/km²，但实际上，地震震中玉树县结古镇当时人口约为2.3万人，人口密度达到28.5人/ km²，以区县为评估单元的评估方法会造成评估结果误差(和朝霞等，2016)。经过地震事件的不断检验，原有基于行政区划的评估系统已不能满足业务需求，“十二五”期间，国家地震社会服务工程及部分省市结合自身特点陆续开发的一些震害评估系统多基于千米格网数据进行评估计算(张翼等，2012；张方浩等，2019)。但是现有的大多数评估系统都以设定地震为触发机制，设定地震后按照地震影响场影响烈度及范围进行灾害评估，无法满足地震灾害风险评估中按照不同烈度对整个行政区域进行地震灾害评估的业务需求(杨斌等，2020)。

居民地通常指人们按照生产和生活需要而集聚定居的地方。在空间数据中，居民地一般是以建筑物为主要特征的人员活动的面状地块。随着遥感系统的快速发展，居民地数据主要通过遥感影像获得。相对于以区县为评估单元的评估系统，基于居民地的评估系统中人口、建筑物等数据不再以行政区划为单元，而是以居民地块的形式输入，在评估结果输出上，基于居民地的结果也更加细致准确(蔡宗文等，2007)。对比基于千米格网的震害评估系统，居民地评估系统评估精度基本与其一致，但弥补了现有评估系统无法满足按照不同烈度对整个行政区域进行震害评估的业务需求。本文以山西为例，研究基于居民地的地震灾害评估系统，该系统的主要功能是以全省1 ︰ 10000居民地为单位，从地震应急基础数据库中提取灾害评估所需的人口、建筑物等基本信息，并按照地震烈度，分Ⅵ度、Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度、大于等于Ⅹ度5个级别分别进行建筑物损坏情况和人员伤亡情况的评估，产出计算结果可为地震灾害风险评估、地震危险区预评估等提供技术支撑。

1 系统设计 1.1 系统总体设计

系统以ArcEngine为GIS开发平台，运用现有建筑物损坏评估模型、人员伤亡预估模型、经济损失预估模型为框架，整合各计算模型及数据库成果，采用C/S结构进行设计，开发基于居民地的不同烈度下地震灾害评估系统。

系统总体结构如图 1所示，主要包括基础设施层、数据资源层、服务层、应用表现层。

基础设施层主要是为系统提供计算分析所需的各类服务器、计算机设施以及输入输出等设备。

数据资源层主要包括地震应急基础数据库、地震灾害评估数据库。数据资源层接受服务层对数据库操作的请求，实现对数据库入库、分类、查询、修改、更新以及日志管理等功能，并把运行结果提交给服务层。

服务层主要为应用表现层提供最基础的服务，包括GIS开发组件、空间数据库引擎、数据库访问引擎等。

应用表现层提供主要业务功能，包括系统参数设置、系统计算设置、震害评估等。

1.2 系统功能设计

系统功能主要包括系统计算设置、地震震害评估、系统参数设置等，如图 2所示。

系统计算设置包括居民地数据源设置、成果输出区域设置、建筑物震害矩阵分区设置、震害评估区域设置及结果保存路径设置五部分。地震震害评估是整个系统的核心功能，在给定烈度下，其基于数据库中人口、建筑物、经济等数据，并通过建筑物震害矩阵、人员伤亡模型、经济损失模型等提前设置好的系统计算模型，完成房屋破坏计算、人员伤亡、经济损失等评估，并以空间数据的形式完成计算结果展示(Xu et al，2016；Yang et al，2016)。系统工具提供对整个系统人员伤亡计算模型、经济损失计算模型参数调整的功能，并可对建筑物震害矩阵进行设置调整。

1.3 数据库设计

基于居民地的不同烈度下地震灾害评估系统数据库可分为基础数据与评估数据两大类。基础数据中包含了基础地理数据与统计数据两类。其中，基础地理数据主要包含了行政区划、居民地等空间数据，空间坐标系为西安80坐标系，按照区域抗震救灾指挥部地震应急基础数据库格式规范进行编码，并通过编码与统计数据完成关联。统计数据主要来源于统计年鉴、普查数据、地震灾害预评估调查数据等，通过卫星遥感影像及现场抽样调研，得出各居民地块分配权重，最终形成居民地人口、居民地经济、居民地建筑物等属性统计数据，数据精度达到村级，并通过代码与空间数据完成关联。评估数据主要为居民地统计单元的Ⅵ度、Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度、大于等于Ⅹ度5个烈度等级下的人员伤亡评估数据及建筑物破坏评估数据。数据库数据内容如表 1所示。

2 系统实现

基于居民地的不同烈度下地震灾害评估系统在网络环境支持下，从地震应急基础数据库中提取所需要的基础数据，包括居民地的具体位置、面积、人口、建筑物的类型、数量等数据，在建筑物震害矩阵及各评估模型的支持下完成震害评估。计算结果包括居民地的房屋破坏数据、人员伤亡数据、经济损失数据等，计算结果写入地震灾害人员伤亡评估数据库，并以空间数据的形式进行结果展示。

2.1 模型实现

系统的各类产出依赖于模型的计算实现。模型实现以现有模型公式为基础，结合数据情况及系统功能需求，建立输入输出参数表及模型计算流程，最终实现模型计算产出，本文以经济损失模型为例进行说明。

经济损失模型主要是根据建筑物破坏状态来计算不同结构建筑物重建费用及室内的经济损失情况，模型公式为

$ L(I)=\sum\limits_s \sum\limits_j b_s(j) \beta_s(j)+\sum\limits_s \sum\limits_j Q_s(j) W_s(j) $

(1)

其中，L(I)为烈度为I时的经济损失；b_s(j)为S类建筑发生j级破坏时的损失比，即破坏修复或重建费用与建筑物总价值之比；β_s(j)为发生j级破坏的S类建筑总价值，即每平方米造价与建筑物总面积的乘积；Q_s(j)为S类建筑发生j级破坏时的室内财产损失比，即室内资产损失与室内总资产之比值；W_s(j)为发生j级破坏的S类建筑室内资产总值。

经济损失模型计算流程图如图 3所示。首先，利用空间分析技术将建筑物数据、行政区划数据、居民地数据进行叠加，其次，通过空间提取和统计分析，计算出不同行政区域的经济损失情况。经济损失计算中输入的居民地建筑物数据如表 2所示，输出结果为评估模型计算形成的不同烈度下经济损失。

2.2 系统实现

基于居民地的不同烈度下地震灾害评估系统是运用建筑物震害矩阵、人员伤亡评估模型、经济损失评估模型等，以ArcEngine作为GIS开发平台，采用C/S结构开发以居民地为评估单元，计算不同烈度影响下，集人员伤亡评估、经济损失评估、分区域建筑物震害矩阵设置为一体的综合评估系统，系统计算流程图如图 4所示。

基于居民地的不同烈度下地震灾害评估系统主界面如图 5所示，系统功能主要包括数据区域设置、输出位置设置、震害矩阵分区设置等。

计算结束后，系统将产生所选评估区域在地震烈度Ⅵ~Ⅹ度下预估的建筑物破坏、人员伤亡、经济损失等震害计算结果，并以空间数据形式存储在数据库内。打开数据库，选择不同的烈度值即可查看对应烈度下的震害计算结果(图 6、图 7)。

3 结语

现有地震灾害评估系统多以区县或千米格网数据为基础，采用设定地震后按照地震影响场烈度及范围进行灾害评估的方法。此方法无法满足地震灾害风险评估、危险区灾害预评估按照不同烈度对整个行政区域进行地震灾害评估的需求。本文以居民地为评估单元，研究基于居民地的不同烈度下地震灾害评估系统，以满足地震风险评估及预评估需求，更好地为地方政府了解本辖区的地震灾害风险和可能造成的灾害损失，有针对性地为地震应急准备能力提供科技服务。