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强震人员损失评估模型研究与动态评估系统设计

作　者: 李晓杰
导　师: 姜立新
学　校: 中国地震局地震预测研究所
专　业: 固体地球物理
关键词: 人员损失率模型动态损失评估 Kriging插值系统设计
分类号: P315
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

强震损失快速评估为震后实施科学救援及灾后重建提供科学依据。地震应急工作要求快速评估结果具有可靠的精度和良好的时效性;但由于震后短时间内灾情信息的不完备性(强震巨灾通常造成通讯及交通中断等),损失快速评估结果往往与实际灾情存在较大差异;因而需要对灾情进行实时跟踪,并有效利用最新的科研成果及灾情反馈信息对损失评估结果进行动态修正。本文以实现强震损失动态评估为目的,从以下三个方面进行了探讨:一、回顾实现地震人员损失快速评估的通用方法,选用回归模型建立区域适用的强震人员损失评估模型;二、考虑到经验回归烈度衰减圆或椭圆、模型与实际强震烈度分布的差异,本文总结了能够对地震影响场进行合理修正的各种方法和技术;三、基于以上修正或确定地震影响场的各种方法及建立的人员损失回归模型,本文对强震损失动态评估系统进行设计;考虑到地震应急阶段群众对灾情信息的需求,本文还设计了基于上述动态评估系统产出结果的灾情发布和灾情信息反馈收集系统。首先,本文简单回顾了研究者对地震人员损失预测的研究工作。考虑到USGS PAGER系统中人员损失经验回归模型简洁高效的特点,本文根据此模型,利用发生在1970～2008年间的128条地震现场调查灾害记录建立了我国东西部区域适用的地震人员损失预测模型。在震例数据收集及处理过程中,本文利用人口密度栅格数据与烈度区进行空间叠置分析,统计各烈度区内人口,提高了建模数据精度。然后,利用发生在1980～2007年间的234条地震损失记录建立了地震人员重伤数与地震人员死亡数的回归关系。最后,利用统计参量对人员死亡率模型拟合效果进行了定性定量检验(残差正态性,残差范围及同量级概率等);并利用模型对2008年四川汶川及2005年江西九江地震的人员损失进行估计,得到了与实际人员损失相接近的评估结果。本文第二部分重点探讨了修正和确定地震影响场的各种可能方法;本文将这些方法归为两类,一类是灾情实际记录方法,另一类是基于统计回归关系的统计方法。实际记录方法包括ShakeMap仪器烈度、有限断层破裂反演、余震序列、同震位移、遥感影像及地震现场灾情反馈;此外,本文还研究了利用震级与地表破裂长度,断层破裂端部烈度与极震区烈度,震级与极震区烈度,烈度区间长短轴比例等统计关系确定地震影响场的方法。本文整理了USGS发布的2004～2010年我国境内42个震例ShakeMap矢量图;通过查阅文献对这42个震例进行逐个分析,其中具有震后调查烈度的有7个震例;本文将这7个震例的调查烈度图与ShakeMap烈度在统一坐标下进行定性及定量对比;分析认为USGS发布的ShakeMap烈度分布图在强震时与调查烈度分布差异明显,但在宏观震中定位、破裂方向性方面具有一定参考价值。本文收集整理了文献中5个震例的有限断层破裂过程反演结果及现场调查烈度;通过对两者的几何参量定性定量对比认为,有限断层破裂过程反演结果在定位宏观震中,确定极震区衰减方向及极震区几何尺度方面具有重要价值。然后,本文回顾了研究者对强余震的相关研究,并总结了研究者利用同震位移及遥感影像确定烈度分布的研究成果。在利用现场灾情反馈信息方面,本文提出利用“12322”短信灾情反馈代码进行Kriging插值生成灾情代码等值线的方法;本文利用2008年汶川地震后得到的74条短信反馈信息代码实现了Kriging插值,生成了汶川地震灾情代码等值线图。这为获取和利用灾情信息提供了新思路,值得进一步研究和探讨。为了利用震级与地表破裂长度,地表破裂断层端部烈度与震中烈度,震级与震中烈度等统计关系估计地震影响场,本文对川滇地区(北纬N 270～340,东经E 990～1060范围),极震区烈度Ⅷ度以上,27个震例的烈度图的长短轴进行了统计分析。分析结果表明,烈度区内长短轴比值的离散性较大,而烈度之间的长轴比值、短轴比值离散性较小。因而,本文利用烈度区间长轴比值、短轴比值及相关统计关系建立了确定地震影响场的统计方法。利用此方法,本文对2008年汶川地震烈度分布进行了初步估计;结果表明,在高烈度区(Ⅷ度以上)估计效果较好,在低烈度区估计值有较大偏离。最后,本文介绍了GIS技术及其在地震损失评估中的应用现状;基于本文建立的强震人员损失回归预测模型及地震影响场动态修正方法,本文对强震损失动态评估系统进行了详细设计;此外,还对灾情发布及灾情反馈系统进行了初步设计。本文通过在VS.net 2008平台上引用ArcGIS Engine等相关组件编程实现了强震损失动态评估系统的部分核心功能。

全文目录

论文摘要  7-9
Abstract  9-12
第一章引言  12-15
  1.1 论文选题背景及意义  12-13
  1.2 本文研究内容及组织结构  13-15
第二章强震人员损失回归预测方法探讨  15-35
  2.1 预测人员损失相关方法  15-23
    2.1.1 基于建筑易损性分类清单的地震损失评估方法  15-16
    2.1.2 基于历史震例数据的统计回归方法  16-23
  2.2 利用PAGER 系统模型建立区域适用的人员损失评估模型  23-30
    2.2.1 模型特点  23-24
    2.2.2 模型设定及数据分析  24-26
    2.2.3 数据来源及数据处理  26-28
    2.2.4 模型建立及其拟合效果  28-30
  2.3 重伤人数估计  30-31
    2.3.1 人员重伤数与各因素的相关性  30
    2.3.2 建立人员损失数与人员重伤数的统计回归关系  30-31
  2.4 实际震例对模型检验  31-34
    2.4.1 2008 年汶川M_s8.0 级地震人员损失评估  31-32
    2.4.2 2005 年江西九江M_s5.7 地震损失评估  32-33
    2.4.3 对评估结果的说明  33-34
  2.5 本章内容总结及展望  34-35
第三章强震地震影响场修正方法  35-62
  3.1 确定地震影响场需要解决的问题  35-37
    3.1.1 宏观震中确定  35-37
    3.1.2 烈度衰减  37
  3.2 确定及修正地震影响场的可能方法  37-57
    3.2.1 地震信息实际记录方法  37-48
    3.2.2 基于历史震例的统计方法  48-51
    3.2.3 利用上述统计关系估计地震影响场（以川滇地区为例）  51-57
    3.2.4 长短轴比率关系应用的推广  57
  3.3 基于地震现场离散点灾情报告的地震灾情分布估计  57-61
    3.3.1 Kriging 插值算法  57-60
    3.3.2 “12322”防震减灾公益服务平台  60-61
    3.3.3 对汶川地震后的灾情信息代码进行Kriging 插值  61
  3.4 本章内容总结  61-62
第四章 GIS 在震害损失快速评估中的应用  62-72
  4.1 GIS 在震害损失快速评估中的应用  62-63
  4.2 GIS 技术在震害损失快速评估中的应用前景  63-71
    4.2.1 组件技术及基于ArcObjects 的地理信息系统开发  64-65
    4.2.2 WebGIS 技术  65-67
    4.2.3 基于ESRI 公司ArcObjects 组件WebGIS 开发  67-70
    4.2.4 空间数据库技术  70-71
  4.3 本章内容总结  71-72
第五章强震损失动态评估系统及灾情发布系统设计  72-87
  5.1 强震损失评估系统的需求分析  72-73
    5.1.1 地震损失快速评估系统的完善  72
    5.1.2 系统功能设计目标  72-73
    5.1.3 系统设计原则  73
    5.1.4 系统用户的分级管理及架构选型  73
  5.2 系统解决方案  73-82
    5.2.1 系统总体框架设计  73-74
    5.2.2 强震损失动态评估系统的功能结构设计  74-77
    5.2.3 地震灾情发布系统的功能结构设计  77-79
    5.2.4 系统数据库设计及建设  79-82
  5.3 强震损失动态评估系统开发与部分功能实现  82-86
    5.3.1 经验性地震影响场生成  82-83
    5.3.2 基于破裂长度统计关系估计地震影响场  83
    5.3.3 基于“12322”短信平台灾情代码等值线生成  83-84
    5.3.4 受灾人数按烈度区及按行政区统计  84-86
    5.3.5 各烈度区死亡及重伤人数估算  86
    5.3.6 灾情报告产出  86
  5.4 本章内容总结  86-87
结论  87-89
参考文献  89-93
致谢  93-94
附表  94-105
作者在学期间发表文章  105

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