Study on Earthquake Disaster Risk Assessment and Countermeasures: A Casa Study on Luodian County in Guizhou
-
摘要: 为探究贵州省地震灾害风险薄弱环节，减轻地震灾害风险，以贵州省罗甸县为示范，采用地震危险性概率分析方法对各乡镇进行危险性分析，开展地震灾害承灾体现场抽样调查，通过层次分析法和问卷调查的方式，首次构建乡镇级别的地震灾害风险和减灾能力指标体系，评估各乡镇地震灾害综合指数和程度，计算各乡镇地震灾害风险指数，确定红水河镇为高风险区、罗悃镇为中风险区、木引等7个乡镇为低风险区，并从建筑物设防、地震地质灾害及水库地震等角度剖析罗甸县地震灾害特点，从农村危房改造、移民搬迁、地质灾害防护及交通等方面提出减小地震灾害风险的建议。Abstract: In order to explore the weak links of earthquake disaster risk in Guizhou and reduce the risk of earthquake disaster, this paper takes Luodian County of Guizhou as an example, uses the probability analysis method of earthquake risk to carry out a risk analysis on the towns and villages of Luodian County, and carries out the on-site sampling survey of disaster-bearing body. Through adopting the method of AHP and questionnaire survey, a township-level earthquake disaster risk and mitigation capacity index system was constructed for the first time to evaluate the comprehensive index and degree of earthquake disasters for each township in Luodian townships. The calculation of the earthquake disaster risk index determined that 7 townships such as Hongshuihe Town were in a high-risk area, Luopu Town was in a medium-risk area, and Muyin was in a low-risk area. Through the view of building fortification, earthquake geological disasters, and reservoir earthquakes, etc. and the perspective of the analysis of the main characteristics of earthquake disasters in towns and villages of Luodian County, suggestions were put forward to mitigate the risk of earthquake disasters from the perspective of rural dilapidated houses reconstruction, immigration relocation, geological disaster protection and transportation.
-
Key words:
- Earthquake disaster /
- Risk assessment /
- Luodian county /
- Coping strategies
-
引言
随着国家地震烈度速报与预警项目工程的实施，将在全国建设大量烈度计观测台站，弥补现有地震台网能力的不足，有效提高减灾和社会服务能力。其中，天津地区已在京津冀简易烈度计预警示范工程中先行建设了80个简易烈度计台站，与天津行政区内具备实时传输能力的测震台站和强震动台站共同组建天津地震预警观测系统（许可等，2019）。现有观测系统中缺少台站设备状态监控，台站各种设备基本处于未知状态，台网中心设备维护人员对台站设备状态的判断仅限于烈度计信号通断与否，台站出现故障后（如市电故障、电压不稳、网络故障、设备死机等），运维人员无法远程判断故障原因并进行有效处理，须到现场进行排查及维修，增加了运维成本，且效率较低。针对上述问题，设计烈度计台站远程监控系统，使台网和台站值班人员可在线实时查看仪器运行状态，及时发现各类设备故障，并对故障进行远程处理，提高台网管理与维护能力。
1. 监控系统的构成
烈度计台站远程监控系统物理架构如图 1所示，分为硬件设备和软件平台。硬件设备主要包括信息采集设备、服务器、PC和手机，其中，信息采集设备部署在烈度计台站，是整个监控系统的数据支撑，也是逻辑架构中的数据采集层。软件平台部署在监控中心，涉及业务层的使能平台和大数据页面、数据仓库层中的数据库、服务器中的MQTT中间件、手机APP等。
信息采集设备采集台站供电、网络、仪器状态等信息，将采集到的原始数据上传至使能平台进行存储，将原始数据传至解析器，解析器对电源数据、专业仪器数据、网络数据等进行类型分析，同时判断数据是否正常，并进行数据分类存储与统计分析，大数据界面通过GIS地图显示台站状态，对异常数据台站进行报警。运维人员查看报警台站实时数据信息，通过使能平台或手机APP向信息采集设备发送控制指令，对观测仪器等设备进行远程维护。
2. 信息采集设备
2.1 设备功能
烈度计台站信息采集设备通过对台站设备运行状态、供电状态、网络状态等进行全方位监测，及时发现并处理存在的问题，最大程度地减小设备离线率和故障率，确保台站设备安全可靠地运行。根据实际需求，本系统具有以下功能：
（1）基于NB-iot通信具有功耗低和费用低的特点，信息采集设备上行数据接口采用单独的NB-iot通信链路，信息采集设备采集台站监控信息，并通过NB-iot网络回传至台网监控中心的监控平台。
（2）信息采集设备可通过以太网口对台站现有连接网络设备（路由器和烈度计）进行网络通讯，发现问题及时报警。设备可通过以太网读取烈度计状态信息及实时数据信息，进而对专业设备状态进行监控（王建国等，2010）。
（3）信息采集设备支持接入、接出市电，并对市电电压、电流、功率、功率因数、频率、用电量等参数进行监测。同时信息采集设备不影响其他设备供电，即使信息采集设备出现故障，也不会影响其他设备的正常供电。
（4）设备具有多路I/O输入及1路RS485输入接口，支持其他设备接口接入，对设备运行状态进行监测，从而判断设备是否正常运行。
（5）信息采集设备设有1路继电器输出，将需控制设备的供电线路接入继电器常闭端，即可通过终端发送特定指令完成相应设备的关闭、打开和重启（陈吉锋等，2012）。
（6）信息采集设备内置电容，能保证台站在断电情况下短时间工作，将故障信息回传。
2.2 功能实现
设备核心功能模块主要包括核心嵌入式控制器（MCU）模块、NB通信模组模块、能耗测量模块、网络通讯模块。信息采集设备功能模块逻辑图如图 2所示，其中，主控模块是设备的核心，通过C语言和汇编语言实现设备核心算法与逻辑控制，完成对外围硬件的控制功能；电源模块为控制电路提供电源；数据采集模块实现不同通讯协议设备的接入，包括电能计量模块、I/O接口输入、RS485通讯接口等；以太网模块实现与本地路由器之间的通讯，通过TCP传输协议查询台站设备间的网络连通情况，包括烈度计、路由器等网络联通信息（宁晓青等，2019）；控制模块通过接收主控模块的指令实现设备断电、重启等操作；NB模块为通信模块，可使用3家运营商的NB服务，实现监控信息及控制指令的传输。
2.3 设备配置
上位机设备配置软件通过RS485接口与设备进行通信，实现NB-iot网络、以太网、测量量、烈度计等参数的配置，上位机配置软件界面如图 3所示。NB-iot网络参数配置实现设备与监控中心接收数据服务器的通信，需配置的主要参数包括MQTT服务器地址和端口、登陆ID及订阅主题；以太网参数配置实现设备与烈度计和路由器间的通信，需配置的主要参数包括设备网卡IP地址、网关地址和掩码地址；测量量参数配置实现台站网络与供电的监控测量，需配置的主要参数包括台站设备IP地址、环境参数（如电压、功率、温度等）；地震烈度计监测参数配置实现烈度计状态信息的监控测量，需配置的参数主要包括烈度计类型和IP地址。
3. 监控平台
监控平台是基于物联网侧设备接入使能的云化平台系统，能有效监控烈度计台站设备数据的采集、存储、分析、数据展现及发布、智能管控等，平台具备丰富的对外数据接口，可简单灵活地通过插件编程实现不停机对接收数据保存、解析、加解密、格式转换等。
3.1 逻辑架构
监控平台逻辑架构从功能层上分为数据仓库层、功能层和业务层（图 4）。
数据仓库层实现对数据存储表的管理，包括信息采集设备上传的原始数据表、解析数据表、用户管理表、业务报表、系统监控表、参数设备表。功能层包括监控平台实现的功能，如身份认证、数据解析、数据查询和报表分析等。业务层包括使能平台和大数据页面，使能平台主要完成数据查询统计和下行，大数据页面完成数据统计分析及展示。
3.2 功能模块
监控平台从使用上分为用户模块、设备模块、应用模块和解析器模块，其中，用户模块为基础，设备模块为纽带，应用模块为主干，解析器模块为重点，各模块功能见表 1。
表 1 监控平台各模块功能Table 1. Functions of monitoring platform modules模块 功能 用户模块 存储用户的基本信息，按登录用户信息显示不同的平台信息 设备模块 对上行数据进行分类，将数据与设备对应，对设备基本信息进行查询与维护 应用模块 作为设备与解析器的依托，控制设备离线监测、数据解析、设备报警等功能是否开启 解析器模块 将所有上行数据解析后展现在监控平台的大数据界面上 4. 系统应用
烈度计台站信息采集设备已在80个简易烈度计台站安装部署，监控平台在台网中心服务器进行部署，监控平台基于B/S架构进行设计，方便用户操作。值班人员通过监控平台大数据界面（图 5）查看台站运行状态，发现报警及时远程维护。监控系统在实际运行过程中多次监测到台站供电中断、网络故障和烈度计数据异常。当监测到台站供电中断时，运维人员第一时间给烈度计台站看护人员打电话确认供电故障的具体原因，确保供电故障及时修复；当监测到台站网络中断时，通过远程控制路由器重启解决由于路由器死机导致的网络故障；当监测到烈度计数据异常时，通过远程控制烈度计重启解决由于烈度计死机导致的数据异常问题。
监控平台还具有大数据统计分析功能，如可对台站报警类型及报警次数日排名、台站通信流量排名、台站电压日统计报表、报警次数月统计报表、台站报警类型占比、台站报警状态占比进行展示。运维人员可根据相关统计报表有针对性地对台站各类设备进行定向优化升级，保证观测数据的稳定可靠。
5. 结语
烈度计台站远程监控系统可实时监控烈度计台站各设备运行状态，设备如果出现故障可判断具体故障原因，并及时进行远程维护，减少运维成本，有效提高运维人员工作效率和监测数据的连续率，具有应用与推广价值。
-
图 1 调查点分布
Figure 1. Distribution of survey sites of Luodian earthquake disaster victims
图 2 罗甸县50年超越概率10%水平峰值加速度区划图
Figure 2. Regional map of 10% horizontal peak acceleration with a probability exceeding 10% in 50 years in Luodian
图 3 地震灾害综合程度等级图
Figure 3. Map of the comprehensive degree of earthquake disasters in each township
表 1 调查点分布统计
Table 1. Distribution statistics of survey sites of Luodian earthquake disaster victims
乡镇名称 居民房屋 潜在地质灾害点 大型桥梁 水库 医院 学校 重大危险源 公用房屋 调查点总数 边阳镇 1 1 - 1 - 4 1 - 8 逢亭镇 2 - - - - - - - 2 凤亭乡 3 - - - 1 1 - - 5 红水河镇 4 1 - 1 2 2 - - 10 龙坪镇 3 - - - 1 1 - - 5 罗悃镇 1 1 - 1 - - - 2 5 茂井镇 2 1 - - - 4 - - 7 沐阳镇 4 1 1 1 1 3 1 2 14 木引镇 3 - - - - 1 - 1 5 
下载: 导出CSV
表 2 地震灾害综合程度指数表
Table 2. Index of comprehensive degree of earthquake disasters in each township(town)of Luodian county
乡镇名称 房屋建筑破坏
（Dh）人员死亡
（DP）地震地质灾害
（Dd）水库地震灾害
（Ds）人口经济比
（Li）地震灾害综合程度指数
（EI）风险等级 边阳镇 0.1114 0.1481 0.0990 0.0000 1.3767 0.1481 低风险 逢亭镇 0.1056 0.0741 0.1447 0.0000 2.8382 0.2762 较低风险 凤亭乡 0.0843 0.0741 0.0451 0.0000 2.0438 0.1247 低风险 红水河镇 0.2433 0.2222 0.2360 0.5000 1.9517 0.5084 中风险 龙坪镇 0.0644 0.0370 0.1720 0.0000 0.3560 0.0292 低风险 罗悃镇 0.1554 0.1481 0.0546 0.5000 1.9743 0.3108 较低风险 茂井镇 0.0697 0.0370 0.0945 0.0000 1.1245 0.0679 低风险 沫阳镇 0.0760 0.0370 0.0730 0.0000 1.1028 0.0615 低风险 木引乡 0.0900 0.2222 0.0812 0.0000 3.6121 0.4262 中风险
下载: 导出CSV
表 3 减灾能力评价指标及权重表
Table 3. Evaluation indicators and weights of disaster reduction capabilities
指标名称 权重 子指标名称 权重 抗震设防情况（C1） 0.28 建筑物抗震设防情况 0.61 预期地震烈度 0.39 救灾准备能力（C2） 0.24 专业的应急救援队伍建设 0.1050 其他各类应急救援队伍建设 0.0725 应急救援专家队伍建设 0.0725 医疗卫生救援队伍 0.0975 急救医疗网络建设 0.0875 应急救援转运医疗队 0.0650 救灾物资储备网络建设 0.1450 应急物资保障体系建设 0.1050 应急避难场所建设 0.1300 应急避难场所的有效管理 0.1200 应急处置能力（C3） 0.29 应急管理领导机构和办事机构建设 0.1033 应急管理工作制度的制定 0.0567 应急管理工作流程的制定 0.0800 定期开展应急知识培训 0.0933 地方地震应急指挥技术系统建设 0.1467 基础数据库建设 0.0733 技术系统数据库更新与维护 0.1133 完善的灾情获取体系建立 0.1900 调度指挥和联动运行机制建立 0.1433 社会支持能力（C4） 0.19 地震灾害及应急知识宣传教育工作 0.46 日常社会地震应急演练 0.54
下载: 导出CSV
表 4 减灾能力指数（PI）
Table 4. Disaster mitigation capacity index (PI) of each town in Luodian
乡镇名称 抗震设防能力
（C1）救灾准备能力
（C2）应急处置能力
（C3）社会支持能力
（C4）减灾能力指数
（PI）边阳镇 0.8333 0.7250 0.3600 0.7000 0.6455 逢亭镇 0.7692 0.4000 0.3300 0.3000 0.4798 凤亭乡 0.7692 0.4500 0.3300 0.7000 0.5348 红水河镇 0.7143 0.4250 0.3300 0.6000 0.5008 龙坪镇 0.8333 0.7250 0.3900 1.0000 0.6845 罗悃镇 0.7692 0.5250 0.3000 0.2000 0.4983 茂井镇 0.8333 0.4000 0.3000 0.2000 0.4800 沫阳镇 0.8333 0.4250 0.3300 0.3000 0.5065 木引乡 0.7692 0.3000 0.3300 0.3000 0.4498
下载: 导出CSV
表 5 地震灾害风险指数
Table 5. Earthquake disaster risk coefficients in townships (towns) of Luodian county
乡镇名称 地震灾害综合程度指数
（EI）减灾能力指数
（PI）地震灾害风险系数
（SR）风险等级 红水河镇 0.2605 0.5008 0.5202 高风险 罗悃镇 0.1574 0.4983 0.3159 中风险 木引乡 0.1180 0.4498 0.2623 低风险 逢亭镇 0.0973 0.4798 0.2028 低风险 边阳镇 0.1076 0.6455 0.1667 低风险 茂井镇 0.0604 0.4800 0.1258 低风险 龙坪镇 0.0820 0.6845 0.1198 低风险 凤亭乡 0.0610 0.5348 0.1141 低风险 沫阳镇 0.0558 0.5065 0.1102 低风险
下载: 导出CSV
-
黄崇福, 2011.风险分析基本方法探讨.自然灾害学报, 20(5):1-10. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZRZH201105000.htm 李曼, 邹振华, 史培军等, 2015.世界地震灾害风险评价.自然灾害学报, 24(5):1-11. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZRZH201505001.htm 刘军, 程紫燕, 张燕萍等, 2015.贵州地震应急救援中存在的问题及建议.山西地震, (1):46-48. doi: 10.3969/j.issn.1000-6265.2015.01.012 刘军, 苏桂武, 孙甲宁等, 2016.新疆地区县(市)地震应急能力指标体系的建立与区域差异初探.震灾防御技术, 11(4):814-822. http://zzfy.eq-j.cn/zzfyjs/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20160412&journal_id=zzfyjs 刘毅, 吴绍洪, 徐中春等, 2011.自然灾害风险评估与分级方法论探研--以山西省地震灾害风险为例.地理研究, 30(2):195-208. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DLYJ201102000.htm 罗远模, 张晓东, 徐祥等, 2009.1875年6月8日贵州罗甸地震再考证.贵州地质, 26(4):299-305. doi: 10.3969/j.issn.1000-5943.2009.04.013 聂高众, 高建国, 马宗晋等, 2002.中国未来10~15年地震灾害的风险评估.自然灾害学报, 11(1):68-73. doi: 10.3969/j.issn.1004-4574.2002.01.011 申文庄, 朱宝霞, 马明等, 2014.公开地震重点监视防御区信息的风险与控制.灾害学, 29(2):20-24. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZHXU201402005.htm 史培军, 2009.五论灾害系统研究的理论与实践.自然灾害学报, 18(5):1-9. doi: 10.3969/j.issn.1004-4574.2009.05.001 苏桂武, 高庆华, 2003.自然灾害风险的分析要素.地学前缘, 10(S1):272-279. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DXQY2003S1036.htm 唐丽华, 苗崇刚, 宋立军等, 2013.年度地震危险区地震灾害应急风险评估指标体系构建初探.灾害学, 28(2):153-155. doi: 10.3969/j.issn.1000-811X.2013.02.030 王东明, 高永武, 2019.城市建筑群概率地震灾害风险评估研究.工程力学, 36(7):165-173. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCLX201907020.htm 王尚彦, 2014.贵州水库地震的诱发因素分析.科技创新导报, 11(34):97-98. doi: 10.3969/j.issn.1674-098X.2014.34.068 肖亮, 俞言祥, 2011.中国西部地区地震烈度衰减关系.震灾防御技术, 6(4):358-371. doi: 10.3969/j.issn.1673-5722.2011.04.002 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会, 2015.GB/T 19428-2014地震灾害预测及其信息管理系统技术规范.北京: 中国标准出版社. Cornell C. A., 1968.Engineering seismic risk analysis.Bulletin of the Seismological Society of America, 58(5):1583-1606. Koravos G. C., Tsapanos T. M., ejaichund M., 2006.Probabilistic seismic hazard assessment for Japan.Pure and Applied Geophysics, 163(1):137-151. http://onlinelibrary.wiley.com/resolve/reference/ADS?id=2006RSPTA.364.1965S Shi P. J., Du J., Ji M. X., et al., 2006.Urban risk assessment research of major natural disasters in China.Advances in Earth Science, 21(2):170-177. http://www.researchgate.net/publication/285736416_Urban_risk_assessment_research_of_major_natural_disasters_in_China Smith K., 2013.Environmental hazards:assessing risk and reducing disaster.6th ed.New York:Routledge, 148. Spence R., So E., Jenny S., et al., 2008.The global earthquake vulnerability estimation system (GEVES):an approach for earthquake risk assessment for insurance applications.Bulletin of Earthquake Engineering, 6(3):463-483. doi: 10.1007/s10518-008-9072-7 -
下载:
点击查看大图
计量
- 文章访问数: 184
- HTML全文浏览量: 26
- PDF下载量: 7
- 被引次数: 0
