基于遥感影像的建筑抗震能力分析

李姜; 张合; 刘志辉; 许冲

doi:10.11899/zzfy20210216

基于遥感影像的建筑抗震能力分析以张家口万全区为例

doi: 10.11899/zzfy20210216

李姜^{1, 2,},
张合^1, ,,
刘志辉¹,
许冲³

1.
河北省地震局，石家庄 050021
2.
河北省地震动力学重点实验室，河北三河 065201
3.
中国地震局地壳应力研究所，北京 100085

基金项目: 河北省地震动力学重点实验室开放基金（FZ202213）；河北省科技厅重点研发计划（18275404D）；中国地震局地震应急青年重点任务（CEA_EDEM-202003）

详细信息

作者简介:
李姜，女，生于1989年。工程师。主要从事地震应急、灾害风险分析工作。E-mail：lj_001.5@163.com

通讯作者:
张合，男，生于1979年。高级工程师。主要从事地震应急、灾害风险分析工作。E-mail：13673161551@163.com

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出版历程
- 收稿日期: 2020-12-15
- 刊出日期: 2021-06-30

Analysis of Seismic Capacity of Buildings Based on Remote Sensing ImageTaking Zhangjiakou Wanquan District as An Example

Li Jiang^{1, 2
,},
Zhang He^{1
, ,},
Liu Zhihui¹,
Xu Chong³

1.
Seismological Bureau of Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China
2.
Hebei Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Sanhe 065201, Hebei, China
3.
Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China

摘要

摘要: 据震害统计，房屋抗震能力是影响灾害的主要因素，抗震能力一般由房屋抗震设防水平、结构类型、建造年代和房屋层数等因素决定，通过对房屋抗震能力的综合评定，以便采取更有针对性的地震灾害对策。本文通过遥感影像实现房屋基本信息的快速提取，提高房屋结构类型获取的便捷性，具有较高的准确度和可靠度，并利用抽样调查得到张家口万全区房屋建造年代和层数分布特点，结合当地抗震设防水平，建立房屋抗震能力指数指标体系，阐述房屋抗震能力现状，为地震灾害损失评估、风险普查、风险区划等工作提供参考。
- 遥感影像 /
- 农村民居 /
- 抗震能力指数 /
- 抗震设防
Abstract: According to the statistics of earthquake damage, the anti-seismic capacity of buildings is the main factor affecting the disaster. The anti-seismic capacity is generally determined by the level of anti-seismic fortification, the type of structure, the construction age and the number of floors of buildings. Through the comprehensive evaluation of the anti-seismic capacity of buildings, we can take more targeted earthquake disaster countermeasures. In this paper, the basic information of buildings is extracted quickly by remote sensing image, which improves the convenience of obtaining the type of building structure, and has high accuracy and reliability. The distribution characteristics of building construction age and story number are obtained by sampling survey in Wanquan District of Zhangjiakou. Combined with the local seismic fortification level, the index system of building seismic capacity is established, and the current situation of building seismic capacity is expounded, It is of great significance for earthquake disaster loss assessment, risk census and risk zoning.
- UAV remote sensing image /
- Rural houses /
- Seismic capacity index /
- Earthquake fortification

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图 1 万全区行政区划图

Figure 1. Administrative division map of Wanquan District

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图 2 万全区地貌分区图与调查点分布

Figure 2. Geomorphic zoning map and distribution of survey points in Wanquan District

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图 3 无人机拍摄赵家梁村影像图

Figure 3. Image of zhaojialiang village taken by UAV

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图 4 无人机拍摄房屋侧面照片

Figure 4. Side photos of houses taken by UAV

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图 5 影像处理流程

Figure 5. Flow chart of image processing technology

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图 6 赵家梁村房屋信息提取结果

Figure 6. Extraction results of house information in zhaojialiang Village

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图 7 22个调查点建筑物抗震能力指数对比图

Figure 7. Comparison of seismic capacity index of buildings in 22 survey points

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表 1 22个调查点房屋信息

Table 1. House area summary o for 22 survey points

序号	调查点	砌体结构房屋面积/m²	砖木结构房屋面积/m²	土、木、石结构房屋面积/m²	序号	调查点	砌体结构房屋面积/m²	砖木结构房屋面积/m²	土、木、石结构房屋面积/m²
1	新河口村	17 181	40 492	14 168	12	上营房村	49 995	16 078	7 481
2	代家房村	7 335	15 503	3 693	13	西柳林村	2 044	5 492	821
3	西湾村	1 727	3 121	709	14	洗马林镇	263 798	98 653	54 821
4	武家庄村	48 671	111 185	31 716	15	万全镇	36 337	13 895	3 686
5	新开口村	70 999	44 171	13 381	16	沙家庄村	69 798	21 931	8 306
6	望虎台村	7 107	7 934	3 042	17	陈家沟村	20 917	43 403	15 590
7	刘虎庄村	15 150	39 950	13 182	18	高庙堡村	212 719	84 412	50 936
8	板山村	19 045	8 172	9 802	19	羊窖沟村	48 847	44 772	9 339
9	阳门堡村	124 920	130 124	42 232	20	岸庄屯村	84 151	109 636	21 021
10	旧羊屯村	124 071	127 114	43 988	21	安家堡村	277 443	92 840	50 190
11	吴家窑村	40 342	13 275	5 845	22	赵家梁村	55 479	21 807	19 234

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表 2 A类房屋震害矩阵（%）

Table 2. Earthquake damage matrix of A type buildings（Unit:%）

破坏等级	地震烈度
破坏等级	Ⅵ	Ⅶ	Ⅷ	Ⅸ	Ⅹ
基本完好	32.00	16.50	7.00	2.50	0
轻微破坏	26.50	18.50	12.00	8.50	1.50
中等破坏	22.50	20.00	16.50	14.00	7.50
严重破坏	16.50	26.00	27.00	25.00	18.50
毁坏	2.50	19.00	37.50	50.00	72.50

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表 3 B类房屋震害矩阵（%）

Table 3. Earthquake damage matrix of B type buildings（Unit:%）

破坏等级	地震烈度
破坏等级	Ⅵ	Ⅶ	Ⅷ	Ⅸ	Ⅹ
基本完好	47.35	26.85	11.53	7.45	1.98
轻微破坏	27.09	21.01	15.94	10.36	4.48
中等破坏	15.83	21.88	22.43	17.29	11.45
严重破坏	7.84	20.84	29.90	25.97	17.28
毁坏	1.89	9.42	20.20	38.93	64.81

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表 4 C类房屋震害矩阵（%）

Table 4. Earthquake damage matrix of C type buildings（Unit:%）

破坏等级	地震烈度
破坏等级	Ⅵ	Ⅶ	Ⅷ	Ⅸ	Ⅹ
基本完好	56.11	42.49	25.59	13.47	2.85
轻微破坏	27.76	23.75	21.43	16.76	7.30
中等破坏	10.89	16.65	21.58	23.16	17.40
严重破坏	4.29	12.38	20.36	22.15	24.86
毁坏	0.96	4.73	11.04	24.46	47.59

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表 5 D类房屋震害矩阵（%）

Table 5. Earthquake damage matrix of D type buildings（Unit:%）

破坏等级	地震烈度
破坏等级	Ⅵ	Ⅶ	Ⅷ	Ⅸ	Ⅹ
基本完好	69.29	67.24	53.28	33.65	10.96
轻微破坏	24.91	21.71	23.33	23.41	16.14
中等破坏	4.62	7.56	14.40	22.22	25.53
严重破坏	1.06	2.80	6.67	13.67	26.27
毁坏	0.12	0.69	2.32	7.05	21.10

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表 6 建造年代修正参考值

Table 6. Reference value of building age correction

建造年代	1979年以前	1980—1989年	1990—1999年	2000—2019年
修正值	0.700	0.800	0.934	1.000

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表 7 层数修正参考值

Table 7. Corrected reference value of layers

层数	平房	2～6层	7层以上
修正值	0.822	0.863	1.000

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表 8 建筑物抗震能力等级划分

Table 8. Classification of seismic capacity of buildings

建筑物抗震能力分级	优良	中等	差
范围	$ 0.8 \leqslant IL < 1$	$ 0.6 \leqslant IL < 0.8$	$ IL < 0.6$

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表 9 22个调查点房屋抗震能力指数

Table 9. Seismic capacity index of 22 survey points

调查点		新河口村	代家房村	西湾村	武家庄村	新开口村	望虎台村	刘虎庄村	板山村	阳门堡村	旧羊屯村	吴家窑村
结构类型	A类房屋	0.1851	0.3616	0.1348	0.1590	0.7604	0.1640	0.1855	0.2562	0.3438	0.1460	0.0940
	B类房屋	0.5416	0.5368	0.6266	0.5574	0.1934	0.4278	0.5622	0.2136	0.5814	0.4219	0.2135
	C类房屋	0.2632	0.1016	0.2386	0.2694	0.0462	0.2543	0.2523	0.5302	0.0515	0.3496	0.5876
	D类房屋	0.0101	0	0	0.0142	0	0.1539	0	0	0.0233	0.0825	0.1049
建造年代	1979年以前	0.1234	0.1163	0.1047	0.1211	0.1011	0.1798	0.1221	0.1246	0.3563	0.1452	0.1254
	1980—1989年	0.3164	0.3397	0.3451	0.3385	0.1384	0.3269	0.3199	0.3144	0.2364	0.3749	0.3154
	1990—1999年	0.3423	0.3543	0.2456	0.3521	0.5916	0.3164	0.3384	0.3287	0.2963	0.3465	0.3336
	2000—2019年	0.2179	0.1897	0.3046	0.1885	0.1689	0.1769	0.2196	0.2323	0.111	0.1334	0.2256
层数	平房	0.9659	0.9975	0.9834	0.7489	0.9746	0.8461	0.9644	0.9784	0.8831	0.8313	0.7290
	3层以下楼房	0.0341	0.0025	0.0166	0.1746	0.0254	0.1539	0.0356	0.0216	0.1169	0.1569	0.1846
	4层以上楼房	0	0	0	0.0765	0	0	0	0	0	0	0

调查点		上营房村	西柳林村	洗马林镇	万全镇	沙家庄村	陈家沟村	高庙堡村	羊窖沟村	岸庄屯村	安家堡村	赵家梁村
结构类型	A类房屋	0.0952	0.0969	0.1287	0.0674	0.0809	0.1908	0.1447	0.0894	0.0956	0.1165	0.1834
	B类房屋	0.2046	0.6482	0.2316	0.2541	0.2136	0.5312	0.2398	0.4286	0.4986	0.2155	0.2080
	C类房屋	0.5966	0.2549	0.5236	0.5461	0.6189	0.2780	0.5123	0.4131	0.3264	0.5784	0.6086
	D类房屋	0.1036	0	0.1161	0.1324	0.0865	0	0.1032	0.0689	0.0794	0.0896	0
建造年代	1979年以前	0.1033	0.1661	0.093	0.0454	0.0765	0.1215	0.0821	0.0965	0.1569	0.1023	0.1651
	1980—1989年	0.2985	0.3216	0.3469	0.2947	0.3621	0.3946	0.3416	0.3765	0.3263	0.2989	0.3547
	1990—1999年	0.3045	0.3611	0.3136	0.3399	0.3611	0.3108	0.3656	0.3248	0.3625	0.3516	0.2812
	2000—2019年	0.2937	0.1512	0.2465	0.3200	0.2003	0.1731	0.2107	0.2022	0.1543	0.2472	0.1990
层数	平房	0.8558	0.9347	0.6725	0.6214	0.8764	0.9036	0.6652	0.8996	0.8088	0.7102	0.9658
	3层以下楼房	0.1442	0.0653	0.2036	0.2158	0.1236	0.0964	0.1879	0.1004	0.1123	0.1695	0.0342
	4层以上楼房	0	0	0.1239	0.1628	0	0	0.1469	0	0.0789	0.1203	0

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表 10 万全区房屋抗震能力指数

Table 10. Seismic capacity index of buildings in Wanquan district

结构类型	A类其他房屋	0.135 8
	B类旧式房屋	0.380 7
	C类砌体房屋	0.411 9
	D类砌体房屋	0.062 2
建造年代	1979年以前	0.118 6
	1980—1989年	0.343 1
	1990—1999年	0.332 8
	2000—2019年	0.239 4
层数	平房	0.827 5
	3层以下楼房	0.123 7
	4层以上楼房	0.048 8

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参考文献(25)

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