城市震灾模拟空间分析方法

论文摘要

近年来,快速发展的空间分析技术为研究城市地震灾害提供了新的工具和手段。将该项具有良好应用前景的技术与城市震灾预测研究相结合,对城市中可能发生的地震灾害场景进行模拟,可以为提高城市综合抗震防灾能力和地震应急救灾决策提供重要的支持信息。本文的主要工作就是研究空间分析技术如何应用于城市震灾模拟,从信息空间表达、空间分析、空间解释的角度探讨适用于研究城市震灾的空间分析方法。本文的主要工作和创新点表现在:1、建立了基于栅格分析技术的地震作用空间分析模型。对城市中分布范围较广的生命线系统、群体建筑物等进行震灾模拟时,往往不能忽略输入地震作用的空间衰减变化。如何在震灾模拟时输入这种空间变化的地震作用是一个没有得到很好解决的问题。本文提出的地震作用空间分析模型为解决这一问题提供了新的方法,这是一套利用空间分析技术确定城市遭受的地震作用的模型,它通过空间分析方法模拟设定地震作用及其影响场,并考虑场地条件对地震作用的影响,目的是获得城市震灾模拟所需的定量化地震作用输入。该模型包括两个部分:设定地震栅格分析模型和场地条件栅格分析模型。前者考虑设定地震震源特性和传播规律,用于获得均匀变化的地震动参数空间分布;后者用于分析获取场地条件信息,以便在震灾模拟时对均匀变化的地震动输入基于场地条件做出调整。2、提出一种基于TM/ETM+遥感影像的城市社区建筑物震灾模拟方法城市中大量的建筑物是城市震灾模拟研究中重要的研究对象。目前基于电子地图的建筑物震灾模拟研究面临着基础数据时效无法保证、精度达不到要求、更新困难等问题,这些问题直接导致了震灾模拟结果可信度降低。为了解决这些问题,本文首次将TM/ETM+遥感影像图,以及基于TM/ETM+影像图的建筑物空间分布栅格创建技术运用到城市震灾模拟研究中,相比目前工作中大量使用的城市建筑物电子地图数据,基于遥感影像的建筑物分布栅格完全避免了数据准确性和时效性,尤其是更新困难等问题,而且遥感影像的获取成本较为低廉。为了在基于遥感影像的建筑物分布栅格上进行震灾研究,本文还建立了一套基于遥感影像和栅格分析技术进行城市群体建筑物地震灾害模拟的方法。相对传统方法而言,该方法一方面可以充分利用遥感影像图来快速获取最新的城市建筑物空间分布数据;另一方面,通过使用栅格分析技术,可以定量考虑影响群体建筑物震灾的各类因素。3、提出一种基于空间分析技术的城市供水系统震灾模拟,及城市供水失效区模拟方法本文针对城市供水系统的震灾及功能失效问题展开了空间分析方法的研究。首先建立了供水系统网络分析模型,并基于该模型完成了复杂供水系统正常运行状态下的水力分析;接着基于栅格分析方法,给出了一套完整的供水系统单元震灾空间分析方法;在水力分析和单元震灾分析结果的基础上,本文建立了供水系统受损状态的水力分析方法,进行了供水系统功能失效分析,得出以管段功能失效程度为标志的供水系统功能失效分析结果;最后,本文提供了确定城市中供水系统管段供水区域的空间分析方法,结合供水系统功能失效分析结果,给出了城市供水失效区空间分布结果。4、设计并实现了一套基于空间分析技术的城市震灾模拟软件由于城市震灾模拟过程中运用了大量的包括GIS技术、空间信息分析技术、遥感影像处理技术、空间数据库技术在内的各种信息技术;涉及了城市建筑物、各类生命线系统的震灾预测技术;

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 小结
• 第二章 空间分析理论及方法研究
• 2.1 空间分析对象及其表达
• 2.1.1 空间分析对象
• 2.1.2 空间数据的表达
• 2.2 空间分析方法
• 2.2.1 基本空间分析算法
• 2.2.2 高级空间分析实现
• 2.3 小结
• 第三章 地震作用模拟方法
• 3.1 概述
• 3.2 设定地震栅格分析模型
• 3.2.1 设定地震的含义
• 3.2.2 确定设定地震的依据
• 3.2.3 设定地震栅格分析方法
• 3.2.4 创建设定地震栅格分析模型的意义
• 3.3 场地条件栅格分析模型
• 3.3.1 场地条件分类栅格
• 3.3.2 不同类别场地的影响因子
• 3.4 考虑场地条件的设定地震影响场栅格
• 3.5 小结
• 第四章 社区建筑物震灾模拟方法
• 4.1 概述
• 4.2 社区建筑物空间分布栅格
• 4.3 场地地震地质环境空间分布栅格
• 4.4 社区建筑物震灾模拟
• 4.4.1 社区建筑物震灾预测模型
• 4.4.2 社区建筑物震灾模拟
• 4.5 小结
• 第五章 城市供水失效区模拟方法
• 5.1 概述
• 5.2 供水系统网络分析模型
• 5.2.1 供水系统的简化方法
• 5.2.2 供水系统网络分析模型的建立方法
• 5.3 无损状态下的供水系统水力分析
• 5.3.1 水力分析的前提
• 5.3.2 节点流量分配
• 5.3.3 简单管网水力计算
• 5.3.4 加压泵站计算
• 5.3.5 各类阀门计算
• 5.3.6 高位水池、水塔计算
• 5.3.7 典型供水网络水力分析计算流程
• 5.3.8 供水管网实例分析
• 5.4 供水管网单元震灾模拟
• 5.4.1 供水系统单元震灾影响因素
• 5.4.2 供水系统单元震灾栅格分析
• 5.5 供水系统功能失效分析
• 5.5.1 单元震灾定量化参数-渗漏面积
• 5.5.2 供水系统渗漏分析模型
• 5.5.3 供水系统受损状态的水力分析
• 5.5.4 供水系统功能失效分析
• 5.6 城市供水失效区模拟
• 5.7 小结
• 第六章 城市震灾模拟软件设计
• 6.1 概述
• 6.2 需求分析
• 6.2.1 业务需求分析
• 6.2.2 功能需求分析
• 6.3 软件设计
• 6.3.1 软件功能规定
• 6.3.2 软件数据库设计
• 6.4 小结
• 第七章 城市震灾模拟软件的应用
• 7.1 青岛市震灾模拟基础资料
• 7.1.1 区域构造及地震活动性
• 7.1.2 场地条件
• 7.1.3 地形
• 7.1.4 地震地质灾害
• 7.2 社区建筑物震灾场景模拟
• 7.3 供水失效区场景模拟
• 7.3.1 青岛市供水系统网络分析模型
• 7.3.2 青岛市供水管网水力分析
• 7.3.3 青岛市供水管网功能失效分析
• 7.3.4 青岛市供水失效区模拟
• 7.4 小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 附录-1：本文相关项目的鉴定意见
• 附录-2：计算机软件著作权登记证书
• 攻读博士学位期间的研究成果及发表的论文
• 致谢