CN112014885B - 一种地震烈度快速修正及制图方法和系统 - Google Patents

一种地震烈度快速修正及制图方法和系统 Download PDF

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CN112014885B CN202010915022.6A CN202010915022A CN112014885B CN 112014885 B CN112014885 B CN 112014885B CN 202010915022 A CN202010915022 A CN 202010915022A CN 112014885 B CN112014885 B CN 112014885B
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Abstract

本发明公开了一种地震烈度快速修正及制图方法，包括以下步骤：生成初评估地震烈度专题图；生成初步修正的地震烈度专题图；获取极震区范围和烈度圈的长轴走向；建立包络线；获取最高烈度圈；获取地震烈度动态修正结果；生成动态修正的地震烈度专题图；生成最终的地震烈度专题图。本发明实现了地震烈度专题图的自动化生成，充分应用多源灾情数据，通过数据融合技术对烈度圈进行初步修正，并且充分考虑余震等对烈度圈的影响，同时使用了自适应技术对烈度圈进行进一步的动态修正，自动化程度很高，在提高烈度圈可靠性的同时，可以极大的降低人力物力，并且效率很高，可以在地震发生后快速生成地震烈度专题图。

Description

一种地震烈度快速修正及制图方法和系统
技术领域
本发明涉及地震数字化技术，具体涉及一种地震烈度快速修正及制图方法和系统。
背景技术
地震烈度指的是地震引起的地面震动及其影响的强弱程度，是对地震灾区受灾严重程度的刻画。地震烈度图是指一次地震事件后烈度的空间分布情况，用来直观反映灾区不同地区的受灾程度和地震造成的破坏范围，是政府部门震后第一时间了解地震破坏规模及范围最直观的方式。可为评估地震灾害损失、确定地震应急救援方案、部署救援力量、拟定灾民救助方案和物资发放等抗震救灾工作提供科学依据。
目前地震烈度圈生成最常见的做法是：破坏性地震发生后，首先根据地震速报给出的地震参数，以微观震中为中心，利用区域烈度衰减模型快速得出初评估烈度圈；然后应急队伍到灾害现场进行实地灾情快速调查获得烈度调查点；最后在预评估烈度圈的基础上结合烈度调查点，由专家使用GIS软件手动勾画得到最终烈度圈。这种方式初评估的烈度圈可靠性往往不足，且对多源灾情数据等利用不够，基本全部依靠人工实地调查，耗时耗力，制图效率低下。
同时，目前产出的地震烈度图存在制作不规范，内容表示不清晰，产品产出时效性不高，且利用的都是地震应急基础数据库中的静态数据，缺少根据震后动态获取的多源灾情数据、离散烈度点数据和余震信息等对地震烈度图的动态修正及自动更新，从而阶段性地产出专题图等问题，未能较好的体现地震烈度专题图应具有的阶段性、动态性和美观性等特点，难以满足地震应急救援的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是目前产出的地震烈度分布图存在制作不规范，内容表示不清晰，产品产出时效性不高，且利用的都是地震应急基础数据库中的静态数据，缺少根据震后动态获取的多源灾情数据、离散烈度点数据和余震信息等对地震烈度图的动态修正及自动更新，从而阶段性地产出专题图等问题，目的在于提供一种地震烈度快速修正及制图方法和系统，解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种地震烈度快速修正及制图方法，包括以下步骤：
S1：获取震后地震三要素、多源灾情数据、离散烈度点数据和断裂带信息，并伴随余震发展获取余震信息；
S2：根据所述地震三要素生成初评估地震烈度圈，并根据所述初评估地震烈度圈，按照制图模板生成初评估地震烈度专题图；
S3：将所述多源灾情数据进行融合，作为所述初评估地震烈度圈的修正依据，生成初步修正的地震烈度圈，并根据所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成初步修正的地震烈度专题图；
S4：根据余震信息获取余震震中和宏观震中，并根据所述离散烈度点数据、余震震中、微观震中和断裂带信息获取极震区范围；
S5：根据所述极震区范围获取修正的宏观震中，并根据断裂带信息和余震信息获取烈度圈的长轴走向；
S6：根据所述修正的宏观震中和所述长轴走向在所述初步修正的地震烈度圈中建立修正的宏观震中和最高离散烈度点的包络线；
S7：以历史地震数据作为约束条件，采用自适应算法对所述包络线进行扩距，获取最高烈度圈；
S8：根据所述最高烈度圈获取地震烈度动态修正结果；
S9：根据所述地震烈度动态修正结果修正所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成动态修正的地震烈度专题图；
S10：对所述动态修正的地震烈度圈进行平滑处理后，按照制图模板生成最终的地震烈度专题图。
本发明应用时，依托于数字化技术和信息化技术的发展，发明人创造性的发明了一整套对地震烈度进行修正及制图的方法。首先需要获取地震相关的数据并完成初步的烈度圈专题图建立；然后根据获取的多源地震灾情数据对初评估的烈度圈进行初步修正，其中多源灾情数据应当包括发震断层属性、居民地分布、余震展布、基于卫星、无人机遥感及地震灾害现场快速调查等灾情数据；同时本发明中充分考虑到了余震等数据对烈度圈确认的影响，根据余震等相关信息对烈度圈进行动态修正。
在获取到多源灾情信息后，将多源灾情数据进行融合，作为所述初评估地震烈度圈的修正依据，生成初步修正的地震烈度圈，并根据所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成初步修正的地震烈度专题图。在进行了宏观震中和长轴走向的确认后，可以通过历史数据对烈度圈进行自适应动态修正，这样即可以符合相关的烈度圈规律，也可以充分的完成烈度圈，最后通过对最高烈度圈的扩距来完成最终地震烈度专题图的建立。
本发明通过设置上述步骤，实现了对烈度专题图的自动化生成，充分应用多源灾情数据，通过数据融合技术对烈度圈进行初步修正。并且充分考虑余震等对烈度圈的影响，同时使用了自适应技术对烈度圈进行进一步的动态修正，自动化程度很高，在提高烈度圈可靠性的同时，可以极大的降低人力物力，并且效率很高，可以在地震发生后快速生成地震烈度专题图。
进一步的，步骤S2包括以下子步骤：
根据发震区域确定区域地震动衰减关系模型进行地震动参数计算；
将台站的地震动参数根据局部场地的影响折减到基岩参考面上生成校正后数据；
将所述校正后数据转化为基岩面上地震动参数的分布，并将基岩面上地震动参数的分布转换为地震烈度，生成初评估地震烈度圈。
进一步的，地震动衰减关系模型采用下式：
logSa＝c1+c2M+c3M2+c4log(R+R0(M))+ε
R0(M)＝c5exp(c6M)
式中，Sa为地震动参数，M为面波震级，R为震中距，ε为随机误差，c1、c2、c3、c4、c5和c6均为回归系数。
进一步的，步骤S3包括以下子步骤：
对多源灾情数据进行预处理，删除灾情数据库中某些数据属性错误或不完整的无效数据，将文字型灾情数据变换为数值型灾情数据，得到预处理后的离散灾情点；
综合多位专家经验，将所述预处理后的离散灾情点中，各类灾情数据的不同等级对应于不同烈度的概率以区间[a,b]的形式表示，形成各类灾情数据的区间证据体H＝{H1,H2,…Hn}；
计算所述证据体中证据之间的距离，并构造相似矩阵；
根据所述相似矩阵，计算证据支持度；
根据所述证据支持度计算每一条证据的权重，通过权重对原始证据进行加权处理，得到一个新的加权证据体；
对所述加权证据体进行融合，得到最终的多源灾情数据与地震烈度的定量化关系，用于修正所述初评估地震烈度圈。
进一步的，所述证据之间的距离采用下式：
Figure GDA0002939189090000031
式中，IBPAmi＝[ai,bi]，为各类灾情数据的不同等级对应于不同烈度的概率。
所述相似矩阵采用下式：
Sim(IBPAm1,IBPAm2)＝1-d(IBPAm1,IBPAm2)
Figure GDA0002939189090000041
式中，Sim为两条证据之间的相似度，记为Sij，SMM为N×N的相似矩阵。
所述证据支持度采用下式：
Figure GDA0002939189090000042
式中，Sup为证据支持度，SMM(i,j)为两条证据的相似度。
所述证据的权重采用下式：
Figure GDA0002939189090000043
Figure GDA0002939189090000044
式中，Crd为每条证据的置信度，将其作为证据体的权重，对各个证据体进行加权求平均，得到新的加权证据体MAE。
所述证据体融合采用下式：
Figure GDA0002939189090000045
式中，
Figure GDA0002939189090000046
和
Figure GDA0002939189090000047
分别是如下非线性规划问题的最小值和最大值：
Figure GDA0002939189090000048
式中，
Figure GDA0002939189090000049
进一步的，步骤S4包括以下子步骤：
选取余震的质心作为余震与主震之间的关联点；
根据所述关联点获取宏观震中；
将最高离散烈度点、余震震中、微观震中以及断裂带方向上的居民点的包络线作为极震区范围。
进一步的，步骤S5包括以下子步骤：
取极震区的中心作为修正的宏观震中位置。
进一步的，步骤S7包括以下子步骤：
收集历年震级在5.5级以上的历史震例的数据作为历史地震数据，并将震级分为5.5～6.5、6.5～7.5和7.5～8.5三档；
对每档震级均建立烈度圈面积模型；
将所述烈度圈面积模型作为约束条件，在自适应算法中的滤波器中对所述包络线进行扩距，得到最高烈度圈。
进一步的，所述烈度圈面积模型采用下式：
S＝exp(α-bI+cIM)
式中，I为烈度，S为I度以上烈度区的总面积，M为震级，a、b、c均为回归系数。
进一步的，步骤S8包括以下步骤：
每级烈度圈进行扩距时，将该级烈度圈的高一级烈度圈作为扩距基础；
根据当前烈度的离散烈度点，以当前烈度的烈度圈面积模型为约束对所述扩距基础进行扩距得到当前烈度圈；
将所有烈度圈整合得到地震烈度动态修正结果。
使用上述任一项所述一种地震烈度快速修正及制图方法的系统，包括地震烈度初评估模块、烈度圈初步修正模块、烈度圈动态修正模块和烈度图自动制图模块；
所述地震烈度初评估模块获取震后地震三要素并根据所述地震三要素生成初评估烈度圈；
所述烈度图自动制图模块根据所述初评估烈度圈，按照制图模板生成初评估地震烈度圈专题图；
所述烈度圈初步修正模块获取多源灾情数据；
所述烈度圈初步修正模块将多源灾情数据进行融合，作为所述初评估地震烈度圈的修正依据，生成初步修正的地震烈度圈；
所述烈度图自动制图模块根据所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成初步修正的地震烈度专题图；
所述烈度圈动态修正模块获取离散烈度点数据和断裂带信息，并伴随余震发展获取余震信息；
所述烈度圈动态修正模块根据余震信息获取余震震中和宏观震中，并根据所述离散烈度点数据、余震震中、微观震中和断裂带信息获取极震区范围；
所述烈度圈动态修正模块根据所述极震区范围获取修正的宏观震中，并根据断裂带信息和余震信息获取烈度圈的长轴走向；
所述烈度圈动态修正模块根据所述修正的宏观震中和所述长轴走向在所述初步烈度模型中建立修正的宏观震中和最高离散烈度点的包络线；
所述烈度圈动态修正模块以历史地震数据作为约束条件，采用自适应算法对所述包络线进行扩距，获取最高烈度圈；
所述烈度圈动态修正模块根据所述最高烈度圈获取地震烈度动态修正结果；
所述烈度图自动制图模块根据所述地震烈度动态修正结果修正所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成动态修正的地震烈度专题图；
所述烈度图自动制图模块对所述动态修正的地震烈度圈进行平滑处理后，按照制图模板，生成最终的地震烈度专题图。
进一步的，所述烈度圈动态修正模块还设置有专家修正模式；
所述专家修正模式中，所述烈度圈动态修正模块将余震序列、地震破裂方向、震源机制和地形地貌进行展示，并通过专家进行地震烈度圈的修正。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种地震烈度快速修正及制图方法和系统，实现了对烈度专题图的快速修正及自动化生成，充分应用多源灾情数据，通过数据融合技术对烈度圈进行初步修正。并且充分考虑余震等对烈度圈的影响，同时使用了自适应技术对烈度圈进行进一步的动态修正，自动化程度很高，在提高烈度圈可靠性的同时，可以极大的降低人力物力，并且效率很高，可以在地震发生后快速生成地震烈度专题图。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明方法步骤示意图；
图2为本发明烈度圈修正步骤图；
图3为本发明自适应算法结构图；
图4为本发明最高烈度圈获取步骤图；
图5为本发明最终烈度圈获取步骤图；
图6为本发明系统总体数据流程图；
图7为本发明实施例初评估烈度图；
图8为本发明实施例离散烈度点分布图；
图9为本发明实施例宏观震中及长轴走向结果图；
图10为本发明实施例修正烈度圈图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，本发明一种地震烈度快速修正及制图方法，包括以下步骤：
S1：获取震后地震三要素、多源灾情数据、离散烈度点数据和断裂带信息，并伴随余震发展获取余震信息；
S2：根据所述地震三要素生成初评估地震烈度圈，并根据所述初评估地震烈度圈，按照制图模板生成初评估地震烈度专题图；
S3：将所述多源灾情数据进行融合，作为所述初评估地震烈度圈的修正依据，生成初步修正的地震烈度圈，并根据所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成初步修正的地震烈度专题图；
S4：根据余震信息获取余震震中和宏观震中，并根据所述离散烈度点数据、余震震中、微观震中和断裂带信息获取极震区范围；
S5：根据所述极震区范围获取修正的宏观震中，并根据断裂带信息和余震信息获取烈度圈的长轴走向；
S6：根据所述修正的宏观震中和所述长轴走向在所述初步修正的地震烈度圈中建立修正的宏观震中和最高离散烈度点的包络线；
S7：以历史地震数据作为约束条件，采用自适应算法对所述包络线进行扩距，获取最高烈度圈；
S8：根据所述最高烈度圈获取地震烈度动态修正结果；
S9：根据所述地震烈度动态修正结果修正所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成动态修正的地震烈度专题图；
S10：对所述动态修正的地震烈度圈进行平滑处理后，按照制图模板生成最终的地震烈度专题图。
本实施例实施时，依托于数字化技术和信息化技术的发展，发明人创造性的发明了一整套对地震烈度进行修正及制图的方法。首先需要获取地震相关的数据并完成初步的烈度圈专题图建立；然后根据获取的多源地震灾情数据对初评估的烈度圈进行初步修正，其中多源灾情数据应当包括发震断层属性、居民地分布、余震展布、基于卫星、无人机遥感及地震灾害现场快速调查等灾情数据；同时本发明中充分考虑到了余震等数据对烈度圈确认的影响，根据余震等相关信息对烈度圈进行动态修正。
在获取到多源灾情信息后，将多源灾情数据进行融合，作为所述初评估地震烈度圈的修正依据，生成初步修正的地震烈度圈，并根据所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成初步修正的地震烈度专题图。在进行了宏观震中和长轴走向的确认后，可以通过历史数据对烈度圈进行自适应动态修正，这样即可以符合相关的烈度圈规律，也可以充分的完成烈度圈，最后通过对最高烈度圈的扩距来完成最终地震烈度专题图的建立。
本实施例通过设置上述步骤，实现了对烈度专题图的自动化生成，充分应用多源灾情数据，通过数据融合技术对烈度圈进行初步修正。并且充分考虑余震等对烈度圈的影响，同时使用了自适应技术对烈度圈进行进一步的动态修正，自动化程度很高，在提高烈度圈可靠性的同时，可以极大的降低人力物力，并且效率很高，可以在地震发生后快速生成地震烈度专题图。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，步骤S2包括以下子步骤：
根据发震区域确定区域地震动衰减关系模型进行地震动参数计算；
将台站的地震动参数根据局部场地的影响折减到基岩参考面上生成校正后数据；
将所述校正后数据转化为基岩面上地震动参数的分布，并将基岩面上地震动参数的分布转换为地震烈度，生成初评估地震烈度圈。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，地震动衰减关系模型采用下式：
logSa＝c1+c2M+c3M2+c4log(R+R0(M))+ε
R0(M)＝c5exp(c6M)
式中，Sa为地震动参数，M为面波震级，R为震中距，ε为随机误差，c1、c2、c3、c4、c5和c6均为回归系数。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，步骤S3包括以下子步骤：
对多源灾情数据进行预处理，删除灾情数据库中某些数据属性错误或不完整的无效数据，将文字型灾情数据变换为数值型灾情数据，得到预处理后的离散灾情点；
综合多位专家经验，将所述预处理后的离散灾情点中，各类灾情数据的不同等级对应于不同烈度的概率以区间[a,b]的形式表示，形成各类灾情数据的区间证据体H＝{H1,H2,…Hn}；
计算所述证据体中证据之间的距离，并构造相似矩阵；
根据所述相似矩阵，计算证据支持度；
根据所述证据支持度计算每一条证据的权重，通过权重对原始证据进行加权处理，得到一个新的加权证据体；
对所述加权证据体进行融合，得到最终的多源灾情数据与地震烈度的定量化关系，用于修正所述初评估地震烈度圈。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述证据之间的距离采用下式：
Figure GDA0002939189090000091
式中，IBPAmi＝[ai,bi]，为各类灾情数据的不同等级对应于不同烈度的概率。
所述相似矩阵采用下式：
Sim(IBPAm1,IBPAm2)＝1-d(IBPAm1,IBPAm2)
Figure GDA0002939189090000092
式中，Sim为两条证据之间的相似度，记为Sij，SMM为N×N的相似矩阵。
所述证据支持度采用下式：
Figure GDA0002939189090000093
式中，Sup为证据支持度，SMM(i,j)为两条证据的相似度。
所述证据的权重采用下式：
Figure GDA0002939189090000094
Figure GDA0002939189090000095
式中，Crd为每条证据的置信度，将其作为证据体的权重，对各个证据体进行加权求平均，得到新的加权证据体MAE。
所述证据体融合采用下式：
Figure GDA0002939189090000096
式中，
Figure GDA0002939189090000097
和
Figure GDA0002939189090000098
分别是如下非线性规划问题的最小值和最大值：
Figure GDA0002939189090000101
式中，
Figure GDA0002939189090000102
为了进一步的说明本实施例的工作过程，步骤S4包括以下子步骤：
选取余震的质心作为余震与主震之间的关联点；
根据所述关联点获取宏观震中；
将最高离散烈度点、余震震中、微观震中以及断裂带方向上的居民点的包络线作为极震区范围。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，步骤S5包括以下子步骤：
取极震区的中心作为修正的宏观震中位置。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，步骤S7包括以下子步骤：
收集历年震级在5.5级以上的历史震例的数据作为历史地震数据，并将震级分为5.5～6.5、6.5～7.5和7.5～8.5三档；
对每档震级均建立烈度圈面积模型；
将所述烈度圈面积模型作为约束条件，在自适应算法中的滤波器中对所述包络线进行扩距，得到最高烈度圈。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述烈度圈面积模型采用下式：
S＝exp(α-bI+cIM)
式中，I为烈度，S为I度以上烈度区的总面积，M为震级，a、b、c均为回归系数。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，步骤S8包括以下步骤：
每级烈度圈进行扩距时，将该级烈度圈的高一级烈度圈作为扩距基础；
根据当前烈度的离散烈度点，以当前烈度的烈度圈面积模型为约束对所述扩距基础进行扩距得到当前烈度圈；
将所有烈度圈整合得到地震烈度动态修正结果。
使用上述任一项所述一种地震烈度快速修正及制图方法的系统，包括地震烈度初评估模块、烈度圈初步修正模块、烈度圈动态修正模块和烈度图自动制图模块；
所述地震烈度初评估模块获取震后地震三要素并根据所述地震三要素生成初评估烈度圈；
所述烈度图自动制图模块根据所述初评估烈度圈，按照制图模板生成初评估地震烈度圈专题图；
所述烈度圈初步修正模块获取多源灾情数据；
所述烈度圈初步修正模块将多源灾情数据进行融合，作为所述初评估地震烈度圈的修正依据，生成初步修正的地震烈度圈；
所述烈度图自动制图模块根据所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成初步修正的地震烈度专题图；
所述烈度圈动态修正模块获取离散烈度点数据和断裂带信息，并伴随余震发展获取余震信息；
所述烈度圈动态修正模块根据余震信息获取余震震中和宏观震中，并根据所述离散烈度点数据、余震震中、微观震中和断裂带信息获取极震区范围；
所述烈度圈动态修正模块根据所述极震区范围获取修正的宏观震中，并根据断裂带信息和余震信息获取烈度圈的长轴走向；
所述烈度圈动态修正模块根据所述修正的宏观震中和所述长轴走向在所述初步烈度模型中建立修正的宏观震中和最高离散烈度点的包络线；
所述烈度圈动态修正模块以历史地震数据作为约束条件，采用自适应算法对所述包络线进行扩距，获取最高烈度圈；
所述烈度圈动态修正模块根据所述最高烈度圈获取地震烈度动态修正结果；
所述烈度图自动制图模块根据所述地震烈度动态修正结果修正所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成动态修正的地震烈度专题图；
所述烈度图自动制图模块对所述动态修正的地震烈度圈进行平滑处理后，按照制图模板，生成最终的地震烈度专题图。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述烈度圈动态修正模块还设置有专家修正模式；
所述专家修正模式中，所述烈度圈动态修正模块将余震序列、地震破裂方向、震源机制和地形地貌进行展示，并通过专家进行地震烈度圈的修正。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，如图2～图6所示，本实施的具体步骤如下：
1、获取地震三要素后，查询震区的潜在发震断层信息，根据发震区域确定适用的区域地震动衰减关系模型进行自动的地震动参数计算。考虑局部场地的影响，将正常的台站数据折减到基岩参考面上。将校正后的参数值转化得到基岩面上地震动参数的分布，依据《中国地震烈度表》中的地震烈度与地震动参数的关系，并转换为地震烈度，生成初评估烈度圈。调用事先配置好的地震烈度图制图模板，生成初评估地震烈度专题图。
其中地震动衰减关系公式如下：
logSa＝c1+c2M+c3M2+c4log(R+R0(M))+ε
R0(M)是与震级相关的近场距离饱和因子，参照震源体尺度与震级的指数关系取为下式：
R0(M)＝c5exp(c6M)
Sa为峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)、反应谱(PSA)等地震动参数，M为面波震级，R为震中距，ε为随机误差，c1、c2、c3、c4、c5和c6为回归系数。
2、获取发震断层属性、居民地分布、余震展布、基于卫星、无人机遥感及地震灾害现场快速调查等多源灾情数据，作为烈度圈初步修正的依据。
3、随着余震信息的不断获得，将余震引入宏观震中的判定，把余震与主震震中位置联系起来。选取余震的质心作为余震与主震之间的关联点，余震质心的计算公式如下：
Figure GDA0002939189090000121
上式中，X表示某一坐标轴；mi表示物质系统中i质点的之类；xi表示物质系统中i质点的质量。
4、将最高离散烈度点、余震震中、微观震中以及断裂带方向上的居民点的包络线作为极震区范围，然后取极震区的中心作为修正的宏观震中位置。依据断裂带走向和余震展布来判断烈度圈的长轴走向。
5、收集1460～2018年震级在5.5级以上的历史震例，将震级分为5.5～6.5、6.5～7.5和7.5～8.5三档，分别统计了每档烈度与烈度圈面积的数据，拟合烈度圈总面积与震级和烈度的关系如下
S＝exp(α-bI+cIM)
其中S是I度以上烈度区的总面积，M是震级，a，b，c是回归系数。
6、在确定宏观震中和烈度圈长轴方向的基础上，生成宏观震中与最高离散烈度点的包络线，以烈度与烈度圈面积的统计关系作为约束条件，在自适应算法中的滤波器中对包络线进行扩距，得到最高烈度圈。
7、其余各级烈度圈是在高一级烈度圈的基础上，结合本级离散烈度点，以本级烈度圈面积同级关系为约束，由高一级烈度圈扩距得到的。
8、对生成的烈度圈进行平滑处理，结合地震烈度图制图模板，生成修正后的地震烈度圈专题图。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，本实施例系统包括多因素控制的地震烈度初评估模块、烈度圈初步修正模块、烈度圈动态修正模块、烈度图自动制图模块、地震烈度一张图展示的模块。
多因素控制的地震烈度初评估模块通过地震速报触发或人工触发开启地震评估，评估过程中可根据模型自动计算地区的地震动衰减关系、破裂尺度并进行场地类型的校正，实现地震烈度圈的初评估。
烈度圈初步修正模块包括多源灾情数据预处理、相似性矩阵构建、区间证据支持度计算、区间证据权重计算、数据融合计算。灾情数据预处理主要包括对原始灾情数据的数据清洗、数据集成和数据转换。相似性矩阵构建、区间证据支持度计算、区间证据权重计算输出加权证据体并作为灾情数据融合计算模块的输入。数据融合计算根据区间证据融合公式对加权证据体进行融合，输出地震烈度，对初评估的地震烈度进行初步的修正。
烈度圈动态修正模块供烈度圈自适应修正和专家修正两种模式。自适应修正通过调用基于卫星、无人机遥感及地震灾害现场快速调查等多源灾情数据和烈度的转换成果得到的本次地震的烈度控制点，然后结合修正模型，自动对地震烈度初评估的结果进行修正；专家修正可实现将余震序列、地震破裂方向、震源机制、地形地貌等信息展示在地图中，并实现地震烈度圈的手动修正。每一次的修正都会存储为一个修正记录，供用户进行查看等操作。
烈度图自动制图模块主要用于对专题图模板以及出图规则的配置管理，方便用户对专题图进行分类，自定义专题图生成模板，管理专题图输出参数以及专题图预览功能。针对每次地震事件生成的专题图结果文件进行管理，并能导出矢量图和自动打印符合地震烈度图绘制规范的地震烈度图。
地震烈度一张图展示模块可调取本次地震事件的地震烈度圈、居民地等各类基础信息、遥感影像、救援力量分布、救灾物资分布、离散灾情点等数据，在地图中叠加渲染，形成地震烈度一张图，可投射到应急指挥技术大厅的电子屏幕上，为地震应急指挥和应急救援提供直观的综合信息展示。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，如图7～图10所示，以7.0级九寨沟地震为例，对地震烈度图自动修正进行详细的解释。
九寨沟县发生7.0级地震,此次地震的最大烈度为Ⅸ度，等震线长轴总体呈北北西走向，Ⅵ度区及以上总面积为18 295km2，共造成四川省、甘肃省8个县受灾，包括四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县、若尔盖县、红原县、松潘县，绵阳市平武县；甘肃省陇南市文县，甘南藏族自治州舟曲县、迭部县。
输入九寨沟7.0级地震三要素后，根据九寨沟区域地震动衰减关系模型进行自动的地震动参数计算。根据场地放大系数，将正常的台站数据折减到基岩参考面上，得到校正后的地震动参数的分布，依据地震烈度与地震动参数转换关系，将其并转换为地震烈度，生成初评估烈度圈，产出初评估烈度圈。
九寨沟地区地震动衰减关系：
长轴的烈度衰减关系为：
Ia＝0.8867+0.6065M-1.7065log(Ra+25) (5)
短轴的烈度衰减关系为：
Ib＝0.3564+0.6024M-1.59log(Rb+15) (6)
其中Ia和Ib分别代表长短轴的烈度，Ra和Rb分别代表长轴和短轴的震中距。M为震级。
2、获取发震断层属性、居民地分布、余震展布、基于卫星、无人机遥感及地震灾害现场快速调查等多源灾情数据，作为烈度圈初步修正的依据。
收集整理了“四川省灾情快速上报接收处理系统”接收到的7大类25小类灾情信息，共计1000余条，并从中选择人员伤亡、建筑物破坏、主观震感和客观震感四类具有代表性的灾情数据，数据预处理后得到77个离散灾情点及相应的灾情数据。通过区间证据理论的数据融合技术对初评估的地震烈度进行初步的修正。
3、收集九寨沟2h、4h、6h、8h、10h、12h余震数据，分时间段计算其质心结果如下：
表1九寨沟余震质心
Figure GDA0002939189090000141
4、将最高离散烈度点、余震震中、微观震中以及断裂带方向上的居民点的包络线作为极震区范围，然后取极震区的中心作为修正的宏观震中位置。依据断裂带走向和余震展布来判断烈度圈的长轴走向。
5、收集四川省1460～2018年震级在5.5级以上的历史震例，将震级分为5.5～6.5、6.5～7.5和7.5～8.5三档，分别统计了烈度与烈度圈面积的数据，计算了每档的烈度与烈度圈面积的关系，具体关系如下：
震级在5.5～6.5级之间，烈度与烈度圈面积关系为：
S＝exp(15.5786-3.5414×I+0.3432×I×M)
震级在6.5～7.5级之间，烈度与烈度圈面积关系为：
S＝exp(18.3819-4.1473×I+0.3808×I×M)
震级在7.5～8.5级之间，烈度与烈度圈面积关系为：
S＝exp(13.7607-3.4598×I+0.3354×I×M)
6、在确定宏观震中和烈度圈长轴方向的基础上，生成宏观震中与最高离散烈度点的包络线，选择震级在6.5～7.5级之间的烈度与烈度圈面积的统计关系作为约束条件，在自适应算法中的滤波器中对包络线进行扩距，得到最高烈度圈。
7、其余各级烈度圈是在高一级烈度圈的基础上，结合本级离散烈度点，以本级烈度圈面积同级关系为约束，由高一级烈度圈扩距得到的。
8、对生成的烈度圈进行平滑处理，结合地震烈度图制图模板，生成修正后的地震烈度圈专题图。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地震烈度快速修正及制图方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取震后地震三要素、多源灾情数据、离散烈度点数据和断裂带信息，并伴随余震发展获取余震信息；
S2：根据所述地震三要素生成初评估地震烈度圈，并根据所述初评估地震烈度圈，按照制图模板生成初评估地震烈度专题图；
S3：将所述多源灾情数据进行融合，作为所述初评估地震烈度圈的修正依据，生成初步修正的地震烈度圈，并根据所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成初步修正的地震烈度专题图；
S4：根据余震信息获取余震震中和宏观震中，并根据所述离散烈度点数据、余震震中、微观震中和断裂带信息获取极震区范围；
S5：根据所述极震区范围获取修正的宏观震中，并根据断裂带信息和余震信息获取烈度圈的长轴走向；
S6：根据所述修正的宏观震中和所述长轴走向在所述初步修正的地震烈度圈中建立修正的宏观震中和最高离散烈度点的包络线；
S7：以历史地震数据作为约束条件，采用自适应算法对所述包络线进行扩距，获取最高烈度圈；
S8：根据所述最高烈度圈获取地震烈度动态修正结果；
S9：根据所述地震烈度动态修正结果修正所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成动态修正的地震烈度专题图；
S10：对所述动态修正的地震烈度专题图进行平滑处理后，按照制图模板生成最终的地震烈度专题图。
2.根据权利要求1所述的一种地震烈度快速修正及制图方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：
根据发震区域确定区域地震动衰减关系模型进行地震动参数计算；
将台站的地震动参数根据局部场地的影响折减到基岩参考面上生成校正后数据；
将所述校正后数据转化为基岩面上地震动参数的分布，并将基岩面上地震动参数的分布转换为地震烈度，生成初评估地震烈度圈；
地震动衰减关系模型采用下式：
logSa＝c1+c2M+c3M2+c4log(R+R0(M))+ε
R0(M)＝c5exp(c6M)
式中，Sa为地震动参数，M为面波震级，R为震中距，ε为随机误差，c1、c2、c3、c4、c5和c6均为回归系数。
3.根据权利要求1所述的一种地震烈度快速修正及制图方法，其特征在于，步骤S3包括以下子步骤：
对多源灾情数据进行预处理，删除灾情数据库中某些数据属性错误或不完整的无效数据，将文字型灾情数据变换为数值型灾情数据，得到预处理后的离散灾情点；
综合多位专家经验，将所述预处理后的离散灾情点中，各类灾情数据的不同等级对应于不同烈度的概率以区间[a,b]的形式表示，形成各类灾情数据的区间证据体H＝{H1,H2,…Hn}；
计算所述证据体中证据之间的距离，并构造相似矩阵；
根据所述相似矩阵，计算证据支持度；
根据所述证据支持度计算每一条证据的权重，通过权重对原始证据进行加权处理，得到一个新的加权证据体；
对所述加权证据体进行融合，得到最终的多源灾情数据与地震烈度的定量化关系，用于修正所述初评估地震烈度圈。
4.根据权利要求3所述的一种地震烈度快速修正及制图方法，其特征在于，所述证据之间的距离采用下式：
Figure FDA0002939189080000021
式中，IBPAmi＝[ai,bi]，为各类灾情数据的不同等级对应于不同烈度的概率；
所述相似矩阵采用下式：
Sim(IBPAm1,IBPAm2)＝1-d(IBPAm1,IBPAm2)
Figure FDA0002939189080000022
式中，Sim为两条证据之间的相似度，记为Sij，SMM为N×N的相似矩阵；
所述证据支持度采用下式：
Figure FDA0002939189080000023
式中，Sup为证据支持度，SMM(i,j)为两条证据的相似度；
所述证据的权重采用下式：
Figure FDA0002939189080000031
Figure FDA0002939189080000032
式中，Crd为每条证据的置信度，将其作为证据体的权重，对各个证据体进行加权求平均，得到新的加权证据体MAE；
所述证据体融合采用下式：
Figure FDA0002939189080000033
式中，
Figure FDA0002939189080000034
和
Figure FDA0002939189080000035
分别是如下非线性规划问题的最小值和最大值：
Figure FDA0002939189080000036
式中，
Figure FDA0002939189080000037
5.根据权利要求1所述的一种地震烈度快速修正及制图方法，其特征在于，步骤S4包括以下子步骤：
选取余震的质心作为余震与主震之间的关联点；
根据所述关联点获取宏观震中；
将最高离散烈度点、余震震中、微观震中以及断裂带方向上的居民点的包络线作为极震区范围。
6.根据权利要求1所述的一种地震烈度快速修正及制图方法，其特征在于，步骤S5包括以下子步骤：
取极震区的中心作为修正的宏观震中位置。
7.根据权利要求1所述的一种地震烈度快速修正及制图方法，其特征在于，步骤S7包括以下子步骤：
收集历年震级在5.5级以上的历史震例的数据作为历史地震数据，并将震级分为5.5～6.5、6.5～7.5和7.5～8.5三档；
对每档震级均建立烈度圈面积模型；
将所述烈度圈面积模型作为约束条件，在自适应算法中的滤波器中对所述包络线进行扩距，得到最高烈度圈；
所述烈度圈面积模型采用下式：
S＝exp(α-bI+cIM)
式中，I为烈度，S为I度以上烈度区的总面积，M为震级，a、b、c均为回归系数。
8.根据权利要求1所述的一种地震烈度快速修正及制图方法，其特征在于，步骤S8包括以下步骤：
每级烈度圈进行扩距时，将该级烈度圈的高一级烈度圈作为扩距基础；
根据当前烈度的离散烈度点，以当前烈度的烈度圈面积模型为约束对所述扩距基础进行扩距得到当前烈度圈；
将所有烈度圈整合得到地震烈度动态修正结果。
9.使用权利要求1～8任一项所述方法的一种地震烈度快速修正及制图系统，其特征在于，包括地震烈度初评估模块、烈度圈初步修正模块、烈度圈动态修正模块和烈度图自动制图模块；
所述地震烈度初评估模块获取震后地震三要素并根据所述地震三要素生成初评估烈度圈；
所述烈度图自动制图模块根据所述初评估烈度圈，按照制图模板生成初评估地震烈度圈专题图；
所述烈度圈初步修正模块获取多源灾情数据；
所述烈度圈初步修正模块将多源灾情数据进行融合，作为所述初评估地震烈度圈的修正依据，生成初步修正的地震烈度圈；
所述烈度图自动制图模块根据所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成初步修正的地震烈度专题图；
所述烈度圈动态修正模块获取离散烈度点数据和断裂带信息，并伴随余震发展获取余震信息；
所述烈度圈动态修正模块根据余震信息获取余震震中和宏观震中，并根据所述离散烈度点数据、余震震中、微观震中和断裂带信息获取极震区范围；
所述烈度圈动态修正模块根据所述极震区范围获取修正的宏观震中，并根据断裂带信息和余震信息获取烈度圈的长轴走向；
所述烈度圈动态修正模块根据所述修正的宏观震中和所述长轴走向在初步修正的地震烈度圈中建立修正的宏观震中和最高离散烈度点的包络线；
所述烈度圈动态修正模块以历史地震数据作为约束条件，采用自适应算法对所述包络线进行扩距，获取最高烈度圈；
所述烈度圈动态修正模块根据所述最高烈度圈获取地震烈度动态修正结果；
所述烈度图自动制图模块根据所述地震烈度动态修正结果修正所述初步修正的地震烈度圈，按照制图模板生成动态修正的地震烈度专题图；
所述烈度图自动制图模块对所述动态修正的地震烈度专题图进行平滑处理后，按照制图模板，生成最终的地震烈度专题图。
10.根据权利要求9所述的一种地震烈度快速修正及制图系统，其特征在于，所述烈度圈动态修正模块还设置有专家修正模式；
所述专家修正模式中，所述烈度圈动态修正模块将余震序列、地震破裂方向、震源机制和地形地貌进行展示，并通过专家进行地震烈度圈的修正。
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