台灣地震損失評估系統 TELES

台灣地震損失評估系統

台灣地震損失評估系統,簡稱TELES,英文全名為Taiwan Earthquake Loss Estimation System,乃國家地震工程研究中心近年來致力開發的一套「震災境況模擬軟體」,可有效評估地震潛在的危險程度與可能引致的災難和損失,應用在政府的防救災業務和民間企業的風險評估與管理上。本篇就針對震災境況模擬技術與台灣地震損失評估系統的開發動機做一個簡短的介紹。

震災境況模擬技術

震災境況模擬技術
地震災害是台灣居民所面臨最可怕的天然災害之一。雖然強烈地震的次數不如颱洪災害,但兩者的本質和特性不同。地震發生前並無明顯的前兆,以目前科技尚無法準確預測地震發生的規模、時間和地點;其次,一旦發生強烈地震,往往在短時間內造成大範圍地區內嚴重的生命與財產的損失。地震的成因很多,舉凡火山爆發、地面突然塌陷、地下核爆、山崩、隕石撞擊地面及斷層錯動等均可能引發地表震動。在諸多原因裡,以斷層錯動所引發的地震最多,也最重要,全世界百分之九十以上的地震均屬之。經中央地質調查所的勘查研究,台灣地區的活動斷層幾乎遍佈全島;因此,台灣地區各個角落皆面臨地震的威脅。工業化與都市化的結果,各項公共工程、科技產業眾多,且人口分布日趨集中,一旦在都會區附近發生大規模地震將可能導致極嚴重後果。

美國、日本、台灣近年來相繼發生強烈地震,如加州北嶺地震、神戶地震、集集地震等,由於震源接近都會區,造成極大的人命傷亡與社會經濟損失。美國和日本等科技先進的國家,平時對地震和地震工程的研究不遺餘力,對結構耐震設計與施工品質的要求均堪稱世界一流,然而地震過後仍有許多建築物與橋梁倒塌。探究其原因,主要在於地震具有許多的不確定性,無充分預警時間供人員疏散或進行結構物的臨時補強。針對無時無刻不飽受地震威脅的台灣,如何妥善因應、分散、甚至控制地震所引致的風險,乃現今全民所關心的課題。

為精確推估地震可能引致的後果,如各地地表震動的強度、土壤發生液化的可能性、建築物倒塌的數量與分布、橋梁損壞的狀態、人員傷亡的數量與分布、地震引致的直接或間接經濟損失…等,震災境況模擬技術乃逐漸發展成熟。換言之,震災境況模擬即是根據地震的震源參數、各地地質條件和工程結構物特性,推估地震可能引致的災害規模和分布。輸入的震源參數可包含地震規模、震央位置、震源深度、發生時間以及活動斷層的特性,如斷層種類、開裂方向、斷層面傾角、長度與寬度等。各地地質條件又可包含土壤類別、液化敏感程度和地下水位深度等。評估的工程結構物可包含一般建築物、橋梁、學校、醫院、地下維生管線等。利用最新的評估模式和經審慎校正的分析參數,當已知震源參數的地震發生時,可推估地震引致的災害潛勢、損害、傷亡或損失的數量和分布

震災境況模擬軟體的開發-TELES

為有效評估地震潛在的風險與可能引致的災難和損失,實有必要開發一套震災境況模擬軟體。國家科學委員會於民國87年引進美國聯邦緊急救難署(FEMA)所研發的地震損失評估系統HAZUS;並參考其分析流程與架構,在民國89年完成第一套本土化的地震損失評估系統HAZ-Taiwan。然而隨使用的需求和功能增加,並考量維護的便利性,國家地震工程研究中心著手研發新一代的震災境況模擬軟體,目前已初步完成「台灣地震損失評估系統-TELES」的軟體架構和分析功能。

根據TELES模擬的結果,可提供各縣市政府研擬防震減災的對策,如規劃救災人員和機具的數量、醫療的設施和病床數、臨時避難所的數量和分布、民生必需品的庫存和調度機制、自來水、瓦斯和電力系統的緊急搶修策略和人力物料的調度…等。透過早期損失評估模組,在震後可提供即時的災損推估數據,作為緊急應變的決策參考。結合地震危害度分析理論,可推估不同地區或設施所承受的地震風險,協助擬訂合理的地震保險費率或耐震補強策略…等。

系統架構與分析流程

系統架構與分析流程

TELES的分析架構可詳見上圖,大致分為地震災害潛勢分析模組、工程結構物損害評估模組、地震引致二次災害評估模組、和社會經濟損失評估模組等。如圖中箭號所示,各模組間彼此相關,某些模組的輸出資料可作為其它模組的輸入資料。為提高實用性,各分析模組所用的參數值與資料庫內容,可隨使用者經費與人力多寡提供不同程度的分析精度。

各模組依評估的對象又可細分為若干個次模組。每一模組或次模組的輸入和輸出若能定義清楚,某些模組的輸出可作為其它模組的輸入,則分析流程和軟體架構可以模組化設計理念來實現。為便利未來更新應用軟體以增加或修改既有功能, TELES的軟體架構也採物件導向的程式語言撰寫,並採用模組化設計使軟體架構與分析架構一致。

開發目標與主要功能

「台灣地震損失評估系統」之研究是一項以實用為導向、跨領域的科技研究案。主要目的之一是提供標準且一致的地震災害損失評估方法,且須適應不同使用者的需求與不同精確度的資料來源,以作為地區性或全國性的地震災害損失評估之用。台灣地震損失評估系統之研發目標至少包含下列三項功能:

(1)震災境況模擬:根據模擬地震的震源參數和活動斷層的屬性資料,推估各地地表震動強度、土層破壞機率與引致的永久變位,並可進行各項工程結構物,如一般建築物、橋梁、地下管線等的損害評估,以及對社會經濟的衝擊等等。藉由詳細的災損評估數據,防救專責機構可據以研擬妥適的減災對策和措施。

(2)震災早期評估:在強震後的短時間內,可能因電力或通訊系統中斷,地區性的災情資料無法即時回報中央,導致災害應變中心無法即時有效掌握災情的規模和分布。為克服上述困難,TELES已結合中央氣象局的地震速報系統,一旦接收地震報告的電子郵件,震災早期評估模組將自動啟動,在極短時間內將推估的災害潛勢和損害與傷亡數量等資訊,以簡訊或其它方式供災害應變中心參考。

(3)地震風險評估:地震發生的時間、地點和規模具有極大的不確定性,但根據以往的歷史地震目錄和活動斷層調查等資料的迴歸分析,吾人可推估不同地區發生地震的時空分布和規模大小。配合實際人文和自然環境的資料,吾人可進一步推估各地區或設施承受地震的風險,進而擬訂合理的巨災風險管理或分散機制。為達此目的,TELES結合地震危害度分析和震災境況模擬技術,提供較傳統分式更精確的風險評估工具。

軟體特色

「台灣地震損失評估系統」為適合不同使用者的需求,整合不同的功能於單一應用軟體中,經由分析模式的模組化設計與圖形化的使用者介面,達到方便更新與使用的目的。針對上述三種整體目標,雖然功能各不相同,但基本上可採用相同的分析流程和評估模式。因此,更新或增加任何一項資料庫、分析模式或參數值,可同時提升各種應用推估的項目或精確度。

此外,TELES在研發時乃以使用者的立場來思考軟體應有的功能和使用方式,希望能符合一般人使用軟體的習慣。同時,也考慮專業或研究人員作為研究發展平台的可能性。軟體特色主要包含多文件的視窗介面、物件與模組化的設計等,茲介紹如下:

軟體特色-1 軟體特色-2

(1)多文件與多視窗:採用多文件的視窗介面,可同時開啟不同的研究區域;同一研究計畫可開啟多個地圖視窗,如左二圖所示。此外,使用者也可套疊其他的地圖資料,同時比較各種輸入或輸出的資料內容,方便了解各項因果關係。各地圖視窗的主題圖圖例可選擇顯示於分割的視窗內或顯示於獨立的圖例視窗內。如圖例顯示於單一的視窗內,可增加地圖視窗的視野;但一次僅能顯示一個地圖視窗的圖例。可同時顯示數個地圖視窗與資料表視窗,其使用方式、操作介面和地圖視窗之物件與資料表的關聯性與MapInfo相同。

(2)物件化與模組化程式設計:當RMS開發初版的HAZ-Taiwan應用軟體時,使用了許多商業用的程式庫或工具軟體,如CodeBase、Crystal Report、Spread Sheet、DynaZip、Ultimate Toolbox等。由於使用過多的工具軟體,造成在軟體更新與功能維護上的困難。有別於HAZ-Taiwan,TELES僅利用微軟公司出版的Visual C++和MapInfo公司出版的MapBasic兩種程式語言來開發整套的地震損失評估系統,並充分利用VC++的特性,在程式設計上已達物件化和模組化的要求。

台灣地震損失模擬資訊網

網址:http://teles.ncree.org.tw/tssd/

「台灣地震損失模擬資訊網」主要目的為提供推測地震事件下之災損情形。應變人員可依造震源類型、震源座標、地震規模、震源深度、斷層長度、斷層開裂方向等不同組合之震源參數,模擬運算災損評估資訊。

台灣地震損失模擬資訊網將依據震源參數之設定提供評估資訊,內容包含災情評估資訊、重災區風險暴露及基本資料三大類。災情評估資訊包含地震災害潛勢評估(包含地表最大加速度、譜加速度、液化潛能指數、液化機率、液化引致沉陷量等)、一般建築物相關之損害暨損失評估(包含建築物損壞、人員傷亡、經濟損失)、橋梁損害暨損失評估(包含損害程度、失敗機率等)、自來水管線損害暨損失評估(包含配水管線災損數、輸水管線災損數、修復時間、修復經費)等。

重災區風險暴露主要提供工程結構物或設施於該模擬地震下處於高風險區域(如地表振動強度較大區域或距離活斷層較近)之工程結構物或設施,目前評估之工程結構物或設施主要為建築物及橋梁,未來亦將持續擴充不同類型之工程結構物與設施。


台灣地震早期損失評估資訊網

網址:http://teles.ncree.org.tw/tesle/

「地震災情資訊上傳系統」之目的為蒐集、分析、研判災情狀況及日後之社會經濟或工程結構物之易損性分析的需求。當強震發生後,國家地震工程研究中心將即時啟動緊急應變機制,概分勘災調查、災情彙整、災情研判、和行政支援等分組。其中勘災調查組負責到災害現場勘災,蒐集災情資訊。災情彙整組則整理勘災調查組與防災協力人員所調查的資訊,同時蒐集相關電子媒體發佈之地震災情資訊和影像圖資等。災情研判組則負責分析、判斷地震所造成之損害情況。

災損評估資訊之查訊內容分為第一階段災情評估結果、第二階段手動評估結果、基本資料等三大類。第一階段災情評估結果為上述TELES之震災早期評估於地震後自動啟動並評估之災損資訊,評估資訊主要包含了地表反應推估(如地表最大加速度、譜加速度、液化潛能指數、液化機率、液化引致沉陷量等)、一般建築物損失(低、中、高樓層之損害)、人員傷亡統計等。第二階段手動評估結果則為當地震發生後,針對地震規模及影響範圍較大之地震事件,國家地震工程研究中心將會蒐集更詳細的震源參數與斷層面解,以手動方式進行第二階段手動評估,進行更詳細與準確之災損評估,並將評估結果匯入系統供使用者透過資訊網查詢。第二階段手動評估結果除了重新計算後所推估之地表反應推估、一般建築物損失人員傷亡統計外,額外提供了經濟損失統計(如結構形式、非結構系統、家具與庫存、搬遷費用、租金費用等)。


地震災情資訊上傳系統

網址:http://teles.ncree.org.tw/eqsurvey/

【地震災情資訊上傳系統】之目的為蒐集、分析、研判災情狀況及日後之社會經濟或工程結構物之易損性分析的需求。當強震發生後,國家地震工程研究中心將即時啟動緊急應變機制,概分勘災調查、災情彙整、災情研判、和行政支援等分組。其中勘災調查組負責到災害現場勘災,蒐集災情資訊。災情彙整組則整理勘災調查組與防災協力人員所調查的資訊,同時蒐集相關電子媒體發佈之地震災情資訊和影像圖資等。災情研判組則負責分析、判斷地震所造成之損害情況。

地震災情資訊上傳系統提供了一個資訊蒐集、整理及分析之平台來輔助上述作業之進行。當地震發生後,TELES之震災早期評估將立即進行災損評估,地震災情資訊上傳系統將視評估結果之嚴重性,自動新增並啟動地震勘災調查事件,勘災人員即可依標的物的種類,如建築物、橋梁等,紀錄其基本資料、損壞狀況、現場之照片等。系統提供資料審核之機制以提供災情彙整人員修訂、確保資料之準確性與完整性。

經由災情資訊之匯整後,災情研判人員即可於系統中查看各項災情報告,應用地理資訊系統之衛星影像、交通路網、河川湖泊等圖資之輔助,了解實地之地形地貌、交通路線,擬定物資集散地等。

.由 震災模擬組 建置維護
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