肖 爽，王小明，張 勇，趙學(xué)志，程顯洲

（上海市地震局，上海 200062；上海佘山地球物理國家野外科學(xué)觀測研究站，上海 200062）

地震發(fā)生后，拯救生命和減少人員傷亡是地震應(yīng)急救援工作的首要任務(wù)，也是震后地震應(yīng)急工作的重中之重，而地震災(zāi)害快速評(píng)估系統(tǒng)所計(jì)算的人員傷亡數(shù)能夠?yàn)檎拐鹁葹?zāi)提供必要的依據(jù)。在人口密集的地區(qū)，中強(qiáng)度地震可能會(huì)造成重大的人員傷亡，因此，提高地震災(zāi)害快速評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，對提高地震應(yīng)急救援工作效率具有十分重要的意義[1]。

理論上，地震震級(jí)越大，造成的損失越大；同理，相同震級(jí)，人口密度越高，人員傷亡也越多。比如2001年昆侖山口西8.1 級(jí)大地震，由于該區(qū)域?yàn)闊o人區(qū)，雖然震級(jí)很大，但是沒有造成人員傷亡。2014 年云南省魯?shù)榭h6.5 級(jí)地震造成大量人員傷亡，此次地震震級(jí)雖然不大，但造成大量人員傷亡，原因除了房屋抗震能力差、震源淺等，還有與當(dāng)?shù)厝丝诿芏雀叩纫蛩叵⑾⑾嚓P(guān)[2]。魯?shù)榭h的人口密度為全省平均人口密度的2倍之多。

上述2 個(gè)震例說明，破壞性地震的人員傷亡人數(shù)與該區(qū)域的地震災(zāi)害所涉及的總?cè)丝跀?shù)密切相關(guān)[3]。在其他應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地震烈度衰減關(guān)系和震害矩陣不變的情況下，本文研究利用基于手機(jī)位置信息的動(dòng)態(tài)人口數(shù)據(jù)，替換應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中靜態(tài)的六普人口數(shù)據(jù)，通過人工設(shè)定地震，對比分析災(zāi)情報(bào)告中人員傷亡結(jié)果，從而提高災(zāi)情報(bào)告中傷亡人數(shù)評(píng)估的準(zhǔn)確性，為震后應(yīng)急救援提供科學(xué)可靠的依據(jù)。

1 區(qū)域總?cè)丝跀?shù)對地震人員傷亡人數(shù)的影響

1.1 地震人員傷亡快速評(píng)估模型

上海市地震局目前所采用的地震災(zāi)害快速評(píng)估系統(tǒng)評(píng)估模型中，尹之潛—死亡人員模型公式如下：

式（1）（2）中：Rd為評(píng)估區(qū)域內(nèi)地震死亡率；I0、I1、I2為固定參數(shù)，分別為12.4、0.1、-13.3；A為評(píng)估區(qū)域內(nèi)房屋毀壞比；Nd為評(píng)估區(qū)域內(nèi)地震死亡人數(shù)；M為評(píng)估區(qū)域的總?cè)丝跀?shù)。

尹之潛—受傷人員模型公式如下：

式（3）中：In為受傷人數(shù)；I0為固定參數(shù)，為10；De為死亡人數(shù)。

通過公式可以看出，評(píng)估區(qū)域的總?cè)丝跀?shù)是計(jì)算死亡人數(shù)和受傷人數(shù)的重要參數(shù)，而目前，上海市地震災(zāi)害快速評(píng)估系統(tǒng)中人口數(shù)據(jù)來源于2010年全國第六次人口普查（參考上海市應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，以下簡稱為“六普數(shù)據(jù)”），六普數(shù)據(jù)是按照現(xiàn)住地址登記統(tǒng)計(jì)，該數(shù)據(jù)沒有考慮到人口的空間分布和動(dòng)態(tài)變化，從而使得評(píng)估模型中的人口數(shù)據(jù)與實(shí)際情況出現(xiàn)較大的偏差，直接導(dǎo)致人口傷亡評(píng)估結(jié)果不準(zhǔn)確。

1.2 上海市人口時(shí)空變化規(guī)律

上海作為人口密集的特大城市，人口呈現(xiàn)“白天向心，夜間離心”的分布狀態(tài)，由此可見上海各行政區(qū)尤其是人口晝夜分布比較高的地區(qū)，當(dāng)白天或者夜間發(fā)生中高強(qiáng)度地震時(shí)，人員的傷亡人數(shù)會(huì)有很大的差別。通過查找相關(guān)文獻(xiàn)[2]，分析了上海市人口動(dòng)態(tài)空間分布特征。

如圖1 所示為以2 h 為時(shí)間單元，將各時(shí)間段的記錄人數(shù)進(jìn)行空間可視化，展示上海市1 d 的人口動(dòng)態(tài)空間分布變化。結(jié)合上海市人口的時(shí)空變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)中心城區(qū)的人口密度在上午11：00 達(dá)到峰值，而在夜間23：00 回落到一個(gè)相對穩(wěn)定的狀態(tài)，所以選取11：00 和23：00 作為人工設(shè)定地震的發(fā)震時(shí)刻進(jìn)行研究。其次考慮到工作日與節(jié)假日相比，在相同時(shí)段內(nèi)同一地區(qū)的人口分布狀態(tài)可能存在較大差異，所以選取2020-09-16（工作日）的11：00 和23：00、2020-09-20（休息日）的11：00 和23：00 作為4 個(gè)人工設(shè)定地震的發(fā)震時(shí)刻進(jìn)行研究。

2 人工設(shè)定地震的快速評(píng)估結(jié)果

2.1 六普人口數(shù)據(jù)

目前上海市應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫所采用的人口數(shù)據(jù)為2010 年全國第六次人口普查的數(shù)據(jù)，由于收集人口數(shù)據(jù)存在很大的困難性和不確定性，人口數(shù)據(jù)一直沒有更新。

2.2 基于六普數(shù)據(jù)的人工設(shè)定地震快速評(píng)估結(jié)果分析

根據(jù)上海市地震災(zāi)害快速評(píng)估系統(tǒng)中現(xiàn)有的應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫（該數(shù)據(jù)庫中人口數(shù)據(jù)為六普數(shù)據(jù)），分別模擬觸發(fā)上海市16 個(gè)行政區(qū)內(nèi)同一震中位置、同一震級(jí)，在工作日和法定節(jié)假日11：00 和23：00 的地震，對災(zāi)情報(bào)告中所產(chǎn)出的傷亡人數(shù)進(jìn)行對比，選取上海市黃浦區(qū)使用六普數(shù)據(jù)4 個(gè)時(shí)刻的災(zāi)情報(bào)告進(jìn)行展示，如圖2～圖5 所示。

根據(jù)報(bào)告展示可以看出：在同一震中位置，不同發(fā)震時(shí)刻時(shí)，報(bào)告中的總?cè)丝跀?shù)完全相同，其原因是系統(tǒng)中讀取的均是應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的六普人口數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)為靜態(tài)人口數(shù)據(jù)，這與1.2 篇幅中分析的上海市人口時(shí)空變化的規(guī)律情況不符，即不符合實(shí)際人口流動(dòng)的變化情況。

表1 為基于六普人口數(shù)據(jù)的人工設(shè)定地震快速評(píng)估結(jié)果中的傷亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)定發(fā)震時(shí)刻分別為北京時(shí)間2020-09-16T11：00（工作日）、北京時(shí)間2020-09-16T23：00（工作日）、北京時(shí)間2020-09-20T 11：00（休息日）、北京時(shí)間2020-09-20T23：00（休息日）4 個(gè)發(fā)震時(shí)刻。根據(jù)表1 可以得到結(jié)論：基于六普人口數(shù)據(jù)，在相同震級(jí)、相同經(jīng)緯度、相同震源深度的前提下，上海市16 個(gè)行政區(qū)劃內(nèi)在任意時(shí)間發(fā)生破壞性地震造成的人員傷亡數(shù)都是相同的。

表1 上海市六普人口數(shù)據(jù)產(chǎn)出災(zāi)情簡報(bào)傷亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.3 基于手機(jī)位置信息的人口數(shù)據(jù)

2.3.1 數(shù)據(jù)來源

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，基于位置信息的手機(jī)數(shù)據(jù)來源主要有2 種：一種是基于電信運(yùn)營商的基站或衛(wèi)星（GPS、北斗等）實(shí)現(xiàn)手機(jī)位置信息的確定；另一種是借助軟件開發(fā)工具包（Software Development Kit，SDK），實(shí)現(xiàn)手機(jī)位置信息的確定。

本文采用的基于位置信息的手機(jī)數(shù)據(jù)來源為后者，即基于集成了SDK 的手機(jī)APP 收集并加密傳輸保存用戶數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)收集之前，已經(jīng)確保用戶知悉并同意開發(fā)者獲取和使用用戶數(shù)據(jù)。合法獲取用戶數(shù)據(jù)后，對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行去標(biāo)識(shí)化或匿名化處理，經(jīng)過篩選、清洗、整理并深度挖掘，最終得到研究所需的數(shù)據(jù)。

2.3.2 數(shù)據(jù)分析

基于手機(jī)位置信息的人口數(shù)據(jù)采集到的是選取的4 個(gè)時(shí)刻鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道的實(shí)時(shí)人數(shù)，而手機(jī)數(shù)據(jù)是每間隔一段時(shí)間采集一次，這樣存在在一段固定時(shí)間內(nèi)某一個(gè)人在不同區(qū)域出現(xiàn)多次的情況，導(dǎo)致最終人口數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，所以定義是在選取的時(shí)間段內(nèi)，某一人最后出現(xiàn)的區(qū)域?yàn)樽罱K確定區(qū)域，將此人統(tǒng)計(jì)到該區(qū)域的人數(shù)中。同時(shí)考慮到手機(jī)人口數(shù)據(jù)采集僅依靠手機(jī)匯報(bào)，而白天手機(jī)使用活躍度相對較高，晚上存在手機(jī)關(guān)機(jī)無信號(hào)等情況使用活躍度相對少，為抹平手機(jī)匯報(bào)造成的數(shù)據(jù)偏差，假定全中國人口在一天中是穩(wěn)定的，利用全中國早晚手機(jī)人口匯報(bào)比例（白天手機(jī)人口匯報(bào)總數(shù)/晚上手機(jī)人口匯報(bào)總數(shù)），再根據(jù)這個(gè)比例調(diào)整上海市晚上的人數(shù)。將整理后4 個(gè)時(shí)刻的區(qū)縣人口數(shù)據(jù)與原六普數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，如表2 所示。

表2 上海市行政區(qū)劃內(nèi)各時(shí)刻總?cè)丝跀?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（單位：人）

上海市行政區(qū)劃內(nèi)各時(shí)刻人口總數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如圖6所示，從圖6 可以看出：上海市16 個(gè)行政區(qū)劃內(nèi)人員流動(dòng)較大，2020-09-16（工作日）11：00 工作時(shí)間人口總數(shù)明顯多于23：00夜間休息時(shí)間的區(qū)域有黃浦區(qū)、徐匯區(qū)、長寧區(qū)、靜安區(qū)等核心商務(wù)區(qū)域，而以居住新城區(qū)為主的松江區(qū)、浦東新區(qū)休息時(shí)間的總?cè)丝跀?shù)則明顯高于工作時(shí)間?？梢哉f明同一地區(qū)在不同時(shí)間段內(nèi)的人口總數(shù)變化較大，若在不同時(shí)刻發(fā)生中強(qiáng)度地震，所造成的人員傷亡和采取的應(yīng)急措施也應(yīng)各不相同。

圖6 上海市行政區(qū)劃內(nèi)各時(shí)刻人口總數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖

2.3.3 數(shù)據(jù)處理

按照應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫格式要求，將手機(jī)人口數(shù)據(jù)經(jīng)過清洗、規(guī)范化整理后，形成4 組可以加載進(jìn)地震災(zāi)害快速評(píng)估系統(tǒng)的人口數(shù)據(jù)，包括city population、county population、town population 三部分。圖7～圖9為其中一組人口數(shù)據(jù)加載進(jìn)地震災(zāi)害快速評(píng)估系統(tǒng)展示。

圖7 2020-09-16T11：00 手機(jī)人口數(shù)據(jù)city population 加載進(jìn)快速評(píng)估系統(tǒng)展示

圖9 2020-09-16T11：00 手機(jī)人口數(shù)據(jù)town population 加載進(jìn)快速評(píng)估系統(tǒng)展示

2.4 基于手機(jī)數(shù)據(jù)的人工設(shè)定地震快速評(píng)估結(jié)果分析

加載進(jìn)地震災(zāi)害快速評(píng)估系統(tǒng)的基于手機(jī)位置信息的人口數(shù)據(jù)，可以在系統(tǒng)中正常運(yùn)行，產(chǎn)出有效的災(zāi)情報(bào)告，選取上海市黃浦區(qū)使用六普數(shù)據(jù)、手機(jī)數(shù)據(jù)4 個(gè)時(shí)刻的災(zāi)情報(bào)告進(jìn)行展示，如圖10～圖13 所示。

圖8 2020-09-16T11：00 手機(jī)人口數(shù)據(jù)county population 加載進(jìn)快速評(píng)估系統(tǒng)展示

圖10 2020-09-16T11：00 災(zāi)情簡報(bào)

圖13 2020-09-20T23：00 災(zāi)情簡報(bào)

圖11 2020-09-16T23：00 災(zāi)情簡報(bào)

圖12 2020-09-20T11：00 災(zāi)情簡報(bào)

根據(jù)報(bào)告展示可以看出：4 個(gè)時(shí)刻的手機(jī)數(shù)據(jù)成功加載進(jìn)地震災(zāi)害快速評(píng)估系統(tǒng)，在同一震中位置，不同發(fā)震時(shí)刻時(shí)，報(bào)告中的總?cè)丝跀?shù)出現(xiàn)變化。報(bào)告中顯示的總?cè)丝跀?shù)據(jù)與加載進(jìn)應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)吻合，說明整理的4 組手機(jī)數(shù)據(jù)已成功加載進(jìn)地震災(zāi)害快速評(píng)估系統(tǒng)，并能產(chǎn)生相應(yīng)報(bào)告?；谑謾C(jī)位置信息的人口數(shù)據(jù)加載進(jìn)地震災(zāi)害快速評(píng)估系統(tǒng)后，在其他應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地震烈度衰減關(guān)系和震害矩陣不變的情況下，模擬觸發(fā)與2.2 中參數(shù)相同的地震，產(chǎn)出災(zāi)情報(bào)告后，整理統(tǒng)計(jì)傷亡人數(shù)，人工設(shè)定地震的震級(jí)6.5 級(jí)，震源深度10 km，發(fā)震時(shí)刻分別為2020-09-16T 11：00、2020-09-16T23：00、2020-09-20T11：00、2020-09-20T23：00 這4 組震產(chǎn)出災(zāi)情報(bào)告中傷亡人數(shù)如表3～表6 所示。災(zāi)情報(bào)告受傷人數(shù)對比圖和死亡人數(shù)對比圖分別如圖14 和圖15 所示。

圖14 災(zāi)情報(bào)告受傷人數(shù)對比圖

圖15 災(zāi)情報(bào)告死亡人數(shù)對比圖

表3 上海市各行政區(qū)采用2020-09-16T11：00手機(jī)數(shù)據(jù)產(chǎn)出的災(zāi)情報(bào)告中傷亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表4 上海市各行政區(qū)采用2020-09-16T23：00手機(jī)人口大數(shù)據(jù)產(chǎn)出災(zāi)情報(bào)告?zhèn)鋈藬?shù)統(tǒng)計(jì)表

表6 上海市各行政區(qū)采用2020-09-20T23：00手機(jī)人口大數(shù)據(jù)產(chǎn)出災(zāi)情報(bào)告?zhèn)鋈藬?shù)統(tǒng)計(jì)表

表4（續(xù)）

表5 上海市各行政區(qū)采用2020-09-20T11：00手機(jī)人口大數(shù)據(jù)產(chǎn)出災(zāi)情報(bào)告?zhèn)鋈藬?shù)統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)論

利用上海市地震災(zāi)害快速評(píng)估系統(tǒng)現(xiàn)有應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫（人口數(shù)據(jù)為六普數(shù)據(jù)）觸發(fā)上海市16 個(gè)行政區(qū)劃的人工設(shè)定地震，各區(qū)縣分別在4 個(gè)時(shí)刻產(chǎn)出災(zāi)情報(bào)告中傷亡人數(shù)相同，而手機(jī)實(shí)時(shí)顯示的人口數(shù)據(jù)明顯高于六普人口總數(shù)，這說明目前系統(tǒng)所使用的六普數(shù)據(jù)其靜態(tài)的人口數(shù)值已失去時(shí)效性，不符合上海市人口流動(dòng)分布的現(xiàn)實(shí)狀態(tài)。在真實(shí)地震發(fā)生時(shí)，六普數(shù)據(jù)已不能準(zhǔn)確地展示上海市人口數(shù)，無法為地震災(zāi)害快速評(píng)估系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

通過災(zāi)情報(bào)告?zhèn)鋈藬?shù)表和災(zāi)情報(bào)告?zhèn)鋈藬?shù)對比圖得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

對比分析工作日上午11：00 和工作日夜間23：00的傷亡人數(shù)，白天傷亡人數(shù)明顯高于夜間的城區(qū)有黃浦區(qū)、徐匯區(qū)、長寧區(qū)、靜安區(qū)、普陀區(qū)、虹口區(qū)、楊浦區(qū)、閔行區(qū)、寶山區(qū)，白天傷亡人數(shù)低于夜間的城區(qū)有嘉定區(qū)和青浦區(qū)，白天和夜間傷亡人數(shù)基本持平的城區(qū)有浦東新區(qū)、金山區(qū)、松江區(qū)、奉賢區(qū)和崇明區(qū)。這些數(shù)據(jù)的對比從側(cè)面印證了上海城市人口的晝夜空間分布經(jīng)歷“白天向中心集聚、夜晚向郊區(qū)分散”的流動(dòng)過程，白天人口相對于夜晚人口具有更顯著的中心集聚特征，因此上海商業(yè)核心區(qū)域工作日上午發(fā)生地震造成的傷亡人數(shù)明顯高于該地區(qū)夜間發(fā)生地震所造成的傷亡人數(shù)。

對比分析休息日上午11：00 和休息日夜間23：00的傷亡人數(shù)，上海市區(qū)內(nèi)各行政區(qū)夜間傷亡人數(shù)均高于白天傷亡人數(shù)。由此可見，如果在休息日的夜間發(fā)生破壞性地震，上海行政區(qū)劃內(nèi)的傷亡人數(shù)會(huì)相對較多。

對比分析同一地點(diǎn)工作日11：00 和休息日11：00的傷亡人數(shù)，工作日傷亡人數(shù)高于休息日傷亡人數(shù)的城區(qū)有黃浦區(qū)、徐匯區(qū)、長寧區(qū)、靜安區(qū)、普陀區(qū)、虹口區(qū)，傷亡人數(shù)基本持平的區(qū)域有楊浦區(qū)、閔行區(qū)、寶山區(qū)、浦東新區(qū)、金山區(qū)、奉賢區(qū)和崇明區(qū)，工作日傷亡人數(shù)低于休息日傷亡人數(shù)的區(qū)域有嘉定區(qū)、松江區(qū)和青浦區(qū)。出現(xiàn)這種情況可能是因?yàn)楣ぷ魅站蜆I(yè)活動(dòng)對中心城區(qū)的依賴度明顯高于消費(fèi)休閑行為，而休息日消費(fèi)休閑行為除了出現(xiàn)在中心城區(qū)也同時(shí)分布在外圍近郊。由此可見，工作日上午上海的中心城區(qū)以及休息日上午上海的外圍近郊會(huì)成為破壞性地震造成人員傷亡較多的地點(diǎn)。

對比分析同一地點(diǎn)工作日23：00 和休息日23：00的傷亡人數(shù)，休息日23：00 的傷亡人數(shù)均高于工作日23：00 的傷亡人數(shù)。因?yàn)榫幼【蜆I(yè)、通勤、消費(fèi)休閑出行等因素，使人口空間分布的動(dòng)態(tài)變化。而職住關(guān)系的不匹配使得人們往往工作和居住并不在同一地點(diǎn)，所以會(huì)出現(xiàn)休息日夜間地震造成的傷亡人數(shù)均高于工作日夜間。

本文基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)，嘗試從上海市人口時(shí)空變化的角度對災(zāi)情報(bào)告所產(chǎn)生的影響展開研究，取得了一些初步的研究結(jié)果。隨著更多數(shù)據(jù)的獲取和研究的深入，發(fā)現(xiàn)上海行政區(qū)劃內(nèi)人口基數(shù)大、總量多，且人口分布不均勻，同時(shí)每個(gè)區(qū)域的常住人口數(shù)量受流動(dòng)人口的影響，在不同的區(qū)域和時(shí)段人口數(shù)量也不同[4]。另外，老幼人口的比例對地震災(zāi)害損失和救災(zāi)影響也很大。因此在今后有關(guān)災(zāi)情報(bào)告的研究中，要科學(xué)掌握上海的人口數(shù)據(jù)，細(xì)化老幼人口及重傷、輕傷人員等相關(guān)信息，提高地震災(zāi)害快速評(píng)估系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，以便為地震應(yīng)急救援提供更為科學(xué)的數(shù)據(jù)。

4 展望

將基于位置信息的手機(jī)數(shù)據(jù)應(yīng)用于地震應(yīng)急救援實(shí)際工作中，能夠提高災(zāi)害快速評(píng)估結(jié)果中人員傷亡人數(shù)的準(zhǔn)確性。通過對比分析找出震后災(zāi)害快速評(píng)估結(jié)果中人員傷亡規(guī)律，能夠?qū)ξ磥碜龅卣痤A(yù)評(píng)估提供參考和修正依據(jù)。未來期望對獲取的手機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，通過研究數(shù)據(jù)中反映出的人員流動(dòng)趨勢，建立職住關(guān)系模型，并基于此建為震情快速評(píng)估系統(tǒng)建立不同時(shí)段、不同區(qū)域的震害快速評(píng)估模型，根據(jù)上海市地震局的自動(dòng)制圖平臺(tái)進(jìn)行專題圖展示[5-6]，進(jìn)一步提高震害快速評(píng)估結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。