現在位置首頁 > 博碩士論文 > 詳目
  • 同意授權
論文中文名稱:地震防災管理系統建置之研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Study on Development in Management System of Disaster Prevention on Earthquake [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:工程科技研究所
畢業學年度:101
出版年度:101
中文姓名:許家銓
英文姓名:Chia-Chuan Hsu
研究生學號:97679027
學位類別:博士
語文別:中文
口試日期:2013-01-24
論文頁數:181
指導教授中文名:宋裕祺
口試委員中文名:蔡益超;張國鎮;曾惠斌;黃震興;張荻薇;李維森
中文關鍵詞:地震衰減律易損性曲線地震災損評估物件導向
英文關鍵詞:Attenuation lawFragility curveSeismic resistant evaluationObject-Oriented technique
論文中文摘要:台灣位處歐亞大陸版塊和菲律賓海版塊的交界,屬環太平洋地震帶,每年都會因版塊間的相互擠壓而造成地震,屬地震頻繁地帶,為數眾多的既有交通設施及建築物將不可避免的會遭受到強烈地震侵襲的威脅。2011年3月11日,在日本東北地方發生規模9強震,除了地震本身之外,也引發大海嘯,造成生命財產嚴重的損失。當強震造成災害的畫面傳送到全世界,讓世人震驚的除了災難的無情之外,更見識到日本災難預警系統的效率,與民眾避難的秩序。綜觀近數十年來的國內外地震災害,構造物受害之實例甚多,在這些地震災害經驗中,均顯示地震災害對社會所造成的衝擊與經濟損失,是相當嚴重而深遠。因此,若能有效建構一套地震災損評估系統,於地震發生前提供地震災害災損之境況模擬,據此擬定相關地震災害防救事項,有效執行災害預防、災害搶救、事故處理、災情勘察以及善後處置、復建等相關事宜,並於地震發生時,推估建築物倒塌及人員死傷等災害資訊,可於初期迅速採取緊急應變作為,減少地震災害損失。
本研究將參考國內外較知名之震災評估系統,如TELES(台灣)、REDARS(美國)、地震被害想定支援ツール及簡易型地震被害想定システム(日本)建立一套地震防災管理系統。在地表加速度(Peak Ground Accerlation, PGA)推估方面,本研究參考美國REDARS,以台灣自1990年到2003年間地震規模超過5.0之地震測站記錄為基礎,針對台灣各強地動測站進行地表加速度衰減率之迴歸分析,並將台灣國土網格化,由各網格之鄰近測站推估網格之PGA值;以各網格內之公私有建築物及人口資料為基礎,參考並修正TELES之災損評估模式,計算出特定地震作用下各網格之建築物倒塌數及人口傷亡數等資訊。橋梁損壞推估部分由全台省道橋梁之迴歸分析結果訂定橋梁易損性曲線,計算震後橋梁之功能喪失率。本研究亦將導入脆弱度之概念,假設橋梁受損喪失功能時對周圍環境造成之影響,此分析成果可供政府作為橋梁補強優先順序之挑選。本研究所開發之系統亦包含豐富的建物資料庫,包括:網格設籍人口、網格各類公私有建築物數量、重要設施(包括醫療、警消、電廠、加油站等)資訊等。在系統架構設計與實作方面,考量計算效能、擴充彈性、容易使用的操作介面與豐富的資料產出,本研究將使用物件導向技術進行系統開發。整個系統以推估專案為中心,包括:推估專案、資料模型、計算核心、可擴充模組介面及視圖顯示等元件,控管整個系統運作。系統實作將以Windows為作業平台,使用.NET Framework做為基礎應用程式的架構,資料庫將使用MySQL為基礎,GIS地圖元件使用MapWinGIS元件,而可擴充模組介面中的腳本語言將使用IronPython。分析成果將以視覺化輔以文字呈現,將包含各網格建築物之倒塌數、各網格人員傷亡數、橋梁功能喪失數、各重要設施震後現況預估等資訊,此成果可供政府做為災前演練及災後初期迅速採取緊急應變作為之用。
本研究結合目前國內外之災損評估模式,由網格化之資訊推估震後災損情形,並藉由簡易明瞭之操作介面與容易擴充的架構,使後續擴充較具彈性及便利性。未來若將各地方政府提供更詳盡之資料整合入本系統,則可做為各地方政府擬定相關地震災害防救事項之用。
論文英文摘要:Taiwan is situated in a collision zone between the Philippine Sea and the Eurasian tectonic plates and therefore suffers from earthquakes frequently. Frequent earthquakes have inevitably caused significant damages to the existing buildings/bridges in Taiwan. The damages of these buildings/bridges due to earthquake not only lead to the loss of many innocent lives, but also interfere with the rescue efforts, generating countless amount of cost loss to the society and economy.
Before the earthquake can be accurately simulated, the earthquake attenuation relationship has to be established. The data base used in the analysis includes the peak ground acceleration (PGA) recorded from 615 strong motion stations in Taiwan for the earthquakes occurred in year 1992 to 2006 with a magnitude larger than 5.0. By nonlinear regression analysis for these data base, the attenuation relationship of PGA for each single strong motion station was obtained successfully. By dividing the area of Taiwan into grids with a certain size, the PGA for each grid can be obtained by interpolating the PGAs of three nearest strong motion stations prior established. As a result, the seismic intensity map representing PGA everywhere in Taiwan caused by a specific earthquake can be determined in a short moment and displayed visually. The accuracy of the simulated results was also verified through the comparison with the data collected by Central Weather Bureau’s (CWB) in the past three years.
This dissertation established an earthquake disaster assessment system (EDAS) for the existing buildings/bridges. The data base of pre-calculated fragility curves of buildings/bridges was implemented in the system to identify their damage status and the corresponding economic loss shortly after the strike of an earthquake. Besides that, the data such as the population, area of various buildings for each grid was collected as the base for estimation of life loss. In the system, the Object-Oriented Programming (OOP) was adopted as the core to facilitate further extension. The .NET Framework as computer language and the MySQL as database were employed to perform the process of earthquake disaster assessment. In addition, the MapWinGIS component was used because of being a freeware, benefiting the users GIS utility without charge.
This dissertation constructed a platform for management of disaster prevention on earthquake. The first merit of which is that the simulated results based on a specific earthquake are able to be determined for maneuvers of disaster prevention pre-earthquake. Secondly, associated with the rapid reports of PGA at certain stations announced by CWB soon after earthquake, the developed system can give a reliable seismic intensity map all over Taiwan and a rapid estimation of seismic loss to help the plan of emergent rescue. Finally, this system reveals a user-friendly environment that benefits the practical application to disaster prevention on earthquake.
論文目次:中文摘要 I
英文摘要 III
誌 謝 V
目 錄 VI
表目錄 X
圖目錄 XII
第1章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究重點 3
1.4 論文組織與架構 4
第2章 文獻回顧 7
2.1 地震加速度衰減律 7
2.2 震害風險評估系統 9
2.2.1 美國公路震害風險推估系統 9
2.2.2 日本地震損失評估系統 12
2.2.3 台灣地震損失評估系統(TELES) 16
2.3 小結 19
第3章 微分區網格化地表加速度衰減律之建置 21
3.1 前言 21
3.2 強地動觀測站地表加速度衰減律模式 21
3.3 各強地動測站地表加速度衰減律之迴歸分析 23
3.4 微分區網格化之建置與網格PGA計算 24
3.5 微分區網格化之等震圖色層屬性設定 29
3.6 分析成果之比較 30
3.7 小結 46
第4章 結構物震害風險評估模式之建立 48
4.1 易損性曲線之建立及耐震性能等級之劃分 48
4.1.1 易損性曲線之建立 48
4.1.2 耐震性能等級之劃分 50
4.2 橋梁結構物災損評估 52
4.2.1 橋梁結構物耐震性能評估 52
4.2.2 橋梁之年平均損失分析 56
4.2.3 橋梁損壞造成周圍地區脆弱度影響評估模式之建立 59
4.3 建築結構物災損評估 64
4.3.1 建築結構物災損率推估模式之建立 64
4.3.2 人員傷亡推估模式之建立 74
4.4 小結 76
第5章 地震防災管理系統之建立-以新北市為例 77
5.1 系統概述 77
5.2 系統資料 78
5.3 系統設計 86
5.4 系統實作 89
5.4.1 引用技術說明 89
5.4.2 系統資料庫設計 91
5.4.3 資料結構實作 108
5.5 系統示範 109
5.6 銜接軟體說明 114
5.7 小結 118
第6章 案例分析 119
6.1 前言 119
6.2 震前模擬案例分析 119
6.2.1 案例一:921地震 120
6.2.2 案例二:331地震 123
6.2.3 案例三:山腳斷層模擬地震 127
6.2.4 案例四:宜蘭外海模擬地震 132
6.3 震後模擬案例分析 135
6.4 橋梁年平均損失案例分析 141
6.5 橋梁或重要設施損壞後對鄰近區域脆弱度案例分析 142
第7章 結論與建議 145
7.1 結論 145
7.2 建議 147
參考文獻 148
附錄A 測站地表加速度衰減律迴歸成果 154
附錄B 新北市地震災損評估系統使用手冊 156
B.1 軟體架構說明 156
B.2 軟體安裝 158
B.2.1 .NET Framework安裝 158
B.2.2 NTC-EDAS安裝 160
B.2.3 HiAir簡訊元件安裝 160
B.2.4 Apache Web Server安裝 161
B.2.5 MySQL Database Server安裝 165
B.2.6 Wordpress安裝 175
B.3 災損推估案例示範 177
論文參考文獻:1. K. Kanai, “An empirical formula for the spectrum of strong earthquake motions”, Bulletin of the Earthquake Research Institute, vol. 39, 1961, pp. 85-95.
2. K. W. Campbell, “Near-source attenuation of peak horizontal acceleration”, Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 71, no. 6, 1981, pp. 2039-2070.
3. W. B. Joyner and D. M. Boore, “Peak horizontal acceleration and velocity from strong-motion records including records from the 1979 imperial valley, California, earthquake”, Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 71, no. 6, 1981, pp. 2011-2038.
4. 陳子鎤,台灣地區最大加速度衰減之研究,碩士論文,國立中央大學地球物理研究所,中壢,1991。
5. M. Niazi and Y. Bozorgnia, “Behavior of near-source peak horizontal and vertical ground motions over SMART-1 Array, Taiwan”, Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 81, no.3, 1991, pp. 715-732.
6. 劉坤松,台灣地區強震地動衰減模式之研究,博士論文,國立中央大學地球物理研究所,中壢,1999。
7. T. Y. Chang, F. Cotton and J. Angelier, “Seismic attenuation and peak ground acceleration in Taiwan”, Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 91, no. 5, 2001, pp. 1229-1246.
8. 趙曉玲,利用921地震序列之強地動資料對台灣強地動衰減模式與反應譜速估之研究,碩士論文,國立中央大學地球物理研究所,中壢,2001。
9. 林柏伸,台灣東北部地區隱沒帶地震強地動衰減式之研究,碩士論文,國立中央大學應用地質研究所,中壢,2002。
10. 張毓文,場址特性分析及最大加速度衰減模式校正,碩士論文,國立中央大學應用地質研究所,中壢,2002。
11. V. Y. Sokolov, “Seismic intensity and Fourier acceleration spectra:revised relationship”, Earthquake Spectra, vol. 18, no. 1, 2002, pp. 161-187.
12. G. Q. Wang, D. M. Boore, H. Igel and X. Y. Zhou, “Comparisons of ground motions from five aftershocks of the 1999 Chi-Chi, Taiwan, earthquake with empirical predictions largely based on data from California”, Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 94, no. 6, 2004, pp. 2198-2212.
13. K. S. Liu and Y. B. Tsai, “Attenuation relationships of peak ground acceleration and velocity for crustal earthquakes in Taiwan”, Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 95, no. 3, 2005, pp. 1045-1058.
14. P. S. Lin and C. T. Lee, “Ground-Motion Attenuation Relationships for Subduction-Zone Earthquakes in Northeastern Taiwan”, Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 98, no. 1, 2008, pp. 220-240.
15. 黃正耀,台灣地區強地動特性及地震危害度參數之評估,碩士論文,國立中央大學地球物理研究所,中壢,1995。
16. 林宜嫻,九二一集集大地震序列各地累積絕對速度值(CAV)之研究,碩士論文,國立中央大學地球物理研究所,中壢,2002。
17. 張永叡,地震加速度衰減律公式於橋梁災損評估之應用,碩士論文,國立臺北科技大學土木與防災研究所,台北,2006。
18. 葉錦勳,「可適性一般建築物震災損害評估方法研究」,2001 地震災害境況模擬研討會,2001。
19. 葉錦勳,「台灣地震損失評估系統之整體架構與應用」,國家地震工程研究中心2005 年地震損失評估系統研討會,台南,2005,第95-118頁。
20. 葉錦勳,大規模地震災害的境況模擬與應用,國家地震工程研究中心,2012。
21. 葉錦勳,台灣地震損失評估系統—TELES,國家地震工程研究中心,2003。
22. 葉錦勳,地理資訊系統在地震災害潛勢分析與損失評估之應用,國家地震工程研究中心,1999。
23. 葉錦勳、簡文郁,地震危害度分析與震災境況模擬技術整合研究(Ⅱ),國家地震工程研究中心,2007。
24. M. Lu, X. J. Lee, X. W. An and J. X. Zhao, “A comparison of recorded response spectra from the 2008 Wenchuan, China, earthquake with modern ground-motion prediction models”, Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 100, no. 5B, 2010, pp. 2357-2380.
25. 鄭錦桐、林柏伸、謝寶珊、李錫堤,「新一代強地動衰減式對工址地震危害度分析之影響」,中興工程季刊,第109期,2010,第31-40頁。
26. J. Kaklamanos and L. G. Baise, “Model validations and comparisons of the next generation attenuation of ground motions (NGA–West) project”, Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 101, no. 1, 2011, pp. 160-175.
27. S. D. Werner, C. E. Taylor, S. Cho, J. P. Lavoie, C. Huyck, C. Eitzel, H. Chung and R. T. Eguchi, REDARS 2 Methodology and Software for Seismic Risk Analysis of Highway Systems, Oakland CA: Seismic Systems & Engineering Consultants., 2006.
28. S. D. Werner, J. P. Lavoie, C. Eitzel, S. Cho, C. K. Huyck, S. Ghosh, R. T. Eguchi, C. E. Taylor and J. E. Moor II, REDARS 1 Demonstration Software for Seismic Risk Analysis of Highway Systems, NY: Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Reserch, 2003.
29. 簡易型地震被害想定システム,擷取自 財団法人消防科学総合センター: http://www.isad.or.jp/cgi-bin/hp/index.cgi?ac1=IS06&ac2=&ac3=506&Page=hpd_view
30. 地震被害想定支援ツール,擷取自 內閣府防災情報の頁:http://www.bousai.go.jp/jishin/chubou/taisaku_chukin/shientool/index.html
31. 阪神大地震,擷取自 維基百科:http://zh.wikipedia.org/wiki/阪神大地震
32. 國土廳,地震被害想定支援マニュアル,擷取自 地震被害想定支援マニュアル:http://www.bousai.go.jp/manual/index.htm
33. 內閣府,防災白書,財務省印刷局,2002。
34. P. S. Lin, C. T. Lee, C. T. Cheng and C. H. Sung, “Response spectral attenuation relations for shallow crustal earthquakes in Taiwan”, Engineering Geology, vol. 121, 2011, pp. 150-164.
35. 台灣的活動斷層,擷取自 經濟部中央地質調查所:http://fault.moeacgs.gov.tw/TaiwanFaults_2009/News/NewsView.aspx?id=3
36. C. C. Tsai, C. H. Loh and Y. T. Yeh., “Analysis of Earthquake Risk In Taiwan Based On Seismotectonic Zones”, Memoir of the Geological Society of China, vol. 9, 1987, pp. 413-446.
37. 交通部中央氣象局地震震度分級表,擷取自 交通部中央氣象局:http://www.cwb.gov.tw/V7/earthquake/quake_preparedness.htm
38. 常態分布,擷取自 維基百科:http://zh.wikipedia.org/wiki/常態分佈
39. 何明錦、蔡益超、宋裕祺,鋼筋混凝土建築物耐震能力評估手冊—視窗化輔助分析系統 SERCB Win2012,內政部建築研究所,2012。
40. 交通部公路總局,公路橋梁耐震能力評估及補強工程可行性研究,2009。
41. Y. C. Sung, C. C. Hsu, H. H. Hung and Y. J. Chang, “Seismic Risk Assessment System of Existing Bridges in Taiwan”, Structure and Infrastructure Engineering, 2012, DOI:10.1080/15732479.2011.632579.
42. 陳威成,由生命週期成本分析探討鋼筋混凝土消防廳舍耐震設計及補強基準,博士論文,台灣大學土木工程系,台北,2012。
43. Eurocode, Structures in Seismic Regions-Design, Part 2 bridges, Europe, 1994.
44. vmkljce,環境與人類的脆弱性 (Vulnerability of People) (1):概念與應用. 擷取自:http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=38605
45. 童慶斌,脆弱度評估 Vulnerability Assessment,擷取自 台灣大百科全書:http://taiwanpedia.culture.tw/web/content?ID=100601
46. United Nations International Strategy for Disaster Reduction, Living with Risk:A Global Review of Disaster Reduction Initiatives, Geneva: United Nations Publication, 2004.
47. S. L. Cutter, “Vulnerability to Environmental Hazards”, Progress in Human Geography, vol. 20, no. 4, 1996, pp. 529-539.
48. S. L. Cutter, B. J. Boruff and W. L. Shirley, “Social Vulnerability to Environmental Hazards”, Social Science Quarterly, vol. 84, no. 2, 2003, pp. 242-261.
49. 郭彥廉、蕭代基、林彥伶、謝雯惠、張銘城,「天然災害脆弱性與社經脆弱性因子之回顧」,災害防救電子報,第42期,2009。
50. 鄧敏政、蘇昭郎、謝承憲、陳進發,「公路橋梁之脆弱度衝擊分析–以100 年重點監控橋梁為例」,臺灣公路工程,第37卷,第11期,2011,第29-47頁。
51. 蕭代基、李欣輯、楊惠萱,災害損失與社會脆弱度評估,國家災害防救科技中心,2010。
52. 內政部,建築物耐震設計規範與解說,內政部營建署,2011。
53. 新北市門牌加值應用系統,擷取自 新北市民政地理資訊:http://addr.ris.ntpc.gov.tw/tpcaddr/?func=addr
54. G. Booch, Object-Oriented Analysis and Design with Applications, Redwood City:Benjamin/Cummings, 1994.
55. MapWinGIS, Retrieved from MapWinGIS: http://mapwingis.codeplex.com/
56. Proj.4, Retrieved from Proj.4: http://trac.osgeo.org/proj/
57. Python,擷取自 維基百科:http://zh.wikipedia.org/wiki/Python
58. IronPython, Retrieved from IronPython: http://ironpython.codeplex.com/
59. SQLite,擷取自 維基百科:http://zh.wikipedia.org/wiki/SQLite
60. ACID,擷取自 維基百科:http://zh.wikipedia.org/wiki/ACID
61. FWTools, Retrieved from http://fwtools.maptools.org/
62. WordPress,擷取自 WordPress 台灣正體中文網站:http://tw.wordpress.org/
63. 溫國樑、張毓文、陳俊德、黃雋彥,臺灣地區地震潛勢評估之研究,交通部中央氣象局,2011。
64. 新莊博士的家倒塌案更一審建商判處1至3年,擷取自 大紀元新聞網:http://www.epochtimes.com/b5/6/8/31/n1439716.htm
65. 黃哲民,土城331地震災戶控告建商沒有善後誠意,中國時報,2003年3月31日。
論文全文使用權限:同意授權於2018-02-05起公開