开源巨灾模型发展动态(二):GEM和OpenQuake

GEM组织介绍

基本情况

GEM(Global Earthquake Model)成立于2009年,是一家全球性的地震危险性分析和地震风险评估的非营利组织,总部位于意大利Pavia。

GEM诞生的背景是在2004年召开的第11届OECD全球科学论坛(Global Science Forum)上,德国代表团提议举办“地震”科学研讨会,在2006年的专题研讨会上决定制作“全球地震风险情境图”,2007年决定发起全球地震风险地图与监控(GEM)项目。

GEM的核心原则是“开放、合作、可信赖、公益”,GEM的愿景是通过公私合作资助,增强全球对地震的防御和适应能力。GEM的使命是成为全球最完善的地震风险资源库,打造全球承认的地震风险评估并准,并将其产品应用于全球的地震风险管理。

GEM由来自全球公共、私人、学术和非政府组织的合作者组成。通过合作伙伴的共同努力,开发数据、资源和信息,不断提升抵御地震灾害风险的技术能力,提高公众对全球地震灾害和风险的认识。

组织架构

GEM的组织架构并不复杂:由公共伙伴、私人伙伴和合作伙伴组成理事会,通过投票决定GEM的重要事项;由常务秘书、特别顾问和技术负责人组成秘书处,负责组织的日常管理和协调工作,对理事会负责;科学研究和技术研发团队分为Hazard、Physical risk、Social vulnerability and resilience、Information technology四个团队,负责产品开发和服务提供;科学委员会负责提供理论支持和技术指导。

GEM理事会的参与者可以分为三类:公共伙伴、私人伙伴和合作伙伴。

  • 公共伙伴(Public partners)一般为国家、地区或者城市的政府或者公共机构。他们在地震风险建模,评估和减少方面交流经验,参加活动和研讨会,提供产品反馈,并与秘书处就各种举措进行合作。他们可以提供资金赞助,也可以通过实际项目和工作冲抵资金赞助。
  • 私人伙伴(Private partners)主要指公司,其中尤其以(再)保险公司居多,例如,早在2007年慕尼黑再保险公司为GEM提供了500万欧元的赞助。公司可以选择不同的赞助方案,根据赞助方案的不同,公司拥有不同的权利。根据2018年的最新方案,捐助5万欧元以上,可以参加GEM组织的技术会议和研讨会;捐助10万欧元以上,可以参与到地震风险评估和管理领域的管理网络中。
  • 准伙伴(Associate partners)指的是与GEM存在合作关系的其他组织,与公共和私人伙伴不同,准伙伴在理事会中的席位没有表决权。

得益于GEM的开放性、协作性和科学性,GEM能够与国际专家和区域合作者的合作,确保其工具、模型和数据能够结合不同区域的实际情况,制定抵御地震风险的策略,并由当地政府和国际组织进行推广和使用。

目前,GEM主要有以下工作领域:

  1. 收集和更新全球地震风险资料(数据、模型、方法和规范);
  2. 研发高性能的地震风险评估软件;
  3. 将最新地震资料应用于各类项目。
  4. 在全球各地通过合作提供技术支持和专业服务。

其中,GEM最大的亮点在于开发了功能强大的地震危险性分析和地震风险评估开源软件OpenQuake,能够描述更加复杂的地震危险性模型,允许建立更加精确晚辈的易损性模型来科学分析地震风险,有力推动了地震风险管理的进步。

OpenQuake模型

基本信息

为了满足地震风险评估的高准确度、高可靠性和高适应性的需求,GEM开发了OpenQuake作为其主要工具。作为GEM最先进的软件。OpenQuake适用于从全球到局地不同分辨率的地震危险性分析和风险评估。

OpenQuake是一款开源软件,旨在成为一种开放的、社区驱动的地震危险和风险分析工具,其源代码OpenQuake可以在Github中找到,地址如下:http://github.com/gem/oq-engine 。在GEM的官方网站上,也可以下载全套的OpenQuak安装文件、使用手册和源程序。Openquake采用Python语言开发,目前的最新版本为3.3.2(2019年1月)可以在Windows、macOS和Linux等不同的平台上运行,既可以安装在笔记本电脑上,也可以安装在计算机集群和云端。

软件架构

从架构上来说,OpenQuake 2.0实现了对1.0版本的完全重写:OpenQuake 1.0是以数据库为中心的,采用对象关系映射(Object Relational Mapping, ORM)技术的Web应用程序,2.0版本则为以计算为中心的科学应用程序,一切都在内存中完成,核心引擎中没有数据库,也不采用ORM。整个OpenQuake软件主要由以下部分组成:

  1. 支持库,解决读取输入和写入输出,实现基本几何操作,管理分布式计算和通用编程实用程序等基本问题;
  2. Hazard Library和Risk Library,提供地震危险分析和风险评估的计算模块,包括风险单位的易损性分析;
  3. 核心引擎,调用Hazard Library和Risk Library实现计算;
  4. 数据存储, HDF5文件,用作计算的短期存储/缓存;可以从现有数据存储区开始计算,以避免每次重新计算所有内容;
  5. 数据库(服务器),采用SQLite作为数据库用作计算元数据的长期存储,包括计算的开始/停止时间,计算的所有者,计算日志,批量科学数据等;
  6. Web UI,允许通过浏览器运行和监控计算的Web应用程序;
  7. oq 命令行工具和集群引擎等。

主要功能

从功能上来说,OpenQuake能够进行的计算主要可以分为三大类:

  1. 基于确定性的情景地震风险计算,对于确定性的情景地震,计算和统计由于地震产生的各种资产的损失。
  2. 基于概率性的地震事件风险计算,计算在特定时间内,由一次随机地震事件造成损失超过特定水平的概率;
  3. 基于PSHA的地震风险计算,根据PSHA得到的地震危险性曲线,计算单一资产损失的概率。

输出结果

在结果输出方面,OpenQuake可以输出随机地震事件集、地面运动场、危险性地图、损失超越曲线、损失地图与统计、建筑倒塌地图等。

2018年12月,依托OpenQuake软件,GEM发布了首个数字地震风险图,涵盖了世界上任何暴露于地震风险的国家。

全球地震风险图(v2018.1)包括四个全球地图。主要地图显示了由于住宅,商业和工业建筑存量中的地面震动导致的各国平均建筑成本(美元/平方米)标准化的平均年损失(USD)的地理分布,考虑建筑物内容、结构和非结构部件。通过标准化度量可以直接比较具有不同的建筑成本的国家之间的风险。它没有考虑地震后海啸,液化,山体滑坡和火灾的影响。损失估计来自于因震动而对建筑物造成的直接物理损坏,因此不包括因基础设施造成的损坏或因业务中断而造成的间接损失。未来,GEM计划随着数据集和模型的更新,动态发布地震风险图更新版本,用于指示不同关键的地震风险情况。

参考文献

  1. https://www.globalquakemodel.org/
  2. https://docs.openquake.org/
  3. https://github.com/gem/oq-engine
张da统帅 wechat
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