城市路网地震韧性数据集：支持基础设施可视化与多灾害脆弱性评估的GIS资源

本数据集为解决城市基础设施系统在地震与地质灾害下的脆弱性评估难题，提供了意大利都灵与那不勒斯路网的多模态地理信息数据。研究整合了道路、建筑、桥梁的空间属性与地震滑坡参数，通过GIS平台与易损性曲线量化结构响应，为区域韧性分析、应急规划与多灾害风险建模提供了关键数据基础，支持SDI（空间数据基础设施）在灾前预防与灾后恢复中的决策应用。

　　

随着城市化进程加速，关键基础设施系统在地震等自然灾害下的脆弱性日益成为全球关注的焦点。工程韧性（Resilience）作为系统应对扰动并恢复功能的能力指标，在交通网络、建筑结构与地质灾害交互作用的多重挑战下亟需精细化评估工具。意大利作为地中海地震高发区，其都灵与那不勒斯两座城市分别代表丘陵与高密度城区的典型风险场景，但长期以来缺乏整合空间属性、结构参数与地质灾害的标准化数据集，制约了多尺度风险模型的构建与应急响应策略的优化。

为解决这一问题，由意大利都灵理工大学与那不勒斯腓特烈二世大学联合研究团队在《Scientific Data》发表了题为“Seismic resilience of urban networks: dataset for infrastructure visualization and vulnerability assessment”的数据论文，提供了系统性收集的地理信息系统（GIS）数据与多模态数据集，支持基础设施可视化、脆弱性评估及复杂网络建模。该数据集通过数字化高程模型（DEM）与卫星数据标注结构对象（SOs）的地震类型，并集成滑坡特征与土壤参数，为分析结构脆弱性与地震、降雨诱发滑坡的相互作用提供了基础。

研究采用的关键技术方法包括：基于开源软件QGIS的空间数据映射与地理参照处理，整合多源数据（如INGV地震模型、ISPRA地质灾害数据库）；通过峰值地面加速度（PGA）的需求（PGA_d）与容量（PGA_c）参数量化地震风险，应用易损性曲线（Fragility Curves）计算结构极限状态（SLV终极极限状态与SLD使用极限状态）；利用Newmark位移模型分析滑坡稳定性与临界加速度；并通过蒙特卡洛模拟评估路网功能效率。

数据记录与组织

数据集涵盖都灵与那不勒斯案例研究，包含形状文件（Shapefiles）与电子表格两类主要格式。都灵数据包括道路网络、建筑、桥梁隧道、滑坡区域及兴趣点五类图层，使用EPSG:32632坐标系；那不勒斯数据则包含道路、桥梁、建筑及兴趣点图层，使用EPSG:32633坐标系。数据通过QGIS项目集成，并附现场调查文档与官方桥梁图纸（如都灵SS10路径桥梁的横纵截面图）。

结构脆弱性定量评估

通过易损性曲线插值（MATLAB）与空间整合（QGIS），研究计算了建筑与桥梁的PGA_c值。建筑依据材料（钢筋混凝土RC或无筋砌体）、建造年代（以1981年为分界，区分抗震规范适用性）及层数分类，采用Rosti等人提出的损伤状态（DS1-DS5）中值参数；桥梁则基于跨度数量与结构类型（如多跨简支梁），参照Moschonas的Siatista桥曲线与Nielson、Cardone等研究赋值。结果显示都灵桥梁SLV阈值为0.465g，SLD为0.193g。

滑坡灾害集成分析

都灵路径因穿越丘陵地区，集成滑坡数据来自Geoportale ARPA Piemonte与IFFI国家数据库，通过DEM计算坡度角并结合土壤参数（摩擦角、凝聚力、容重）评估安全系数（SF）与临界加速度。分析考虑干湿条件（饱和度m=0至1）下滑坡位移风险，但滑坡与地震联动模型仍待验证（如Louagie等人的持续研究）。

技术验证与局限性

数据价值体现于地理参照精度与多灾害参数集成，支持蒙特卡洛模拟与SDI决策应用。但部分数据存在估算：建筑层数通过Google Earth/Street View补全；材料未知时默认RC结构；PGA_d采用区域统一值（INGV MPS04模型），未局部校正地层与地形放大效应（如都灵示例点经SSC-Italy软件校正后PGA从0.050g升至0.072g）。此外，都灵Pino隧道因权限限制缺乏详细资料。

研究结论强调，该数据集填补了基础设施可视化与多灾害脆弱性评估间的空白，通过标准化GIS数据与易损性参数，为城市网络韧性研究提供了可扩展框架。其应用涵盖地震风险图谱构建、交通效率模拟、灾后恢复规划及多灾害预警系统开发，尤其适用于复杂系统理论下的网络建模。未来工作需集成局部地质校正参数、验证滑坡-地震耦合模型，并拓展至其他高风险城市区域。