河北省地震應(yīng)急專題圖模板化及快速出圖技術(shù)研究*

魏艷旭　賈軍鵬　楊　凡　劉曉丹

(河北省地震局，石家莊050021)

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河北省地震應(yīng)急專題圖模板化及快速出圖技術(shù)研究*

魏艷旭※賈軍鵬楊凡劉曉丹

(河北省地震局，石家莊050021)

摘要結(jié)合地震應(yīng)急救援工作中對(duì)地震專題圖的要求，利用地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)及專業(yè)GIS制圖軟件，研制一套適用于地震應(yīng)急救援的專題地圖模板。對(duì)地震應(yīng)急專題圖快速產(chǎn)出技術(shù)深入研究，基于ArcGIS Engine組件技術(shù)開發(fā)快速出圖軟件，軟件以地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)輸入地震三要素，實(shí)現(xiàn)對(duì)震中位置的提取，在應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)影響場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中提取地震影響場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)專題圖的快速生成及批量輸出，為震后應(yīng)急指揮決策及地震救援提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞地震應(yīng)急； 專題圖； 模板； 地震影響場(chǎng)

引言

華北地區(qū)是繼西部地區(qū)后，全國(guó)第2個(gè)比較活躍的地震區(qū)域，相對(duì)活躍的華北(河北)平原地震帶和燕山渤海地震帶都處于河北境內(nèi)，河北省地震形勢(shì)嚴(yán)峻。地震災(zāi)害破壞性極強(qiáng)，在短時(shí)間內(nèi)可導(dǎo)致建筑物大規(guī)模倒塌和損壞，造成嚴(yán)重的人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失。突發(fā)性的地震災(zāi)害具有破壞力強(qiáng)，救援難度大，時(shí)間要求緊迫等特點(diǎn)，為了盡可能地減少地震災(zāi)害造成的損失，需要在震后短時(shí)間內(nèi)做出決策，指揮和調(diào)動(dòng)各類應(yīng)急救援力量開展抗震救災(zāi)工作。

利用圖件來(lái)表達(dá)信息具有其他方式無(wú)法比擬的優(yōu)越性。專題地圖是指突出而盡可能完善、詳盡地表示制圖區(qū)內(nèi)的一種或幾種自然或社會(huì)經(jīng)濟(jì)(人文)要素的地圖。地圖的主題要素根據(jù)特殊用途的需要確定，針對(duì)專題要素表達(dá)詳細(xì)，其他地理要素則根據(jù)表達(dá)主題的需要作為地理基礎(chǔ)選繪。震區(qū)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)繁多、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)分布散亂，根據(jù)地震參數(shù)繪制的地震應(yīng)急專題圖能夠突出表現(xiàn)地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的各類重要信息，把大量豐富的信息清晰的展現(xiàn)，為快速實(shí)施地震救援行動(dòng)提供大量信息，為政府組織救災(zāi)提供科學(xué)可靠依據(jù)[1-3]。

1專題圖產(chǎn)出現(xiàn)狀分析

地震應(yīng)急專題圖制作成為地震應(yīng)急工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)軟件可以生成一系列專題圖，簡(jiǎn)便快捷，但是存在專題圖產(chǎn)品不夠豐富、底圖色彩比較單一、底圖配置圖層沒(méi)有針對(duì)性、專題要素不夠突出、地圖符號(hào)表達(dá)不夠清晰、缺乏標(biāo)注類信息、地圖幅面與圖形要素的尺寸不夠匹配、經(jīng)緯網(wǎng)和地圖幅面的尺寸不匹配、不能分時(shí)段產(chǎn)出、沒(méi)有靈活性等問(wèn)題，跟中國(guó)地震局的相關(guān)規(guī)范文件要求相比，還存在很大差距[4]。

目前，河北省地震應(yīng)急專題圖主要借助ARCGIS軟件進(jìn)行人工制圖，人工制圖具有非常好的靈活性和自主性。但是，由于專業(yè)GIS軟件操作復(fù)雜，需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，圖件產(chǎn)出周期長(zhǎng)，不能有效滿足震后的快速制圖要求。人工制圖的過(guò)程比較繁瑣，在破壞性地震發(fā)生后，應(yīng)急指揮中心收到臺(tái)網(wǎng)發(fā)布的地震三要素，啟動(dòng)地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)，利用地理模型及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，生成地震影響場(chǎng)圖層，技術(shù)人員提取本次地震影響場(chǎng)，利用ARCGIS軟件，添加基礎(chǔ)圖層和專題圖層，導(dǎo)入影響場(chǎng)，添加震中位置、標(biāo)題，調(diào)整出圖范圍，標(biāo)注字體字號(hào)，最后進(jìn)行地圖整飾。

地震應(yīng)急專題圖的產(chǎn)出速度直接影響到抗震救災(zāi)工作能否及時(shí)高效的進(jìn)行。為滿足快速制作和產(chǎn)出符合規(guī)定的地震應(yīng)急專題圖，用于地震應(yīng)急指揮決策。本文首先研究專題圖模板制作，利用ArcMap制作地圖模板，完成一套適用于震后抗震救災(zāi)的地震應(yīng)急專題圖制圖模板； 其次，實(shí)現(xiàn)地震應(yīng)急專題圖快速生成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，基于ArcGIS Engine，采用C#語(yǔ)言進(jìn)行二次開發(fā)，建立脫離專業(yè)GIS制圖軟件的地震應(yīng)急專題圖產(chǎn)出平臺(tái)，與現(xiàn)有評(píng)估系統(tǒng)相結(jié)合，只需通過(guò)簡(jiǎn)單的輸入地震三要素，由系統(tǒng)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)處理和符號(hào)化，即可快速生成內(nèi)容豐富的地震應(yīng)急專題圖，最大限度縮短制圖時(shí)間，最大程度提高制圖質(zhì)量，為地震應(yīng)急指揮決策提供快速有效的支持。

圖1為系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖。

2制作專題圖模板

專題圖是著重表示一種或數(shù)種自然要素或社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的地圖，是按照特定專題渲染地圖的過(guò)程。制作地震應(yīng)急專題圖模板就是提取每類專題圖的共性特征，主要包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和專題要素，將繁瑣的制圖流程和比較專業(yè)的地震行業(yè)操作包裝在模板中，針對(duì)同一圖種制作一個(gè)專題圖模板，使用時(shí)不需要復(fù)雜的制圖流程，需要哪種專題圖，直接對(duì)模板進(jìn)行簡(jiǎn)單加工即可。通過(guò)研制制圖模板，可大大提高制圖效率和制圖質(zhì)量[5]。

本文利用ArcMap進(jìn)行專題圖模板的制作，模板文件包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)圖層和地震專題信息圖層。另外，還需對(duì)圖面進(jìn)行配置及地圖整飾，制作好的模板存儲(chǔ)為mxd格式文件，文件存儲(chǔ)各圖層數(shù)據(jù)的連接。地震應(yīng)急專題圖的制圖要素有：制圖底圖、專題內(nèi)容、制圖比例尺、空間參照系統(tǒng)、圖例、圖面整飾6個(gè)方面。圖面整飾包括圖名、圖例、比例尺、指北針、編制單位、編制人員、編制時(shí)間、圖標(biāo)規(guī)格等。為便于使用，按照專題類別、模板樣式、紙張類別等因素對(duì)模板進(jìn)行分類制作。

制圖底圖要素包括省級(jí)、市級(jí)、縣級(jí)、鄉(xiāng)級(jí)的行政區(qū)界、居民點(diǎn)，地形、鐵路、高速公路、國(guó)道、省道、主要河流、湖泊、水庫(kù)、經(jīng)緯線等，除經(jīng)緯線圖層外，其他圖層要素根據(jù)需要進(jìn)行取舍與調(diào)整。

圖1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

專題內(nèi)容要素為地震應(yīng)急工作中急需的相關(guān)信息。模板制作中，根據(jù)地震震級(jí)大小，適當(dāng)調(diào)整制圖范圍及比例尺。

空間參照系統(tǒng)平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用“1980 西安坐標(biāo)系”； 高程系統(tǒng)采用“1985國(guó)家高程基準(zhǔn)”； 投影系統(tǒng)采用正軸等積割圓錐投影； 標(biāo)準(zhǔn)緯線選用制圖區(qū)域適合的標(biāo)準(zhǔn)緯線，中央經(jīng)線一般情況下以震中位置經(jīng)度(取整)為準(zhǔn)。震中位置不一定位于制圖區(qū)域的中央。制圖底圖和專題內(nèi)容應(yīng)采用統(tǒng)一的空間參照系統(tǒng)。

圖2為地圖模板制作流程。

本文主要研究制作了以下幾種不同類型的地震應(yīng)急專題圖制圖模板：震中位置圖、地震影響估計(jì)范圍分布圖、震區(qū)歷史地震分布圖、震區(qū)水庫(kù)分布圖、震區(qū)油氣管線分布圖、震區(qū)地質(zhì)圖、震區(qū)交通圖、震區(qū)學(xué)校分布圖、震區(qū)醫(yī)院分布圖、震區(qū)潛在地質(zhì)災(zāi)害分布圖、震區(qū)危險(xiǎn)源分布圖、震區(qū)GDP圖、震區(qū)人口分布圖、城區(qū)疏散場(chǎng)地分布圖。

圖2地圖模板制作流程

以張家口市宣化縣(40.5°N，115°E)6.5級(jí)地震為例。圖3為“十五”項(xiàng)目的地震應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)自動(dòng)生成的專題圖。圖4為使用專題圖模板生成的地震影響估計(jì)范圍分布圖。對(duì)比可以看出，制作模板生成的專題圖在數(shù)據(jù)內(nèi)容上比系統(tǒng)自動(dòng)生成的豐富很多，并且可以隨意添加及刪除，要素的表示符號(hào)更專業(yè)，具有圖面整飾信息豐富，圖幅大等優(yōu)點(diǎn)。

3專題地圖快速生成系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在開發(fā)過(guò)程中，用到一系列ArcGISEngine控件和接口來(lái)實(shí)現(xiàn)專題圖生成、修飾及專題圖的輸出。軟件使用的主要控件有ToolBarControl、PageLayoutControl、TocControl。IPageLayout接口控制專題圖在系統(tǒng)中的顯示。IExport接口在輸出專題圖時(shí)使用。

圖3　地震應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)自動(dòng)生成的專題圖

圖4　利用專題模板生成的專題圖

專題地圖快速出圖開發(fā)涉及以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：提取震中位置、提取某次地震的烈度圈圖層、專題圖命名、專題圖的顯示范圍和專題圖的顯示中心、專題地圖的輸出。

專題圖快速生成系統(tǒng)軟件平臺(tái)左側(cè)包含專題圖列表和圖層控制兩個(gè)功能菜單。專題圖列表羅列出所有的專題圖名稱，點(diǎn)擊某個(gè)專題圖名，軟件右側(cè)就有相應(yīng)的專題地圖的展示，對(duì)應(yīng)的圖層控制列表中展示該專題地圖的所有圖層。專題圖名根據(jù)地震三要素中的震中地名和震級(jí)信息自動(dòng)生成，命名為：震中位置+震級(jí)+“模板文檔名”。

3.1地震影響場(chǎng)提取

地震專題圖與其他專題圖不盡相同，必須要嵌入地震影響場(chǎng)，地震專題圖展現(xiàn)本次地震各烈度區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)分布情況，震后利用評(píng)估系統(tǒng)計(jì)算的地震影響場(chǎng)，疊加到專題圖進(jìn)行展示，使決策者能夠快速掌握災(zāi)情和損失分布情況，為應(yīng)急指揮輔助決策及救援提供大力支持[6-7]。

在地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)中輸入地震三要素，先根據(jù)房屋震害矩陣參數(shù)，結(jié)合災(zāi)區(qū)人口、經(jīng)濟(jì)、房屋結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)信息，通過(guò)評(píng)估系統(tǒng)計(jì)算災(zāi)區(qū)的損失情況，然后根據(jù)烈度衰減關(guān)系參數(shù)，繪出影響場(chǎng)[8-9]。影響場(chǎng)以“DZYJ_ZHPG.DZPG_RESULT_DZYXC_PG”為名稱存儲(chǔ)在指揮技術(shù)系統(tǒng)評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)中，該圖層是歷次地震的烈度圈集合。

在河北省專題圖快速生成系統(tǒng)軟件中，輸入地震三要素及簡(jiǎn)單的交互。軟件自動(dòng)在指揮系統(tǒng)計(jì)算的烈度圈影響場(chǎng)集合中提取該次地震的影響場(chǎng)，并疊加到專題圖模板顯示(圖5)。

3.2專題圖的輸出

專題圖輸出可以選擇輸出當(dāng)前視圖或全部輸出，專題圖輸出為jpg格式，輸出分辨率為300 dpi。地震震級(jí)不同，地震影響場(chǎng)范圍不同，專題圖輸出的顯示范圍也不同，根據(jù)需要，地圖輸出范圍的長(zhǎng)寬分別定為影響場(chǎng)區(qū)域長(zhǎng)寬的1.3倍。

圖5　觸發(fā)專題圖

3.3實(shí)例展示

利用地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)計(jì)算2015年7月10日9時(shí)16分15秒(北京時(shí)間)張家口市宣化縣(40.5°N，115°E)6.5級(jí)地震，評(píng)估計(jì)算結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。在河北省地震應(yīng)急專題圖快速生成系統(tǒng)軟件中輸入地震三要素，震中位置(40.5°N, 115°E)，發(fā)震時(shí)刻2015年7月10日9時(shí)16分15秒及震級(jí)6.5，系統(tǒng)自動(dòng)提取震中、地震影響場(chǎng)等信息并加載給專題圖模板，軟件自動(dòng)調(diào)整地圖顯示范圍和顯示中心，并添加標(biāo)題進(jìn)行地圖整飾等，在軟件工作區(qū)范圍顯示，軟件自動(dòng)生成地震影響估計(jì)范圍分布圖(圖6)。軟件實(shí)現(xiàn)了一鍵輸出全部地圖功能，免去了以往人工制圖的繁瑣步驟。地震應(yīng)急專題圖出圖軟件實(shí)現(xiàn)了專題圖的快速生成，在10 min之內(nèi)生成應(yīng)急所需的專題圖，符合地震應(yīng)急出圖規(guī)范，出圖效率高，為地震應(yīng)急工作提供了便利。

圖6　軟件界面

4結(jié)論

地震專題制圖是震后抗震救災(zāi)工作的重要內(nèi)容之一，研究地震應(yīng)急專題圖快速生成技術(shù)對(duì)于優(yōu)化震后抗震救災(zāi)工作起著至關(guān)重要的意義。研究制作地震應(yīng)急專題地圖模板，利用專業(yè)軟件ArcGIS制作一套適用于震后抗震救災(zāi)的地震應(yīng)急專題圖制圖模板，提高了制圖效率和制圖質(zhì)量； 利用AE的二次開發(fā)功能，采用Microsoft C#.NET與ArcGIS Engine相結(jié)合的方式，開發(fā)地震應(yīng)急專題地圖快速生成系統(tǒng)，建立脫離專業(yè)GIS桌面的地震應(yīng)急專題圖制圖平臺(tái)，通過(guò)簡(jiǎn)單的人機(jī)交互，生成以地震影響場(chǎng)為中心的專題地圖，使非GIS專業(yè)人員能快速制作出滿足要求的各類地震專題地圖，實(shí)現(xiàn)震后高效的專題地圖制作及批量輸出，縮短制圖周期，提高制圖質(zhì)量，為震后抗震救災(zāi)工作提供科學(xué)可靠的依據(jù)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 周文，何琳，熱孜萬(wàn)古力·艾買提，等． 基于應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)的具有影響場(chǎng)的地震專題圖繪制． 內(nèi)陸地震，2012，26(3) : 273-278

[2] 徐敬海，徐徐，聶高眾，等． 基于GIS 的地震應(yīng)急態(tài)勢(shì)標(biāo)繪技術(shù)研究. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào): 信息科學(xué)版，2011，36(1) : 66-70

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[4] 和朝霞，賈寧. 基于ArcGIS 的地震專題圖快速生成技術(shù)研究. 四川地震，2013，35(1): 45-47

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[9] 陳文凱，孫艷萍，周中紅，等. 甘肅省地震應(yīng)急專題圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 地震工程學(xué)報(bào)，2015，37(3): 884-900

Research on the templating and rapid plotting of thematic maps for earthquake emergency in Hebei Province

Wei Yanxu，Jia Junpeng，Yang Fan，Liu Xiaodan

(Earthquake Administration of Hebei Province，Shijiazhuang 050021，China)

AbstractCombined with the requirements for thematic maps making in earthquake emergency rescue work, templates of thematic map for earthquake emergency is studied using basic database of earthquake emergency and GIS software. A rapid generating maps software is designed based on ArcGIS Engine component technology. The software is based on earthquake emergency command technology system.The extraction of earthquake epicenter and earthquake influence field is realized by inputing three elements of the earthquake. Rapid generation and batch output of thematic maps provide the technical support for the post-earthquake emergency command decision-making and earthquake rescue.

Keywordsearthquake emergency; thematic maps; templates; earthquake influence field

* 收稿日期：2015-12-09； 采用日期：2016-06-02。

基金項(xiàng)目：河北省地震局地震科研基金碩博預(yù)研究項(xiàng)目(DZ20130521016)資助。

中圖分類號(hào)：P315.9；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.06.004

※通訊作者：魏艷旭，e-mail：284966815@qq.com。