地震應急專題圖離線自動出圖研究與應用-以海南省為例＊

樊 琪 劉洪光

1)海南省地震局，?？?570203

2)武漢地大信息工程股份有限公司，武漢 430074

引言

地震活動會引發(fā)多種直接災害和次生災害，包括建筑物破壞、人員傷亡、財產(chǎn)損失、水災、火災、疫病等。地震發(fā)生后，地震應急工作專家和人員需要借助多種內(nèi)容形式的大量的專題圖及時了解震區(qū)情況，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)應急救援資源[1]。以往的應急專題圖出圖方式存在以下問題：對制圖人員的專業(yè)技術和能力要求高；出圖過程中需要反復訪問數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫連接成功與否和訪問數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡質量直接制約出圖時效；地震現(xiàn)場應急工作受限于現(xiàn)有的技術手段和工作模式，專題圖難于實時出圖。為解決以上問題，提升地震應急效率，本文以海南省為例探尋地震應急專題圖離線自動出圖的方法和應用。

研究區(qū)海南省位于中國最南端，由數(shù)量眾多的海島和島礁構成，陸地區(qū)域主要集中在海南島及其鄰近地區(qū)。海南島及其鄰近地區(qū)介于（17°00′—20°30′N，107°00′—112°00′E）之間。區(qū)域位于東南沿海地震帶西南部，是地震活動較強烈的地區(qū)。該區(qū)域包括3 個地震活動區(qū)，雷瓊地震活動地區(qū)、瓊南地震活動區(qū)和北部灣地震活動區(qū)[2]。強烈的地震活動對海南省的社會和經(jīng)濟時刻存在影響。

1 地震應急專題圖離線出圖研究

1.1 研究思路

（1）將傳統(tǒng)思路中利用GIS 專業(yè)軟件進行制圖的過程提前處理，按照不同比例尺地圖的需要，將不同矢量數(shù)據(jù)底圖進行金字塔地圖瓦片切片，建立一系列預存儲的地圖切片數(shù)據(jù)。

（2）在使用時，脫離GIS 軟件環(huán)境和基礎數(shù)據(jù)，在軟件中利用這些預存儲的不同底圖切片數(shù)據(jù)根據(jù)不同比例尺的需要，再拼接出需要的地理底圖。

（3）根據(jù)專題圖不同內(nèi)容，疊加不同地理底圖、地震影響場等地震專題圖要素，按照專題圖出圖規(guī)范要求快速批量導出不同幅面的專題地圖。

（4）軟件可實現(xiàn)一般地圖瀏覽功能，人工設置地震名稱、震級、震中位置、斷裂走向、專題圖編制信息（單位、人員、時間等），按照參數(shù)的設定自動生成烈度預評估矢量數(shù)據(jù)并疊加顯示、輸出保存。

1.2 研究內(nèi)容

專題圖編制包括地圖設計、地圖編繪、出版準備3 個階段。地圖設計主要包括資料的收集、分析評價、確定專題地圖所需的編圖資料。此外，還有若干必要的編輯設計前的準備工作。專業(yè)人員根據(jù)編繪規(guī)范的要求進行地圖編繪工作。地圖編繪工作內(nèi)容主要包括地理底圖數(shù)據(jù)的輸入、處理、編輯，生成所編地圖中需要的各種地圖、圖表文體。出版準備是對待編地圖進行整體調(diào)試，經(jīng)檢查無誤后，將地圖以工程文件的形式保存后，即可轉入制印階段[3]。

針對傳統(tǒng)的專題圖編制過程，基于地震應急基礎數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采用軟件處理進行以下3 個階段的研究（圖1）。

圖1 研究路線Fig.1 The research route

1.2.1 制圖步驟前置

收集地震專題圖出圖需要的地理底圖數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)，做好制作地震專題圖的數(shù)據(jù)準備工作。收集工作按照行業(yè)規(guī)范要求盡可能完備、詳細，收集的資料包括地圖資料、統(tǒng)計資料、說明性文件資料。這些資料可分為電子數(shù)據(jù)、紙質數(shù)據(jù)。紙質的地圖數(shù)據(jù)通過電子地圖矢量化處理形成電子地圖數(shù)據(jù)；紙質報表統(tǒng)計數(shù)據(jù)和文件數(shù)據(jù)通過人工或文字識別軟件錄入到數(shù)據(jù)庫中。根據(jù)地震應急工作需要，結合準備的專題圖數(shù)據(jù)，進行專題圖設計工作。設計工作包括專題圖的地圖表示方法選擇、制圖范圍選擇、地圖比例尺選擇、地圖投影選擇、地圖圖例設計、地圖符號設計、地圖幅面配置等。依據(jù)專題圖設計成果，進行專題圖編繪。輸入、處理、編輯地理底圖數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)，形成專題圖出圖需要的地圖樣式和圖表文樣。

1.2.2 制圖數(shù)據(jù)預存

利用專業(yè)的GIS 軟件，對階段一的成果進行數(shù)據(jù)切片處理。根據(jù)地震應急工作對專題圖數(shù)據(jù)的需要，設置數(shù)據(jù)切片范圍、切片數(shù)據(jù)起始層級、切片數(shù)據(jù)結束層級等。將切片后的數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)庫、本地存儲介質、移動存儲介質中進行預存儲。通過本階段形成一系列一定體系結構專題圖的金字塔瓦片切片數(shù)據(jù)。

1.2.3 專題圖出圖

地震應急業(yè)務工作人員通過調(diào)用階段二的專題圖切片數(shù)據(jù)，形成地震應急業(yè)務工作需要的地震應急專題圖。一方面，可進行專題圖的批量出圖；另一方面，在形成的地震應急專題圖中進行地圖漫游，了解專題圖表達的地震應急內(nèi)容，并通過設置地震名稱、走向、編制單位、編制時間等專題地圖制圖輔助要素，進行地震應急專題圖的自動出圖。

專題圖底圖與要素切片數(shù)據(jù)拼接疊加后可進行地圖漫游。通過地圖漫游瀏覽查看專題地圖的地圖數(shù)據(jù)，了解地震專題數(shù)據(jù)內(nèi)容和空間分布情況，為地震應急工作提供數(shù)據(jù)支撐。

地震應急業(yè)務工作人員在軟件中設置地震名稱、震級、震中位置、走向、專題圖編制信息（包括編制單位、編制人員、編制時間等），軟件自動生成各類地震烈度預評估專題地圖供應急人員使用。

2 地震應急專題圖離線自動出圖實現(xiàn)及應用

2.1 地震應急專題圖離線自動出圖實現(xiàn)

按照中國地震局《破壞性地震應急專題地圖產(chǎn)出流程與制作規(guī)范（試行）》的要求，在Visual Studio 2010 集成開發(fā)環(huán)境中，基于面向對象編程技術，將不同切片地圖數(shù)據(jù)、圖層信息和專題圖要素，構建相應的對象，最后利用圖形圖像處理技術統(tǒng)一繪制、顯示和輸出。軟件從底層實現(xiàn)了矢量數(shù)據(jù)的解析，以及與預存儲地圖數(shù)據(jù)的疊加顯示，在不需其他GIS 軟件接口或類庫支撐下即可單獨運行；所使用的空間數(shù)據(jù)均為預存儲的地圖切片數(shù)據(jù)，因而無須實時鏈接基礎數(shù)據(jù)庫；通過簡單直觀的交互界面，用戶不需要掌握復雜的GIS 專業(yè)知識和技能即可實現(xiàn)專題圖的批量制作與輸出。地震應急專題圖離線制作軟件主要功能有：專業(yè)數(shù)據(jù)疊加、地震快速評估、專題圖制圖、地圖控制、系統(tǒng)設置等（圖2）。

2.2 應用實例

本次研究的成果已在海南省地震應急工作得到應用，達到地震應急工作中對地震應急專題圖的需求。2020 年8 月30 日海南省文昌市發(fā)生2.9 級地震，震后值班人員在軟件中輸入地震三要素：時間為2020 年8 月30 日18 時5 分，震中位置（19.57°N，110.68°E），震級2.9，確定地震影響場長軸、走向、角度等設定信息后（圖3），系統(tǒng)自動選取震中位置按照震區(qū)地震烈度衰減公式計算生成地震影響場并疊加至底圖上，軟件自動調(diào)整地圖顯示范圍和震中位置于地圖中心，選取需要的專題圖名稱后點擊“一鍵制圖”按鈕后（圖4），軟件在3 分鐘內(nèi)完成A0，A1，A3 等各類專題圖27 幅（圖5），免去了人工制圖的繁瑣操作及步驟，地震應急專題圖離線自動出圖軟件實現(xiàn)了專題圖的離線快速出圖。同時該軟件可脫離在線數(shù)據(jù)庫服務，將軟件和數(shù)據(jù)存儲于U 盤等移動存儲設備后，可拷貝至任意Windows 系統(tǒng)電腦中，無需安裝均可正常運行，完全符合地震應急時突發(fā)狀況下的應急出圖需求，滿足地震應急工作指揮決策的要求，在此次地震應急中得到應急專家的一致認可。

圖2 軟件主界面Fig.2 Main interface of the software

圖3 軟件參數(shù)設置界面Fig.3 Parameter setting interface of the software

圖4 專題圖一鍵制圖Fig.4 Generation of thematic maps with one click

圖5 地震影響估計范圍分布圖專題圖Fig.5 Thematic map of estimation of earthquake impact area

3 結論與討論

通過對地震應急專題圖離線自動出圖的研究與應用，該成果具有以下優(yōu)勢：①該軟件的應用縮短了海南省地震應急專題圖制圖工作的反應時間，提高了海南省地震應急工作的效率。②該軟件的運用降低了應急技術人員對使用專業(yè)GIS 軟件的依賴，降低了專題圖出圖的技術難度。③出圖步驟減少，操作過程簡便，對出圖人員的專業(yè)性要求降低。同時，該項研究成果也存在不足，在更新地圖預存切片處理流程上還需進一步研究提高完善。例如：如專題圖底圖要素更新，需要重新準備更新專題數(shù)據(jù)的預存數(shù)據(jù)。不過，本次研究總體上達到了研究的最初目的。