開(kāi)源QGIS 在地震應(yīng)急專(zhuān)題圖制作中的應(yīng)用

張萍 特木其勒 李垠 張亦梅

（1、中國(guó)地震局地震研究所地震大地測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430071 2、湖北省地震局，湖北 武漢 430071）

地震是對(duì)人類(lèi)威脅最大的自然災(zāi)害之一，我國(guó)是世界上地震活動(dòng)最為強(qiáng)烈的國(guó)家之一。地震往往具有突發(fā)性和不可預(yù)測(cè)性，波及范圍廣、強(qiáng)度大，并且經(jīng)常帶來(lái)火災(zāi)、泥石流、滑坡、有毒物質(zhì)污染等次生災(zāi)害，導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)施、建筑物損毀，造成嚴(yán)重的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。在地震發(fā)生后，政府及相關(guān)部門(mén)需要快速了解災(zāi)區(qū)的地理環(huán)境、人文環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，以及地震影響范圍、人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的大概情況等，從而快速做出決策、啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)、部署救災(zāi)行動(dòng)，盡可能地減小地震災(zāi)害損失?？焖龠M(jìn)行應(yīng)急救援是降低災(zāi)害損失的有效途徑[2]，而地震應(yīng)急專(zhuān)題圖則是開(kāi)展救援行動(dòng)的重要依據(jù)。地震應(yīng)急專(zhuān)題圖是在地震發(fā)生后繪制的、詳細(xì)展示災(zāi)區(qū)各類(lèi)專(zhuān)題要素的地圖[3]。它包含了震中位置、地形地貌、交通分布、醫(yī)院、學(xué)校、危險(xiǎn)源等信息，具有清晰、直觀(guān)的優(yōu)勢(shì)，能使應(yīng)急指揮人員快速了解災(zāi)區(qū)背景和地震災(zāi)情，從而做出科學(xué)決策、制定有效的救援方案。地震應(yīng)急專(zhuān)題圖在地震應(yīng)急輔助決策中發(fā)揮著重要作用，同時(shí)也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)物資調(diào)度、余震趨勢(shì)判斷、恢復(fù)重建等工作具有重要意義。

目前地震應(yīng)急專(zhuān)題圖通常使用ArcGIS 軟件繪制[4]，隨著開(kāi)源軟件的不斷涌現(xiàn)，使用開(kāi)源GIS 軟件繪制專(zhuān)題圖成為發(fā)展趨勢(shì)，QGIS 就是其中之一。本文闡述了利用QGIS 軟件快速出圖的流程，并通過(guò)模擬地震實(shí)例，利用QGIS 軟件繪制了地震影響范圍分布圖、震區(qū)交通圖、震區(qū)學(xué)校分布圖等地震應(yīng)急專(zhuān)題圖，對(duì)提高出圖效率、優(yōu)化救援工作具有重要意義。

1 QGIS 簡(jiǎn)介

QGIS（原稱(chēng)Quantum GIS）是一個(gè)開(kāi)源的桌面端軟件，可在UNIX、Mac OS X、Linux 和Windows 平臺(tái)上運(yùn)行。QGIS 起源于2002 年，如今已被應(yīng)用于各行各業(yè)。它采用C++開(kāi)發(fā)，GUI 使用了Qt 庫(kù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)的顯示、管理、編輯和分析功能[5]，操作簡(jiǎn)單、界面簡(jiǎn)潔。

QGIS 的主要特點(diǎn)包括：a. 圖形化且相當(dāng)友好的用戶(hù)界面，熟悉ArcGIS 的人可快速掌握QGIS 的使用；b.支持多種GIS 數(shù)據(jù)文件格式（矢量格式：ESRI Shapefiles、MapInfo、GML；柵格格式：GeoTiff、Erdas Img、JPEG、PNG）；c.支持其他開(kāi)源GIS（PostGIS、GRASS、MapSever 等），整合了GRASS、SAGA GIS 等多個(gè)開(kāi)源桌面軟件工具，功能強(qiáng)大；d. 支持從WMS、WFS 服務(wù)器中獲取數(shù)據(jù)；e. 可通過(guò)插件形式支持功能擴(kuò)展。

與商業(yè)化GIS 相比，QGIS 具有更小的文件體積，僅需要很少的內(nèi)存和處理能力即可運(yùn)行。

QGIS 是世界各地的自愿者開(kāi)發(fā)完成的項(xiàng)目，目前被志愿者開(kāi)發(fā)團(tuán)體持續(xù)維護(hù)，被廣泛應(yīng)用于全世界的各個(gè)領(lǐng)域。

2 QGIS 地震應(yīng)急專(zhuān)題圖繪制流程

地震發(fā)生后需要快速產(chǎn)出應(yīng)急圖件，因此需要預(yù)先制作好專(zhuān)題圖模板，使用時(shí)加載各個(gè)圖層即可。地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的制作包括地理底圖設(shè)計(jì)、符號(hào)設(shè)計(jì)、地圖整飾三部分。具體流程如圖1 所示。

圖1 QGIS 地震應(yīng)急專(zhuān)題圖繪制流程

2.1 地理底圖設(shè)計(jì)

地理底圖包含了制圖區(qū)域的基礎(chǔ)信息，是繪制應(yīng)急專(zhuān)題圖的基礎(chǔ)[6]。地理底圖覆蓋了行政區(qū)劃、居民點(diǎn)、地形地貌、交通線(xiàn)路、水系分布等各類(lèi)要素，準(zhǔn)確、清晰的底圖能為地震救援提供詳細(xì)的信息。一般根據(jù)地震災(zāi)區(qū)特點(diǎn)、用途、比例尺等選取合適的底圖內(nèi)容，從而為決策人員提供針對(duì)性的數(shù)據(jù)，為制定合理的救援方案提供有效的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，底圖的選取也應(yīng)貼近實(shí)際，要充分考慮災(zāi)區(qū)信息，各類(lèi)底圖要素的表達(dá)要有層次感，真正符合決策人員的需求，使決策人員一目了然。在QGIS 中，底圖以.qlr 的格式保存，用戶(hù)打開(kāi)即可快速加載圖層、符號(hào)樣式及其他設(shè)置。

2.2 符號(hào)設(shè)計(jì)

符號(hào)用于不同要素在地圖上顯示出不同的樣式，完備的符號(hào)庫(kù)是專(zhuān)題圖的核心[7]，主要包括圖標(biāo)、標(biāo)注和專(zhuān)題符號(hào)。與ArcGIS 相比，QGIS 自帶的符號(hào)庫(kù)相對(duì)缺乏，但它的用戶(hù)自定義符號(hào)和網(wǎng)絡(luò)開(kāi)源符號(hào)導(dǎo)入功能十分強(qiáng)大，用戶(hù)可根據(jù)需求增添符號(hào)樣式，豐富符號(hào)庫(kù)的內(nèi)容。QGIS 符號(hào)的繪制效果包括內(nèi)發(fā)光、外發(fā)光、內(nèi)部陰影、陰影，混合模式可設(shè)置為正常、變亮、柔光、強(qiáng)光、灼燒、躲閃等多種特效，增強(qiáng)了符號(hào)的顯示效果，如圖2。

圖2 水系分布的特效顯示（透明度：90%，特效：柔光）

QGIS 的標(biāo)注功能也很強(qiáng)大，可以給標(biāo)注文字增加文本緩沖區(qū)，可以給文字繪制背景和陰影，可以調(diào)整文字的擺放位置，還可以設(shè)置標(biāo)簽的優(yōu)先級(jí)，不僅增強(qiáng)了文字標(biāo)注的顯示效果，還能根據(jù)需求對(duì)不同圖層的標(biāo)注優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)整，如圖3。

圖3 文字標(biāo)注的緩沖區(qū)與陰影特效顯示

2.3 地圖整飾

在地理底圖和符號(hào)都設(shè)計(jì)完畢后，需要對(duì)地圖進(jìn)行整飾，包括地圖頁(yè)面設(shè)置、圖名、比例尺、指北針、經(jīng)緯網(wǎng)、制圖單位、出圖時(shí)間等信息。打印版面設(shè)計(jì)是制作地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的重要步驟，需要參考相關(guān)制圖規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)融入自身的特色。地震應(yīng)急專(zhuān)題圖模板在日常工作中已經(jīng)提前設(shè)計(jì)好并存儲(chǔ)，地震發(fā)生后技術(shù)人員直接打開(kāi)模板，加載各個(gè)圖層即可迅速出圖，從而簡(jiǎn)化工作流程、節(jié)省制圖時(shí)間，提高地震應(yīng)急處置的效率。在QGIS 中，點(diǎn)擊新建打印布局即可為當(dāng)前地圖創(chuàng)建一個(gè)空白的打印布局，對(duì)其進(jìn)行整飾即可，如添加標(biāo)題、比例尺、圖例等，并可針對(duì)各個(gè)條目進(jìn)行屬性編輯和設(shè)計(jì)，修改顯示效果。將制作好的打印布局以.qpt 的格式保存，使用時(shí)打開(kāi)即可加載所有地圖整飾的要素。

3 應(yīng)用實(shí)例

本文模擬了一個(gè)5.5 級(jí)地震，其震中為湖北省宜昌市秭歸縣，地震發(fā)生后，迅速利用QGIS 軟件繪制了地震影響范圍分布圖、震區(qū)交通圖、震區(qū)學(xué)校分布圖等應(yīng)急專(zhuān)題圖，如圖4-6 所示。

圖4 地震影響范圍分布圖

由圖可知，QGIS 軟件產(chǎn)出的專(zhuān)題圖件符合相關(guān)制圖規(guī)范，滿(mǎn)足地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的要求，并且與ArcGIS 相比，QGIS產(chǎn)出的專(zhuān)題圖件更加清晰、美觀(guān)，產(chǎn)出速度也有較大提高。

4 結(jié)論

地震應(yīng)急專(zhuān)題圖在震后救援中發(fā)揮著重要作用，它能為應(yīng)急指揮人員提供最直觀(guān)的參考信息，輔助應(yīng)急指揮人員快速做出決策，提高救援效率。QGIS 軟件因其開(kāi)源性在地震應(yīng)急領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文在介紹QGIS 軟件特性的基礎(chǔ)上，總結(jié)了利用QGIS 軟件繪制地震應(yīng)急專(zhuān)題圖的流程，對(duì)比了其與ArcGIS 軟件在符號(hào)、標(biāo)注、整飾等方面的優(yōu)劣，最后通過(guò)模擬地震實(shí)例，利用QGIS 軟件繪制了多幅地震應(yīng)急專(zhuān)題圖。QGIS 軟件產(chǎn)出的圖件不僅能滿(mǎn)足地震應(yīng)急的需求，而且美觀(guān)、清晰，具有更豐富的顯示效果。隨著網(wǎng)絡(luò)安全意識(shí)的增強(qiáng)，QGIS 開(kāi)源軟件將會(huì)受到越來(lái)越多的關(guān)注，將在地震應(yīng)急及其他領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

圖5 震區(qū)交通圖

圖6 震區(qū)學(xué)校分布圖