余思汗 高雷雷 單帥帥 楊 順 劉 超 王建勇

1) 寧夏回族自治區(qū)地震局，銀川 750001

2) 北方信息控制研究院集團(tuán)有限公司，南京 211153

引言

震中參考地名是根據(jù)地震發(fā)生的位置給出的震中附近地表標(biāo)志的名稱，是一項重要的地震參數(shù)[1]，也是第一時間開展破壞性地震現(xiàn)場救援、烈度調(diào)查等工作的目標(biāo)地。目前地震正式速報的震中參考地名為三級地名，即精確到縣（區(qū)），為了能夠清楚震中發(fā)生在該縣的具體方位，就需要引入四級參考地名。

寧夏位于中國的西北，人口密度相對比較稀疏，且主要集中在北部地區(qū)，南部多數(shù)地區(qū)由于自然條件等原因，人口密度更小，但是其縣域并不小，例如鹽池縣，南北距離超過了110 km。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，測震臺網(wǎng)會在第一時間給出震中坐標(biāo)和參考地名，該參考地名為縣一級行政區(qū)劃的地名。如想要知道更為詳盡的四級參考地名，則需要在Google 或者天地圖中輸入坐標(biāo)查詢地名，這樣的方式使得工作繁瑣且困難，不利于地震速報工作的開展[2]。因此，考慮到寧夏的實際情況和需求，且得益于密集完善的測震臺站精確定位，使得提供更加詳盡的震中參考四級地名將成為現(xiàn)實。

本文以開發(fā)震中參考四級地名為目標(biāo)，基于ArcGIS Engine 組件的二次開發(fā)，采用C#編程語言，來實現(xiàn)低成本、高效率的實用型GIS 軟件[3]，為震中參考四級地名提供準(zhǔn)確、便捷的地名查詢軟件。

1 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.1 矢量數(shù)據(jù)的來源

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)包括地名、水系、道路、行政區(qū)劃等數(shù)據(jù)，而根據(jù)需求，只需用到地名和行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。為了能夠直觀的顯示在地圖上，地名和行政區(qū)劃數(shù)據(jù)為矢量的點和面，且數(shù)據(jù)格式為shape 文件，其坐標(biāo)系為CGCS_2000 地理坐標(biāo)系。所使用的數(shù)據(jù)來源于寧夏自然資源廳所提供的《寧夏地理信息公共服務(wù)平臺》[4]。該數(shù)據(jù)優(yōu)勢在于包含了完整的省、市、縣、鄉(xiāng)行政區(qū)劃矢量面數(shù)據(jù)，并且為寧夏最新的行政區(qū)劃數(shù)字地圖，為本文提供了精確的矢量數(shù)據(jù)。

1.2 矢量數(shù)據(jù)預(yù)處理

矢量數(shù)據(jù)是地名查詢的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響到查詢的精度，尤其是在有“臟數(shù)據(jù)”的情況下，很有可能使得查詢結(jié)果為空或者錯誤，所以數(shù)據(jù)預(yù)處理階段主要是消除“臟數(shù)據(jù)”和字段屬性賦值的過程。首先是在ArcGIS10.6 軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)拓?fù)涮幚?，檢查每級行政區(qū)劃矢量面數(shù)據(jù)是否有拓?fù)渖系腻e誤，可能存在的拓?fù)溴e誤有面重疊和面縫隙，將檢查的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，并逐條排查修改，直至修改完畢所有的拓?fù)溴e誤。在完成單圖層的拓?fù)錂z查后，再進(jìn)行各級圖層間拓?fù)錂z查，以省一級的行政區(qū)劃矢量面數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對其他數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，主要目的是檢查其他三級與省一級的邊界套合問題，并對其修改，確保其沒有超出省界的錯誤。完成拓?fù)渖系腻e誤之后，對鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）級的行政區(qū)劃進(jìn)行字段屬性賦值，增加屬地字段。屬地字段的屬性為長度20 個字符的文本格式，該屬地字段內(nèi)容為鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）級歸屬的縣（區(qū)）一級的行政區(qū)劃地名，與鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）級地名合并為完整四級地名。最后將數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫（圖1 為矢量數(shù)據(jù)預(yù)處理流程圖），屬地字段作為鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）級矢量數(shù)據(jù)歸屬的標(biāo)識屬性，進(jìn)行區(qū)分鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）所屬的縣（區(qū)），圖2 為預(yù)處理后的寧夏鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）級行政區(qū)劃圖。

圖 1 矢量數(shù)據(jù)預(yù)處理流程圖Fig. 1 Flow chart of vector data preprocessing

2 地名查詢軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 軟件開發(fā)的基本思路

ArcGIS Engine 包含功能完善的地圖制圖、數(shù)據(jù)處理與空間分析功能，方便實現(xiàn)簡單或復(fù)雜的各類GIS應(yīng)用軟件開發(fā)[5]，基于ArcGIS Engine 平臺開發(fā)的寧夏震中參考地名查詢軟件的目標(biāo)是實現(xiàn)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）級地名自動查詢，為地震速報人員提供便利的地名查詢工具。同時，精確的震中參考地名也為應(yīng)急初期處置、救援決策、現(xiàn)場烈度考察等工作提供了參考依據(jù)。

本文軟件開發(fā)從實際應(yīng)用的角度出發(fā)，開發(fā)一套震中參考地名查詢軟件，因考慮到地震速報人員操作便捷性、軟件長時間運行的穩(wěn)定性、軟件在不同軟硬件環(huán)境下的適應(yīng)性、軟件后期迭代升級的可擴展性因素，所以對軟件的易用性、穩(wěn)定性、適用性、可擴展性提出開發(fā)要求。軟件具有簡潔的操作界面，查詢過程中操作簡單，結(jié)果反饋及時；軟件能夠長時間無錯誤運行，且容錯能力較好，正常情況下無異常；軟件可部署在不同的計算機上，能夠適應(yīng)軟硬件環(huán)境，且能夠適用于主流配置；軟件在使用過程中，根據(jù)功能的需求或者對已有工具的完善，可隨時對軟件進(jìn)行升級和增加新的功能。

圖 2 預(yù)處理后的寧夏鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）級行政區(qū)劃圖Fig. 2 Township-level administrative map of Ningxia after preprocessing

2.2 軟件的功能設(shè)計

寧夏震中參考地名查詢軟件在VS 2017（Visual Studio 2017）開發(fā)環(huán)境下采用C#編程語言實現(xiàn)，軟件界面包括菜單欄、工具欄、目錄控件、地圖顯示窗口等。本軟件主要由4 個功能模塊組成（圖3），分別是震中參考地名查詢與顯示、地圖工具欄、震中與附近城市距離測量、查詢結(jié)果復(fù)制。地名查詢功能的核心內(nèi)容，實現(xiàn)對寧夏震中參考四級地名信息進(jìn)行查詢和地圖定位[6]。

震中參考地名查詢與顯示模塊：在地震發(fā)生之后，測震臺網(wǎng)會給出震中的經(jīng)緯度坐標(biāo)，該坐標(biāo)的精度一般都會在小數(shù)點后4 位，將坐標(biāo)的經(jīng)緯度分別輸入到軟件的坐標(biāo)框內(nèi)，為防止坐標(biāo)輸入錯誤，還需輸入EQIM（Earthquake Instant Messenger）軟件所給出的三級參考地名，點擊確定后，將會給出查詢結(jié)果，并在地圖中以綠色圓點的形式顯示震中位置，當(dāng)參考三級地名與查詢結(jié)果不一致時，便會給出結(jié)果不一致提示（圖4），如果所輸入的坐標(biāo)超出了寧夏境內(nèi)，就會給出警告提示：不在寧夏境內(nèi)。

地圖工具欄模塊：在地圖顯示窗口，通過工具欄中的放大、縮小、漫游、全圖、選擇、等比例縮小、等比例放大、識別工具，對地圖進(jìn)行瀏覽、查看屬性等操作。

圖 3 軟件結(jié)構(gòu)圖Fig. 3 Diagram of software structure

圖 4 查詢結(jié)果不一致提示圖Fig. 4 Prompt chart for inconsistent query results

震中與附近城市距離測量模塊：在輸入坐標(biāo)得到震中位置后，根據(jù)需求可以使用測量工具進(jìn)行測量震中與附近城市距離，該測量結(jié)果直接顯示在地圖顯示窗口內(nèi)，并通過菜單欄中的“導(dǎo)出”功能將結(jié)果以表格的形式導(dǎo)出。

查詢結(jié)果復(fù)制模塊：在查詢結(jié)果確認(rèn)沒有錯誤時，為了能夠?qū)Φ卣疬M(jìn)行速報，設(shè)計了與速報地名格式相同的查詢結(jié)果欄，增加了結(jié)果復(fù)制鍵，點擊之后直接對查詢結(jié)果進(jìn)行復(fù)制，地震速報人員可以通過手動方式進(jìn)行地震速報短信的發(fā)送，這樣設(shè)計既方便了速報短信的發(fā)送，同時也節(jié)約了時間，為地震應(yīng)急工作的快速反應(yīng)提供了時間上的優(yōu)勢。

2.3 軟件的部署運行與實際應(yīng)用

寧夏震中參考地名查詢軟件需在ArcGIS Engine 10.6 環(huán)境下才能正常運行，部署后經(jīng)過多次測試，能夠穩(wěn)定正常運行，其查詢結(jié)果也得到了認(rèn)可。以2020 年6 月12 日7 時55 分發(fā)生在寧夏吳忠市青銅峽市的MS3.3 地震為例，地震發(fā)生后，EQIM 所給出的地震參考地名為青銅峽市。使用寧夏震中參考地名查詢軟件，輸入經(jīng)緯度坐標(biāo)及參考地名后，其輸出的結(jié)果為“寧夏吳忠市青銅峽市蓮湖農(nóng)場” ，寧夏地震局現(xiàn)場工作隊立即組織了隊員前往現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)震中參考四級地名直奔蓮湖農(nóng)場。根據(jù)現(xiàn)場工作隊對當(dāng)?shù)鼐用竦恼{(diào)查，分析了全部的調(diào)查資料，給出了宏觀震中，其震中坐標(biāo)緊挨著蓮湖農(nóng)場，和EQIM 所給出的震中位置僅僅相差1 000 多米，圖5 為EQIM 震中和調(diào)查宏觀震中位置圖。根據(jù)現(xiàn)場工作隊反饋，該四級參考地名對現(xiàn)場調(diào)查工作的高效率開展很有意義，對其調(diào)查的目的地具有明確的指向，直奔目的地，不浪費任何時間快速展開了調(diào)查工作，與三級參考地名相比，具有更加明確的目標(biāo)性。

圖 5 微觀震中和調(diào)查宏觀震中位置圖Fig. 5 Location map of micro-epicenter and macro-epicenter

3 結(jié)束語

本文基于ArcGIS Engine 平臺，在VS 2017 環(huán)境下進(jìn)行二次開發(fā)實現(xiàn)了寧夏震中參考地名查詢軟件，該軟件界面友好、操作方便，即使沒有任何GIS 背景的人員也能夠輕松使用，軟件的部署使得寧夏震中參考地名可以詳盡到四級地名，實現(xiàn)了從無到有的跨越。當(dāng)然，為了能夠適應(yīng)新形式下速報和應(yīng)急工作的要求，該軟件在開發(fā)過程中就預(yù)留了接口，可根據(jù)實際需求對軟件功能進(jìn)行調(diào)整或者對接其他軟件，從而提供更加全面的功能服務(wù)。

從真實震例調(diào)查情況來看，震中參考四級地名對震后快速趕往震中目的地具有明確的指向意義，實現(xiàn)了現(xiàn)場調(diào)查工作的高效開展。但是對于詳盡的四級參考地名也有一定的局限性，對中小地震有明顯的精確位置參考價值，但是對于波及范圍廣的強震這方面并不顯著。因此，寧夏震中參考地名查詢軟件更適用于中小地震。