樊 琪 劉洪光

1)海南省地震局，海口 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(dòng)會(huì)引發(fā)多種直接災(zāi)害和次生災(zāi)害，包括建筑物破壞、人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、水災(zāi)、火災(zāi)、疫病等。地震發(fā)生后，地震應(yīng)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(shí)了解震區(qū)情況，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)應(yīng)急救援資源[1]。以往的應(yīng)急專題圖出圖方式存在以下問(wèn)題：對(duì)制圖人員的專業(yè)技術(shù)和能力要求高；出圖過(guò)程中需要反復(fù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)連接成功與否和訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量直接制約出圖時(shí)效；地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急工作受限于現(xiàn)有的技術(shù)手段和工作模式，專題圖難于實(shí)時(shí)出圖。為解決以上問(wèn)題，提升地震應(yīng)急效率，本文以海南省為例探尋地震應(yīng)急專題圖離線自動(dòng)出圖的方法和應(yīng)用。

研究區(qū)海南省位于中國(guó)最南端，由數(shù)量眾多的海島和島礁構(gòu)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(dòng)較強(qiáng)烈的地區(qū)。該區(qū)域包括3 個(gè)地震活動(dòng)區(qū)，雷瓊地震活動(dòng)地區(qū)、瓊南地震活動(dòng)區(qū)和北部灣地震活動(dòng)區(qū)[2]。強(qiáng)烈的地震活動(dòng)對(duì)海南省的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)時(shí)刻存在影響。

1 地震應(yīng)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(jìn)行制圖的過(guò)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(jìn)行金字塔地圖瓦片切片，建立一系列預(yù)存儲(chǔ)的地圖切片數(shù)據(jù)。

（2）在使用時(shí)，脫離GIS 軟件環(huán)境和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在軟件中利用這些預(yù)存儲(chǔ)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(chǎng)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(dǎo)出不同幅面的專題地圖。

（4）軟件可實(shí)現(xiàn)一般地圖瀏覽功能，人工設(shè)置地震名稱、震級(jí)、震中位置、斷裂走向、專題圖編制信息（單位、人員、時(shí)間等），按照參數(shù)的設(shè)定自動(dòng)生成烈度預(yù)評(píng)估矢量數(shù)據(jù)并疊加顯示、輸出保存。

1.2 研究?jī)?nèi)容

專題圖編制包括地圖設(shè)計(jì)、地圖編繪、出版準(zhǔn)備3 個(gè)階段。地圖設(shè)計(jì)主要包括資料的收集、分析評(píng)價(jià)、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(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作。專業(yè)人員根據(jù)編繪規(guī)范的要求進(jìn)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(zhǔn)備是對(duì)待編地圖進(jìn)行整體調(diào)試，經(jīng)檢查無(wú)誤后，將地圖以工程文件的形式保存后，即可轉(zhuǎn)入制印階段[3]。

針對(duì)傳統(tǒng)的專題圖編制過(guò)程，基于地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)采用軟件處理進(jìn)行以下3 個(gè)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(zhǔn)備工作。收集工作按照行業(yè)規(guī)范要求盡可能完備、詳細(xì)，收集的資料包括地圖資料、統(tǒng)計(jì)資料、說(shuō)明性文件資料。這些資料可分為電子數(shù)據(jù)、紙質(zhì)數(shù)據(jù)。紙質(zhì)的地圖數(shù)據(jù)通過(guò)電子地圖矢量化處理形成電子地圖數(shù)據(jù)；紙質(zhì)報(bào)表統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和文件數(shù)據(jù)通過(guò)人工或文字識(shí)別軟件錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。根據(jù)地震應(yīng)急工作需要，結(jié)合準(zhǔn)備的專題圖數(shù)據(jù)，進(jìn)行專題圖設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、地圖符號(hào)設(shè)計(jì)、地圖幅面配置等。依據(jù)專題圖設(shè)計(jì)成果，進(jìn)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(yù)存

利用專業(yè)的GIS 軟件，對(duì)階段一的成果進(jìn)行數(shù)據(jù)切片處理。根據(jù)地震應(yīng)急工作對(duì)專題圖數(shù)據(jù)的需要，設(shè)置數(shù)據(jù)切片范圍、切片數(shù)據(jù)起始層級(jí)、切片數(shù)據(jù)結(jié)束層級(jí)等。將切片后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)、本地存儲(chǔ)介質(zhì)、移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)中進(jìn)行預(yù)存儲(chǔ)。通過(guò)本階段形成一系列一定體系結(jié)構(gòu)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(yīng)急業(yè)務(wù)工作人員通過(guò)調(diào)用階段二的專題圖切片數(shù)據(jù)，形成地震應(yīng)急業(yè)務(wù)工作需要的地震應(yīng)急專題圖。一方面，可進(jìn)行專題圖的批量出圖；另一方面，在形成的地震應(yīng)急專題圖中進(jìn)行地圖漫游，了解專題圖表達(dá)的地震應(yīng)急內(nèi)容，并通過(guò)設(shè)置地震名稱、走向、編制單位、編制時(shí)間等專題地圖制圖輔助要素，進(jìn)行地震應(yīng)急專題圖的自動(dòng)出圖。

專題圖底圖與要素切片數(shù)據(jù)拼接疊加后可進(jìn)行地圖漫游。通過(guò)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(yīng)急工作提供數(shù)據(jù)支撐。

地震應(yīng)急業(yè)務(wù)工作人員在軟件中設(shè)置地震名稱、震級(jí)、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(shí)間等），軟件自動(dòng)生成各類地震烈度預(yù)評(píng)估專題地圖供應(yīng)急人員使用。

2 地震應(yīng)急專題圖離線自動(dòng)出圖實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

2.1 地震應(yīng)急專題圖離線自動(dòng)出圖實(shí)現(xiàn)

按照中國(guó)地震局《破壞性地震應(yīng)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(kāi)發(fā)環(huán)境中，基于面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，將不同切片地圖數(shù)據(jù)、圖層信息和專題圖要素，構(gòu)建相應(yīng)的對(duì)象，最后利用圖形圖像處理技術(shù)統(tǒng)一繪制、顯示和輸出。軟件從底層實(shí)現(xiàn)了矢量數(shù)據(jù)的解析，以及與預(yù)存儲(chǔ)地圖數(shù)據(jù)的疊加顯示，在不需其他GIS 軟件接口或類庫(kù)支撐下即可單獨(dú)運(yùn)行；所使用的空間數(shù)據(jù)均為預(yù)存儲(chǔ)的地圖切片數(shù)據(jù)，因而無(wú)須實(shí)時(shí)鏈接基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的交互界面，用戶不需要掌握復(fù)雜的GIS 專業(yè)知識(shí)和技能即可實(shí)現(xiàn)專題圖的批量制作與輸出。地震應(yīng)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(píng)估、專題圖制圖、地圖控制、系統(tǒng)設(shè)置等（圖2）。

2.2 應(yīng)用實(shí)例

本次研究的成果已在海南省地震應(yīng)急工作得到應(yīng)用，達(dá)到地震應(yīng)急工作中對(duì)地震應(yīng)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(jí)地震，震后值班人員在軟件中輸入地震三要素：時(shí)間為2020 年8 月30 日18 時(shí)5 分，震中位置（19.57°N，110.68°E），震級(jí)2.9，確定地震影響場(chǎng)長(zhǎng)軸、走向、角度等設(shè)定信息后（圖3），系統(tǒng)自動(dòng)選取震中位置按照震區(qū)地震烈度衰減公式計(jì)算生成地震影響場(chǎng)并疊加至底圖上，軟件自動(dòng)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(diǎn)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(yīng)急專題圖離線自動(dòng)出圖軟件實(shí)現(xiàn)了專題圖的離線快速出圖。同時(shí)該軟件可脫離在線數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，將軟件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于U 盤(pán)等移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備后，可拷貝至任意Windows 系統(tǒng)電腦中，無(wú)需安裝均可正常運(yùn)行，完全符合地震應(yīng)急時(shí)突發(fā)狀況下的應(yīng)急出圖需求，滿足地震應(yīng)急工作指揮決策的要求，在此次地震應(yīng)急中得到應(yīng)急專家的一致認(rèn)可。

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

圖3 軟件參數(shù)設(shè)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(jì)范圍分布圖專題圖Fig.5 Thematic map of estimation of earthquake impact area

3 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)地震應(yīng)急專題圖離線自動(dòng)出圖的研究與應(yīng)用，該成果具有以下優(yōu)勢(shì)：①該軟件的應(yīng)用縮短了海南省地震應(yīng)急專題圖制圖工作的反應(yīng)時(shí)間，提高了海南省地震應(yīng)急工作的效率。②該軟件的運(yùn)用降低了應(yīng)急技術(shù)人員對(duì)使用專業(yè)GIS 軟件的依賴，降低了專題圖出圖的技術(shù)難度。③出圖步驟減少，操作過(guò)程簡(jiǎn)便，對(duì)出圖人員的專業(yè)性要求降低。同時(shí)，該項(xiàng)研究成果也存在不足，在更新地圖預(yù)存切片處理流程上還需進(jìn)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(zhǔn)備更新專題數(shù)據(jù)的預(yù)存數(shù)據(jù)。不過(guò)，本次研究總體上達(dá)到了研究的最初目的。