鄭韻 楊天青 王青平 鄭超 王輝山 郭進波

1)福建省地震局，福州 350003

2)中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045

0 引言

地震專題圖直觀地展示出了地震位置、地震影響區(qū)域、震區(qū)人口密度和歷史地震分布等災區(qū)重要信息。破壞性地震發(fā)生后，無法第一時間獲取震區(qū)的詳細情況，而專題圖可以為相關部門和人員提供災區(qū)背景資料，其中利用烈度衰減關系生成的地震影響場是地震災害損失評估的基礎，根據(jù)烈度等震線迅速進行災害損失初評估，為相關部門地震應急響應提供了重要的決策依據(jù)。目前，地震專題圖依然以人工觸發(fā)或繪制為主(張韶華等，2013； 和朝霞等，2013； 孫哲等，2018)，服務模式主要為指揮大廳大屏展示、官方網(wǎng)站發(fā)布或者打印紙質(zhì)版使用。由此看出，傳統(tǒng)制圖方式嚴重依賴專業(yè)技術人員，成圖耗時長，且查閱較為不便。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展和智能手機的普及，可以通過移動客戶端將專題圖自動推送至特定用戶，無論何時何地，只要移動終端有網(wǎng)絡，用戶便可以第一時間接收到地震專題圖。實現(xiàn)移動客戶端地震專題圖推送，需要采用高效、可靠、低耗的消息傳輸機制。

本研究借鑒了福建省地震預警信息發(fā)布系統(tǒng)，采用MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)協(xié)議作為消息傳輸機制(周施文等，2017)。本文將展示一套基于MQTT協(xié)議的地震專題圖自動生成和推送系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過MQTT協(xié)議自動接入地震速報參數(shù)信息，根據(jù)地震烈度衰減模型生成地震影響場，運用ArcGIS軟件提供的ArcPy站點包進行相關空間分析和自動出圖，最后將產(chǎn)出的專題圖件推送到單位的企業(yè)微信。該系統(tǒng)實現(xiàn)了從接入地震速報到推送微信的自動化智能化流程，提高了地震專題圖自動發(fā)布水平，提升了地震專題圖的服務能力和用戶體驗。

1 MQTT協(xié)議

MQTT協(xié)議全稱為消息隊列遙測傳輸協(xié)議，是一種“輕量級”基于發(fā)布/訂閱模式的消息傳輸協(xié)議。MQTT協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上，其設計思想是開放、簡單、輕量、易于實現(xiàn)。MQTT協(xié)議的主要優(yōu)勢為，其只需要簡潔的代碼和少量的寬帶，便能為遠程設備提供高效穩(wěn)定的消息服務。MQTT協(xié)議支持百萬級并發(fā)消息傳遞。地震專題圖自動生成系統(tǒng)通過MQTT協(xié)議向消息代理訂閱相應的主題(地震速報的主題為EQR)，一旦消息代理收到滿足專題圖發(fā)布條件的EQR主題信息，將觸發(fā)地震專題圖自動生成系統(tǒng)。

2 ArcPy站點包

ArcPy是ESRI公司針對ArcGIS系列產(chǎn)品開發(fā)的Python站點包，其是一個以 arcgisscripting 模塊為基礎、并繼承了arcgisscripting功能構(gòu)建而成的站點包。ArcPy涉及地理數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)管理和地圖自動化等地理處理業(yè)務。當系統(tǒng)接收到符合條件的地震速報信息時，數(shù)據(jù)接收處理模塊將解析提取數(shù)據(jù)包中的各項參數(shù)，根據(jù)地震烈度衰減關系生成地震影響場，然后運用ArcPy進行相關空間分析和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并將影響場圖層添加至事先預設好的地震專題圖模板，最后按照設定好的符號和標注方式進行符號化，自動生成地震專題圖件。

3 地震專題圖自動生成和推送系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)設計

基于MQTT協(xié)議的地震專題圖自動生成和推送系統(tǒng)示意，如圖1 所示。由于地震事件是突發(fā)性事件，需要專題圖自動生成系統(tǒng)與地震速報數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間保持一個可靠的長連接，在MQTT協(xié)議中則是通過心跳包維持長連接。當?shù)卣饘ｎ}圖自動生成系統(tǒng)收到地震速報數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)產(chǎn)出的滿足專題圖發(fā)布條件的地震速報消息時，系統(tǒng)根據(jù)地震烈度衰減模型生成地震影響場，運用ArcPy站點包進行相關空間分析和自動出圖，并將產(chǎn)出的地震專題圖推送到單位的企業(yè)微信，從而實現(xiàn)專題圖的快速發(fā)布。地震專題圖主要包括震中位置圖、地震影響場快速評估圖、歷史地震分布圖、震中與主要城市距離圖、震區(qū)人口密度圖等圖件。

圖1 基于MQTT協(xié)議的地震專題圖自動生成和推送系統(tǒng)

3.2 地震速報信息數(shù)據(jù)包

地震速報信息數(shù)據(jù)傳輸使用的主題為EQR，兼容多種數(shù)據(jù)格式，其中json格式的字段說明見表1。

表1 Json格式的地震預警信息字段信息

3.3 地震影響場生成

當接收到地震速報系統(tǒng)產(chǎn)出的滿足專題圖發(fā)布條件的地震正式報消息時，數(shù)據(jù)接收處理模塊首先提取地震速報信息數(shù)據(jù)包的主題名，再從數(shù)據(jù)包中解析提取各個參數(shù)值，隨后，專題圖自動生成系統(tǒng)開始生成地震影響場，具體步驟為：

(1)首先需要知道震中烈度大小。震中烈度值通過震中烈度與震級、震源深度的關系式估算(聶高眾等，2018)

Ie=4.154+0.113M2-0.0515H

(1)

式中，Ie為震中烈度，M為震級，H表示震源深度。

(2)其次確認影響場方向。本文通過查找距離震中位置最近的活動斷層走向作為烈度圈方向。

(3)最后利用中國東部地區(qū)烈度衰減模型(汪素云等，2000)，可求得烈度圈長、短軸長度Ra、Rb

Ia=5.019+1.446M-4.136lg(Ra+24)

(2)

Ib=2.240+1.446M-3.070lg(Rb+9)

(3)

其中，I表示烈度值，M為震級，標準差σ取為0.517。

3.4 地震專題圖生成

3.4.1 專題圖模板定義

地震發(fā)生后，需要提供的專題圖主要有震區(qū)影響場快速評估圖、震區(qū)人口分布圖、震區(qū)地形圖、震區(qū)歷史地震分布圖及震中與主要城市距離圖等，系統(tǒng)需要預先制作好相應的地震專題圖模板文件。專題圖模板主要包括地理要素、數(shù)學要素和整飾要素(黎維軍等，2005)。地理要素指用地圖符號所表示的制圖區(qū)域內(nèi)，各種自然和社會經(jīng)濟現(xiàn)象的分布、聯(lián)系以及時間變化等內(nèi)容，如行政界線、人口、江河、道路等； 數(shù)學要素決定了圖形分布位置和幾何精度，包括比例尺、地圖投影及坐標網(wǎng)等； 整飾要素則方便了讀圖和用圖，如圖例是地圖內(nèi)各種符號的說明。在ArcMap中進行專題圖模板的制作，對各種專題數(shù)據(jù)進行符號化和標注，在布局窗口制作圖例，并設置圖名、比例尺和指北針的放置位置，即完成了模板制作。

3.4.2 專題圖快速生成

將生成的地震影響場圖層疊加至預設的專題圖模板中。圖名根據(jù)地震速報參數(shù)中的震中地名和震級自動生成，名稱為“震中地名+震級+地震+模板文檔名”，制圖時間自動獲取成圖時的本地時間，最后確定專題圖的出圖范圍和輸出分辨率，快速生成專題圖。

3.5 專題圖企業(yè)微信推送

使用企業(yè)微信推送需要申請企業(yè)微信賬號，注冊完成后獲取企業(yè)微信的corpid(企業(yè)ID，每個企業(yè)均擁有唯一的corpid)、secret(密鑰，企業(yè)應用里用于保障數(shù)據(jù)安全的“鑰匙”，每個應用均有一個獨立的訪問密鑰，為保證數(shù)據(jù)安全，secret不能泄露)、agentid(企業(yè)應用id)和tagid(標簽，為推送對象分組)，并由corpid和secret生成access＿token(接口訪問憑證，所有接口在通信時均需攜帶此信息用于驗證接口的訪問權限)。程序自動將生成的專題圖封裝成Json數(shù)據(jù)包，通過post方式將Json數(shù)據(jù)包發(fā)送到企業(yè)微信指定的包含access＿token的url，則tagid中的企業(yè)成員均可接收到推送的地震專題圖。

4 實例

據(jù)中國地震臺網(wǎng)正式測定，北京時間2020年12月10日21時19分中國臺灣宜蘭縣海域(24.74°N，121.99°E)發(fā)生5.8級地震，震源深度80km。地震造成臺北市震感強烈，全島震感明顯，福建省福州、廈門、泉州等地亦有明顯震感。

福建省地震局緊急地震信息發(fā)布平臺(企業(yè)微信)于震后十幾秒發(fā)布了地震影響場快速評估圖，并在一分鐘內(nèi)發(fā)布了震中位置圖、震中與主要城市距離圖、震中地形圖、震區(qū)人口密度圖、震區(qū)歷史地震分布圖和震區(qū)交通圖等地震專題圖件。

5 結(jié)論

本文設計了一套基于MQTT協(xié)議的地震專題圖自動生成和推送系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用企業(yè)微信的開放接口，實現(xiàn)了地震專題圖的自動推送，在地震正式報后十幾秒，相關特定用戶就可以接收到地震專題圖。

本文設計的技術系統(tǒng)已應用在福建省地震局緊急地震信息發(fā)布平臺(企業(yè)微信)，系統(tǒng)通過MQTT協(xié)議實時接入地震速報參數(shù)信息，根據(jù)地震烈度衰減模型生成地震影響場，運用ArcGIS軟件提供的ArcPy站點包進行相關空間分析和自動出圖，最后利用企業(yè)微信的開發(fā)接口，實現(xiàn)地震專題圖的快速發(fā)布。該系統(tǒng)實現(xiàn)了從接入地震速報到推送微信的自動化、智能化流程，提高了地震專題圖自動發(fā)布水平，促進了地震專題圖的服務能力。