河北省地震应急专题图模板化及快速出图技术研究*

魏艳旭　贾军鹏　杨　凡　刘晓丹

(河北省地震局，石家庄050021)



河北省地震应急专题图模板化及快速出图技术研究*

魏艳旭※贾军鹏杨凡刘晓丹

(河北省地震局，石家庄050021)

摘要结合地震应急救援工作中对地震专题图的要求，利用地震应急基础数据库及专业GIS制图软件，研制一套适用于地震应急救援的专题地图模板。对地震应急专题图快速产出技术深入研究，基于ArcGIS Engine组件技术开发快速出图软件，软件以地震应急指挥技术系统为基础，通过输入地震三要素，实现对震中位置的提取，在应急指挥技术系统影响场数据库中提取地震影响场，实现专题图的快速生成及批量输出，为震后应急指挥决策及地震救援提供技术支持。

关键词地震应急； 专题图； 模板； 地震影响场

引言

华北地区是继西部地区后，全国第2个比较活跃的地震区域，相对活跃的华北(河北)平原地震带和燕山渤海地震带都处于河北境内，河北省地震形势严峻。地震灾害破坏性极强，在短时间内可导致建筑物大规模倒塌和损坏，造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失。突发性的地震灾害具有破坏力强，救援难度大，时间要求紧迫等特点，为了尽可能地减少地震灾害造成的损失，需要在震后短时间内做出决策，指挥和调动各类应急救援力量开展抗震救灾工作。

利用图件来表达信息具有其他方式无法比拟的优越性。专题地图是指突出而尽可能完善、详尽地表示制图区内的一种或几种自然或社会经济(人文)要素的地图。地图的主题要素根据特殊用途的需要确定，针对专题要素表达详细，其他地理要素则根据表达主题的需要作为地理基础选绘。震区范围内数据繁多、数据量大、数据分布散乱，根据地震参数绘制的地震应急专题图能够突出表现地震应急基础数据库中的各类重要信息，把大量丰富的信息清晰的展现，为快速实施地震救援行动提供大量信息，为政府组织救灾提供科学可靠依据[1-3]。

1专题图产出现状分析

地震应急专题图制作成为地震应急工作的一项重要内容。地震应急指挥技术系统软件可以生成一系列专题图，简便快捷，但是存在专题图产品不够丰富、底图色彩比较单一、底图配置图层没有针对性、专题要素不够突出、地图符号表达不够清晰、缺乏标注类信息、地图幅面与图形要素的尺寸不够匹配、经纬网和地图幅面的尺寸不匹配、不能分时段产出、没有灵活性等问题，跟中国地震局的相关规范文件要求相比，还存在很大差距[4]。

目前，河北省地震应急专题图主要借助ARCGIS软件进行人工制图，人工制图具有非常好的灵活性和自主性。但是，由于专业GIS软件操作复杂，需要花费较长时间，图件产出周期长，不能有效满足震后的快速制图要求。人工制图的过程比较繁琐，在破坏性地震发生后，应急指挥中心收到台网发布的地震三要素，启动地震应急指挥技术系统，利用地理模型及基础数据库，生成地震影响场图层，技术人员提取本次地震影响场，利用ARCGIS软件，添加基础图层和专题图层，导入影响场，添加震中位置、标题，调整出图范围，标注字体字号，最后进行地图整饰。

地震应急专题图的产出速度直接影响到抗震救灾工作能否及时高效的进行。为满足快速制作和产出符合规定的地震应急专题图，用于地震应急指挥决策。本文首先研究专题图模板制作，利用ArcMap制作地图模板，完成一套适用于震后抗震救灾的地震应急专题图制图模板； 其次，实现地震应急专题图快速生成系统的设计与开发，基于ArcGIS Engine，采用C#语言进行二次开发，建立脱离专业GIS制图软件的地震应急专题图产出平台，与现有评估系统相结合，只需通过简单的输入地震三要素，由系统自动完成数据处理和符号化，即可快速生成内容丰富的地震应急专题图，最大限度缩短制图时间，最大程度提高制图质量，为地震应急指挥决策提供快速有效的支持。

图1为系统设计流程图。

2制作专题图模板

专题图是着重表示一种或数种自然要素或社会经济现象的地图，是按照特定专题渲染地图的过程。制作地震应急专题图模板就是提取每类专题图的共性特征，主要包含基础数据和专题要素，将繁琐的制图流程和比较专业的地震行业操作包装在模板中，针对同一图种制作一个专题图模板，使用时不需要复杂的制图流程，需要哪种专题图，直接对模板进行简单加工即可。通过研制制图模板，可大大提高制图效率和制图质量[5]。

本文利用ArcMap进行专题图模板的制作，模板文件包括基础数据图层和地震专题信息图层。另外，还需对图面进行配置及地图整饰，制作好的模板存储为mxd格式文件，文件存储各图层数据的连接。地震应急专题图的制图要素有：制图底图、专题内容、制图比例尺、空间参照系统、图例、图面整饰6个方面。图面整饰包括图名、图例、比例尺、指北针、编制单位、编制人员、编制时间、图标规格等。为便于使用，按照专题类别、模板样式、纸张类别等因素对模板进行分类制作。

制图底图要素包括省级、市级、县级、乡级的行政区界、居民点，地形、铁路、高速公路、国道、省道、主要河流、湖泊、水库、经纬线等，除经纬线图层外，其他图层要素根据需要进行取舍与调整。

图1　系统设计流程图

专题内容要素为地震应急工作中急需的相关信息。模板制作中，根据地震震级大小，适当调整制图范围及比例尺。

空间参照系统平面坐标系统采用“1980 西安坐标系”； 高程系统采用“1985国家高程基准”； 投影系统采用正轴等积割圆锥投影； 标准纬线选用制图区域适合的标准纬线，中央经线一般情况下以震中位置经度(取整)为准。震中位置不一定位于制图区域的中央。制图底图和专题内容应采用统一的空间参照系统。

图2为地图模板制作流程。

本文主要研究制作了以下几种不同类型的地震应急专题图制图模板：震中位置图、地震影响估计范围分布图、震区历史地震分布图、震区水库分布图、震区油气管线分布图、震区地质图、震区交通图、震区学校分布图、震区医院分布图、震区潜在地质灾害分布图、震区危险源分布图、震区GDP图、震区人口分布图、城区疏散场地分布图。

图2地图模板制作流程

以张家口市宣化县(40.5°N，115°E)6.5级地震为例。图3为“十五”项目的地震应急辅助决策系统自动生成的专题图。图4为使用专题图模板生成的地震影响估计范围分布图。对比可以看出，制作模板生成的专题图在数据内容上比系统自动生成的丰富很多，并且可以随意添加及删除，要素的表示符号更专业，具有图面整饰信息丰富，图幅大等优点。

3专题地图快速生成系统的实现

在开发过程中，用到一系列ArcGISEngine控件和接口来实现专题图生成、修饰及专题图的输出。软件使用的主要控件有ToolBarControl、PageLayoutControl、TocControl。IPageLayout接口控制专题图在系统中的显示。IExport接口在输出专题图时使用。

图3　地震应急辅助决策系统自动生成的专题图

图4　利用专题模板生成的专题图

专题地图快速出图开发涉及以下几个关键问题：提取震中位置、提取某次地震的烈度圈图层、专题图命名、专题图的显示范围和专题图的显示中心、专题地图的输出。

专题图快速生成系统软件平台左侧包含专题图列表和图层控制两个功能菜单。专题图列表罗列出所有的专题图名称，点击某个专题图名，软件右侧就有相应的专题地图的展示，对应的图层控制列表中展示该专题地图的所有图层。专题图名根据地震三要素中的震中地名和震级信息自动生成，命名为：震中位置+震级+“模板文档名”。

3.1地震影响场提取

地震专题图与其他专题图不尽相同，必须要嵌入地震影响场，地震专题图展现本次地震各烈度区域内的数据分布情况，震后利用评估系统计算的地震影响场，叠加到专题图进行展示，使决策者能够快速掌握灾情和损失分布情况，为应急指挥辅助决策及救援提供大力支持[6-7]。

在地震应急指挥技术系统中输入地震三要素，先根据房屋震害矩阵参数，结合灾区人口、经济、房屋结构等基础信息，通过评估系统计算灾区的损失情况，然后根据烈度衰减关系参数，绘出影响场[8-9]。影响场以“DZYJ_ZHPG.DZPG_RESULT_DZYXC_PG”为名称存储在指挥技术系统评估数据库中，该图层是历次地震的烈度圈集合。

在河北省专题图快速生成系统软件中，输入地震三要素及简单的交互。软件自动在指挥系统计算的烈度圈影响场集合中提取该次地震的影响场，并叠加到专题图模板显示(图5)。

3.2专题图的输出

专题图输出可以选择输出当前视图或全部输出，专题图输出为jpg格式，输出分辨率为300 dpi。地震震级不同，地震影响场范围不同，专题图输出的显示范围也不同，根据需要，地图输出范围的长宽分别定为影响场区域长宽的1.3倍。

图5　触发专题图

3.3实例展示

利用地震应急指挥技术系统计算2015年7月10日9时16分15秒(北京时间)张家口市宣化县(40.5°N，115°E)6.5级地震，评估计算结果保存在数据库中。在河北省地震应急专题图快速生成系统软件中输入地震三要素，震中位置(40.5°N, 115°E)，发震时刻2015年7月10日9时16分15秒及震级6.5，系统自动提取震中、地震影响场等信息并加载给专题图模板，软件自动调整地图显示范围和显示中心，并添加标题进行地图整饰等，在软件工作区范围显示，软件自动生成地震影响估计范围分布图(图6)。软件实现了一键输出全部地图功能，免去了以往人工制图的繁琐步骤。地震应急专题图出图软件实现了专题图的快速生成，在10 min之内生成应急所需的专题图，符合地震应急出图规范，出图效率高，为地震应急工作提供了便利。

图6　软件界面

4结论

地震专题制图是震后抗震救灾工作的重要内容之一，研究地震应急专题图快速生成技术对于优化震后抗震救灾工作起着至关重要的意义。研究制作地震应急专题地图模板，利用专业软件ArcGIS制作一套适用于震后抗震救灾的地震应急专题图制图模板，提高了制图效率和制图质量； 利用AE的二次开发功能，采用Microsoft C#.NET与ArcGIS Engine相结合的方式，开发地震应急专题地图快速生成系统，建立脱离专业GIS桌面的地震应急专题图制图平台，通过简单的人机交互，生成以地震影响场为中心的专题地图，使非GIS专业人员能快速制作出满足要求的各类地震专题地图，实现震后高效的专题地图制作及批量输出，缩短制图周期，提高制图质量，为震后抗震救灾工作提供科学可靠的依据。

参 考 文 献

[1] 周文，何琳，热孜万古力·艾买提，等． 基于应急指挥技术系统的具有影响场的地震专题图绘制． 内陆地震，2012，26(3) : 273-278

[2] 徐敬海，徐徐，聂高众，等． 基于GIS 的地震应急态势标绘技术研究. 武汉大学学报: 信息科学版，2011，36(1) : 66-70

[3] 刘军，宋立军，聂晓红. 基于震动图的地震应急专题图编制：以2014年2月12日新疆于田MS7.3地震余震分布图为例. 内陆地震，2014，28(2): 133-137

[4] 和朝霞，贾宁. 基于ArcGIS 的地震专题图快速生成技术研究. 四川地震，2013，35(1): 45-47

[5] 李东平，卢爱刚，孙建国． 基于GIS的地震专题图制图中的功能开发． 西北地震学报，2006，28(3)：285-287

[6] 聂树明． 基于GIS的地震影响场设计与应用． 应用基础与工程科学学报，2008，16(4)：546-555

[7] 王辉山，陈琳，于威宇，等. 基于ArcGIS 的地震专题图绘制. 高原地震，2011，23(2): 49-53

[8] 帅向华，杨天青，马朝晖，等. 国家地震应急指挥技术系统． 北京：地震出版社，2009

[9] 陈文凯，孙艳萍，周中红，等. 甘肃省地震应急专题图的设计与实现. 地震工程学报，2015，37(3): 884-900

Research on the templating and rapid plotting of thematic maps for earthquake emergency in Hebei Province

Wei Yanxu，Jia Junpeng，Yang Fan，Liu Xiaodan

(Earthquake Administration of Hebei Province，Shijiazhuang 050021，China)

AbstractCombined with the requirements for thematic maps making in earthquake emergency rescue work, templates of thematic map for earthquake emergency is studied using basic database of earthquake emergency and GIS software. A rapid generating maps software is designed based on ArcGIS Engine component technology. The software is based on earthquake emergency command technology system.The extraction of earthquake epicenter and earthquake influence field is realized by inputing three elements of the earthquake. Rapid generation and batch output of thematic maps provide the technical support for the post-earthquake emergency command decision-making and earthquake rescue.

Keywordsearthquake emergency; thematic maps; templates; earthquake influence field

* 收稿日期：2015-12-09； 采用日期：2016-06-02。

基金项目：河北省地震局地震科研基金硕博预研究项目(DZ20130521016)资助。

中图分类号：P315.9；

文献标识码：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.06.004

※通讯作者：魏艳旭，e-mail：284966815@qq.com。