活动断层探察的快速制图技术研究

吴熙彦　于贵华*　杜克平　徐锡伟

1)中国地震局地质研究所， 活动构造与火山重点实验室， 北京　100029 2)北京师范大学， 地理学与遥感科学学院， 北京　100875



活动断层探察的快速制图技术研究

吴熙彦1)于贵华1)*杜克平2)徐锡伟1)

1)中国地震局地质研究所， 活动构造与火山重点实验室， 北京100029 2)北京师范大学， 地理学与遥感科学学院， 北京100875

活动断层探察作为有效减轻地震灾害的一项行业基础性科研工作， 其系列专题图件是探察工作成果直观表达的重要手段。文中在分析近年来活动断层探察图件生产技术的基础上， 从图件标准化和软件开发2个方面对活动断层探察快速制图技术进行了研究。所研究的这一快速制图技术已应用于正在开展的活动断层探察工作， 并获得了规范、 高质量的专题成果图件。文中探讨的图件快速产出流程标准化、 软件功能设计对于其他基于GIS软件的制图系统设计具有一定的参考价值。

活动断层活动断层探察地图集快速制图地理信息系统

0　引言

地震是破坏性大、 对人类生存安全危害极其严重的突发性自然灾害。地震灾害防御近年来越来越受到国家的重视。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》将重大自然灾害监测与防御列为重点公共安全领域的优先主题， 其中也包括地震灾害防御。地下活动断层是地震的重要灾害源之一。探察活动断层是有关地震的一项基础性行业科研工作， 有助于减轻地震灾害。《国家防震减灾规划》《国家地震科学技术发展纲要(2007—2020年)》中均提到要 “继续推进活动断层调查， 查明主要发震断裂的分布特征与活动习性”。活动断层探察图件是探察工作的直观体现。将活动断层探察成果快速绘制成为活动断层探测图件， 有助于推动活动断层研究成果在国家建设和科学事业上的应用。

2004—2008年期间， 北京、 乌鲁木齐、 上海等20个大城市均开展了活动断层探测， 并于2010年开始准备成果图件的集成出版工作。这些工作为活动断层探察的快速制图技术研究提供了经验基础。《活动断层探测》(DB/T 15-2009)标准中关于探察成果图件的规定为自动制图提供了标准依据。随着《1︰50,000活动断层填图》及《1︰50,000活动断层填图数据库》标准编制工作的推进， 相关理论研究也在同期开展。 数据库模板、 符号库、 制图模板的建立和完善， 也为活动断层探测专题图件的自动制图奠定了良好的技术基础。

1　活动断层探察图件概况

1.1活动断层探察图件

活动断层探察的目的是为了确定活动断层的活动时代、 位置与空间展布特征、 性质、 产状与活动习性(中国地震局， 2009)； 因此， 探测工作涉及比较复杂的地质地貌现象， 需要应用多种方法、 多种手段进行调查和鉴定。探察出露地表和浅层的断层， 常采用遥感影像解译、 地质地貌调查、 探槽开挖、 微地貌测量等方法； 探察隐伏的断层， 常采用地震勘探、 钻孔勘探与联合地质剖面分析等方法。活动断层探测工作包括前期调查、 野外调查、 室内分析总结3个阶段， 依次包括技术方案编制、 断层调查与勘探、 活动断层鉴定、 活动断层定位和地震危险性评价及贯穿于活动断层探测项目始终的数据库建设等工作(于贵华等， 2013)。在活动断层探察工作的不同阶段， 需形成与工作内容配套的图件， 这些图件在探测工作中占有重要地位。前期调查阶段需形成野外工作底图， 用于野外调查规划并作为野外工作的参考图件； 野外调查阶段需形成实际材料图， 标示野外工作内容， 包括地质地貌调查点、 微地貌测量、 探槽位置、 钻孔及跨断层钻孔联合剖面、 地球物理测线等， 可体现具体的工作量， 同时也为室内分析总结提供图件资料； 室内分析总结阶段需形成活动断层分布图件， 标示活动断层的空间展布、 性质及产状、 地质地貌等， 展示活动断层的探测成果。可见， 活动断层探察图件在整个探察过程中有着重要的作用； 同时， 它们具有内容丰富、 图件数量较多、 制作工作量较大等特点； 因此， 一套快速绘制活动断层探察图件的技术， 将大大减少活动断层研究者的工作量， 提高工作效率及工作质量。

1.2制图方法现状分析

20世纪90年代以前， 活动断层探察的成果图件编制以纸上绘制为主。“八五”期间(1991—1995)在全国大约20条活动构造带上进行了1︰5万地质填图， 虽开始了相关GIS数据库建设的探讨， 但主要填图成果仍以在纸质地质图上描绘为主。“十五”期间(2000—2005)， 中国实施了大城市活断层探测项目， 对北京、 天津、 上海等20个大城市进行了探测， 查明了这些城市活动断层的空间展布与活动时代； 同时基于ArcGIS建立了存储、 管理、 分析、 显示和输出活动断层探测数据的数据库信息系统(于贵华等， 2006)。随着计算机制图技术在活动断层探测研究中的全面推广， 还实现了活动断层探察成果图件的计算机编制。目前国内活动断层探察图件的生产方式主要有2种： 一是使用Coreldraw、 Adobe Illustrator等矢量图形处理软件。 这种方式的特点是， 所有符号和颜色一律即用即输， 完全由点、 线、 面 “搭建”而成， 真正实现了 “所见即所得” 的原则； 可以很方便地输入又可以在完成后甚至输入过程中修改， 显得很灵活； 可以定制任何复杂的图案， 而且图案还可以无规律地随机铺设； 但开始作业前必须先规划好图层， 否则给修改带来不便； 此外， 这类软件无法读取GIS数据。二是使用MapInfo、 ArcGIS等GIS软件制图。 这种方式的特点是先把地理要素抽象成点、 线、 面， 再分类制作成多个图层， 分层分类为图形设置符号， 形成地图； 符号、 线外观、 颜色、 图案、 文字均由服务库管理， 相应的对象均只被赋予其在服务库中的编号， 还原显示和输出时， 程序会调用各编号所代表的形状； 其优点是文件体型小、 管理方便， 可以通过替换库符号或统改参数的方法达到迅速调整全图中某一符号外观的目的(张印廷等， 2009)。第1种生产方式与传统的地图绘制方式接近， 其形式容易被地震地质学专家接受， 受到地震地质学专家的青睐， 但这种方式生产的图面要素没有坐标信息， 不能及时发现坐标值的不准确， 图件的重用性比较差， 图件要经过转换才能形成数据， 生产效率低， 不适合数据生产。第2种方式(Chuviecoetal.， 1996; Whitmeyeretal.， 2010)是基于GIS技术和地理数据的制图方式， 地理数据及其图件易于集成管理， 数据与图件的重用性高， 适合用于分析， 但这种方式与国内地震地质学专家传统的制图习惯有一定的差别。

随着数字革命的深化、 新数字制图技术(Goodchild， 1988； Hardyetal.， 2004)的发展， 快速制图技术也在生产领域中逐步受到推广(李军等， 2009； Zouetal.， 2012)。根据生产目的和基础数据的不同， 每套技术流程都有其特点。ArcGIS提供一种符号库制作与管理的方案(李军等， 2009)， 把图形符号分为点状符号、 线状符号、 面状符号等， 通过设计符号并将图形数据符号化， 最后形成图件。点状符号可由1个或多个简单图形组成， 线状符号可由1种或多种简单线状符号复合而成， 面状符号可由多种图形复合成为面状边界内的花纹， 形成形式多样的面状符号(Zouetal.， 2012)。但图形数据符号化技术仅重点实现了数据的符号化技术， 并未全面研究自动制图涉及到的其他技术。为实现一键化快速制作矢量电子地图， 并体现电子地图美观、 清晰的制图效果， 可基于商业数据库引擎连接框架数据库(刘清丽等， 2012)， 再用专业印版软件adobe illustrator作为制图软件， 但这种方式不能与地理空间数据库互动应用。中国1︰50,000 地形图数据库更新工程利用基于GIS数据库的制图技术， 采用GIS数据和制图一体化存储、 统一管理、 同步更新的方案完成了地形图快速制图工艺流程， 实现了制图数据的质量控制， 研发了制图数据库管理端、 生产端软件(王东华等， 2012)。这是中国比较成熟的生产工艺流程， 但活动断层探察数据库构架比地形图数据库更为复杂， 图件制作贯穿整个探察过程， 地图产出流程有自身特有的需求； 因此， 需要1套适合活动断层探察图件产出的工艺流程， 同时需要研制能满足自身要求的软件、 符号库、 制图模板。

1.3活动断层探察图件编制技术研究的重要性

活动断层探察图件是在地震地质专家收集活动断层资料、 野外探测调查、 应用多种手段分析验证的基础上编制而成的。随着近年来计算机技术和GIS技术的发展与深入应用， 图件编制技术已与传统绘制技术有所不同。编制图件的数据已从多文件存储方式发展到空间数据库的存储方式， 成果应用需求已从出版扩展到数据共享、 网络发布等。与过去相比， 如今的活动断层探察成果图件编制过程更为复杂、 对编制人员要求更高， 具有如下特点：

(1)活动断层探察图件表达的内容丰富而复杂。专题图包括野外工作底图、 实际材料图、 活动断层分布图， 分别展示资料收集、 野外探察、 成果分析3个阶段的工作。每个图件表达阶段产出的数据层最多可达十几层， 设置图形符号、 标注可达百种。

(2)活动断层探察图件编制与探察工作同期开展， 采用图、 库不分离的方式， 制作过程依赖于数据库的组织结构。活动断层数据库结构具有多层的特点， 至顶向下可分为工作阶段、 专题数据集、 专题要素类3个层次； 因此， 数据结构较为复杂。

(3)为保证制图数据与数据库成果一致， 减少维护成本， 活动断层探察图件的数据与探察数据库不分离， 因此制图平台与数据平台一致， 采用GIS软件。

活动断层探察图件的上述特点要求制图人员熟悉专题图内容、 数据库结构和掌握GIS软件， 同时具备地震地质专业和GIS专业背景。不熟悉数据库结构、 制图内容或制图技术将导致制图效率降低。然而， 探察工作组通常不能配备专业GIS人员， 图件编制是由地质专家选取数据库中的目标图层， 进行绘制、 修订并最终完成的。活动断层探测图件快速产出技术的研制一方面能减轻制图工作量， 另一方面也能解决地震地质学专家不熟悉数据库结构、 GIS软件及其制图功能所带来的困扰和低效。它是降低工作成本、 提高工作质量的有效途径， 是活动断层探测项目顺利推进的内在需求。

2　快速制图流程

图1　活动断层探察成果的快速制图流程Fig. 1　Flow chart of producing map of active fault survey products.

本文研究的快速制图是指在较少人为参与的情况下， 按照特定需求， 将空间数据进行分层、 符号化等处理， 快速生成专题图件的过程。快速制图设计的前提是制图过程可标准化， 即制图过程可由统一的、 规范化的流程或子流程组成。一旦过程标准化后， 再辅以软件， 就可实现自动或半自动快速制图。本文根据地震部门的现实情况， 研制了1套活动断层探察图件快速产出技术流程(图1)。图件产出技术以GIS数据驱动制图技术为基础， 设计了符合活动断层探察数据与图件特征的标准化制图模板， 开发了拥有数据检测和数据连接增强功能的制图辅助软件， 形成了适合地震部门活动断层探察工作的图件快速产出流程。流程分为4个部分： 1)软件检测数据； 2)制图模板标准化； 3)软件连接数据； 4)人工图面整饰。它们的作用和内容如下所述：

(1)利用软件进行数据检测的目的是实现数据标准化， 检测内容包括数据库模式检测、 拓扑检测、 制图相关字段检测和断层线方向检测。通过开发软件， 实现制图数据检测功能， 对数据自动检测并生成检测报告， 提供数据修正建议。

(2)制图模板标准化从以下4个方面进行设计： 1)制图内容； 2)要素分类分层； 3)图式符号； 4)图面要素。最终完成了野外工作底图模板、 实际材料图模板、 活动断层分布图模板和图例模板的制作。

(3)自主开发的制图辅助软件， 根据制图模板的设定抽取数据库的相应图层， 连接制图数据和制图模板， 生成专题图初稿。

(4)图面整饰指为实现图面美观对地图的要素和附属元素进行美化的一系列图面处理。在本文的设计流程上， 主图的特殊处理或美化主要依赖人工完成。常见的GIS软件自动标注功能及常用自动注记算法不能完全满足用户的要求(陈长林等， 2009； 祁洪霞等， 2012； 殷勇等， 2013)。如多图层注记重叠严重、 图廓边缘注记显示不完整、 注记摆放位置有特殊要求等， 目前均由人工处理， 在图面整饰环节完成。

自动化制图的流程是： 首先， 根据活动断层探察图件制作需求， 基于标准化图件内容及数据库模板制作制图模板， 设定地图使用的数据、 分层、 地理要素的符号、 地理要素的标注和图件附属要素如图例等。制图前， 通过软件检测活动断层数据库中的制图信息是否规范， 若存在不规范不完整的数据， 则记录下错误的数据并生成报告， 返回给数据库建库技术人员， 供其修改数据， 直到数据标准化并满足制图要求。数据通过标准化检测后， 通过制图软件连接制图数据与制图模板， 自动生成活动断层探察图件的初稿。最后， 制图人员根据图件应用需求， 整饰图件初稿， 形成活动断层探察图件的最终成果。虽然， 本文的快速制图技术还未达到完全自动化制图， 但可通过标准化研究， 应用目前的技术将自动化程度达到最大化， 为活动断层探察成果图件的自动产出进行了有益探索。

3　标准化设计

3.1标准化内容设计

图件标准化是图件快速产出的基础。制图数据、 图面内容、 要素分类分层和表达方式可标准化是设计自动化制图的前提。本文以GIS软件通用制图流程(图2)为基础进行以下几项标准化设计： 1)数据标准化； 2)图件内容标准化； 3)专题要素分层方式标准化； 4)符号标准化； 5)图面布局标准化。

图2　GIS软件通用制图流程Fig. 2　General mapping process of GIS software.

3.2数据标准化

数据标准化是指建立统一的数据存储标准， 确保制图的数据按统一的规范生产， 有标准的定义、 模型、 结构、 内容、 空间参考、 格式、 质量和管理方式。标准的数据是快速制图的关键， 是程序自动处理数据、 产出图件的基础。从20世纪80年代开始， 美国、 法国等发达国家已经开始进行数字地理信息标准化的研究工作。地理信息/地球信息业(Geographic Information/Geomafics)标准化技术委员会于1994年3月成立， 即ISO/TC211， 专门从事地理信息和地球信息业标准化方面的研究。该委员会与CEN达成了共同推进国际标准制定工作的协议， 使地理信息的标准化工作也正式纳入了国际标准化轨道(承继成等， 1998)。中国1994年正式加入该组织， 并于1995年7月25日由国家技术监督局批准， 授权国家测绘局为ISO/TC 2l1国内技术归口主管部门， 国家基础地理信息中心为国内技术归口单位， 形成了中国的对应组织。

从 “十五”期间中国实施大城市活断层探测项目， 地震部门就开始了活动断层数据标准化研究。活动断层数据库模板参考中国地理信息标准体系设计与实施， 并于2011年开始活动断层数据库标准编制工作。笔者参与的活动断层探察系列标准研究(国家地震局行业专项201308001)， 纳入了数据质量检测的内容， 其中也涵盖了制图数据质量标准。数据驱动制图依赖于数据组织结构、 图形规范和属性值与预设规则的一致性， 相应地， 数据标准化对象包括数据库模式、 空间拓扑关系、 矢量线方向、 属性值和信息编码规范。制图前数据必须符合以下标准： 1)符合标准数据库版本； 2)空间拓扑关系正确， 包括地层观测点、 断层观测点与地质地貌观测点3类点应与地质调查观测点重合， 断层产状点应在断层线上， 地层面之间不能相互重叠、 火成岩之间不能相互重叠、 地层面与火成岩不能相互重叠， 地层面与火成岩之间不能存在空隙； 3)具有方向性的线状要素的矢量方向应正确， 包括断层、 地震地表破裂带、 表示接触关系的地层线和线状地貌； 4)具有方向性要素的图形与属性一致性， 主要指断层产状和断层的倾向、 走向与断层矢量线的走向一致； 5)属性完整规范， 用于分层、 设置图形符号和标注的属性不可为空， 值应符合设定的值域或值代码。

表1　标准化活动断层探测图件内容

Table1　Contents to be normalized in active fault survey maps

图件名称内容图层要素类型野外工作底图地理底图居民地、等高线、水系点、线、面收集探测资料探槽、钻孔、地球物理测线点、线调查规划地质调查规划点、地质调查规划线点、线遥感及其解译资料解译线、解译面、遥感影像线、面、影像地质背景资料地层、岩体(火成岩)面实际材料图地理底图等高线、居民地、水系点、线、面探察研究对象断层线面状资料覆盖情况面状资料索引框、影像索引框面地质调查地质调查点、探槽点采样采样点点钻探钻孔、跨断层钻孔剖面(迹线)点、线微地貌测量微地貌测量线、微地貌测量面线、面地球物理地球物理测线线地质背景资料地层、岩体(火成岩)面活动断层分布图地理底图等高线、居民地、水系点、线、面地震历史地震、现代地震目录点探察研究对象断层产状、断层点、线地质地貌地震地表破裂带、褶皱点、线辅助资料地质剖面线线地质背景资料地层产状、地层等厚线、地层、岩体(火成岩)点、面

3.3图件内容标准化

图件内容标准化指的是按照活动断层探察的要求， 规范专题图件内容， 并结合活动断层数据库结构定制统一的专题制图模板。按照《活动断层探测》(DB/T 15-2009)的规定， 活动断层探察基本图件包括野外工作底图、 实际材料图和活动断层分布图。该标准中的相关条文并未从数据角度对制图内容进行详细规定， 从以往的经验看容易导致制图人员不明确使用哪些制图数据。本文依据该标准和活动断层数据库的组织结构特点， 设计了标准的制图数据内容(表1)。其中， 野外工作底图内容包括地理底图(等高线、 水系、 居民地、 重要地貌点等)、 影像、 地质调查规划路线、 地质调查规划观测点、 收集资料(探槽、 钻孔、 地球物理测线)、 遥感解译线、 遥感解译面，以及收集的构造、 地层和岩体(火成岩)资料。实际材料图内容包括地理底图(等高线、 水系、 居民地、 重要地貌点等)、 面状资料覆盖面、 地质调查观测点(断层观测点、 地层观测点、 地质地貌观测点)、 地质调查线、 探槽、 钻孔、 跨断层钻孔剖面、 采样点及样品类别、 微地貌测量线、 微地貌测量面、 地球物理测线、 断层、 地层和岩体(火成岩)。活动断层分布图包括地理底图(等高线、 水系、 居民地、 重要地貌点等)、 地层产状、 地震地表破裂带、 断层、 断层产状、 地震、 褶皱、 地质剖面线、 地层等厚线、 地貌、 地层和岩体(火成岩)。

3.4制图细化分类分层标准化

活动断层探察图件的制图数据来源于活动断层数据库。活动断层数据库的数据分层标准基于面向对象设计， 主要按照地质地貌类型分类； 而活动断层探察图件主要按照地质地貌类型的时代特征、 活动特征或构造特征进行分类细化表达。因此， 活动断层探察图件制作要结合活动断层数据库的数据特点， 对制图数据进行细化分类再分层设计， 按制图需求进行重新组织。数据库地理要素分层以方便管理为目的， 制图再分层以制图表达为目的， 后者的组织方式依赖于前者， 同时又有自己的规则(徐立等， 2012)， 因此， 制图分层方式有再设计的内在需求。对于活动断层探察工作， 再分层设计在制图操作上的优点是： 当基于不同情况要求绘制或不绘制某种地质体中特定时代或特定活动特征的个体时， 可轻松设置绘制或不绘制相应图层， 勿需再通过反复而繁琐的符号匹配； 当要求标注或不标注某种地质体中特定时代或特定活动特征的个体时， 可轻松设置标注或不标注相应图层， 勿需再通过反复而繁琐的标注设置。分层设计后， 仅设计制图模板时需配置符号、 标注， 不熟悉GIS制图技巧的地质工作者可直接使用配置好的制图模板， 大大降低了制图难度， 提高了工作效率。以断层为例， 根据活动时代可分为全新世断层， 晚更新世断层， 早、 中更新世断层和前第四纪断层。达到图面断层按活动时代分类表达的效果， 有2种方案： 一种是断层作为1个图层， 给不同活动时代断层配置符号； 一种是将断层按活动时代再分层， 分层进行断层符号配置。第2种方案在第1次配置完符号后， 能够轻松地选择图件要表达的断层类别(图3)； 当不需要表达前第四纪断层时， 可设置为不显示， 不需要再重新对前第四纪断层进行符号配置。活动断层探察专题图模板中进行制图再分层的要素类包括断层、 强震、 地貌、 探槽、 钻孔、 地球物理测线等。

图3　断层制图再分层示意图Fig. 3　A typical cartography example of layering fault layer in latest period.a 不绘制前第四纪断层； b 绘制前第四纪断层

3.5图式符号标准化

符号是表达图件内容的标识， 是自动制图中不可缺少的要素， 也是活动断层探察图件标准化研究中的重要内容之一。活动断层探察图件的图式以《活动断层探测》(DB/T 15-2009)、 《活动断裂地质填图(1︰50000)工作规范》和《区域地质图图例》(GB 958-89)为标准或参考依据。随着工作的不断深入， 针对原设计存在图式某些组成部分的大小、 尺寸没有明确规定， 活动断层探察图件图式不全， 部分色标与样式的成图效果不能很好地表达活动断层探察的重点等问题， 对成果图件的图式符号进行了再次研制(吴熙彦等， 2011)。我们基于活动断层探察图件编制的实践经验， 对图式符号进行了规范， 统一了符号的形状、 尺寸和颜色， 并根据各类专题图件需求， 增加和完善了相应符号， 形成更新的活动断层探察图件符号库， 实现了图件符号标准化。

3.6图面布局和附属元素标准化

图4　图面附属元素布局示例Fig. 4　The standard layout.

图面附属元素指图名、 图例、 比例尺、 附图表和说明文字。附属元素的制作在GIS软件制图工作中占一定的比例， 如果自动制图能独自完成， 可提高制图效率。然而， 图面附属元素制作属于地图整饰内容， 其中有用户自由控制的需求。活动断层探察图件的图面附属元素包括图面、 图例、 比例尺、 责任表等。其中有的必须统一， 有的可部分统一， 有的不需要统一。我们将必须统一的部分抽取出来， 进行标准化， 作为自动制图的内容。一方面提高了图面附属元素的制作效率； 另一方面用户仍可自由定制图面附属元素的部分样式， 有利于提升图件的美感。标准化的图面附属元素内容包括元素的位置、 图例样式、 比例尺样式、 责任表格式。这几项内容是图面是否规范美观的重要指标， 是活动断层探察图件必须统一的内容， 可提高图件出版、 发布、 共享等成果应用效率。标准化后的元素位置、 图例样式、 比例尺样式、 责任表格式如图4所示。

4　软件开发

4.1软件设计与实现

本文针对活动断层数据库现状和探察工程的实际需要， 开发了基于ArcEngine的活动断层自动化制图软件(图5)， 主要包括数据检测和数据连接2大主要功能。开发的软件有助于制图流程的优化， 利用自动检测功能(甘德强等， 2011)， 实现了在短时间内完成大量数据检测工作， 有效保障了制图数据的质量； 通过数据连接功能， 增强了数据与模板的连接效果， 减少了复杂模板连接数据的出错率， 从而提高了图件产出效率。

图5　制图辅助软件Fig. 5　Auxiliary software for cartography.

4.2数据检测功能

数据检测功能开发有助于提高生产标准化数据的效率、 提高制图数据质量， 是实现数据标准化、 提高制图质量的重要技术手段之一。本文快速制图技术的数据检测是为了达到制图数据标准化的要求， 检测内容包括数据库模式、 空间拓扑关系、 线状要素方向性(包括图形矢量方向正确、 图形与属性一致)和制图相关字段(表2)。

表2　数据检测内容

Table2　Content of data detection

检测类型检测规则涉及制图内容数据库模式检测要素类与标准库一致性检测表结构与标准库一致性检测值域与标准库一致性检测所有制图相关内容拓扑检测点要素必须在线要素之上线要素必须被多边形要素的边界覆盖同一多边形要素类中多边形之间不能重叠1个要素类中的多边形不能与另1个要素类中的多边形重叠地质调查观测点、地层观测点、断层观测点、地质地貌观测点、断层产状、断层、地层线、地层、岩体(火成岩)线状要素方向检测线条的方向与属性填写的走向、倾向一致性断层、地貌线制图相关字段检测数据完整性数据规范性全部

图6　断层线方向决定断层符号是否正确Fig. 6　Fault’s line direction decides whether the presentation is right or wrong.a 正确的断层线方向和断层符号； b 错误的断层线方向和断层符号

(1)数据库模式检测： 检测数据库是否与标准数据库的结构一致。标准而明确的数据库结构是软件自动处理的基础， 可减少数据结构不确定带来的软件复杂性。数据库模式检测可及早发现由于数据库构建过程中的误操作而删除重要制图字段等问题， 是保障制图数据标准化的第1步， 是实现快速制图的基础。

(2)拓扑检测： 地质地貌要素绘制到二维平面上， 应遵守一定的空间规则， 如断层产状点应在断层线上， 地层面之间不应重叠。拓扑检测根据用户定义的拓扑规则， 检测空间数据的合理性， 并统计出每个数据集中拓扑错误的类型和数量。正确的拓扑关系是保障空间关系正确、 自动标注和符号标绘在合理位置、 图件符合地质基本常识的基础。

(3)线状要素方向检测： GIS软件绘制两翼不对称的线状符号时依据线条的起始端和终止端确定线条两翼的样式。因此， 应把线条方向作为数据标准化的一项检测内容。如断层线的符号样式存在两翼不对称的情况， 绘制时需考虑线条的起始端和终止端， 确保线条方向正确。断层线方向检测通过计算线条的方向， 对比属性填写的走向、 倾向， 判断断层方向是否与绘图方向一致(图6)。

(4)制图相关字段检测： 快速制图过程通过数据库中特定字段的值确定地质地貌要素的自动标注内容和自动匹配与绘制的符号样式。因此， 除了数据结构标准、 图形拓扑正确外， 还要对用于标注与绘制符号的相关字段的完整性、 规范性进行检测。涉及的专题数据包括除地理底图(等高线、 水体、 居民地)外的所有制图数据， 重点检测的对象有断层产状、 断层、 地层、 岩体、 地质调查点和采样点， 涵盖图件所展现的重点内容。

数据检测模块具备自动生成检测报告功能， 技术人员可根据数据检测软件生成的检测报告对数据库及入库数据进行修改， 使数据库符合制图要求， 以供软件自动快速制图使用。

4.3数据连接功能

软件的数据连接功能实现了标准化数据与专题图件模板的连接。软件连接功能依据预先制作的模板， 通过自动匹配数据源， 实现了从活动断层数据库抽取标准模板定制的制图数据， 进行分层， 以及符号和标注匹配等工作， 自动生成新的图件。数据连接功能从2个方面优化了快速制图流程。首先， 连接模块能批量修改制图模板数据源， 实现一键转换制图数据。其次， ArcMAP批量修复数据源功能， 在某一图层由2个要素类或表格关联而成时， 会丢失原模板设定的图层关联关系、 标注脚本代码、 图形符号等。基于ArcEngine开发的数据连接模块， 维持了原模板设置， 增强了数据与模板的连接效果， 减少了复杂模板连接数据的出错率。

5　应用

本文的快速制图方案已在ArcGIS平台上实现， 并已成功应用于中国地震局地震行业科研专项 “中国地震活动断层探察”(200908001， 201008001)和 “全国地震重点监视防御区活动断层地震危险性评价”项目(1521044025)。通过规范化的数据库驱动制图方法， 提高了出图效率， 同时为活动断层迹线划定、 空间展布分析、 活动参数研究等活动断层探测成果审查与验收工作提供了标准化图件。实践证明， 利用本文快速制图技术生产的标准化图件， 可直接应用于网络发布与图件成果出版， 大大减少了成果整理集成的时间， 有助于活动断层探察成果快速应用到重大工程建设、 地震应急、 防震减灾等社会事业中。

6　讨论

本文主要研究了适用于地震行业活动断层探察资料快速制图的标准化流程。获得矢量化的数据后， 可以使用本流程绘制出图件初稿， 适用于从基于数据库的矢量化数据制作图件的制图需求。本文分析了自动制图的2个重要内容——标准化和软件功能。从研究和应用中可以看出， 标准化环节是自动制图需解决的基本环节， 软件功能是基于数据库驱动制图技术得以实现的重要工具之一。本文介绍的标准化内容、 制图软件功能对于其他基于GIS软件的制图系统设计具有一定的借鉴作用。

目前地图制作仍是一个繁琐的过程， 完全自动化制作还未实现； 特别是制作符合地图出版要求的图件， 尚无完全智能化的技术， 还需要人工判别、 校对与更正。本文探讨的快速制图技术也未能实现完全自动化， 仍有部分流程需要人工辅助制作。这一技术未来还可做进一步探讨和技术实践的方面包括： 1)地图整饰自动化； 2)标注摆放自动化——如等高线； 3)分幅自动化； 4)图例制作自动化——根据图廓内的地理要素自动选择图例， 并进行排列； 5)图面展示正确性检测——色标、 产状旋转角度。辅助制图软件功能的设计与开发也可进一步探索与加强。

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Abstract

Active fault survey， which is one kind of fundamental researches for reducing disaster risk from earthquake， has been implemented by multiple governmental agencies since the early 1990s in China. Chinese government sponsored some active fault survey projects these years. These researches and projects use a series of thematic maps to describe their processes， results and achievement. Since geography information science was introduced in late 1990s and applied since 2000s to these active fault survey projects， seismologists and experts began to draw thematic maps by this new technology. A convenient and fast way for seismologists and experts to produce atlas of active fault survey products is an important accelerator to achieve these projects.

This paper studies on the rapid methodology of producing active fault survey atlas， which is basically built on the processes and contents of active fault projects in recent years， and introduces the methodology on two aspects of standardization and software development. This study has been applied to the ongoing active fault survey projects， and resulted in more effective process， normative data and beautiful atlas. Thus these researches will be easier to be used in future application such as publication， internet sharing， and city development. This methodology has reference value to similar map-producing system in standardization and software development.

A RAPID MAPPING SYSTEM IN CHINESE ACTIVE FAULT SURVEY PROJECT

WU Xi-yan1)YU Gui-hua1)DU Ke-ping2)XU Xi-wei1)

1)KeyLaboratoryofActiveTectonicsandVolcano，InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China2)BeijingNormalUniversity，Beijing100875，China

active fault， active fault survey， atlas， rapid mapping， GIS

2014-03-02收稿， 2016-03-14改回。

中国地震局地震行业科研专项(201308001)、 中国地震局地质研究所基本科研业务专项(IGCEA1303)、 中国地震局地震行业科研专项(200908001， 201008001)与财政部重点项目 “全国地震重点监视防御区活动断层地震危险性评价”(1521044025)共同资助。
*

于贵华， 研究员， E-mail: 13810972912@139.com。

P315.2

A

0253-4967(2016)02-397-13

吴熙彦， 女， 1984年生， 2012年在北京师范大学获硕士学位， 工程师， 主要从事GIS在活动构造研究方面的应用研究， 电话： 010-62009416， E-mail： xywu@ies.ac.cn。

doi:10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.02.013