地震应急专题图快速产出系统开发——以黑龙江省为例

马宝君 李太岩 赵建通 高双玲 梁阿全 郑宝仁

（中国黑龙江 157009 黑龙江省牡丹江地震台）

0 引言

破坏性地震发生后，快速获取各类较详尽、准确的灾区基本信息及相关数据，是有效开展救援工作的基础条件之一，对于及时制定救援策略，提高救援效率起着至关重要的作用（孙哲等，2018）。利用地震应急专题图件来直观地获取、表达灾区基本信息及各类数据具有其他方式无法比拟的优势。通过获取到的地震影响场参数信息，再结合应急基础数据库中灾区人口、经济、地形、交通、学校、医院等各类重要数据，可将大量丰富的灾区信息清晰地展现于图件上，这是了解灾区背景资料和灾情信息的最为直观的方式，在地震应急救援过程中可发挥重要的科技保障作用，并可为政府抗震救灾决策提供科学依据（孙艳萍等，2019）。

目前，灾害专题图制作主要借助ArcGis或MapSis软件进行人工制图。人工制图具有较好的灵活性和自主性，但是，过程较繁琐。在破坏性地震发生后，应急指挥中心收到黑龙江地震台发布的地震三要素，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，技术人员提取此次地震影响场，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；然后，利用快速出图软件调用 ArcGIS 预先制作好的不同专题内容的 MXD 模板文件，通过简单的人机交互，快速产出不同幅面的地震应急专题图（张树君等，2018）。但是，在人工制图过程中普遍存在图件幅面不合适、图件要素不能满足应急工作所需不同种类专题图的要求、表述内容不清晰等问题（程显洲等，2018）；有些地震应急专题图还是基于WebGis的应急指挥系统数据库，通过数据网络调取到本地进行应急制图的（李东平等，2006）。这种方式不仅受到网络速度的限制，还可能因为数据量过多、过杂而导致很难快速找到相应的数据，因此，建立独立的应急专题图数据库很有必要（席楠等，2015）。针对地震应急图制作过程中存在的上述问题，并充分考虑地方政府在地震应急工作中的实际需求，通过多次与地方主管部门沟通协商，结合台站实际，成功开发出单机版地震应急图快速产出系统。该系统产出的地震应急图件以震中为中心，不依赖网络和专业制图软件，可为地方地震应急工作提供决策依据。

1 软件的设计

1.1 整体方案

虽然制图的自动化在一定程度上提高了出图的速度，但是在地震应急实际工作中，由于不同的制图需求需要产生不同种类的专题地图，因此固定的自动化模板已经不能满足实际地震应急工作的需要。由于地震发生的偶然性，因此无法提前判定震中位置。实践表明，图件幅面以震中为中心最实用，人工制图虽然自主、灵活，但制图需要借助专业制图软件，人工操作速度较慢，容易出错，为了解决上述问题，首先建立独立数据库，其包括基础地理信息数据库、专题数据库、地震行业数据库等，采用Visual Basic 6.0开发单机版软件包；地震发生后，根据震中位置，调用相关数据库，现场制作各类地震应急图件，保证了图件以震中为中心。

1.2 实现途径

Visual Basic使用了最先进的程序设计思想，即面向对象和事件驱动，VB中融人了最新的计算机技术，在科学计算、多媒体软件开发（林永，2002）、数据库编程、网络应用（崔彦锋等，2002）等方面都有较强的功能。VB的可视化界面设计方式能使用户较容易地设计所需的软件界面（编程高手工作室，2001）。软件设计采用模块化的软件设计思想，各模块之间相互独立（马宝君等，2005），每个模块完成各自功能，随着计算机运算速度的提高，现场制图速度较快，完全能够满足地震应急工作的需要。

1.3 软件流程

地震发生后，台站人员接收到黑龙江省地震局发送的地震速报短信息，启动软件，按界面提示输入地震参数，操作人员运行相应模块产出需要的应急图件，也可以选择批处理的方式，2 min内可产出该软件所能提供的所有图件，产出的图件通过专用网络传输到台站职工和牡丹江市应急管理局的相关部门，供有关部门和人员决策参考，出图速度可完全满足工作需求（图1）。

图1 软件流程Fig.1 Software flowsheet

2 数据库的建立

地震应急专题数据库主要由3部分组成：①基础数据，包括各种点、线、面要素的矢量数据；②背景底图数据，主要是高程和人口数据；③地震专业数据，根据不同的制图需求对数据库进行编辑，建立清晰的数据库分组，以便加快应急专题图数据的调用速度。

2.1 基础地理信息数据

基础地理信息数据库包括1∶100 万国家基础地理信息数据，涉及省界、县界、城市、乡镇名、居民点名、高程等数据。该数据主要来自专业的科研和数据服务机构公开发表的数据，符合国家地图制图的相关规定及行业标准。

2.2 专题数据

专题数据库包括居民点（居民地）、乡镇人口密度、水系、学校、医院、重点目标、危险源等数据。其中，人口数据采用2020年人口密度数据，来源于WorldPOP数据集（www.worldpop.org），为全球高分辨率人口计划项目每个网格单元的估计总人数。该数据集可以geotiff格式下载，分辨率为3弧度（在赤道处约为100 m），投影为地理坐标系WGS84，单位是每个像素的人数。

2.3 地震行业数据

地震行业数据库包括历史地震、地震动参数等数据，地震参数以中国地震台网中心统一发布的地震快报数据为准，包括震中位置、发震日期、时间、震源深度、发震地点名称等，以震中为专业应急图中心点绘制图件。

活动断裂、河流数据取自陆远忠等（2002）；地震烈度和地震峰值速度、加速度算法采用汪素云等（2000）确定得的中国东部地区参数，限于篇幅，不再赘述。

地震目录来自2个部分，公元前9999年至2007年12月31日地震目录来自国家地震科学数据中心网站（http://data.earthquake.cn)；2008年1月1日至2021年7月31日的地震目录来自地震编目系统。

3 系统功能

输入地震参数后，软件立即开始现场制作各类应急图件，所有图件都是以震中为图件中心。

3.1 系统特点

系统具有以下特点：

（1）不依赖网络，建立独立的数据库。地震发生时，在震中附近网络很可能会发生故障，从而影响地震应急图的产出速度。该系统为了避免此问题，事先将行政区划、城市、县、镇、居民点位置、高程、人口、地震目录、台站位置等数据录入数据库，地震发生时，只要输入地震参数就能产出应急图件，摆脱了对网络的依赖。

（2）兼容性好、运行速度快，无需辅助软件。该系统在windows系统下均可运行，整个系统仅占600 M硬盘空间，运行时无需安装Mapinfo、ArcGis、Surfer、Word等专业软件，所有功能由系统独立完成，提高了运行速度。

（3）扩展能力强，可以根据需要制作各类专业图件。该系统产出的应急图件都是以震中位置为中心的，可根据震级大小和用户需要产出不同震中距的行政区划图，以及城市、县、镇、居民点、人口分布、地震分布、地震影响场、地震台站等分布图。

3.2 主要功能

系统主要功能如图2所示，包括文件、震中距、影响场、人口分布、灾害评估、周边服务、历史地震等7个菜单。假设黑龙江省牡丹江市林口县2020年5月2日23:14发生MS6.0地震，系统可快速产出如下应急图件。

图2 系统功能Fig.2 System function

3.2.1 震中位置分布图。地震发生后地方政府需要确定震中与主要城市间的距离，以便开展救援。采用2点经纬度计算2点间距离的精确公式（国家地震局地球物理研究所，1978）计算距离，该系统可产出距震中250 km、150 km、50 km范围内，地级市、县级、乡镇级、居民点分布图，图件包括省界、县界、乡镇界、城市、乡镇名，用颜色表示高程，并标注震中到地级市、县、乡镇、居民点的直线距离。图3为以震中经纬度为中心，底图颜色代表各点高程，兰线代表震中到周边地级市的直线距离，如震中到牡丹江市133 km，红线代表附近的断裂带，省界以粗实线表示，县界以细实线表示。

图3 距震中250 km范围内市县分布Fig.3 Distribution of cities and counties within 250 km of Linkou earthquake

3.2.2 地震影响场分布图。地震影响场是指地震发生时，地震能量在震源周围的分布状况，在平面上即在地震震中区周围地震作用的分布状况，可采用理论计算对其进行快速评估，计算参数取自汪素云等（2000），MS＜6.5地震采用椭圆模型产出地震影响场分布图；对于MS≥6.5地震采用线性模型产出地震影响场分布图（孙哲等，2018），同时，根据震级大小产出地震动幅值速度分布图和地震动幅值加速度分布图。图4为假设的林口MS6.0地震的地震影响场，底图颜色表示地震烈度，震中附近烈度为Ⅸ—Ⅹ度，向外递减为 Ⅷ—Ⅵ度。

图4 地震影响场分布Fig.4 Distribution of earthquake influence field of Linkou M 6.0 earthquake

3.2.3 人口密度分布图。人口密度分布图可提供震中附近方圆250 km、150 km、50 km范围内，地级市、县级、乡镇级、居民点等4种人口分布图，并给出震中附近50 km、100 km范围内人口统计结果。图5为假设的林口MS6.0地震震中附近人口分布情况，底图颜色表示人口密度，从图5可清楚看到各居民点人口密度，并可统计出距震中50 km、100 km范围内人口数量。

图5 距震中250km范围内居民人口分布Fig.5 Distribution of residents within 250 km of Linkou earthquake

图6 林口县地震250km范围内历史地震分布Fig.6 Distribution of historical earthquakes within 250 km of the earthquake in Linkou County

3.2.4 历史地震分布图。系统可快速统计距震中250 km、150 km、50 km范围内，地级市、县级、乡镇级、居民点等有记录以来震中附近地震分布情况，以供政府决策部门参考。

3.2.5 地震灾害快速评估。地震发生后政府和公众均需尽快了解地震造成损失的情况，系统可根据事先建好的数据库快速计算震中与省会、所属地级市、县城间的距离，快速计算震中位置最高烈度，对地震灾害作出快速评估，快速统计距震中50 km、100 km范围内人口数量，快速统计距震中250 km、150 km、50 km范围内历史地震情况，快速产出地震评估报告（图7），为应急工作提供依据。

图7 地震灾害快速评估专报Fig.7 Special report on rapid assessment of earthquake disaster

该系统也可提供震中附近医院的等级、床位数及学校的位置、规模、人数等，以方便救援，所有图件都采用A4纸格式制作，所见即为所得，可以直接打印。

4 结束语

地震应急专题图快速产出系统软件属于单机版软件，在地震发生只需输入地震基本参数就能快速输出各类地震应急图件，图件制作速度和质量可满足地震应急工作需求。更重要的是，在专业制图人员缺席的时候，非制图人员也可以利用该软件进行快速出图操作。这使得地震应急专题图制作由以往的专人专机制图，转变为非专人非专机，最大限度地提高了地震应急工作效率，为地震应急救援工作节省了大量时间。该软件在2019年11月26日牡丹江应急管理局与牡丹江地震台联合举行的市内地震应急演练中使用，值班人员根据指挥部命令，输入假定的地震参数后，系统1 min内产出应急图件并发送到指挥部，指挥部根据应急图迅速展开应急部署，监测救援队伍20 min内到达现场，有序开展工作，应急图件为政府决策提供了重要依据。

在系统开发过程中得到牡丹江市应急管理局领导的大力支持，在此表示感谢。