基于Python的地震紧急会商快速出图技术研究

裴东洋 王 磊

（内蒙古自治区地震局，内蒙古呼和浩特 010010）

中国位于亚欧板块，属于地震多发地区。按照中国地震局要求，相关单位需要在震后第一时间快速开展震后紧急会商等工作。考虑到地震的频发性、突发性和应急工作的急迫性，需要开发相应的应急产品自动产出系统，满足地震紧急会商的时效需要。利用Python技术编写地震紧急会商的脚本程序，制定模板化制图件，自动化快速以标准制式出图，助力专家会商及时生成决策，有效地减轻相关科研人员的工作压力。

1 专题图分类

震后快速产出需要的应急图件是地震应急管理最根本的目标，地震应急期需要实时了解震情，地震灾情发展。根据实际情况，及时对地震各种信息情况进行处理。地震专题图基础图件包含震中分布图、行政区划图等。

专家会商时，需要根据不同需要制定不同的专题地图，有助于政府管理者迅速有效制定科学决策，为紧急救助团队及时开展救灾工作提供有力保障。震害专项地图包括震区地形图、震区人口分布情况、建筑物空间分布图等。救援队伍专题图包含交通分布图、学校医院及重点目标分布图等，显示工程建设对地形结构的破坏情况。

随着互联网普及，公众获取信息的方式发生了巨大的变化，微博和微信公众号已成为当下主流的新媒体平台，地震发生后，需要及时向社会公众公布震后基本情况和动态信息，需要制作地震动态图进行宣传教育，媒体社会公众用图也是制图重点。

地震常引发泥石流、山体滑坡、火灾等一系列的次生灾害，具有情况复杂、危害种类多、风险难预料等特点。为应对震后复杂的应急救援情况，使应急救援方案尽可能满足不同的事件类型，防止灾后事故后果扩大，需要多种不同的应急地图种类，以满足地震应急的需要。在四分类基础上，需要根据具体情况调整分类的类目，修改不同的种类。

地震应急专题图分类如图1所示。

图1 地震应急专题图分类

2 地震紧急专题图数据库构建

传统的地震紧急专题地图数据获取，一般需要利用WeGIS的数据库，通过互联网获取当地的应急专题图时，受网络速率影响大，出图效率低，无法保证应急救援工作的快速开展，需要建设独立的应急专题图数据库。

（1）基础数据。

基础数据为矢量数据。

（2）背景底图数据。

主要为经过处理的栅格数据，如卫星影像、高程（DEM）等。

（3）整饰数据。

由边框和文字构成。使用不同的制式对数据库对象进行重新分类，可以有效提升调用速度。基础数据库收录有关行政区域界线、水域、商场、学校、危险源等各种矢量数据和矢量符号。数据按照国际标准制定，符合地图绘制的有关规范和技术标准，或根据有关规范进行少量的调整。

应急专题图数据库基础数据如表1所示。

表1 应急专题图数据库基础数据

对基础数据进行图像配准、几何校正、色彩校正等一系列处理，产生栅格数据载入数据库。整饰数据主要由地图的边框、图例、指南针、要素的符号及注记、比例尺的样式等数据组成，使专题图达到清晰易懂的目的

底图数据类型如表2所示。整饰数据的底图数据类型如表3所示。

表2 基础数据的底图数据类型

表3 整饰数据的底图数据类型

3 地震应急专题图模型构建

3.1 Python介绍

Python具有很多优点，其可以与其他编程语言相结合，相互之间自由转换；语法简洁清晰，空白符具有语句缩进功能；具有庞大的数据库；可以兼容各类软件平台；代码可以方便快捷地移植到其他软件平台上使用；编程语言逻辑简单。

制作地震应急图需要处理庞大和繁杂的数据。使用Python编程语言可以有效地对各流程数据进行快速准确的梳理整合，通过编辑脚本代码，方便快捷地兼容各类应用软件和系统，增加脚本的实用性。Python编程语言逻辑简单易懂，上手简单，系统或程序出现故障时，应急处置人员或检查人员可快速对程序故障进行检查修改，及时解决系统的简单程序性故障，保证系统平稳的长效运行。

3.2 脚本工具设计

使用地理空间数据库调取数据，利用Python编程语言进行脚本工具编程，对已编辑好的程序模板包进行调用，通过编写Python脚本程序，在脚本程序后加入一个快速处理程序，脚本启动时，程序可以快速生成最近一次地震事件的专题图件，在专题图件上加以修改编辑，快速对地震专题图出图。

3.3 专题图模板

利用提前制作好的专题图模板，实现地震专题图快速产出，可以规范制定统一的制图标准、符号等，保证出图质量。专题图模板可以进行定期制作更新，保持模板的实用性、有效性，确保专题图模板能够快速有效发挥作用。

在地震预防与处理工作中，主要使用ArcMap软件制定的专题地图模版，在原GIS地图的基础上，通过叠加专题数据，对各种地震数据加以规范化、符号化，进一步对图纸内容加以修改，生产地震专题图。可以按照专题图生成过程各时段制定应急专题图。

分时段的专题图目录如表4所示。

表4 分时段的专题图目录

3.4 地震模型构建

模型构建器是一个面向对象的科学与计算可视化模型脚本编辑器，使用模型构建器可以有效解决地震应急专题图中庞大的数据量。使用ArsGIS软件内置的开发工具，添加工具包插件，根据操作者的指令将数据高效结合在一起，成为工具集。ArsGIS模块构建器操作简便，工作原理简单，不需要对所有组件进行编写，根据流程将数值、变量结合一起，对模型进行校正，利用迭代器对数值进行处理，实现快速出图。以震区交通图为例，展示模型构建流程。

地震交通专题图数据处理流程如图2所示。

图2 地震交通专题图数据处理流程

3.5 模板快速出图的实现

针对各种类型的专题图模块，通过Python程序编辑不同语言形成的快速出图脚本，简化接口程序。使用Python编程语言将不同需求目录下的mxd格式文件模板，转化为jpg格式文件，快速出图。

基于Python相关快速出图脚本如图3所示。

图3 基于Python相关快速出图脚本

根据经验，可以划分3类应急专题图数据库，利用模型构建器处理不同的数据类型，建立专题模型。在该模型的基础上构建专题图形模块，运行Python脚本程序，实现地图专题图的自动快速出图。

快速出图基本流程如图4所示。

图4 快速出图基本流程

3.6 快速出图的实现

打开后缀为“mxd”的格式文件，利用Python的函数功能，快速导出专题图件，Python编程语言可以进行多线程工作，设定工作线程为8（线程参数设置需要根据电脑CPU的配置功能），提高处理器工作效率，导出分辨率为400 dpi的图片，设定图片的比例，图片导出格式为.jpg，可以快速批量出图。

4 搭建地震紧急会商数据平台

利用Python生产各类地震应急专题图，通过地震紧急会商数据平台上传，将获取的第一手信息和分析结论实时传回地震应急指挥中心，为政府和专家了解灾情、统计决策、提出救援建议提供支持。根据设计制作的模板，实现一键自动生成震情监测和跟踪报告。为地震应急救援提供有力的技术支撑，保障人民生命财产的安全。

利用Python编写语言，结合大数据、人工智能等技术，形成地震灾后数据平台，实时了解地震灾情动态，预判地震灾后的发展走向，为科学开展地震灾后救援工作提供有力支撑。

5 结语

基于Python语言编写脚本程序，能够快速收集地震各种数据，使用提前制作的专用模板，生成统一格式图片，在震后快速完成出图任务，有效提高出图效率，缩短专题图的制图周期。利用Python语言编写自动上传程序，将震后数据资料上传至震紧急会商数据平台，提高会商效率，缩短决策时效，为震后政府和专家应急指挥决策提供有力的技术支持。