甘肅省地震應急專題圖的設計與實現(xiàn)①

甘肅省地震應急專題圖的設計與實現(xiàn)①

通信作者：韓曉明(1980-)，男(漢族)，高級工程師，主要從事測震學和地震應急工作。E-mail：hxmpower@126.com。

陳文凱1， 孫艷萍1， 周中紅1， 何少林1， 韓曉明2

(1.中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000; 2.內蒙古自治區(qū)地震局，內蒙古 呼和浩特 010010)

摘要：地震應急期間，標準清晰的專題圖因其快速、直觀、信息量大等優(yōu)點，能及時有效地提供災區(qū)基本情況和災情信息，在地震災害應急指揮及救援管理中發(fā)揮著重要作用。地震應急圖件的制作流程涉及基礎數據的處理、總體設計、符號設計、制圖綜合、打印出圖等多個環(huán)節(jié)，甘肅省地震應急專題圖存在應急圖件制作不規(guī)范、產品產出時效性不高的問題。通過不同比例尺數據庫的建立、地震應急專題圖和產品目錄的設計、專題圖模板的制作、本地化快速出圖軟件的部署，使震后應急期間各類專題圖件產出快速、標準化、產品化，使甘肅省地震應急快速制圖的能力和水平得到提升。

關鍵詞：甘肅??； 地震應急； 專題圖

收稿日期：①2014-11-27

基金項目：中國地震局蘭州地震研究所地震科技發(fā)展

作者簡介：陳文凱(1983-)，男(漢族)，青海民和人，副研究員，主要從事遙感和GIS技術應用研究。

中圖分類號:P283.1文獻標志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2015.03.0884

Design and Implementation of Earthquake Emergency

Thematic Map of Gansu Province

CHEN Wen-kai1, SUN Yan-ping1, ZHOU Zhong-hong1, HE Shao-lin1, HAN Xiao-ming2

(1.LanzhouInstituteofSeismology,CEA,Lanzhou730000,Gansu，China;

2.EarthquakeAdministrationofInnerMongoliaAutonomousRegion,Hohhot010010,InnerMongolia，China)

Abstract：An earthquake emergency thematic map highlights and, as exactly and in as much detail as possible, displays one or more thematic elements in an earthquake-stricken area. Compared with an ordinary map, an earthquake emergency thematic map shows not only the current status and distribution of various elements of the earthquake area but also illustrates the dynamic change and development laws of various elements during the earthquake emergency rescue such as the dynamic changes of relief efforts after the earthquake, the distribution of relief supplies, and changes in the geological disasters. Earthquake emergency thematic maps includes maps of the earthquake, population, economy, traffic, housing estates, schools, hospitals, and geological hazards. During an earthquake emergency rescue, the earthquake emergency thematic map acts as an important output that allows an earthquake emergency office to respond effectively. It serves as one of the main basic maps to aid the government to take control and make decisions playing an important role in earthquake emergency rescue operations. A standardized and clear thematic map plays an important role in earthquake emergency command and rescue management providing timely and effective basic and disaster-related information. Its advantages are in providing rapid, visual, and large quantities of data. The computer mapping process of the earthquake emergency map involves basic data processing, overall and symbol designing, cartographic generalization, and map printing. In Gansu province, the available earthquake emergency maps were not standardized resulting in no timely output. In this study, we first classified, sorted, and preprocessed data from the earthquake emergency basic database of Gansu province (data transformation, topology error check, attribution edit, and others). Next, using the earthquake emergency thematic map concept as the basis, we built databases of different scales (50 000), drew 16 thematic maps, and designed a product catalog in accordance with actual seismic demand. Then, we drew the Gansu province thematic map by region and divided the template into eight different magnitudes according to the seismic intensity attenuation relationships in Gansu province. Finally, we used fast-drawing software to rapidly output earthquake emergency thematic map drawings of local areas. As such, the standardization and production of thematic maps in our province will serve to promote the region’s capacity and computer response speed in earthquake emergency mapping. In this study, we describe the design and implementation of the earthquake emergency thematic map of Gansu province. The clarity of expression regarding different earthquake magnitudes remains a problem in generating automatic thematic maps. In the future, we will explore ways to adjust the format size of maps and display the content during the automatic drawing process. This will make the content produced in thematic maps more specific to the actual needs of the earthquake emergency. In addition, with the rapid development of computer graphics technology, the product catalog of the earthquake emergency thematic map must be continuallyrevisedregarding symbol design modifications and display effects as well as to produce a more attractive, information-rich display on the thematic map template.

Key words： Gansu province; earthquake emergency; thematic map

0引言

地震應急專題圖是指突出而盡可能完善、詳盡地顯示地震災區(qū)的一種或幾種地震專題要素的地圖。與普通地圖相比，專題圖不僅可以表示地震災區(qū)各種要素的現(xiàn)狀及其分布，而且能夠表示地震應急救援過程中各種要素的動態(tài)變化和發(fā)展規(guī)律，如地震后救援力量動態(tài)變化、救災物資分布、地質災害變化等[1]。地震應急專題圖件主要包括地震影響范圍、人口、經濟、交通、居民點、學校、醫(yī)院、地質災害等分布圖。應急專題圖件作為地震應急部門應對地震事件的重要產出產品，是政府部門實施應急指揮決策的主要基礎圖件資料之一，在地震應急救援過程中發(fā)揮著重要的資料保障作用。專題地圖既可以作為地震災難準備和響應系統(tǒng)所需的集成核心，也可以作為便攜的、觸手可及的空間信息的來源使用。地震應急期間，標準清晰的專題圖能提供及時有效的災區(qū)基本情況、災情信息及災情發(fā)展態(tài)勢，在災害應急管理中發(fā)揮著重要作用。

ArcGIS是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所(Environment System Research Institute, ESRI)開發(fā)的GIS軟件，是目前世界上應用廣泛的GIS軟件之一。目前國內外有關利用GIS制作專題圖的論文著作已經很多[2-5]，技術也已經很純熟，但針對區(qū)域地震應急專題圖的制作，如甘肅省地震應急專題圖的制作的專題圖產出內容、數據處理優(yōu)化和制圖優(yōu)化等方面的研究還未見報道。地震應急圖件的制作流程涉及基礎數據的處理、總體設計、符號設計、色彩設計、制圖綜合、打印出圖等多個環(huán)節(jié)，工作量較大。目前甘肅省地震應急圖件的制作不規(guī)范、圖件內容表達模糊、產品產出時效性不高，難以滿足地震應急救援的需求，因此對甘肅省地震應急專題圖進行系統(tǒng)設計，規(guī)范其制作，顯得十分必要。

1研究區(qū)概況與制圖數據

據歷史資料統(tǒng)計，甘肅省是我國地震活動頻繁的省份之一，地震活動水平位居我國前列，歷史上發(fā)生過多次破壞性地震，這些地震導致甘肅省遭受了嚴重的人員傷亡和經濟損失[6]。近幾年甘肅省及周邊地區(qū)地震(2008年汶川8.0級地震、2011年甘肅文縣與四川青川縣交界5.4級地震、2012年5月3日的甘肅金塔縣與內蒙古阿拉善盟交界5.4級地震、2013年岷縣漳縣6.6級地震、2013年青海門源縣與甘肅肅南裕固族自治縣交界5.1級地震)發(fā)生頻率明顯提高。隨著地區(qū)經濟的快速發(fā)展，地震災害對甘肅省社會經濟影響逐步增大。

甘肅省地震應急專題圖制圖數據來源為1∶50 000甘肅省空間矢量數據、ASTER GDEM數據(空間分辨率30 m)、1∶250 000中國空間矢量數據、全國范圍的ETM遙感影像數據(空間分辨率為15 m)、地質災害、歷史地震、活動斷裂、學校、醫(yī)院、抗震設防烈度及甘肅省人口、經濟等屬性數據。其中空間矢量包括各級行政區(qū)劃(省、區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn))、居民點(各級政府駐地，包括市州、區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn))、河流、道路等矢量數據，甘肅省范圍的居民點矢量數據為行政村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、區(qū)縣、市州四級駐地。

2數據預處理

在數據不斷豐富的今天，如何充分利用已有數據為相關政府部門及公眾提供空間信息服務是我們目前面臨的重要問題。尤其是針對地震災害應急期間政府相關部門對災區(qū)人口、經濟、地形地貌等各種數據的需求，需要充分挖掘地震應急數據庫中的空間矢量數據、遙感影像數據、人口、經濟、建筑物等數據，為防震減災提供可靠的信息產出。

研究地震專題圖內容的選取和分類，以突出主題要素，規(guī)范化信息數據，滿足救援工作的專業(yè)需要；快速制圖技術的研究目的在于提高專題地圖成圖以及數據實時更新的速度，使得決策者能夠及時掌握實時的災情信息。本文緊跟實際地震應急需求，根據相應的專題數據和指標，采用一定的算法對空間要素進行分類分級，并以一定的分類分級符號進行可視化展示，從而使政府決策者能夠以直觀的形式了解地震震區(qū)中某專題的空間分布、定性和定量特征，為政府決策提供科學輔助作用。

地震應急專題圖跟普通專題圖一樣都是對空間位置和屬性數據進行數據處理并符號化的過程，其核心技術在于數據的預處理、要素表達方法的選擇和符號的設計以及專題圖的整體設計*中國地震局.破壞性地震應急專題地圖產出流程與制作規(guī)范(試行)[中震救災[2011]69號.2011.。

首先根據數據比例尺和來源不同進行分類，專題圖涉及的數據分為3類，空間矢量數據為甘肅省范圍的1∶50 000數據、中國范圍內1∶250 000數據；柵格數據為中國范圍內的ETM影像(空間分辨率15 m)、甘肅及其鄰近區(qū)域內ASTER GDEM數據(空間分辨率30 m)；屬性數據為甘肅省范圍的人口、經濟等數據。

空間矢量數據根據制圖需求進行預處理，一般是將甘肅省行政區(qū)劃(市州、區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn))進行逐級矢量編輯，使這三個行政區(qū)劃邊界完全重合，但這種處理需要花費大量的時間，工作量較大，且邊界不容易完全重合。本文中采用的方法是根據最小行政區(qū)劃的合并來得到上一級的行政區(qū)劃邊界，如利用最新的鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界，根據區(qū)縣所轄鄉(xiāng)鎮(zhèn)，合并鄉(xiāng)鎮(zhèn)界得到區(qū)縣界，依次類推，可以得到市州、甘肅省行政區(qū)劃邊界。得到的上一級的行政區(qū)劃邊界與下一級行政區(qū)劃邊界完全重合，且工作量比修改原有的市州、區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政界大為減小，可大大節(jié)省矢量數據處理時間。

全國1∶250 000行政區(qū)劃邊界依據最新的甘肅省行政區(qū)劃邊界修改，即以甘肅省行政區(qū)劃邊界為標準，修改已有的全國1∶250 000行政區(qū)劃中與甘肅省接壤的其他省份的邊界(新疆、青海、四川、陜西、寧夏、內蒙古)，從而使制作的專題圖件顯示鄰近區(qū)域時，其邊界完全重合。

將市州、區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村居民地合并到一個圖層中，在屬性表中按照行政駐地級別進行分類，如表1所示。在數據入庫前對空間矢量數據的屬性表進行符號化控制，并將符號化名稱寫入空間數據存儲表中，這樣在顯示要素時直接根據對應的符號名繪制符號，在地圖編輯過程中還可以單獨修改某一個要素的符號[3]。利用同樣的方法對數據庫中的行政區(qū)劃、道路、河流等進行類似的符號化設計，使地震應急專題圖中各類要素以不同的符號顯示，且改變符號時不用修改數據。

表 1　居民點地名屬性表符號化

3地震應急專題圖的設計與實現(xiàn)

3.1專題圖設計

(1) 符號設計

地圖中的符號是地圖語言中最主要和最基本的部分。在地圖中表達不同的物體和現(xiàn)象就必須設計眾多相應的圖像符號，才能較好地表達各種地物。本文對居民點、交通、水系等基礎矢量數據和一般專題要素(如水庫、學校、醫(yī)院)參照地理信息公共服務平臺電子地圖數據規(guī)范[9]中的矢量地圖符號與注記進行符號設計，但符號大小則根據出圖的幅面大小進行適當調整，使地震應急專題圖中底圖要素的符號更加規(guī)范與美觀。而對地震行業(yè)特有的專題要素如地震、地質災害、抗震設防烈度等參照地震行業(yè)規(guī)范進行符號設計，如對地震區(qū)劃專題圖中烈度的顏色和符號參照中國烈度區(qū)劃圖中的顏色和符號來設計。

(2) 整飾設計

為了能夠快速打印、攜帶方便，地震應急專題圖一般設計成A3幅面，而對于特別重大的地震災害(MS≥7.0)則設計A3、A1、A0三種幅面專題圖；為了使制作的專題圖件更加規(guī)范、統(tǒng)一，對專題圖的圖名、比例尺、指北針、圖例、圖框、說明文字等進行統(tǒng)一設計，如圖1所示。圖名字體為華文中宋40號加粗，圖例字體為宋體12號，說明文字為宋體16號加粗(說明專題圖制作單位及制作時間)，比例尺采用線段式比例尺(以便野外調查時可以根據地圖量算實際距離)。專題圖中的文字則根據實際比例尺顯示效果進行相應的縮小放大，如震級越大，顯示比例尺越小，文字顯示越小，字號設置越大。

圖1　統(tǒng)一設計的地震應急專題圖 Fig.1　The unified earthquake emergency thematic map

3.2專題圖產品目錄

實際地震應急專題圖需求為：準確顯示災情位置信息,明確表示地震影響范圍、地震災區(qū)基本情況(人口密度、居民點、交通、水庫、學校、醫(yī)院、地質災害等)。為了能夠更好地給政府決策者提供簡單、有效的地震災區(qū)基本情況，設計的地震應急專題圖主要包括：震中位置分布圖、地震影響范圍分布圖、震區(qū)居民點分布圖、地震應急救援圖、震區(qū)地質災害分布圖、震區(qū)烈度區(qū)劃分布圖、震中地形圖、歷史地震分布圖、水庫分布圖、學校分布圖、醫(yī)院分布圖、遙感影像圖等。專題圖中底圖要素與地震震級有關，地震震級越大，地震影響范圍越大，地圖顯示比例尺越小，固定的地圖幅面中所顯示的要素則越少。這里以6.0～6.4級地震為例，對A3幅面的地震應急專題圖目錄及專題內容進行介紹，具體內容如表2所示。

地震震中是應急救援行動首先需要確定的要素。震中位置分布圖是為了準確顯示地震震中位置信息，明確需要救援人員所處的地理位置信息，圖中只顯示極震區(qū)的行政村(數百平方千米)，使政府決策者能夠第一時間能夠準確知道震中位置所在地區(qū)的行政區(qū)劃及居民點分布情況，因此圖中居民點顯示為市州、區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村(自然村)駐地四級，專題要素為地震震中位置。震區(qū)交通分布圖顯示地震震區(qū)范圍內的所有交通情況，如鐵路、公路(國道、高速、省道、縣道等)的分布情況，為開展地震應急救援提供交通方面的資料支持。震區(qū)交通分布圖為了更清晰有效地表示交通情況，又可以分為系列專題圖，第一幅為所有地震影響范圍區(qū)域(Ⅵ度區(qū)，只顯示主要的道路，如國道、高速、省道)、第二幅為較高烈度區(qū)范圍(Ⅶ度區(qū)，顯示主要道路和次要道路)、第三幅為極震區(qū)范圍(Ⅷ度區(qū)，顯示所有道路)、直至最高烈度區(qū)域。震區(qū)道路分布專題圖可以引導救援隊伍開展救援工作，指導地震現(xiàn)場工作隊在地震現(xiàn)場開展災情調查工作。

表 2　地震應急專題圖目錄

說明：表中二級和三級行政區(qū)劃分別指省、區(qū)縣和省、區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃；二級、三級和四級居民點分別指市州、區(qū)縣駐地，市州、區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地和市州、區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村駐地。

3.3專題圖模板

甘肅省地震應急專題圖模板分地區(qū)(分地區(qū)本質上是底圖中的居民點分布不均勻，在專題圖中為了能夠清晰地顯示專題要素，所以分為不同地區(qū)；在本文中為了實現(xiàn)簡單，以蘭州為界，分為河東、河西地區(qū))，分震級(因不同震級的地震，其影響范圍不同，專題圖幅面在一定情況下顯示的比例尺不同)進行制作。該專題圖模板的震級具體分為4.9級以下、5.0～5.4級、5.5～5.9級、6.0～6.4級、6.5～6.9級、7.0～7.4級、7.5～7.9級、8.0級以上8個震級檔，采用甘肅省烈度衰減公式[9]來估算地震的影響范圍：

Ia=4.864+1.464M-1.783ln(Ra+22)

Ib=3.032+1.321M-1.343ln(Rb+9)

根據上述烈度衰減公式，計算每一個震級檔在A3幅面上顯示的比例尺，具體制圖比例尺如表3所示。不同震級檔的專題圖模板采用計算出的相應比例尺，從而使制圖顯示清晰，且能夠顯示地震影響范圍內的所有專題要素。制作其他幅面時也可以通過該方法獲取合適的地圖比例尺。這8個震級檔中1～4在A3幅面上顯示效果較好，只制作A3幅面的專題圖模板就可滿足要求；而6.5～6.9級、7.0～7.4級地震需制作A1幅面精細顯示專題內容，因此同時制作了A1和A3幅面2種地圖模板；7.5級及以上的震級檔在A3幅面上顯示較粗略，因此在實際專題圖模板中7.5級及以上地震制作A0、A1、A3幅面的專題圖模板，使不同幅面上顯示信息詳細程度不同，只顯示較高烈度區(qū)范圍(Ⅶ度及Ⅶ度以上)，對于7.4級以上地震制作A1幅面或A0幅面的專題圖來顯示全部地震影響范圍。

甘肅省地震應急專題圖模板按照8個震級檔、2個地區(qū)、A3幅面制作16幅專題圖，6.5～6.9級、7.0～7.4級地震還需制作A1幅面專題圖；7.5～7.9級、8.0級以上制作了A0、A1、A3幅面的地圖模板。制作好的專題圖件基本滿足實際地震應急需求，在2013年岷縣漳縣6.6級地震應急中發(fā)揮了良好的作用。在實際地震后也可根據修改的地震影響范圍[10]和需求在統(tǒng)一設計好的模板上修改制定應急期間的一些專題圖模板，如救援路線圖、人口密度分布圖、應急救援隊伍分布圖、醫(yī)療隊伍分布圖等，從而使制作的專題圖具有快速、規(guī)范、表達內容清晰等特點。

表 3　不同震級檔專題圖制圖比例尺

說明：表中7～8項中加黑的制圖比例尺表示為專題圖制圖范圍是Ⅶ度及以上烈度區(qū)域。

3.4快速出圖

采用陜西省地震局地震應急中心開發(fā)的地震專題圖制圖系統(tǒng)，可以通過給定地震三要素(時間、地點、震級)，調用已經制定好的不同震級的地圖模板快速生成地震應急專題圖。因專題圖模板已經制作好，快速出圖時工作人員無需掌握復雜的ArcGIS軟件，只需熟悉專題制圖系統(tǒng)軟件即可，而該軟件具有良好的人機交互界面，操作簡單。

該軟件中需要預先設定好本地地震烈度衰減公式、專題圖所需的地圖模板，對專題圖模板的數量無要求，對專題圖種類也無具體要求，理論上只要預先制定好不同震級的專題圖模板，在接收到地震短信后啟動出圖軟件，15分鐘之內(時間會隨出圖數量有所變化)就能產出地震應急所需的各類專題圖件，并快速打印輸出，提供給各級領導。

4結論與討論

針對地震應急實際需求，完成對地震應急基礎數據的預處理、不同比例尺(1∶50 000和1∶250 000)數據庫建設、專題圖設計，使產出的地震應急專題圖件更加規(guī)范，圖件所表達的信息具有直觀、信息量大、標準清晰等特點，使得對專業(yè)制圖軟件不熟悉的地震應急工作人員能夠輕松制作完成應急專題圖件，不需要專門學習GIS制圖軟件。通過對地震應急專題圖和產品目錄的設計、專題圖模板的制作、本地化快速出圖軟件的部署，使甘肅省震后應急期間各類專題圖件產出快速、標準化、產品化，提升了該省地震應急快速制圖的能力和水平。

甘肅省地震應急專題圖的設計與實現(xiàn)中還存在自動制作的專題圖在不同震級的地震中表達的內容還不太清晰，比如震級較小的地震因理論計算的影響范圍較小，專題圖幅面過小，圖件上表達的信息太少，尤其是甘南地區(qū)和河西地區(qū)。下一步要探索在自動制圖中如何調整地圖幅面大小和顯示內容，使制作的專題圖件在內容表達上能夠滿足實際地震應急需求。另外隨著計算機制圖技術的快速發(fā)展，地震應急專題圖產品目錄還需不斷修改完善，如修改符號設計和顯示效果，修改制作更加美觀、信息顯示更加豐富的相關專題圖模板。

致謝：感謝陜西省地震局地震應急中心免費提供的快速出圖軟件！感謝陜西省地震局孫哲工程師在專題圖制作方面提供的無私幫助！

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