基于QGIS 和QT Creator 的應(yīng)急制圖自動(dòng)化研究

孔祥雪，王萬(wàn)寧，孫 藝，張欣然，李雨佳

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

地震災(zāi)害具有突發(fā)性、破壞性大、多次生災(zāi)害和救援難度大等特點(diǎn)，地震救援任務(wù)繁重，快速有效地實(shí)施地震救援對(duì)于減少地震損失至關(guān)重要[1]。為了最大化提升救援效率，應(yīng)急工作人員需第一時(shí)間制作生成輔助決策的報(bào)告文檔和地震應(yīng)急專題圖。其中，地震應(yīng)急專題圖制作成為地震應(yīng)急工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，利用圖件來(lái)表達(dá)信息具有其他方式無(wú)法比擬的優(yōu)越性[2]。在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，應(yīng)急管理部門需要第一時(shí)間繪制地震應(yīng)急專題圖，圖中應(yīng)清晰地顯示災(zāi)區(qū)預(yù)估的人員、房屋等受災(zāi)情況，有助于領(lǐng)導(dǎo)制訂切實(shí)有效的救援方案。同時(shí)對(duì)地震災(zāi)情的破壞范圍和破壞程度進(jìn)行初步估計(jì)，為指揮應(yīng)急救援工作提供輔助依據(jù)[3]。地震應(yīng)急專題圖不僅需要精準(zhǔn)地展示震中位置，還應(yīng)包含主要城市距離以及地震影響范圍內(nèi)的交通、學(xué)校、水庫(kù)和醫(yī)院等專題信息，具有及時(shí)、直觀、易讀和信息量大等優(yōu)勢(shì)，在指揮人員拿到圖件后能夠快速得到需要的信息，在輔助決策過(guò)程中發(fā)揮著十分重要的作用，因此相比之下，突出應(yīng)急專題圖的易讀性比美觀性更重要，同時(shí)也對(duì)快速化產(chǎn)出專題地圖提出新的要求。

目前，遼寧省地震應(yīng)急專題圖通常使用ARCGIS 或MAPINFO 軟件制作，調(diào)用各種矢量數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)快速出圖，但是這種出圖方式對(duì)制圖人員的專業(yè)要求較高，需要制圖人員具有一定的地理基礎(chǔ)知識(shí)并且熟悉相關(guān)出圖軟件。同時(shí)為了使應(yīng)急專題圖能夠快速產(chǎn)出，地震發(fā)生初期需要盡快了解震區(qū)相關(guān)情況，但不同軟件之間還需要中間數(shù)據(jù)傳遞，整體操作流程比較繁瑣，體現(xiàn)不出應(yīng)急專題圖的及時(shí)性。

為了達(dá)到國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)，將開源GIS 軟件作為選擇之一。近年來(lái)出現(xiàn)了一系列的開源GIS 軟件，一些研究人員在很多領(lǐng)域都開始使用開源GIS 軟件，例如國(guó)土、測(cè)繪、電力和氣象等多領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 Qt Creator 軟件綜述

Qt Creator 是一個(gè)用于Qt（應(yīng)用程序開發(fā)框架）開發(fā)的輕量級(jí)跨平臺(tái)集成開發(fā)環(huán)境（IDE），該軟件功能十分強(qiáng)大。Qt Creator 較其他編程軟件有2 個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）第一次接觸該軟件的開發(fā)人員能快速上手；（2）Qt Creator 的集成開發(fā)環(huán)境專為支持跨平臺(tái)開發(fā)而設(shè)計(jì)?？缙脚_(tái)集成開發(fā)環(huán)境Qt Creator 3.1.0 于2014 年4 月正式發(fā)布。Qt Creator有以下3 個(gè)特點(diǎn)。

（1）使用強(qiáng)大的C++代碼編輯器快速編寫代碼。

（2）使用瀏覽工具管理源代碼。

（3）為Qt 跨平臺(tái)開發(fā)人員的需求而量身定制。

2 專題圖程序?qū)崿F(xiàn)

2.1 地震應(yīng)急專題圖需求分析

根據(jù)《破壞性地震應(yīng)急專題地圖產(chǎn)出流程與制作規(guī)范（試行）》等相關(guān)行業(yè)規(guī)范，并分析總結(jié)歷次地震應(yīng)急經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多名專家研究制定了遼寧省地震應(yīng)急專題圖的產(chǎn)品目錄，見表1。地震應(yīng)急專題圖主要包含震中位置圖、地震影響估計(jì)范圍分布圖、震區(qū)歷史地震分布圖、震區(qū)水庫(kù)分布圖、余震分布圖、震中與主要城市距離分布圖、震區(qū)交通分布圖、震區(qū)學(xué)校分布圖、震區(qū)醫(yī)院分布圖、震區(qū)潛在地震災(zāi)害分布圖、震區(qū)危險(xiǎn)源分布圖、震區(qū)烈度區(qū)劃圖、震區(qū)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖、震區(qū)GDP圖、震區(qū)人口分布圖、災(zāi)情信息分布圖和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查點(diǎn)分布圖等。根據(jù)震級(jí)大小，設(shè)計(jì)了A3-A0 不同幅面大小的專題圖。

表1 遼寧省地震應(yīng)急專題圖產(chǎn)品目錄

2.2 技術(shù)框架設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)急專題圖的要求，地震應(yīng)急專題圖制圖標(biāo)準(zhǔn)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、專題地圖數(shù)據(jù)和地圖整體配置設(shè)計(jì)等部分。地圖整體配置設(shè)計(jì)包括對(duì)圖名、編制單位、編制人員和編制時(shí)間等字體設(shè)置；圖例、比例尺和指北針等放置位置。根據(jù)上述制圖標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖

2.3 編寫程序

根據(jù)設(shè)計(jì)的流程圖，利用MapBasic 編程根據(jù)輸入的地震三要素自動(dòng)生成震中位置和影響范圍數(shù)據(jù)。遼寧省采用的是以下烈度衰減公式來(lái)估算地震的影響范圍。

MapBasic 軟件制作震中和烈度圈數(shù)據(jù)，再通過(guò)Map－Info 通用轉(zhuǎn)換器功能將tab 格式轉(zhuǎn)換成shp 格式。根據(jù)制作的震中位置和影響范圍數(shù)據(jù)，在Qt Creator 中通過(guò)QgsVectorLayer 類添加矢量圖層文件。通過(guò)QgsSvgMarkerSymbolLayer 類渲染點(diǎn)圖層符號(hào)樣式，QgsSimpleLineSymbolLayer 類渲染線圖層符號(hào)樣式和QgsSimpleFill－SymbolLayer 類渲染面圖層符號(hào)樣式。其中，點(diǎn)數(shù)據(jù)的標(biāo)注顯示通過(guò)QgsPalLayerSettings 類完成。將所有渲染好的圖層通過(guò)addMapLayer 函數(shù)添加到該工程中。自動(dòng)調(diào)整專題圖顯示范圍和顯示中心，專題圖名根據(jù)地震參數(shù)中的震中位置和震級(jí)大小生成，名稱為“震中位置+震級(jí)+‘級(jí)地震’+主要矢量圖層名”。通過(guò)QgsLayoutItemMap－Grid 類設(shè)置專題圖上的公里格網(wǎng)。最后輸出地圖采用exporter.exportTmImage 函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

3 測(cè)試與運(yùn)行

以該軟件模擬觸發(fā)2021 年4 月11 日16 時(shí)5 分遼寧省遼陽(yáng)市宏偉區(qū)（北緯41.22°，東經(jīng)123.2°）6.5 級(jí)地震為例。打開專題圖制作軟件，點(diǎn)擊選擇需要制作的專題圖，程序會(huì)自動(dòng)調(diào)用震中、地震影響場(chǎng)數(shù)據(jù)，根據(jù)代碼對(duì)地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染，并進(jìn)行圖幅整飾，在相應(yīng)位置添加圖名、制圖時(shí)間。全過(guò)程自動(dòng)完成，減少了不必要的人工干預(yù)，一幅專題圖測(cè)試平均用時(shí)20 s。軟件產(chǎn)出的地震影響場(chǎng)估計(jì)范圍分布圖和震區(qū)學(xué)校分布圖，如圖2、圖3 所示。與手動(dòng)繪制的專題圖相比較，專題圖在質(zhì)量方面相差不大，但在速度方面有很大的提高。符合指揮者們對(duì)專題圖的快速、高效的要求。

圖2 遼寧宏偉區(qū)M6.5 級(jí)地震地震場(chǎng)影響估計(jì)范圍分布圖

圖3 遼寧宏偉區(qū)M6.5 級(jí)地震震區(qū)學(xué)校分布圖

4 結(jié)論

繪制地震應(yīng)急專題圖是在地震發(fā)生后抗震救災(zāi)工作的重要內(nèi)容之一，通過(guò)自動(dòng)化的技術(shù)手段繪制地震應(yīng)急專題圖對(duì)于優(yōu)化震后抗震救災(zāi)工作起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)上述研究表明，基于Qt Creator 編寫程序，能夠自動(dòng)讀取地震三要素、烈度圈信息和主要城市距離等數(shù)據(jù)信息，并調(diào)用相應(yīng)代碼，能夠在震后幾分鐘之內(nèi)繪制出清晰直觀的震中位置圖、影響范圍圖和震區(qū)交通圖等矢量化地震應(yīng)急專題圖，完成專題圖快速的出圖任務(wù)，極大地提高了工作效率，省去了人機(jī)交互過(guò)程，使非GIS 專業(yè)人員能快速地制作出滿足要求的地震應(yīng)急專題地圖，縮短了制圖周期，為政府進(jìn)行抗震救災(zāi)、地震現(xiàn)場(chǎng)工作及災(zāi)害評(píng)估工作等提供重要的依據(jù)。