基于“天地圖”的地震專題圖自動(dòng)出圖技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)——以陜西省為例1

孫哲趙曦賈寧（陜西省地震應(yīng)急中心，西安 710069）

基于“天地圖”的地震專題圖自動(dòng)出圖技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)——以陜西省為例1

孫哲趙曦賈寧
（陜西省地震應(yīng)急中心，西安 710069）

孫哲，趙曦，賈寧，2016.基于“天地圖”的地震專題圖自動(dòng)出圖技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)——以陜西省為例.震災(zāi)防御技術(shù)，11（2）：396—402.doi：10.11899/zzfy20160223

結(jié)合地震應(yīng)急中對專題圖產(chǎn)出的要求，研究“天地圖-陜西”的切片方式和服務(wù)方式，在ArcGIS中實(shí)現(xiàn)了天地圖瓦片數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)相結(jié)合。通過研究數(shù)據(jù)庫監(jiān)聽技術(shù)、基于Python語言和ArcPy包的出圖技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地震三要素的自動(dòng)獲取和影響場產(chǎn)出，并最終實(shí)現(xiàn)了基于天地圖數(shù)據(jù)的地震專題圖自動(dòng)產(chǎn)出，完全無需人工操作，提高了專題圖出圖效率。

ArcPy天地圖地震專題圖

引言

地震作為一種突發(fā)事件具有影響范圍廣、破壞性大、災(zāi)害信息復(fù)雜、災(zāi)害種類多樣及救援難度大的特點(diǎn)（魏艷旭等，2014），因此當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，人們往往希望盡可能多地掌握震區(qū)人口、經(jīng)濟(jì)等情況，為隨后地震應(yīng)急救援工作的開展提供準(zhǔn)確和全面的參考。地震專題圖件因其直觀、信息量大的優(yōu)點(diǎn)，能及時(shí)有效地提供各類信息，在地震應(yīng)急救援工作中發(fā)揮著重要作用（李金香等，2013）。尤其是根據(jù)地震參數(shù)采用適合震區(qū)的地震烈度衰減關(guān)系繪制成的地震影響范圍圖，為第一時(shí)間對災(zāi)區(qū)的影響范圍和傷亡損失作出初步的評估提供了重要支撐（和朝霞等，2013），因此研究如何在地震發(fā)生后最短時(shí)間內(nèi)快速有效地產(chǎn)出地震專題圖具有重要意義。

目前普遍采用的專題圖出圖的方式有兩種，一種是通過ArcMap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)知識并且熟悉相關(guān)出圖軟件，同時(shí)地震發(fā)生初期需要盡快了解震區(qū)相關(guān)情況，因此要求專題圖的產(chǎn)出盡可能快速，而人工出圖需要較長的時(shí)間制作專題圖，無法滿足快速出圖的要求。另一種是基于瀏覽器調(diào)用網(wǎng)絡(luò)地圖（例如Google等）并在此基礎(chǔ)上產(chǎn)出專題圖，這種方式提供了豐富的地理信息，更利于專題圖的產(chǎn)出，但是這種方式產(chǎn)出的專題圖在比例尺、圖例、符號化等圖面整飾方面有諸多的限制，同時(shí)還依賴于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。以上兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，使用時(shí)也各受其限。為此，本文開發(fā)出一種出圖方式以解決以上兩種方式的限制，并通過使用公共地圖擺脫保密數(shù)據(jù)限制的同時(shí)，再通過實(shí)現(xiàn)自動(dòng)整飾、三要素自動(dòng)獲取等技術(shù)減少人工干預(yù)，在滿足地震應(yīng)急需求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)地震專題圖的自動(dòng)出圖，提高了專題圖的產(chǎn)出效率和出圖速度。

1　天地圖概述

2011年國家地理信息公共服務(wù)平臺——“天地圖”正式上線。“天地圖”是基于互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)地理信息服務(wù)網(wǎng)站，集成了海量基礎(chǔ)地理信息資源（陳鑫祥等，2013）。“天地圖”在服務(wù)器端采用金字塔式的瓦片存儲方式，將地圖按照不同級別切分為相同大小的切片，對相同級別的切片按照行列號規(guī)則統(tǒng)一存儲（圖1）（牛瑩等，2014）。

2013年陜西地震局與陜西地理信息中心簽署協(xié)議，在陜西地震局部署了“天地圖-陜西”地圖服務(wù)。“天地圖-陜西”地圖服務(wù)分為切片服務(wù)和實(shí)體服務(wù)兩類，切片服務(wù)每一層級按照不同的比例尺存放，由上到下比例尺越來越大，最終構(gòu)成金字塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行切片組織和管理。每個(gè)切片都有對應(yīng)行列值編號，系統(tǒng)通過調(diào)用相應(yīng)編號來訪問對應(yīng)的切片。實(shí)體服務(wù)分為行政區(qū)劃、交通、POI（興趣點(diǎn)）等服務(wù)。通過將這些服務(wù)與陜西地震局收集到的相關(guān)地理要素進(jìn)行關(guān)聯(lián)和匹配，建立地震應(yīng)急專題要素?cái)?shù)據(jù)庫，為地震專題圖的產(chǎn)出提供非涉密的數(shù)據(jù)支撐。

圖1　天地圖切片組織結(jié)構(gòu)Fig.1　The organization structure of TianDiTu（Map World）tiles

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文涉及的專題圖自動(dòng)出圖系統(tǒng)基于MyEclipse平臺，系統(tǒng)分為3個(gè)組成部分：數(shù)據(jù)庫采用Oracle11g，數(shù)據(jù)庫監(jiān)聽采用Java語言實(shí)現(xiàn)，出圖腳本采用Python腳本語言和ArcPy包構(gòu)建。

2.1ArcPy語言簡介

ArcPy是ESRI公司從ArcGIS10開始發(fā)布的基于Python腳本語言的站點(diǎn)包，目的是為以實(shí)用高效的方式通過Python執(zhí)行地理數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)管理和地圖自動(dòng)化產(chǎn)出等功能。ArcPy集成了Python的特點(diǎn)：易于跨平臺操作、占有資源較少、速度快，在自動(dòng)產(chǎn)出、快速生成方面具有較大優(yōu)勢（周津津等，2014），因此本文用Python語言構(gòu)建設(shè)計(jì)專題圖自動(dòng)出圖系統(tǒng)，可縮短出圖時(shí)間以滿足地震應(yīng)急的需求。

2.2技術(shù)路線

地震發(fā)生后，陜西省地震局臺網(wǎng)中心在進(jìn)行地震速報(bào)的同時(shí)，將速報(bào)結(jié)果寫入到地震速報(bào)信息中轉(zhuǎn)表中。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫監(jiān)聽技術(shù)定時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫中的記錄，當(dāng)發(fā)現(xiàn)一條新紀(jì)錄后觸發(fā)出圖腳本。腳本被觸發(fā)后從數(shù)據(jù)庫中讀取地震三要素，首先根據(jù)地震位置進(jìn)行是否需要生成地震影響場的判斷，并確定相關(guān)影響場參數(shù)后生成地震影響場和震中。其次再按照地震位置調(diào)用省內(nèi)、全國和全球不同專題圖模板，對圖名、比例尺、出圖范圍等要素進(jìn)行修改整合后，導(dǎo)出專題圖完成出圖，并上傳產(chǎn)出圖件至共享FTP用于分發(fā)使用（圖2）。

圖2　系統(tǒng)技術(shù)路線圖Fig.2　Technical route in the system

2.3系統(tǒng)平臺構(gòu)建

系統(tǒng)編程基于MyEclipse平臺，數(shù)據(jù)庫使用Oracle11g，GIS平臺使用ArcGIS軟件。數(shù)據(jù)庫監(jiān)聽基于Java語言通過TimerTask函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)出圖使用Python腳本語言編寫，影響場的生成、專題圖整飾、專題圖產(chǎn)出等GIS功能通過調(diào)用ArcPy包進(jìn)行二次開發(fā)完成，通過cx_Oracle插件的調(diào)用實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問和操作，產(chǎn)出的專題圖通過Commnos包上傳至共享FTP。

3　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1模板分類

因?yàn)榈卣鹫鸺壊煌ｎ}圖是否產(chǎn)出影響場以及產(chǎn)出影響場的范圍不同，地震專題圖所涉及的專題圖符號、地圖比例尺、專題內(nèi)容的詳細(xì)程度等也有不同，因此需要按照地震震級和專題圖的用途對專題圖模板進(jìn)行分類，提前制作好專題圖模板。本系統(tǒng)根據(jù)中國地震局《破壞性地震應(yīng)急專題地圖產(chǎn)出流程與制圖規(guī)范（試行）》對專題圖的要求，結(jié)合陜西省天地圖自身地理信息情況完成專題圖模板的分類和制作，具體分類和模板樣例見圖3和圖4。

圖3　模板分類Fig.3　The classification of thematic map

圖4　專題圖模板Fig.4　The template of thematic map

3.2數(shù)據(jù)庫的建立

建立地震速報(bào)數(shù)據(jù)庫表，用于獲取和存儲地震三要素，數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1　地震速報(bào)數(shù)據(jù)庫表Table 1　Data table of the earthquake quick report

3.3地震三要素自動(dòng)獲取

系統(tǒng)使用TimeTask實(shí)現(xiàn)對地震速報(bào)庫循環(huán)掃描，并判斷是否有新的記錄。初步定義系統(tǒng)每隔三分鐘執(zhí)行一次數(shù)據(jù)庫掃描。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后由陜西省地震局臺網(wǎng)中心確定地震三要素并寫入地震速報(bào)數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)監(jiān)測到數(shù)據(jù)庫有新記錄后調(diào)用Python腳本進(jìn)行判斷是否需要產(chǎn)出專題圖，對于正式速報(bào)地震進(jìn)行專題圖產(chǎn)出工作，對于余震或自動(dòng)速報(bào)則不觸發(fā)響應(yīng)。

3.4影響場產(chǎn)出

本系統(tǒng)使用的地震影響場模型采用橢圓衰減模型（見公式1），并收集不同地區(qū)相關(guān)的衰減參數(shù)。系統(tǒng)獲取地震三要素后首先判斷地震落入到哪個(gè)分區(qū)，提取相應(yīng)的衰減參數(shù)后按照公式計(jì)算生成影響場，并保存在fileGDB中，出圖時(shí)將其導(dǎo)入到MXD模板中，最后成圖。

3.5專題圖整飾和產(chǎn)出

系統(tǒng)首先對地震三要素進(jìn)行空間分析判斷，以此根據(jù)提前規(guī)劃好模板的分類方式確定產(chǎn)出專題圖的模板。然后對于每一個(gè)模板通過ListLayoutElements函數(shù)獲取到模板圖名、圖例、產(chǎn)出時(shí)間等圖面要素并對其進(jìn)行修改。通過extent函數(shù)確定專題圖的出圖范圍，具有影響場的專題圖出圖范圍為影響場最外圈外切矩形的范圍，對于無影響場產(chǎn)出的地震，其出圖范圍設(shè)定為模板原始范圍。最后通過ExportToJPEG函數(shù)設(shè)定出圖路徑、文件名稱、分辨率等要素并完成出圖。

4　系統(tǒng)應(yīng)用與測試

最后通過測試地震數(shù)據(jù)，對自動(dòng)出圖系統(tǒng)進(jìn)行測試。測試地震數(shù)據(jù)為：2015年6月11 日9時(shí)00分00秒陜西省西安市周至縣6.5級地震（108.02°E，34.13°N）。圖5為9點(diǎn)00分00秒模擬臺網(wǎng)記錄在數(shù)據(jù)庫中寫入地震信息。

圖5　在數(shù)據(jù)庫中模擬一個(gè)地震信息Fig.5　Simulating a seismic information in the database

運(yùn)行專題圖自動(dòng)出圖軟件，監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果如圖6，09:00:20系統(tǒng)觸發(fā)成功，自動(dòng)開始制作專題圖，09:05:20專題圖制作完成（圖7），產(chǎn)出A1、A3、A4共3個(gè)幅面40張專題圖。

圖6　系統(tǒng)運(yùn)行信息Fig.6　System running information

圖7　產(chǎn)出的地震專題圖Fig.7　The outputting seismic thematic map

5　結(jié)語

本文通過對天地圖-陜西地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)庫監(jiān)聽和Python自動(dòng)出圖相關(guān)技術(shù)的研究，構(gòu)建基于天地圖的地理要素?cái)?shù)據(jù)庫，并在此基礎(chǔ)上編程實(shí)現(xiàn)了基于天地圖的地震專題圖快速出圖。系統(tǒng)避免了人工干預(yù)，在應(yīng)急人員到崗之前就可以完成專題圖的制作，提高了專題圖產(chǎn)出效率。同時(shí)使用天地圖數(shù)據(jù)避免了使用保密數(shù)據(jù)帶來的專題圖在共享和分發(fā)方面的限制，擴(kuò)充了專題圖的使用范圍，方便了專題圖的共享。

陳鑫祥，吳錦超，2013.利用ArcGIS Engine實(shí)現(xiàn)天地圖瓦片數(shù)據(jù)的切割.北京測繪，（4）：17—20.

和朝霞，賈寧，2013.基于ArcGIS的地震專題圖快速生成技術(shù)研究.四川地震，（1）：45—47.

李金香，溫少妍，張琳琳等，2013.新疆地震應(yīng)急救援快速圖研究.高原地震，25（2）：56—59.

牛瑩，劉亮，2014.基于C/S的網(wǎng)絡(luò)地圖的研究與實(shí)現(xiàn)——以天地圖為例.甘肅科技，30（18）：38—41.

魏艷旭，王寶坤，賈軍鵬等，2014.基于AE的地震應(yīng)急專題圖快速生成系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).價(jià)值工程，（8）：229—230.

周津津，陳少鋒，劉曉娟，2014.淺談基于ArcGIS的影像處理工具集開發(fā).37（11）：155—157.

Research and Implementation ofAutomatic Mapping for Seismic Thematic Map Based on TianDiTu（Map World）of Shaanxi Province

Sun Zhe，Zhao Xi and Jia Ning
（Earthquake Administration of Shaanxi Province，Xi’an710069，China）

For the requirements of earthquake emergency response with seismic thematic mapping，it’s necessary to combine the tile map data and vector data in ArcGIS for studying the slice and the service of the“Map World-Shaanxi”.Here，we can automatically achieve the three elements of earthquake and influence field output through the technique of database monitoring technology and thematic mapping technology based on the python language and arcpy package，and finally achieve the seismic thematic mapping based on（TianDiTu）.This study tends to the improvement of the production efficiency without manual operation.

Arcpy；TianDiTu（Map World）；Seismic thematic map

地震應(yīng)急青年重點(diǎn)任務(wù)（CEA_EDEM_201508）、2014年陜西省地震局啟航與創(chuàng)新基金（201306）資助

2015-07-06

孫哲，男，生于1984年。碩士，工程師。主要從事地震應(yīng)急研究。E-mail：sz@eqsn.gov.cn