開源QGIS 在地震應急專題圖制作中的應用

張萍 特木其勒 李垠 張亦梅

（1、中國地震局地震研究所地震大地測量重點實驗室，湖北 武漢 430071 2、湖北省地震局，湖北 武漢 430071）

地震是對人類威脅最大的自然災害之一，我國是世界上地震活動最為強烈的國家之一。地震往往具有突發(fā)性和不可預測性，波及范圍廣、強度大，并且經常帶來火災、泥石流、滑坡、有毒物質污染等次生災害，導致基礎設施、建筑物損毀，造成嚴重的人員傷亡和巨大的經濟損失[1]。在地震發(fā)生后，政府及相關部門需要快速了解災區(qū)的地理環(huán)境、人文環(huán)境、社會經濟特點，以及地震影響范圍、人員傷亡和經濟損失的大概情況等，從而快速做出決策、啟動應急響應、部署救災行動，盡可能地減小地震災害損失。快速進行應急救援是降低災害損失的有效途徑[2]，而地震應急專題圖則是開展救援行動的重要依據。地震應急專題圖是在地震發(fā)生后繪制的、詳細展示災區(qū)各類專題要素的地圖[3]。它包含了震中位置、地形地貌、交通分布、醫(yī)院、學校、危險源等信息，具有清晰、直觀的優(yōu)勢，能使應急指揮人員快速了解災區(qū)背景和地震災情，從而做出科學決策、制定有效的救援方案。地震應急專題圖在地震應急輔助決策中發(fā)揮著重要作用，同時也對現場物資調度、余震趨勢判斷、恢復重建等工作具有重要意義。

目前地震應急專題圖通常使用ArcGIS 軟件繪制[4]，隨著開源軟件的不斷涌現，使用開源GIS 軟件繪制專題圖成為發(fā)展趨勢，QGIS 就是其中之一。本文闡述了利用QGIS 軟件快速出圖的流程，并通過模擬地震實例，利用QGIS 軟件繪制了地震影響范圍分布圖、震區(qū)交通圖、震區(qū)學校分布圖等地震應急專題圖，對提高出圖效率、優(yōu)化救援工作具有重要意義。

1 QGIS 簡介

QGIS（原稱Quantum GIS）是一個開源的桌面端軟件，可在UNIX、Mac OS X、Linux 和Windows 平臺上運行。QGIS 起源于2002 年，如今已被應用于各行各業(yè)。它采用C++開發(fā)，GUI 使用了Qt 庫，支持數據的顯示、管理、編輯和分析功能[5]，操作簡單、界面簡潔。

QGIS 的主要特點包括：a. 圖形化且相當友好的用戶界面，熟悉ArcGIS 的人可快速掌握QGIS 的使用；b.支持多種GIS 數據文件格式（矢量格式：ESRI Shapefiles、MapInfo、GML；柵格格式：GeoTiff、Erdas Img、JPEG、PNG）；c.支持其他開源GIS（PostGIS、GRASS、MapSever 等），整合了GRASS、SAGA GIS 等多個開源桌面軟件工具，功能強大；d. 支持從WMS、WFS 服務器中獲取數據；e. 可通過插件形式支持功能擴展。

與商業(yè)化GIS 相比，QGIS 具有更小的文件體積，僅需要很少的內存和處理能力即可運行。

QGIS 是世界各地的自愿者開發(fā)完成的項目，目前被志愿者開發(fā)團體持續(xù)維護，被廣泛應用于全世界的各個領域。

2 QGIS 地震應急專題圖繪制流程

地震發(fā)生后需要快速產出應急圖件，因此需要預先制作好專題圖模板，使用時加載各個圖層即可。地震應急專題圖的制作包括地理底圖設計、符號設計、地圖整飾三部分。具體流程如圖1 所示。

圖1 QGIS 地震應急專題圖繪制流程

2.1 地理底圖設計

地理底圖包含了制圖區(qū)域的基礎信息，是繪制應急專題圖的基礎[6]。地理底圖覆蓋了行政區(qū)劃、居民點、地形地貌、交通線路、水系分布等各類要素，準確、清晰的底圖能為地震救援提供詳細的信息。一般根據地震災區(qū)特點、用途、比例尺等選取合適的底圖內容，從而為決策人員提供針對性的數據，為制定合理的救援方案提供有效的數據支撐。同時，底圖的選取也應貼近實際，要充分考慮災區(qū)信息，各類底圖要素的表達要有層次感，真正符合決策人員的需求，使決策人員一目了然。在QGIS 中，底圖以.qlr 的格式保存，用戶打開即可快速加載圖層、符號樣式及其他設置。

2.2 符號設計

符號用于不同要素在地圖上顯示出不同的樣式，完備的符號庫是專題圖的核心[7]，主要包括圖標、標注和專題符號。與ArcGIS 相比，QGIS 自帶的符號庫相對缺乏，但它的用戶自定義符號和網絡開源符號導入功能十分強大，用戶可根據需求增添符號樣式，豐富符號庫的內容。QGIS 符號的繪制效果包括內發(fā)光、外發(fā)光、內部陰影、陰影，混合模式可設置為正常、變亮、柔光、強光、灼燒、躲閃等多種特效，增強了符號的顯示效果，如圖2。

圖2 水系分布的特效顯示（透明度：90%，特效：柔光）

QGIS 的標注功能也很強大，可以給標注文字增加文本緩沖區(qū)，可以給文字繪制背景和陰影，可以調整文字的擺放位置，還可以設置標簽的優(yōu)先級，不僅增強了文字標注的顯示效果，還能根據需求對不同圖層的標注優(yōu)先級進行調整，如圖3。

圖3 文字標注的緩沖區(qū)與陰影特效顯示

2.3 地圖整飾

在地理底圖和符號都設計完畢后，需要對地圖進行整飾，包括地圖頁面設置、圖名、比例尺、指北針、經緯網、制圖單位、出圖時間等信息。打印版面設計是制作地震應急專題圖的重要步驟，需要參考相關制圖規(guī)范進行設計，同時融入自身的特色。地震應急專題圖模板在日常工作中已經提前設計好并存儲，地震發(fā)生后技術人員直接打開模板，加載各個圖層即可迅速出圖，從而簡化工作流程、節(jié)省制圖時間，提高地震應急處置的效率。在QGIS 中，點擊新建打印布局即可為當前地圖創(chuàng)建一個空白的打印布局，對其進行整飾即可，如添加標題、比例尺、圖例等，并可針對各個條目進行屬性編輯和設計，修改顯示效果。將制作好的打印布局以.qpt 的格式保存，使用時打開即可加載所有地圖整飾的要素。

3 應用實例

本文模擬了一個5.5 級地震，其震中為湖北省宜昌市秭歸縣，地震發(fā)生后，迅速利用QGIS 軟件繪制了地震影響范圍分布圖、震區(qū)交通圖、震區(qū)學校分布圖等應急專題圖，如圖4-6 所示。

圖4 地震影響范圍分布圖

由圖可知，QGIS 軟件產出的專題圖件符合相關制圖規(guī)范，滿足地震應急專題圖的要求，并且與ArcGIS 相比，QGIS產出的專題圖件更加清晰、美觀，產出速度也有較大提高。

4 結論

地震應急專題圖在震后救援中發(fā)揮著重要作用，它能為應急指揮人員提供最直觀的參考信息，輔助應急指揮人員快速做出決策，提高救援效率。QGIS 軟件因其開源性在地震應急領域得到了越來越廣泛的應用。本文在介紹QGIS 軟件特性的基礎上，總結了利用QGIS 軟件繪制地震應急專題圖的流程，對比了其與ArcGIS 軟件在符號、標注、整飾等方面的優(yōu)劣，最后通過模擬地震實例，利用QGIS 軟件繪制了多幅地震應急專題圖。QGIS 軟件產出的圖件不僅能滿足地震應急的需求，而且美觀、清晰，具有更豐富的顯示效果。隨著網絡安全意識的增強，QGIS 開源軟件將會受到越來越多的關注，將在地震應急及其他領域發(fā)揮更大的作用。

圖5 震區(qū)交通圖

圖6 震區(qū)學校分布圖