許 娟，張 翼，周 琪，周 妍，何雅楓，陳維鋒

（四川省地震局，四川 成都 610200）

破壞性地震發(fā)生后，需要在短時(shí)間內(nèi)將震區(qū)人口、經(jīng)濟(jì)和災(zāi)情等信息報(bào)送給地震應(yīng)急指揮決策者，此類信息的傳播手段很多，但是最為直觀和高效的方式首推地震應(yīng)急專題圖件（鄭川等，2016；魏艷旭等，2016；李金香等，2013；鄭樹平等，2014）。地震應(yīng)急專題圖不僅可以表示地震的現(xiàn)狀及其分布，而且能表示出地震的發(fā)展動(dòng)態(tài)和發(fā)展規(guī)律（陳文凱等，2015）。這將有助于決策者對(duì)于前方災(zāi)情的研判，有利于指揮長(zhǎng)對(duì)于救援工作的部署，從而最大限度的減輕地震災(zāi)害帶來的損失（鄭川等，2016）。

新形勢(shì)下的防震減災(zāi)工作要求以用戶需求為導(dǎo)向，不斷豐富服務(wù)產(chǎn)品，完善服務(wù)方式，增強(qiáng)信息服務(wù)的時(shí)效性、實(shí)用性和精準(zhǔn)性。但是四川現(xiàn)有的地震應(yīng)急專題產(chǎn)品單一、針對(duì)性不強(qiáng)，已不能滿足信息服務(wù)精準(zhǔn)化需求，這就要求對(duì)應(yīng)急專題產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新。目前地震應(yīng)急專題圖產(chǎn)出通常是利用ArcGISEngine平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，建立自動(dòng)成圖系統(tǒng)，最后通過調(diào)用預(yù)先制作好的.mxd模板，自動(dòng)產(chǎn)出不同幅面的專題圖件。但ArcGISEngine作為一款商業(yè)閉源軟件，在專業(yè)制圖需求上，存在開發(fā)成本高、版權(quán)限制和制圖渲染效果不理想等不便。QGIS是一款開源的桌面GIS軟件，于2002年發(fā)布，現(xiàn)版本已更新至3.20。近年來，QGIS的關(guān)注度不斷得到提高，其熱度大有逼近ArcGIS熱度趨勢(shì)，這得益于QGIS的如下優(yōu)點(diǎn)：①免費(fèi)開源軟件，在底層開發(fā)中無需授權(quán)；②良好跨平臺(tái)能力；③支持多種矢量和柵格數(shù)據(jù)格式的顯示；④強(qiáng)大的制圖表達(dá)和渲染能力；⑤可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，QGIS已經(jīng)具有非常完整的GIS功能，完全支持地理空間數(shù)據(jù)處理及簡(jiǎn)單空間分析功能。因此在我國高度重視信息安全的大背景下，選擇開源的QGIS軟件繪制地震應(yīng)急專題圖是一個(gè)不錯(cuò)的選擇（黃昱等，2021）。本文從專題圖服務(wù)對(duì)象需求分析和專題圖分區(qū)兩方面進(jìn)行四川精細(xì)化專題模板研究，并編制QGIS自動(dòng)制圖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地震應(yīng)急專題圖的自動(dòng)成圖，以期為四川地震應(yīng)急輔助決策和災(zāi)后救援提供有效的信息支撐。

1 專題圖精細(xì)化策略設(shè)計(jì)

1.1 服務(wù)對(duì)象需求分析

當(dāng)前，四川省應(yīng)急專題圖服務(wù)對(duì)象主要分為政府類和武警消防兩類，但由于缺乏針對(duì)性的研究支撐和應(yīng)用，專題信息深度挖掘不夠，產(chǎn)品的針對(duì)性不強(qiáng)。本文就政府類和武警消防類兩類對(duì)象需求進(jìn)行深入研究。通過全程記錄2018年以來8次地震應(yīng)急事件視頻會(huì)議中決策者需求，分析近兩年5.0級(jí)及以上地震的近500幅地震應(yīng)急專題產(chǎn)品，梳理出政府類專題產(chǎn)品需求從常規(guī)的專題信息擴(kuò)展到震中附近歷史震例分布、震中附近房屋破壞和全時(shí)程災(zāi)害調(diào)查及人員傷亡分布等，其需求具有全局性和方向性。通過10余次座談分析出行業(yè)類（武警、消防）關(guān)注重點(diǎn)為4.0級(jí)及以上地震區(qū)域的災(zāi)區(qū)范圍、鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)量和密度和鄉(xiāng)鎮(zhèn)距離等信息，涉及震區(qū)基本信息、評(píng)估信息等，其信息需求細(xì)化到鄉(xiāng)鎮(zhèn)粒度（張翼等，2021），具體專題產(chǎn)品需求見表1。對(duì)于列表中涉及的個(gè)性化新需求，考慮重新挖掘?qū)ｎ}信息、細(xì)化專題信息等方式表達(dá)。

表1 專題產(chǎn)品需求列表

1.2 專題圖產(chǎn)出分區(qū)

四川近十年來發(fā)生的中強(qiáng)地震區(qū)域差異顯著，但專題產(chǎn)品未分區(qū)設(shè)定，出現(xiàn)要素表達(dá)不充分、專題內(nèi)容表達(dá)模糊的情況，因此有必要針對(duì)四川的區(qū)域性差異進(jìn)行研究，以提高應(yīng)急工作中的區(qū)域針對(duì)性和時(shí)效性。目前蘇桂武等（2005）、范開紅等（2017）提出應(yīng)急處置分區(qū)研究，因此在專題圖產(chǎn)出分區(qū)研究中，參考相關(guān)專家應(yīng)急處置分區(qū)經(jīng)驗(yàn)，考慮了地形地貌、人口經(jīng)濟(jì)、地震活動(dòng)和交通情況等要素的影響。本文將甘孜州、阿壩州、涼山州和攀枝花市4個(gè)市州劃分為西部高山及山地地區(qū)，其余市州劃分為四川盆地及周邊地區(qū)（見表2）。

表2 分區(qū)市縣列表

（1）地形地貌分析

地形地貌從宏觀上決定了地震應(yīng)急的救援環(huán)境和背景特點(diǎn)，不同地形地貌的成災(zāi)方式往往具有明顯的區(qū)域差異。四川地勢(shì)西高東低，由西北向東南傾斜，盆地及丘陵地區(qū)占比30%左右，縣域單元分布密集，居民地分布均衡；西部高山及山地地區(qū)占比70%左右，縣域單元分布面積較大，居民地分布不均（見圖1）。就成災(zāi)范圍而言，震時(shí)西部高山及山地地區(qū)人類活動(dòng)分布不均，在山區(qū)成點(diǎn)狀，在河谷成帶狀，在盆地或壩子成面狀，這種“點(diǎn)”“線”“面”的分布特點(diǎn)導(dǎo)致地震成災(zāi)范圍分布極不均勻，而四川盆地及周邊地區(qū)，地勢(shì)相對(duì)平坦，成災(zāi)范圍聚集且分布均衡。在地震造成的次生災(zāi)害方面，西部高山及山地地區(qū)容易發(fā)生崩塌、滑坡甚至泥石流災(zāi)害等，而四川盆地及周邊地區(qū)工業(yè)相對(duì)聚集，易發(fā)生火災(zāi)、?；沸孤兜葹?zāi)害。因此發(fā)生相同強(qiáng)度地震，指揮決策者針對(duì)不同區(qū)域關(guān)注點(diǎn)有所不同，如高山及山地地區(qū)關(guān)注地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)、水庫和道路等要素的影響，四川盆地及周邊地區(qū)則關(guān)注重點(diǎn)企業(yè)、人員聚集地等要素，因此有必要針對(duì)地形地貌差異，根據(jù)關(guān)注重點(diǎn)制作不同的專題產(chǎn)品。

圖1 四川省地形地貌分布

（2）人口密度分析

人口密度的大小直接決定了受到威脅和需要保護(hù)的人口的多少，也影響著震后造成人員傷亡的多少，這直接影響了震前地震應(yīng)急準(zhǔn)備規(guī)模和震后地震應(yīng)急響應(yīng)等級(jí)（蘇桂武等，2005）。四川人口東密西疏，分布極不平衡（見圖2），西部高山及山地地區(qū)中甘孜州、阿壩州各縣人口密度大多在20人/km2，屬人口稀少區(qū)；涼山州、攀枝花除駐地城市外，人口密度大多在100人/km2，屬于人口中等區(qū)，人口相對(duì)集中在河谷平原、中低山和丘狀高原。四川盆地及周邊地區(qū)人口密度大多在200～600人/km2，甚至不少區(qū)縣人口密度超過1000人/km2（李雪等，2018），屬于人口密集區(qū)，人口空間分布的縣域單元較小，人口聚集現(xiàn)象極為明顯，因此發(fā)生相同震級(jí)地震時(shí)，西部高山及山地區(qū)域同四川盆地及周邊地區(qū)人員傷亡數(shù)量差異較大（范開紅等，2017）。在專題圖制圖時(shí)，為將人口分布信息清晰地展示出來，有必要進(jìn)行人口等級(jí)分區(qū)設(shè)計(jì)。

圖2 四川省人口密度分布

（3）地震活動(dòng)分析

區(qū)域內(nèi)地震活動(dòng)在一定時(shí)間尺度上的活動(dòng)水平影響著地震應(yīng)急準(zhǔn)備工作的開展，影響著專題產(chǎn)品震級(jí)尺度的劃分。根據(jù)第五代《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，西部高山及山地地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度主要為0.4g、0.3g、0.2g等，根據(jù)基本地震動(dòng)峰值加速度和基本抗震設(shè)防烈度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，該區(qū)Ⅶ度及以上設(shè)防（多為Ⅷ度），地震風(fēng)險(xiǎn)高（郭紅梅等，2021）；四川盆地及周邊地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度主要為0.05g，0.1g等，根據(jù)基本地震動(dòng)峰值加速度和基本抗震設(shè)防烈度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，該區(qū)Ⅵ度及以上設(shè)防，地震風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。通過收集歷史震例數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，四川發(fā)生過4.0級(jí)及以上地震共計(jì)851次（見圖3），其中西部高山及山地地區(qū)200次5.0級(jí)及以上地震（8.0級(jí)地震1次，7.0～7.9級(jí)地震17次，6.0～6.9級(jí)地震49次，5.0～5.9級(jí)地震133次），四川盆地及周邊地區(qū)108次5.0級(jí)及以上地震（7.0～7.9級(jí)地震2次，6.0～6.9級(jí)地震13次，5.0～5.9級(jí)地震93次），表明西部高山及山地地區(qū)地震頻度相對(duì)較高且強(qiáng)度大。而震級(jí)越大，影響場(chǎng)范圍越大，專題圖內(nèi)容負(fù)載越來越多，因此為清晰全面表達(dá)專題內(nèi)容，有必要根據(jù)區(qū)域內(nèi)不同地震的強(qiáng)度設(shè)計(jì)最佳顯示效果的比例尺、符號(hào)和標(biāo)注。

圖3 四川歷史地震分布

（4）交通分布分析

交通的通達(dá)程度決定著地區(qū)內(nèi)部應(yīng)急人員及物資流動(dòng)和外援輸入的時(shí)效性，直接關(guān)系著應(yīng)急救災(zāi)的效率和效果（蘇桂武等，2010）。四川交通路網(wǎng)區(qū)域差異明顯（見圖4），西部高山及山地地區(qū)，交通道路單一，多為單進(jìn)單出，且路網(wǎng)大多分布于高山峽谷之間，受地形影響較大（范開紅等，2017）。四川盆地地區(qū)路網(wǎng)密集，交通發(fā)達(dá)，且形成閉環(huán)。當(dāng)發(fā)生地震后，西部高山及山地地區(qū)道路極易中斷，容易形成交通與信息孤島，因此，針對(duì)西部高山及山地地區(qū)和四川盆地及周邊地區(qū)的應(yīng)急處置方案不同。在制作救援類專題圖時(shí)，需充分考慮各區(qū)域交通分布及通達(dá)性，制作出區(qū)域化的專題產(chǎn)品。

圖4 四川省交通分布

1.3 專題圖產(chǎn)出規(guī)則

按照《破壞性地震應(yīng)急專題圖產(chǎn)出流程與制作規(guī)范（試運(yùn)行）》《地震應(yīng)急信息與圖件服務(wù)技術(shù)規(guī)范》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，A3幅面專題圖是最實(shí)用和應(yīng)用最廣泛的幅面，具有能夠快速打印、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，因此，這次產(chǎn)品主要設(shè)計(jì)為A3幅面（陳文凱等，2015）。為了清晰顯示專題要素，對(duì)于包含影響場(chǎng)的專題產(chǎn)品分區(qū)、分震級(jí)（不同震級(jí)下，產(chǎn)生的影響場(chǎng)范圍不同），按照1.0級(jí)間隔的震級(jí)檔設(shè)計(jì)專題產(chǎn)出規(guī)則（孫艷萍等，2019）。對(duì)6.0級(jí)以下地震，根據(jù)最佳顯示效果，設(shè)計(jì)固定比例尺；對(duì)6.0級(jí)及以上地震，根據(jù)影響場(chǎng)尺寸動(dòng)態(tài)設(shè)置比例尺。對(duì)于不涉及影響場(chǎng)的專題產(chǎn)品，根據(jù)分區(qū)設(shè)計(jì)固定比例尺。與此同時(shí)，研究空間要素在不同比例尺下的顯示效果，設(shè)計(jì)相應(yīng)的符號(hào)和標(biāo)注。最終梳理出部分四川省地震應(yīng)急專題圖精細(xì)化產(chǎn)品產(chǎn)出規(guī)則（見表3），形成相應(yīng)的QGIS專題模板。

表3 部分精細(xì)化專題圖產(chǎn)出規(guī)則

2 基于QGIS自動(dòng)成圖設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

軟件采用B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，通過python調(diào)用QGIS組件進(jìn)行自動(dòng)制圖，后端通過部署PostGIS數(shù)據(jù)庫組件和QGIS軟件，為影響場(chǎng)、專題數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理提供管理工具，其中QGIS程序?yàn)?.6版本。本軟件深入用戶需求，對(duì)應(yīng)急專題圖進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，通過簡(jiǎn)單的人機(jī)交互，自動(dòng)匹配模板快速生成專題圖（見圖5），提高了應(yīng)急數(shù)據(jù)支撐保障能力。

圖5 自動(dòng)制圖流程

軟件總體架構(gòu)分為：基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和用戶層（見圖6）?；A(chǔ)設(shè)施層為程序建設(shè)的軟硬件設(shè)施，包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)施和輸入輸出設(shè)備等；數(shù)據(jù)資源層是本程序數(shù)據(jù)的管理核心，包括地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和評(píng)估結(jié)果數(shù)據(jù)庫；應(yīng)用支撐層是程序建設(shè)所需的軟件基礎(chǔ)平臺(tái)的部署與搭建，包括數(shù)據(jù)庫軟件、平臺(tái)開發(fā)軟件等；業(yè)務(wù)應(yīng)用層是基于面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）進(jìn)行設(shè)計(jì)，建設(shè)專題圖模板制作、專題圖分類管理、專題圖模板管理、專題圖手動(dòng)輸出、專題圖自動(dòng)輸出和專題圖發(fā)布等功能模塊；用戶層為專題產(chǎn)出服務(wù)對(duì)象，包括政府類、武警消防總隊(duì)。

圖6 基于QGIS自動(dòng)制圖系統(tǒng)總體架構(gòu)

以長(zhǎng)寧6.0級(jí)地震為例，地震發(fā)生后，系統(tǒng)快速獲取地震三要素和評(píng)估數(shù)據(jù)，通過預(yù)先設(shè)定好的專題圖產(chǎn)出順序，調(diào)用專題圖模板，自動(dòng)產(chǎn)出政府類（見圖7、8）和武警消防類專題圖件（見圖9、10）。由于專題產(chǎn)品根據(jù)不同對(duì)象的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，更具有針對(duì)性，有助于服務(wù)對(duì)象對(duì)地震造成人員傷亡、受災(zāi)情況和應(yīng)急救援作出初步預(yù)判，保障了各類專題信息高效、準(zhǔn)確的展現(xiàn)于圖件上。

圖7 震中附近歷史案例分布

圖8 震區(qū)人口密度分布

圖9 震區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口密度分布

圖10 震中與主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)距離分布

3 結(jié)語

本文通過對(duì)地震應(yīng)急專題圖精細(xì)化策略設(shè)計(jì)、自動(dòng)成圖設(shè)計(jì)，有效解決了專題產(chǎn)品單一、針對(duì)性不強(qiáng)等問題，提升了四川省專題圖的可讀性、實(shí)效性和指導(dǎo)性，可以在震后第一時(shí)間為政府、武警消防自動(dòng)產(chǎn)出內(nèi)容突出，標(biāo)注合理的專題圖件。在后續(xù)工作中將對(duì)其他行業(yè)對(duì)象和公眾對(duì)象需求進(jìn)行研究，進(jìn)一步完善服務(wù)對(duì)象，豐富精細(xì)化產(chǎn)品。