陳雅慧

（中國北京 100045 中國地震臺(tái)網(wǎng)中心）

0 引言

地震系統(tǒng)的核心技術(shù)以及軟硬件設(shè)備要確保可靠、可信、可控。因此，地震應(yīng)急業(yè)務(wù)系統(tǒng)有從商業(yè)軟件向開源軟件轉(zhuǎn)換的迫切需求，制作各類專題地圖是轉(zhuǎn)換的直接體現(xiàn)。

在地震系統(tǒng)日常業(yè)務(wù)中，專題圖多采用美國ESRI公司旗下的ArcGIS軟件進(jìn)行制作，并積累了一套地震數(shù)據(jù)特有符號(hào)庫，該符號(hào)庫能夠增強(qiáng)地圖可讀性，豐富地圖的可視化表達(dá)，進(jìn)而傳遞出災(zāi)區(qū)基本情況和災(zāi)情信息，在地震災(zāi)害應(yīng)急指揮及救援管理中發(fā)揮著重要作用。但商業(yè)軟件昂貴，且難以獲得開發(fā)版權(quán)，制圖軟件開源化發(fā)展成為必然。

地圖符號(hào)庫轉(zhuǎn)換成為跨平臺(tái)應(yīng)用的關(guān)鍵問題。為了符合地圖制圖規(guī)范，減少符號(hào)重復(fù)設(shè)計(jì)等工作，跨平臺(tái)的地圖符號(hào)共享成為研究熱點(diǎn)（陶陶等，2007）。目前，地圖符號(hào)共享的研究主要分為2類，一類是研究不同數(shù)據(jù)格式之間的符號(hào)共享（陳夢(mèng)琳等，2015；王志強(qiáng)等，2020），另一類是研究統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的符號(hào)共享，包括通用圖形標(biāo)準(zhǔn)（吳明光等，2011；陳長(zhǎng)林，2018）、通用地圖符號(hào)（王本林等，2018）、統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（Liu et al，2016）等，還有對(duì)符號(hào)共享的可用性評(píng)價(jià)（廖嫣然等，2022）。

QGIS是基于Python和C++語言研發(fā)的開源制圖軟件。其用戶界面友好，支持多類型數(shù)據(jù)加載，符號(hào)編輯功能豐富，在制圖方面更具優(yōu)勢(shì)。而且，QGIS支持插件，可以通過編譯插件擴(kuò)展軟件的制圖功能。本文將符號(hào)讀取、屬性轉(zhuǎn)換、符號(hào)輸出功能集成在QGIS插件內(nèi)，成功實(shí)現(xiàn)ArcGIS符號(hào)庫點(diǎn)符號(hào)向QGIS的遷移，且遷移前后點(diǎn)符號(hào)的制圖功能和效果完全相同。

1 插件構(gòu)建方法

運(yùn)用QGIS技術(shù)創(chuàng)建的點(diǎn)符號(hào)轉(zhuǎn)換插件主要用于數(shù)據(jù)處理和分析，且用戶界面只需要文件輸入和輸出部件。

QGIS插件開發(fā)主要有2種方式，一種是手動(dòng)創(chuàng)建，另一種是自動(dòng)創(chuàng)建。自動(dòng)創(chuàng)建是利用Plugin Builder生成固定的插件模板，通過對(duì)模板文件的編譯實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，比手動(dòng)創(chuàng)建簡(jiǎn)便。此外，自動(dòng)創(chuàng)建的插件模板有3個(gè)，分別為Tool button with dialog（帶有對(duì)話框的工具按鈕）、Tool button with dock widge（t帶部件的工具按鈕），以及Processing Provide（r處理框架）。與前2個(gè)模板相比，Processing Provider模板能夠生成固定插件界面，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)界面流程。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，使用Processing Provider自動(dòng)創(chuàng)建方法能夠更簡(jiǎn)單快速地構(gòu)建插件，且插件既能夠用于數(shù)據(jù)批處理，也能夠被Python控制臺(tái)調(diào)用。

2 點(diǎn)符號(hào)轉(zhuǎn)換功能設(shè)計(jì)

同一類型的符號(hào)在ArcGIS和QGIS平臺(tái)中使用的函數(shù)庫不同，基于QGIS技術(shù)設(shè)計(jì)的點(diǎn)符號(hào)轉(zhuǎn)換插件可以使兩平臺(tái)同類型符號(hào)匹配。本插件在QGIS平臺(tái)生成的新符號(hào)與ArcGIS中的同類型符號(hào)具有相同的功能、屬性和展示效果。

程序總體流程（圖1）為：①輸入ArcGIS“.style”符號(hào)庫文件，對(duì)文件中的全部符號(hào)進(jìn)行遍歷循環(huán)，提取各類數(shù)據(jù)；②對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，獲得符號(hào)對(duì)象的多種屬性信息和guid值（全局唯一標(biāo)識(shí)符，用于識(shí)別每個(gè)符號(hào)的類型，在QGIS創(chuàng)建符號(hào)時(shí)能夠通過判斷符號(hào)類型添加對(duì)應(yīng)的符號(hào)屬性）；③將解碼得到的各種屬性與QGIS中的相同屬性建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)兩平臺(tái)符號(hào)屬性的轉(zhuǎn)換；④對(duì)多層符號(hào)進(jìn)行符號(hào)層疊加，并將全部符號(hào)統(tǒng)一輸出為XML文件。根據(jù)實(shí)際需求，本次只完成點(diǎn)符號(hào)中的簡(jiǎn)單標(biāo)記符號(hào)和字符標(biāo)記符號(hào)2類符號(hào)的轉(zhuǎn)換。

圖1 QGIS點(diǎn)符號(hào)轉(zhuǎn)換程序流程Fig.1 Flowchart of QGIS point symbol conversion program

2.1 符號(hào)讀取

調(diào)用Access數(shù)據(jù)庫軟件打開“.style”符號(hào)庫文件，查看每個(gè)符號(hào)屬性表，其中包括ID、Name、Category、Tags和Object，Tags中記錄了符號(hào)層數(shù)（多圖層）、色彩模式（rgb、hsv等）、顏色值（藍(lán)色、白色、綠色等）、符號(hào)類別（字符、簡(jiǎn)單）和字體（ESRI Default Marker等）等屬性。參考這些標(biāo)簽，在符號(hào)屬性轉(zhuǎn)換模塊中定義相應(yīng)的轉(zhuǎn)換函數(shù)。

通過對(duì)Object進(jìn)行后臺(tái)解碼，獲取每個(gè)符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)（BLOB），這些數(shù)據(jù)包含了Tags中涉及的全部符號(hào)屬性信息，這些不同類型的屬性信息（int、string、double、uchar等類型）需要通過創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的讀取方法獲得其屬性值。調(diào)用這些方法可以得到簡(jiǎn)單標(biāo)記符號(hào)（Simple Marker Symbol）的符號(hào)層數(shù)、點(diǎn)類型Style、符號(hào)大小Size、X和Y的偏移量Offset和輪廓線Outline等屬性；得到字符標(biāo)記符號(hào)（Character Marker Symbol）的符號(hào)層數(shù)、Unicode值、旋轉(zhuǎn)角度Angle等屬性。

在符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)中還能夠提取guid值。在ArcGIS中每類符號(hào)具有唯一guid值，如簡(jiǎn)單標(biāo)記符號(hào)為“7914e5fe-c892-11d0-8bb6-080009ee4e41”，若待轉(zhuǎn)換符號(hào)的guid值與之相匹配，則判斷該符號(hào)為簡(jiǎn)單標(biāo)記符號(hào)，進(jìn)而按簡(jiǎn)單標(biāo)記符號(hào)的創(chuàng)建方法添加符號(hào)屬性。這種方法能夠確保符號(hào)類型的唯一性，便于快速識(shí)別并創(chuàng)建符號(hào)。

2.2 符號(hào)屬性轉(zhuǎn)換

在符號(hào)屬性轉(zhuǎn)換模塊中，本插件定義了多種轉(zhuǎn)換函數(shù)，這些函數(shù)通過調(diào)用QGIS提供的各種類庫和函數(shù)接口，將ArcGIS符號(hào)屬性轉(zhuǎn)換為QGIS中相同的符號(hào)屬性，實(shí)現(xiàn)兩軟件平臺(tái)符號(hào)屬性的統(tǒng)一。

2.2.1 簡(jiǎn)單標(biāo)記符號(hào)。ArcGIS中的Simple Marker Symbol簡(jiǎn)單標(biāo)記符號(hào)類型對(duì)應(yīng)QGIS中的Simple Marker類型。簡(jiǎn)單標(biāo)記符號(hào)的屬性參數(shù)有Color、Style、Size、X Offset、Y Offset、Outline Color和Outline Size。在兩平臺(tái)中，有些屬性參數(shù)能夠直接進(jìn)行關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)方法是，導(dǎo)入QGIS中的core、gui等核心包和模塊，調(diào)用相應(yīng)方法給參數(shù)賦值。如：代碼（a）為創(chuàng)建參數(shù)點(diǎn)類型（Style）轉(zhuǎn)換方法，其中ArcGIS中的“X”形狀對(duì)應(yīng)QGIS中的“Cross2”形狀。有些屬性參數(shù)轉(zhuǎn)換需要通過數(shù)學(xué)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，如：代碼（b）為顏色轉(zhuǎn)換，QGIS軟件中只有HSV和RGB2種色彩模式，因此對(duì)ArcGIS中的部分以CMYK顯示顏色的點(diǎn)符號(hào)來說，需要考慮不同色彩模式的成色原理，實(shí)現(xiàn)參數(shù)Color的轉(zhuǎn)換。

代碼（a）：

2.2.2 字符標(biāo)記符號(hào)。ArcGIS中的Character Marker Symbol字符標(biāo)記符號(hào)類型對(duì)應(yīng)QGIS中的Font Marker類型。字符標(biāo)記符號(hào)的屬性參數(shù)有Font、Unicode、Size、Angle、Color和Offset。與簡(jiǎn)單標(biāo)記符號(hào)的轉(zhuǎn)換類似，除了要轉(zhuǎn)換能夠直接關(guān)聯(lián)的屬性參數(shù)外，還需要運(yùn)用數(shù)學(xué)運(yùn)算完成符號(hào)角度參數(shù)的轉(zhuǎn)換。在ArcGIS中，隨著角度數(shù)值的增大，符號(hào)呈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而在QGIS中則相反，角度數(shù)值增加，符號(hào)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。由此通過數(shù)學(xué)運(yùn)算中的角度換算，定義了角度轉(zhuǎn)換函數(shù)，用360°減去ArcGIS中的符號(hào)角度值則為QGIS中的符號(hào)角度值。這些數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)了兩平臺(tái)符號(hào)角度的一致性。

2.3 符號(hào)創(chuàng)建及輸出

符號(hào)創(chuàng)建包括單層符號(hào)和多層符號(hào)，本插件定義了符號(hào)（層）創(chuàng)建函數(shù)，通過調(diào)用符號(hào)屬性轉(zhuǎn)換模塊中的屬性轉(zhuǎn)換方法，為符號(hào)的每一層添加轉(zhuǎn)換后的屬性參數(shù)，調(diào)用qgis.core核心包中的QgsSimpleMarkerSymbolLayer和QgsFontMarkerSymbolLayer方法創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的2類點(diǎn)符號(hào)（層）。

此外，定義符號(hào)創(chuàng)建函數(shù)對(duì)符號(hào)的層數(shù)進(jìn)行判斷，單層符號(hào)直接創(chuàng)建，多層符號(hào)疊加后創(chuàng)建。點(diǎn)符號(hào)轉(zhuǎn)換插件的輸出結(jié)果為“.xml”格式文件，通過調(diào)用QgsStyle.exportXml方法將新創(chuàng)建的全部點(diǎn)符號(hào)打包輸出為XML格式符號(hào)庫。轉(zhuǎn)換后的符號(hào)庫能夠在QGIS軟件的樣式管理器中直接導(dǎo)入使用。

2.4 運(yùn)行調(diào)試

2.4.1 插件激活。在QGIS的插件管理器中識(shí)別并啟用已經(jīng)編譯的點(diǎn)符號(hào)轉(zhuǎn)換插件“Marker Symbol”。插件置于Processing ToolBox菜單欄，激活后雙擊運(yùn)行。

2.4.2 插件調(diào)試。插件初次運(yùn)行程序經(jīng)常報(bào)錯(cuò)，需不斷調(diào)試并反復(fù)修改。使用插件重載器插件（Plugin Reloader），可對(duì)自定義插件執(zhí)行重載、加載和卸載的指令，無需重啟QGIS軟件即可實(shí)現(xiàn)自定義插件的修改和測(cè)試。

3 符號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)果對(duì)比

以目前地震應(yīng)急專題圖系統(tǒng)在用的“ArcGIS災(zāi)情信息標(biāo)繪符號(hào)庫”為例，運(yùn)行點(diǎn)符號(hào)轉(zhuǎn)換插件進(jìn)行符號(hào)轉(zhuǎn)換。共讀取符號(hào)192個(gè)，其中點(diǎn)符號(hào)141個(gè)，由插件運(yùn)行日志中記錄的符號(hào)轉(zhuǎn)換進(jìn)度，141個(gè)點(diǎn)符號(hào)按符號(hào)ID順序依次讀取、轉(zhuǎn)換、輸出，用時(shí)小于3 s。與人工制作符號(hào)相對(duì)比，運(yùn)用QGIS插件技術(shù)縮短了符號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了地圖符號(hào)從ArcGIS向QGIS的快速批量遷移。將插件運(yùn)行后生成的.xml文件導(dǎo)入QGIS插件管理器，導(dǎo)入結(jié)果見圖2。

圖2 點(diǎn)符號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)果Fig.2 Result of point symbol conversion

在符號(hào)外觀方面，與原ArcGIS符號(hào)庫（圖3）相比，127個(gè)點(diǎn)符號(hào)完全轉(zhuǎn)換成功，14個(gè)符號(hào)在顏色、形狀和大小上也完成轉(zhuǎn)換，但仍有少量符號(hào)層偏移現(xiàn)象，如“中型水庫”符號(hào)，需人工調(diào)整。存在符號(hào)層偏移的原因可能有：①ArcGIS與QGIS軟件的符號(hào)單位不一致，如QGIS支持用像素為單位設(shè)置符號(hào)尺寸，而ArcGIS用點(diǎn)，二者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系需進(jìn)一步研究；②在編寫符號(hào)轉(zhuǎn)換插件過程中，算法參數(shù)不適用，需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。整體來說，本次符號(hào)外觀轉(zhuǎn)換成功率大于90%。此外，QGIS符號(hào)的顏色渲染和美觀度優(yōu)于ArcGIS，符號(hào)整體效果更簡(jiǎn)潔清晰。

圖3 原ArcGIS符號(hào)庫Fig.3 Original ArcGIS symbol library

在符號(hào)功能方面，ArcGIS中的符號(hào)為矢量格式，能夠根據(jù)圖幅比例調(diào)整符號(hào)大小，并且能夠更改符號(hào)顏色。經(jīng)插件轉(zhuǎn)換后的QGIS點(diǎn)符號(hào)同樣支持基礎(chǔ)的屬性修改功能，包括顏色、透明度、大小、偏移量、旋轉(zhuǎn)角度等參數(shù)設(shè)置，證實(shí)了用QGIS插件技術(shù)完成點(diǎn)符號(hào)轉(zhuǎn)換能夠達(dá)到平臺(tái)間符號(hào)共享的目的。

4 成果應(yīng)用

“災(zāi)情信息標(biāo)繪符號(hào)庫”QGIS轉(zhuǎn)換版已在地震應(yīng)急日常業(yè)務(wù)工作中得到應(yīng)用，如震前準(zhǔn)備圖件制作、專題圖模板的快速產(chǎn)出制作等。最新部署的地震應(yīng)急快速評(píng)估與協(xié)同系統(tǒng)配置了QGIS版本的多個(gè)專題圖模板，其使用的點(diǎn)狀地圖符號(hào)均由本點(diǎn)符號(hào)轉(zhuǎn)換插件“Marker Symbol”生成。以2022年9月5日四川瀘定MS6.8地震為例，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)出A3、A4幅面震后第一時(shí)段專題圖共14張，文中繪出地震快速評(píng)估影響范圍圖，見圖4中右側(cè)圖件，左圖為ArcGIS產(chǎn)出圖件，對(duì)比可見，QGIS產(chǎn)出圖件符號(hào)顏色顯示更均勻，對(duì)比度柔和，各要素間無遮蓋，整體成圖效果簡(jiǎn)潔、清晰。

圖4 評(píng)估系統(tǒng)產(chǎn)出的四川瀘定MS 6.8地震影響范圍專題圖Fig.4 Thematic maps of the influence area of the Luding MS 6.8 earthquake in Sichuan from assessment system

5 結(jié)束語

QGIS插件技術(shù)在點(diǎn)狀地圖符號(hào)轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用，證明基于QGIS插件技術(shù)能夠提高符號(hào)轉(zhuǎn)換效率，減少重復(fù)工作，實(shí)現(xiàn)快速批量轉(zhuǎn)換，且符號(hào)轉(zhuǎn)換成功率較高。經(jīng)插件轉(zhuǎn)換后的點(diǎn)狀地圖符號(hào)具有以下優(yōu)勢(shì)：①符號(hào)分辨率高、圖案清晰；②符號(hào)形狀標(biāo)準(zhǔn)、大小可調(diào)；③符號(hào)顏色鮮明、色彩可換；④符號(hào)信息齊全、屬性可更改；⑤符號(hào)功能完備，專題圖件要素完整、表達(dá)精確；⑥符號(hào)適用于不同比例尺、不同地圖幅面的專題圖制作；⑦符號(hào)制圖效果與在ArcGIS軟件中相同，甚至優(yōu)于ArcGIS，達(dá)到直接應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，QGIS插件技術(shù)具有較強(qiáng)的可操作性，是ArcGIS平臺(tái)向QGIS平臺(tái)轉(zhuǎn)換的重要工具，不但可以實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)間的符號(hào)共享，還可在其他行業(yè)和領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。

然而，采用QGIS插件技術(shù)轉(zhuǎn)換后的部分符號(hào)會(huì)出現(xiàn)符號(hào)層偏移現(xiàn)象，可能與兩平臺(tái)符號(hào)單位不同有關(guān)。此外，特殊字體轉(zhuǎn)換差異可能導(dǎo)致符號(hào)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤。以上問題仍需進(jìn)一步研究。