基于Python的地震緊急會(huì)商快速出圖技術(shù)研究

裴東洋 王 磊

（內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010）

中國(guó)位于亞歐板塊，屬于地震多發(fā)地區(qū)。按照中國(guó)地震局要求，相關(guān)單位需要在震后第一時(shí)間快速開(kāi)展震后緊急會(huì)商等工作?？紤]到地震的頻發(fā)性、突發(fā)性和應(yīng)急工作的急迫性，需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的應(yīng)急產(chǎn)品自動(dòng)產(chǎn)出系統(tǒng)，滿足地震緊急會(huì)商的時(shí)效需要。利用Python技術(shù)編寫(xiě)地震緊急會(huì)商的腳本程序，制定模板化制圖件，自動(dòng)化快速以標(biāo)準(zhǔn)制式出圖，助力專(zhuān)家會(huì)商及時(shí)生成決策，有效地減輕相關(guān)科研人員的工作壓力。

1 專(zhuān)題圖分類(lèi)

震后快速產(chǎn)出需要的應(yīng)急圖件是地震應(yīng)急管理最根本的目標(biāo)，地震應(yīng)急期需要實(shí)時(shí)了解震情，地震災(zāi)情發(fā)展。根據(jù)實(shí)際情況，及時(shí)對(duì)地震各種信息情況進(jìn)行處理。地震專(zhuān)題圖基礎(chǔ)圖件包含震中分布圖、行政區(qū)劃圖等。

專(zhuān)家會(huì)商時(shí)，需要根據(jù)不同需要制定不同的專(zhuān)題地圖，有助于政府管理者迅速有效制定科學(xué)決策，為緊急救助團(tuán)隊(duì)及時(shí)開(kāi)展救災(zāi)工作提供有力保障。震害專(zhuān)項(xiàng)地圖包括震區(qū)地形圖、震區(qū)人口分布情況、建筑物空間分布圖等。救援隊(duì)伍專(zhuān)題圖包含交通分布圖、學(xué)校醫(yī)院及重點(diǎn)目標(biāo)分布圖等，顯示工程建設(shè)對(duì)地形結(jié)構(gòu)的破壞情況。

隨著互聯(lián)網(wǎng)普及，公眾獲取信息的方式發(fā)生了巨大的變化，微博和微信公眾號(hào)已成為當(dāng)下主流的新媒體平臺(tái)，地震發(fā)生后，需要及時(shí)向社會(huì)公眾公布震后基本情況和動(dòng)態(tài)信息，需要制作地震動(dòng)態(tài)圖進(jìn)行宣傳教育，媒體社會(huì)公眾用圖也是制圖重點(diǎn)。

地震常引發(fā)泥石流、山體滑坡、火災(zāi)等一系列的次生災(zāi)害，具有情況復(fù)雜、危害種類(lèi)多、風(fēng)險(xiǎn)難預(yù)料等特點(diǎn)。為應(yīng)對(duì)震后復(fù)雜的應(yīng)急救援情況，使應(yīng)急救援方案盡可能滿足不同的事件類(lèi)型，防止災(zāi)后事故后果擴(kuò)大，需要多種不同的應(yīng)急地圖種類(lèi)，以滿足地震應(yīng)急的需要。在四分類(lèi)基礎(chǔ)上，需要根據(jù)具體情況調(diào)整分類(lèi)的類(lèi)目，修改不同的種類(lèi)。

地震應(yīng)急專(zhuān)題圖分類(lèi)如圖1所示。

圖1 地震應(yīng)急專(zhuān)題圖分類(lèi)

2 地震緊急專(zhuān)題圖數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

傳統(tǒng)的地震緊急專(zhuān)題地圖數(shù)據(jù)獲取，一般需要利用WeGIS的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲取當(dāng)?shù)氐膽?yīng)急專(zhuān)題圖時(shí)，受網(wǎng)絡(luò)速率影響大，出圖效率低，無(wú)法保證應(yīng)急救援工作的快速開(kāi)展，需要建設(shè)獨(dú)立的應(yīng)急專(zhuān)題圖數(shù)據(jù)庫(kù)。

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為矢量數(shù)據(jù)。

（2）背景底圖數(shù)據(jù)。

主要為經(jīng)過(guò)處理的柵格數(shù)據(jù)，如衛(wèi)星影像、高程（DEM）等。

（3）整飾數(shù)據(jù)。

由邊框和文字構(gòu)成。使用不同的制式對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象進(jìn)行重新分類(lèi)，可以有效提升調(diào)用速度。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)收錄有關(guān)行政區(qū)域界線、水域、商場(chǎng)、學(xué)校、危險(xiǎn)源等各種矢量數(shù)據(jù)和矢量符號(hào)。數(shù)據(jù)按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，符合地圖繪制的有關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，或根據(jù)有關(guān)規(guī)范進(jìn)行少量的調(diào)整。

應(yīng)急專(zhuān)題圖數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 應(yīng)急專(zhuān)題圖數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像配準(zhǔn)、幾何校正、色彩校正等一系列處理，產(chǎn)生柵格數(shù)據(jù)載入數(shù)據(jù)庫(kù)。整飾數(shù)據(jù)主要由地圖的邊框、圖例、指南針、要素的符號(hào)及注記、比例尺的樣式等數(shù)據(jù)組成，使專(zhuān)題圖達(dá)到清晰易懂的目的

底圖數(shù)據(jù)類(lèi)型如表2所示。整飾數(shù)據(jù)的底圖數(shù)據(jù)類(lèi)型如表3所示。

表2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的底圖數(shù)據(jù)類(lèi)型

表3 整飾數(shù)據(jù)的底圖數(shù)據(jù)類(lèi)型

3 地震應(yīng)急專(zhuān)題圖模型構(gòu)建

3.1 Python介紹

Python具有很多優(yōu)點(diǎn)，其可以與其他編程語(yǔ)言相結(jié)合，相互之間自由轉(zhuǎn)換；語(yǔ)法簡(jiǎn)潔清晰，空白符具有語(yǔ)句縮進(jìn)功能；具有龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)；可以兼容各類(lèi)軟件平臺(tái)；代碼可以方便快捷地移植到其他軟件平臺(tái)上使用；編程語(yǔ)言邏輯簡(jiǎn)單。

制作地震應(yīng)急圖需要處理龐大和繁雜的數(shù)據(jù)。使用Python編程語(yǔ)言可以有效地對(duì)各流程數(shù)據(jù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的梳理整合，通過(guò)編輯腳本代碼，方便快捷地兼容各類(lèi)應(yīng)用軟件和系統(tǒng)，增加腳本的實(shí)用性。Python編程語(yǔ)言邏輯簡(jiǎn)單易懂，上手簡(jiǎn)單，系統(tǒng)或程序出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)急處置人員或檢查人員可快速對(duì)程序故障進(jìn)行檢查修改，及時(shí)解決系統(tǒng)的簡(jiǎn)單程序性故障，保證系統(tǒng)平穩(wěn)的長(zhǎng)效運(yùn)行。

3.2 腳本工具設(shè)計(jì)

使用地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)取數(shù)據(jù)，利用Python編程語(yǔ)言進(jìn)行腳本工具編程，對(duì)已編輯好的程序模板包進(jìn)行調(diào)用，通過(guò)編寫(xiě)Python腳本程序，在腳本程序后加入一個(gè)快速處理程序，腳本啟動(dòng)時(shí)，程序可以快速生成最近一次地震事件的專(zhuān)題圖件，在專(zhuān)題圖件上加以修改編輯，快速對(duì)地震專(zhuān)題圖出圖。

3.3 專(zhuān)題圖模板

利用提前制作好的專(zhuān)題圖模板，實(shí)現(xiàn)地震專(zhuān)題圖快速產(chǎn)出，可以規(guī)范制定統(tǒng)一的制圖標(biāo)準(zhǔn)、符號(hào)等，保證出圖質(zhì)量。專(zhuān)題圖模板可以進(jìn)行定期制作更新，保持模板的實(shí)用性、有效性，確保專(zhuān)題圖模板能夠快速有效發(fā)揮作用。

在地震預(yù)防與處理工作中，主要使用ArcMap軟件制定的專(zhuān)題地圖模版，在原GIS地圖的基礎(chǔ)上，通過(guò)疊加專(zhuān)題數(shù)據(jù)，對(duì)各種地震數(shù)據(jù)加以規(guī)范化、符號(hào)化，進(jìn)一步對(duì)圖紙內(nèi)容加以修改，生產(chǎn)地震專(zhuān)題圖?？梢园凑諏?zhuān)題圖生成過(guò)程各時(shí)段制定應(yīng)急專(zhuān)題圖。

分時(shí)段的專(zhuān)題圖目錄如表4所示。

表4 分時(shí)段的專(zhuān)題圖目錄

3.4 地震模型構(gòu)建

模型構(gòu)建器是一個(gè)面向?qū)ο蟮目茖W(xué)與計(jì)算可視化模型腳本編輯器，使用模型構(gòu)建器可以有效解決地震應(yīng)急專(zhuān)題圖中龐大的數(shù)據(jù)量。使用ArsGIS軟件內(nèi)置的開(kāi)發(fā)工具，添加工具包插件，根據(jù)操作者的指令將數(shù)據(jù)高效結(jié)合在一起，成為工具集。ArsGIS模塊構(gòu)建器操作簡(jiǎn)便，工作原理簡(jiǎn)單，不需要對(duì)所有組件進(jìn)行編寫(xiě)，根據(jù)流程將數(shù)值、變量結(jié)合一起，對(duì)模型進(jìn)行校正，利用迭代器對(duì)數(shù)值進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)快速出圖。以震區(qū)交通圖為例，展示模型構(gòu)建流程。

地震交通專(zhuān)題圖數(shù)據(jù)處理流程如圖2所示。

圖2 地震交通專(zhuān)題圖數(shù)據(jù)處理流程

3.5 模板快速出圖的實(shí)現(xiàn)

針對(duì)各種類(lèi)型的專(zhuān)題圖模塊，通過(guò)Python程序編輯不同語(yǔ)言形成的快速出圖腳本，簡(jiǎn)化接口程序。使用Python編程語(yǔ)言將不同需求目錄下的mxd格式文件模板，轉(zhuǎn)化為jpg格式文件，快速出圖。

基于Python相關(guān)快速出圖腳本如圖3所示。

圖3 基于Python相關(guān)快速出圖腳本

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可以劃分3類(lèi)應(yīng)急專(zhuān)題圖數(shù)據(jù)庫(kù)，利用模型構(gòu)建器處理不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型，建立專(zhuān)題模型。在該模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建專(zhuān)題圖形模塊，運(yùn)行Python腳本程序，實(shí)現(xiàn)地圖專(zhuān)題圖的自動(dòng)快速出圖。

快速出圖基本流程如圖4所示。

圖4 快速出圖基本流程

3.6 快速出圖的實(shí)現(xiàn)

打開(kāi)后綴為“mxd”的格式文件，利用Python的函數(shù)功能，快速導(dǎo)出專(zhuān)題圖件，Python編程語(yǔ)言可以進(jìn)行多線程工作，設(shè)定工作線程為8（線程參數(shù)設(shè)置需要根據(jù)電腦CPU的配置功能），提高處理器工作效率，導(dǎo)出分辨率為400 dpi的圖片，設(shè)定圖片的比例，圖片導(dǎo)出格式為.jpg，可以快速批量出圖。

4 搭建地震緊急會(huì)商數(shù)據(jù)平臺(tái)

利用Python生產(chǎn)各類(lèi)地震應(yīng)急專(zhuān)題圖，通過(guò)地震緊急會(huì)商數(shù)據(jù)平臺(tái)上傳，將獲取的第一手信息和分析結(jié)論實(shí)時(shí)傳回地震應(yīng)急指揮中心，為政府和專(zhuān)家了解災(zāi)情、統(tǒng)計(jì)決策、提出救援建議提供支持。根據(jù)設(shè)計(jì)制作的模板，實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)生成震情監(jiān)測(cè)和跟蹤報(bào)告。為地震應(yīng)急救援提供有力的技術(shù)支撐，保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

利用Python編寫(xiě)語(yǔ)言，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，形成地震災(zāi)后數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)了解地震災(zāi)情動(dòng)態(tài)，預(yù)判地震災(zāi)后的發(fā)展走向，為科學(xué)開(kāi)展地震災(zāi)后救援工作提供有力支撐。

5 結(jié)語(yǔ)

基于Python語(yǔ)言編寫(xiě)腳本程序，能夠快速收集地震各種數(shù)據(jù)，使用提前制作的專(zhuān)用模板，生成統(tǒng)一格式圖片，在震后快速完成出圖任務(wù)，有效提高出圖效率，縮短專(zhuān)題圖的制圖周期。利用Python語(yǔ)言編寫(xiě)自動(dòng)上傳程序，將震后數(shù)據(jù)資料上傳至震緊急會(huì)商數(shù)據(jù)平臺(tái)，提高會(huì)商效率，縮短決策時(shí)效，為震后政府和專(zhuān)家應(yīng)急指揮決策提供有力的技術(shù)支持。