GMT在地震應(yīng)急專題圖繪制中的應(yīng)用研究

王萬寧　孔祥雪　馮石　于浩　張文靜

【摘 要】對(duì)GMT繪圖軟件、地震應(yīng)急專題圖制作要素和遼寧地形特點(diǎn)進(jìn)行了簡要介紹，在此基礎(chǔ)上利用GMT軟件繪制了遼寧省地震應(yīng)急專題圖，同時(shí)給出了詳細(xì)的繪制流程和相關(guān)解釋。為后續(xù)將GMT應(yīng)用在此方面提供了一些參考。

【關(guān)鍵詞】GMT;地震應(yīng)急;專題圖

中圖分類號(hào)： P209文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）31-0232-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.31.111

Application of GMT in Thematic map of Earthquake Emergency

WANG Wan-ning KONG Xiang-xue FENG Shi YU Hao ZHANG Wen-jing

（Earthquake Administration of Liaoning Province， Liaoning Shenyang 110034， China）

【Abstract】This paper briefly introduces the GMT drawing software， the acquired elements of plotting earthquake emergency thematic map and the topographic feature of Liaoning province. Based on the previous analysis， three thematic maps of earthquake emergency in Liaoning province are plotted with GMT software. Besides， the detailed drawing process and relevant explanation of paint effects are also discussed. This paper is going to provide some references for subsequent application of GMT.

【Key words】GMT; Earthquake emergency; Thematic map

0 引言

GMT（Generic Mapping Tools）是擁有80多種命令行工具的開源繪圖軟件，支持30多種地圖投影，自帶模塊包括海岸線、河流、國界等數(shù)據(jù)信息，用于繪制不同類型的專題地圖[1-5]。GMT具有操控命令靈活、矢量圖輸出、顯示不失真以及存儲(chǔ)格式多樣化的優(yōu)點(diǎn)，在地球科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[4-7]。目前GMT還提供了與MATLAB兼容的程序接口，可以在MATLAB中直接調(diào)用GMT命令;而GMT命令生成的結(jié)果，如格網(wǎng)數(shù)據(jù)（GRD）、表格數(shù)據(jù)（TABLE）、顏色表（CPT）、文本文件（TXT）、圖片（PSFILE）等，都可以作為MATLAB變量調(diào)用運(yùn)算;此外，MATLAB中的矩陣變量可以直接作為GMT的輸入數(shù)據(jù)[2]。上述特性將MATLAB數(shù)學(xué)運(yùn)算與GMT成果繪制的功能優(yōu)勢(shì)有效地融合在一起，進(jìn)一步促進(jìn)了GMT在地球科學(xué)研究中的應(yīng)用。

地震應(yīng)急專題圖制作成為地震應(yīng)急工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，利用圖件來表達(dá)信息具有其他方式無法比擬的優(yōu)越性[9]。在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，應(yīng)急管理部門需要第一時(shí)間繪制地震應(yīng)急專題圖，圖中應(yīng)清晰地顯示災(zāi)區(qū)預(yù)估的人員、房屋等受災(zāi)情況，有助于領(lǐng)導(dǎo)制訂切實(shí)有效的救援方案。同時(shí)對(duì)地震災(zāi)情的破壞范圍和破壞程度進(jìn)行初步估計(jì)，為指揮應(yīng)急救援工作提供輔助依據(jù)[8]。地震應(yīng)急專題圖不僅需要精準(zhǔn)地展示震中位置，還應(yīng)包含主要城市距離以及地震影響范圍內(nèi)的交通、學(xué)校、水庫、醫(yī)院等專題信息，具有及時(shí)、直觀、易讀、信息量大等優(yōu)勢(shì)，在指揮人員拿到圖件后能夠快速得到需要的信息，在輔助決策過程中發(fā)揮著十分重要的作用，因此相比之下，突出應(yīng)急專題圖的易讀性比美觀性更重要，同時(shí)也對(duì)快速化產(chǎn)出專題地圖提出新的要求。

目前，遼寧省地震應(yīng)急專題圖通常使用ARCGIS或MAPINFO軟件制作，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(duì)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(shí)并且熟悉相關(guān)出圖軟件[11]。遼寧省基本地貌可概括為“六山一水三分田”，地勢(shì)大致呈現(xiàn)自北向南、由東西兩側(cè)向中部傾斜的趨勢(shì)，山地丘陵分列遼東、遼西兩側(cè)，遼河平原位于中部，呈馬蹄形指向遼西渤海沿岸狹長的海濱平原[3]。同時(shí)考慮到遼寧省山地丘陵海拔較低且平原地區(qū)相對(duì)較多的特點(diǎn)，利用傳統(tǒng)手段繪制的應(yīng)急專題圖存在山體陰影效果不明顯的現(xiàn)象。此外，使用ARCGIS繪圖導(dǎo)出成果的過程耗時(shí)較長。與常規(guī)地震應(yīng)急專題圖繪制軟件相比，GMT具有操作簡便、矢量圖輸出、圖形質(zhì)量高、任意縮放而不失真的優(yōu)勢(shì)。由于尚無先例可循，因此本文將詳細(xì)討論利用GMT繪制地震應(yīng)急專題圖的流程及繪制效果。

1 利用GMT繪制地震應(yīng)急專題圖

GMT的繪圖操作是通過包含若干命令行的程序腳本來實(shí)現(xiàn)[6]，而命令行相對(duì)于界面化繪圖軟件具有內(nèi)存占用少的優(yōu)勢(shì)。此外，命令行語句可以更加精確控制圖形的顯示，比如線條寬度、符號(hào)大小等，還具有批量處理、易重復(fù)操作、自動(dòng)化成圖等優(yōu)點(diǎn)。因此，GMT軟件在專題圖繪制方面具有潛在的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。以繪制地震影響范圍圖為例，影響范圍圖中最主要的是不同烈度的影響場(chǎng)。而影響場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)主要依靠烈度衰減公式。地震烈度的衰減關(guān)系在不同地區(qū)都有不同的特點(diǎn)，目前我部門繪制橢圓形烈度圈采用東部地區(qū)的衰減關(guān)系。首先建立以震源為原點(diǎn)，長軸為x軸、短軸為y軸的新坐標(biāo)系。根據(jù)給定的地震烈度I和震級(jí)M由衰減關(guān)系式和方向概率函數(shù)，分別求得橢圓的長、短軸半徑[10]。

長軸方向：Ia=5.7123+1.3626M-4.2903ln（R+25）（1）

短軸方向：Ib=3.6588+1.3626M-3.5406ln（R+13）（2）

根據(jù)上述公式計(jì)算烈度圈的長、短軸半徑，根據(jù)半徑繪制各級(jí)烈度圈。在繪制地震影響范圍圖中，與繪制震中位置圖不同的是，地震影響范圍圖的繪制無需疊加地形模型。本文的研究中，利用GMT軟件繪制地震影響范圍圖的主要步驟如下：首先，繪制底圖邊框及地圖比例尺信息，調(diào)整經(jīng)緯度顯示間隔;然后，繪制烈度圈，調(diào)整烈度圈的透明度，優(yōu)化顯示效果;此外，加載行政區(qū)邊界、斷裂信息、震中、政府所在地信息等，編輯政府符號(hào)、標(biāo)注、標(biāo)題等信息;最后，添加圖例，并將繪制結(jié)果轉(zhuǎn)存成PNG格式文件。

基于上述步驟，GMT繪制的影響范圍圖整體效果如圖1所示，其中將烈度圈設(shè)置為半透明顯示，以防止遮蓋烈度圈內(nèi)的相關(guān)信息。在圖中可清楚顯示，每級(jí)烈度圈所影響的鄉(xiāng)鎮(zhèn)或區(qū)縣范圍。有助于救援人員第一時(shí)間確認(rèn)烈度圈內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、區(qū)縣的受災(zāi)情況。

圖1 地震影響范圍分布圖

2 總結(jié)

繪制地震應(yīng)急專題圖是在地震發(fā)生后抗震救災(zāi)工作的重要內(nèi)容之一，研究利用不同的技術(shù)手段繪制地震應(yīng)急專題圖對(duì)于優(yōu)化震后抗震救災(zāi)工作起著至關(guān)重要的作用。通過上述研究表明，GMT可以繪制出清晰直觀的震中位置圖、影響范圍圖、震區(qū)交通圖等地震應(yīng)急專題圖。通過編寫不同的代碼腳本，繪制所需的地形底圖、震中位置、烈度圈、交通分布等相關(guān)信息，滿足內(nèi)容直觀、顯示清晰、成圖美觀的應(yīng)急專題圖繪制要求。相信隨著GMT技術(shù)的不斷發(fā)展，其在專題圖繪制中的使用將會(huì)更加廣泛。

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