楊玉永　徐秀杰　董翔

【摘 要】為了解決在震后初期地震應(yīng)急專題圖在生產(chǎn)中所面臨著的專題內(nèi)容多、幅面種類多、時(shí)間十分緊迫等問題。在地震應(yīng)急專題圖自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，充分挖掘和利用服務(wù)器的CPU等物理資源，進(jìn)而利用ArcPy進(jìn)行了多進(jìn)程生產(chǎn)模式的設(shè)計(jì)開發(fā)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)對比，生產(chǎn)具有相同分辨率和幅面數(shù)量的專題圖，相較傳統(tǒng)模式而言，多進(jìn)程模式將生產(chǎn)時(shí)間由原先的1308秒縮減至377秒，效能提升約347%。在實(shí)際應(yīng)用中，腳本化的程序即拷即用，讓功能部署變得更加簡單便捷。應(yīng)急專題圖的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品化、生產(chǎn)效能均得大幅提升，地震應(yīng)急信息化服務(wù)水平得到顯著進(jìn)步。

【關(guān)鍵字】ArcGIS;Python;多進(jìn)程;專題圖;地震應(yīng)急

中圖分類號： P631.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）36-0004-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.36.002

Using ArcPy to Realize Multiprocess Production of Earthquake Emergency Thematic Map

YANG Yu-yong XU Xiu-jie DONG Xiang*

（Shandong Earthquake Agency， Jinan Shandong 250014， China）

【Abstract】In order to solve the problems of the earthquake emergency thematic map within so many topics， kinds and urgent time in the early post-earthquake period. On the basis of automatic production system of earthquake emergency thematic map， the multiprocess production mode is designed and developed by using ArcPy， which makes full use of physical resources such as CPU of server. Compared with the traditional mode， the multiprocess mode reduces the production time from 1308 seconds to 377 seconds and improves the efficiency by about 347%. In practical applications， scripts are used to make function deployment easier and more convenient. The standardization， production and production efficiency of emergency thematic maps have been greatly improved， and the level of earthquake emergency information service has been significantly improved.

【Key words】ArcGIS; Python; Multiprocess; Thematic Map; Earthquake Emergency

1 地震應(yīng)急專題圖生產(chǎn)現(xiàn)狀

為提高地震應(yīng)急專題圖的制圖標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)出流程，提升地震應(yīng)急指揮的工作效率與服務(wù)水平，中國地震局編制并印發(fā)了《破壞性地震應(yīng)急專題地圖產(chǎn)出流程與制作規(guī)范（試行）》，對專題類別、制圖要素以及圖幅整飾等方面提出了標(biāo)準(zhǔn)化的指導(dǎo)意見。《規(guī)范》指出，在震后的3個(gè)（第一時(shí)段0～1小時(shí)、第二時(shí)段2～3小時(shí)）小時(shí)內(nèi)，應(yīng)須產(chǎn)出地震影響估計(jì)范圍、震中與主要城市距離，以及人口、經(jīng)濟(jì)、交通、重點(diǎn)目標(biāo)等共計(jì)22類36幅專題圖產(chǎn)品，幅面涵蓋A0、A1、A3或更大尺寸。然而，傳統(tǒng)專題圖在制作方法上，數(shù)據(jù)選取、圖面注記、圖例設(shè)置等方面存在著作業(yè)量大、重復(fù)性高、自動(dòng)化程度低、效率低等問題。

諸多學(xué)者針對專題圖自動(dòng)生產(chǎn)方面展開研究，并取得了一定的成果。譚慶全[1]按照數(shù)據(jù)專題建立了多級預(yù)存儲地圖切片，實(shí)現(xiàn)了無需GIS接口或類庫支持下的專題圖離線生產(chǎn)。該系統(tǒng)需占用較大存儲空間，而且由于使用離線數(shù)據(jù)，對于數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性有待商榷。席楠[2]基于ArcEngine與XML設(shè)計(jì)開發(fā)了地震應(yīng)急災(zāi)情動(dòng)態(tài)專題圖快速生成系統(tǒng)。系統(tǒng)對圖層內(nèi)容、比例尺規(guī)則、符號標(biāo)注規(guī)則等構(gòu)建了制圖要素處理規(guī)則庫，解決了地圖符號表達(dá)與空間一致性協(xié)調(diào)處理的技術(shù)難題。但是在圖件生產(chǎn)耗時(shí)方面不甚理想，在獲取地震數(shù)據(jù)后約需30分鐘才可生產(chǎn)完畢。劉軍[3]利用Python開發(fā)了震后專題圖件快速成圖軟件。用戶輸入震中經(jīng)緯度、震級，并根據(jù)地震影響范圍自定義圖片的輸出范圍，從而實(shí)現(xiàn)專題圖件的快速產(chǎn)出。該軟件人工干預(yù)因素較大。陳文凱[4]、魏艷旭[5]、鄭川[6]等也都基于地理信息系統(tǒng)軟件及其組件，研發(fā)了地震應(yīng)急專題圖的快速產(chǎn)出軟件。可見，在提高地震應(yīng)急專題圖標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化，以及生產(chǎn)效能的道路上，應(yīng)急從業(yè)人員始終做著長期不懈的努力。

2 專題圖多進(jìn)程生產(chǎn)設(shè)計(jì)

目前，在地震應(yīng)急行業(yè)中廣泛使用的地理信息系統(tǒng)平臺是來自ESRI公司的ArcGIS。ArcGIS不僅僅是一款桌面級的地理信息系統(tǒng)軟件，同時(shí)也為用戶提供了ArcEngine、ArcObject，以及ArcGIS Server等跨桌面和服務(wù)器的組件式開發(fā)環(huán)境。Python作為目前最為流行的編程語言之一，當(dāng)然也被嵌入了ArcGIS之中，即ArcPy。ArcPy能夠以高效的工作方式來執(zhí)行對地理空間數(shù)據(jù)的分析、轉(zhuǎn)換、管理等地圖編輯處理與幾何操作。這為實(shí)現(xiàn)應(yīng)急專題圖的自動(dòng)化批量生產(chǎn)提供了可能。

2.1 設(shè)計(jì)思想

圖1 系統(tǒng)流程圖

目前，基于ArcPy已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了地震應(yīng)急專題圖的自動(dòng)化生產(chǎn)。系統(tǒng)主要存在三個(gè)環(huán)節(jié)：一是抽取地震影響場數(shù)據(jù);二是遍歷制圖模板獲取圖層信息;三是將每個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行堆棧逐一排隊(duì)完成。因此，整套專題圖生產(chǎn)完成需要耗費(fèi)較多時(shí)間。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，A0、A1等大幅面圖件的生產(chǎn)占用計(jì)算機(jī)硬件資源的需求量較大，耗時(shí)較長，對隊(duì)列中后續(xù)圖件的生產(chǎn)將造成較大影響。這種堆棧式的生產(chǎn)流程顯然無法滿足地震應(yīng)急緊迫性的工作需求。為此，擬依托具備多進(jìn)程計(jì)算能力的計(jì)算機(jī)硬件支持，將每一個(gè)圖幅的生產(chǎn)過程分配給計(jì)算機(jī)上一個(gè)單獨(dú)的處理器，實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程并發(fā)計(jì)算。將過去的“縱隊(duì)”變成現(xiàn)在的“橫隊(duì)”，使文件之間的處理操作互不影響，從而保證專題圖生產(chǎn)效率得到大幅提升。

2.2 多進(jìn)程服務(wù)的實(shí)現(xiàn)與編碼

在利用ArcPy對多個(gè)制圖模板文件執(zhí)行并發(fā)操作之前需要首先創(chuàng)建進(jìn)程池（Pool）。Pool的作用是可以為用戶提供指定數(shù)量的進(jìn)程以供系統(tǒng)調(diào)用。當(dāng)有新的操作請求提交到Pool中時(shí)，如果進(jìn)程池還沒有滿載，則創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程來執(zhí)行該請求;如果池中的進(jìn)程數(shù)已經(jīng)達(dá)到規(guī)定的最大值，那么該請求就會繼續(xù)等待，直到池中某個(gè)進(jìn)程結(jié)束后，才會重新創(chuàng)建新的進(jìn)程來滿足對它的操作。在使用進(jìn)程池時(shí)，采用異步非阻塞的pool.apply_async（）函數(shù)。該函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于無須等待當(dāng)前進(jìn)程中的操作執(zhí)行完畢，隨時(shí)可以根據(jù)系統(tǒng)的調(diào)度切換進(jìn)程。最后當(dāng)全部的子進(jìn)程均運(yùn)行完畢后，再切換回至主進(jìn)程執(zhí)行剩余部分。具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：

同時(shí)，在系統(tǒng)的Python腳本中，為用戶提供了對進(jìn)程池中進(jìn)程數(shù)processMax變量值的自定義功能，即地震應(yīng)急專題圖生產(chǎn)可分配多少個(gè)進(jìn)程完全可以由用戶自定義。其在實(shí)際工作中的使用意義在于，用戶可以根據(jù)服務(wù)器上運(yùn)行業(yè)務(wù)的負(fù)載情況，對地震應(yīng)急專題圖的生產(chǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)配，從而保證服務(wù)器硬件負(fù)載合理、均衡。

3 生產(chǎn)效能分析

在相同計(jì)算機(jī)硬件配置條件下（CPU E5-2420 2.2G 8核、內(nèi)存16G、硬盤SSD），分別利用單進(jìn)程與多進(jìn)程兩種模式生產(chǎn)具有相同分辨率（300dpi）和幅面數(shù)量（1幅A0、12幅A1、23幅A3）的專題圖，對二者的生產(chǎn)效能進(jìn)行對比分析。如圖2所示。

試驗(yàn)證明，與傳統(tǒng)的單進(jìn)程模式相比較而言，在計(jì)算機(jī)硬件資源消耗方面，內(nèi)存由9.5G左右提升至11G左右、CPU占用率由21%左右提升至91%左右，服務(wù)器負(fù)載有較大程度的增加，表明硬件資源得到較為充分的利用;在專題圖生產(chǎn)耗時(shí)方面，多進(jìn)程的生產(chǎn)模式將圖件的生產(chǎn)時(shí)間由原先1308秒縮減至377秒，效能提升了約347%。

4 結(jié)論

地震應(yīng)急專題圖的制作是個(gè)繁瑣的作業(yè)過程，利用ArcPy實(shí)現(xiàn)了批量化的自動(dòng)生產(chǎn)，同時(shí)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了多進(jìn)程生產(chǎn)的方法。將原先堆棧式冗繁的制圖任務(wù)進(jìn)行了分解，憑借具備多核心CPU的計(jì)算機(jī)硬件支持，將傳統(tǒng)制圖過程的“縱隊(duì)”變?yōu)椤皺M隊(duì)”，實(shí)現(xiàn)了任務(wù)操作的并行化，較大程度的縮減了專題圖生產(chǎn)的耗時(shí)，生產(chǎn)效率得到大幅度提高。隨著更高性能計(jì)算機(jī)硬件和云計(jì)算的快速發(fā)展，勢必將地震應(yīng)急專題圖的服務(wù)水平推向新臺階。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]席楠，楊天青，姜立新.基于制圖規(guī)則的地震應(yīng)急災(zāi)情動(dòng)態(tài)專題圖快速生成系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].中國科技成果，2016，17（3）：46-48.

[3]劉軍，宋立軍，孫甲寧，等.新疆地市地震應(yīng)急信息平臺研究與應(yīng)用[J].內(nèi)陸地震，2015，29（3）：268-273.

[4]陳文凱，孫艷萍，周中紅，等.甘肅省地震應(yīng)急專題圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].地震工程學(xué)報(bào)，2015，37（3）：884-889.

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