应用GMT软件绘制云南省强震动台站分布图研究

地 震 研 究
Vo l 132 , No 14
第 32卷 第 4期 2009年 10 月
JOU R NAL O F S E I S M O LO G I CAL R
E S EA R CH O c t 1, 2009
应用 G M T 软件绘制云南省强震动台站分布图研究
3
徐 硕 , 段洪杰 , 刘琼以
(云南省地震局 , 昆明 650224 )
摘要 : 通过研究云南省强震动台站分布图的绘制 , 分析了 G M T 的软件组成 、数据结构 , 论述了地形栅格数据和
点状矢量数据在 G M T 软件中的绘制方法 。

结果表明 , 在 G M T 软件中绘制地图 , 对于栅格数据 , 最有效的数据格 式为 N e t cD F 栅格文件 ; 而对于矢量数据 , 则应采用 A SC Ⅱ码表 。

关键词 : G M T 软件 ; 栅格数据 ; 矢量数据 ; 强震动台站 ; 分布图 中图分类号 : P28511
文献标识码 : 文章编号 : 1000 - 0666 ( 2009) 04 - 0415 - 05
A
此应用 G M T 软 件来 绘 制该 图 , 既 有 实 际 的 需 求 ,
也可通过绘图实践较为全面地研究 G M T 软件的数 据结构和使用方法 , 并发现 G M T 软件在数据格式 方面需要进一步研究的问题 。

0 引言
G M T ( Gene ri c M app i ng T oo l s ) 是一 个 通 用 地 图制图工具软件 , 由哥 伦比 亚 大学 的两 位 毕业 生 Pau l W e s se l 和 W a l te r H 1F 1Sm ith 于 1987 年 开 发 (吴秋瑾 , 2006 ) , 发 展 至 今 已 在 大 气 、海 洋 、地 震等研究领域得到较 为 广泛 的应 用 , 它 也 是震 动 图软件 Shake M a p 必 不 可少 的第 三 方 软 件 包 之 一 。

Shake M ap 是由美国地质调查局开发完成并免费提 供应用的震 动 图 软 件 , 它 具 有 功 能 强 大 、自 动 化 程度高 、即时响 应 等 特 点 , 是 国 际 上 较 为 先 进 和 通用的 地 震 专 业 软 件 。

Shake M a p 对 强 震 动 研 究 、 烈度速报和地震应急 等 工作 有着 重 要意 义 , 但 该 软件 组 成 复 杂 、数 据 结 构 特 殊 , 安 装 难 度 较 大 , 运行时需要调用许多第三方软件包 , 而 G M T 正是
支撑其地图绘制功能 的 第三 方软 件 包 。

因 此研 究
G M T 软件的数据结构并应用 G M T 绘制本土数字地 图 , 能使我们在强震研究中较好地应用 Shake M a p 软件 。

“十五 ”期间建成的云南数字强震动观测台网 是国家重 大建 设 项目 ———中国 数字 地 震 观 测 网 络 的重要组成部分 (崔建文等 , 2006 ) , 而 《云南省 强震动台分布图 》是该台网所需的基础数字地图 。

该图对强震工作人员直观地了解强 震台 站 的分 布 情况 , 在大震发生后能 有的 放 矢地 快速 回 收强 震 动数据 、判断灾 情 有 较 大 帮 助 。

由 于 云 南 省 强 震 动台站分布图包含了 栅 格和 矢量 两 大类 数据 , 因
1 G M T 软件概况
111 G M T 软件的组成
G M T 是全命令行软件 , 需要用户录入 命令 及 其指定的输入输出数据和各种配置参数 (如经度 、
纬度 、颜色配置等 ) 来进行操作 。

G M T 虽然操作 相对繁琐 , 但执 行 效 率 很 高 , 而 且 图 形 文 件 输 出 的主要格式为 Po s tSc r i p t 文件 , 这种格式可提供高 质量 、跨帄台的图形打印 , 这也是 G M T 得以广泛 应用的原因 。

( 1 ) 输入 : 包括表文件 (矢量数据 ) 、栅格数 ( 2 ) 工作控制 : G M T 的命令行 据和调色板文件 ; 程序 、默认配置 和 支 持 数 据 。

其 中 命 令 行 程 序 有
60多条 , 包括绘制不同类型地图 、数据格式转换 、
( 3 ) 输 出 : 调色板文件 生 成 、地 图运 算等 功 能 ; 包括 Po s tSc r i p t 图 形 文 件 、表 文 件 (矢 量 数 据 ) 、 栅格数据 、统计信息 、警告和错误提示等 。

112 G M T 软件的安装平台
G M T 软件最早是在 UN I X 系统上开发的 , 因此 主要 在 UN I X 系 列 的 操 作 系 统 帄 台 上 运 行 , 如 L i nux 、 F reeB SD 、A I X 等 。

经过对比测试 , 我们将 云南数字强震动观测台网数据中心使用的 G M T 软 件安装在 F r ee B S D 操作系统的服务器上 。

3 收稿日期 : 2008 - 09 - 261
基金项目 : 云南 省 社 会 发 展 科 技 计 划 ———社 会 事 业 发 展 专 项 “城 市 地 震 安 全 关 键 技 术 应 用 与 示 范 研 究 ”
( 2007CA 002 ) 和云南省地震局青年基金 ( 200805 ) 联合资助 1
性 , 可以用 G M T 程序对其进行部分编辑 (W e s se l , S m ith, 2008 ) 。

与本地二进制栅格文件结构类似的 数据还有 Sun 公司开发的栅格文件 , G M T 也能够 F r eeB S D 系统 是 UN I X 系 列 的 一 个 重 要 分 支 ,
能 够 在 I n t e l x86 fam il y 、 D EC A l p h a 、 Sun U ltra 2
SP A RC 以及 AMD64等多种类型的处理器帄台上运 行 (张 纪 青 , 2002 ) , 具 有 很 强 的 兼 容 性 和 稳 定
性 。

实际 的 安 装 和 使 用 结 果 表 明 , G M T 软 件 在 F r eeB S D 系统上运行是可靠和稳定的 。

读写和处理这种数据 。

但由于这些数据格式特殊 、
适用面窄 , 一般很少使用 。

212 矢量数据
G M T 软件的矢量数据为表文件 , 表文 件的 格 2 G M T 软件使用的数据格式
式要求是有 n 行 、m 列 , 行列一一对应的二维表 。

每一行代表一个点 要素 记录 , 每一 列 则为 记录 的 属性字段 (坐标 、名称 、编号 、高程等 ) 。

常用的 表文件有 A S C II 码表 、二进制表和 N e t CD F 表 。

( 1 ) A S C II 码表
A S C II 码表由于是文本文件 , 很多地理数据都 比较容易转换而且 编辑 也比 较 方便 , 因此 是绘 制
点 、线 、面等 矢量 数据 最 常用 的表 文 件 。

其 内 容
只要符合 G M T 软件的格式要求即可 , 其中每一个 记录的字段 必 须 被 空 格 、制 表 符 或 逗 号 隔 开 , 字
段可以是整型或浮 点型 的数 字 , 或 是 表示 地理 坐 标的 字 符 串 。

另 外 , 对 于 线 状 和 面 状 地 理 要 素 , 由于多行记录才对 应一 个地 理 要素 , 因此 需要 在 每个地理要素的起始数据记录前加 一 个分 段数 据
头文件作为唯一标识符 , 形成分段数据文件 。

( 2 ) 本地二进制表 本地二进制表是 G M T 软件自身支持的特殊格 式的二进制 文 件 , 可 移 植 性 差 , 其 它 软 件 不 能 识 别 , 主要用于执 行 栅 格 化 和 预 处 理 任 务 。

本 文 研 究没有采用 。

( 3 ) N e t CD F 表
从 41310版本以后 , G M T 软件开始支持 N e t C 2 D F 列表文件 。

N e tC D F 列表文件包含元数据 , 读起
来不如读取二进制表复杂 , 甚至比 A SC II 码表还简 单 。

但由于目前 G M T 只能读取 N e t C D F 列表文件 , 还不能输出 (W e s se l , Sm ith, 2008 ) , 因此本研究 中没有采取这种格式来绘制矢量数据 。

211 栅格数据
( 1 ) N e t CD F 栅格文件
默认情况下 , G M T 软件将二维的栅格 数据 存 储为 适 应 C OA R D S 标 准 的 N e t C D F 文 件 。

N e t CD F 文件全称为 N e t w o rk Common D a t a Fo r m a t (网络通 用数据格式 ) , 由美国大气研究大学协会 (UC A R ) 在 U n i da ta 程序中开发 (D avi d, 1996 ) 。

这是一种 通用的二进制数据存 取 方式 , 目的 是方 便 程序 开 发人员利用 C 、 Fo r tran 、 C + + 、 Pe r l 等不同的程序 语言读写数据文件 。

由 于它 本 身具 有自 我 说明 能 力 , 并且可以跨 越 帄 台 而 不 受 机 器 的 限 制 , 因 此 从开始时仅用于存储 气 象科 学数 据 的格 式 , 发 展 成为现在许多数据采集软件的标准输出数据格式 。

而 C OA RD S 则是一个许多研究机构用于发布海洋 和大气研究的栅格化数据的协议 (W e s se l , Sm ith,
2008 ) , 这个协议使得 G M T 软件既可以读取其它专
业软件所提供的 N e t CD F 栅格数据文件 , 同时也使 其创建的 N e t C D F 栅格数据文件能够被其它领域的 专业软件读取 。

一个 N e t C D F 文件由变量 、维和属性 3 个部分 组成 ( L a om a i , 2007 ) 。

变 量 是 每 个 X / Y (经 纬 度 ) 坐标点对应的无量纲的数值 , 它的物理量 要 由属性来 说明 , 可以 是 气压 、温度 或 高 程 等 , 它 们随自变量 而 变 化 。

而 自 变 量 就 是 维 , 可 以 是 时 间 、高程或经纬度坐标 , 一个 N e t C D F 文件可以包 含多个维 , 每一 维 变 量 都 有 包 括 全 名 、度 量 单 位 及意义等其自我说明 的 数据 。

对于 本研 究 所使 用 的栅格结构的数字高 程 模型 数据 , 每个 栅 格的 高 程值就 是 其 变 量 , 经 度 和 纬 度 就 是 它 的 两 个 维 (自变量 ) , 高程就是其属性 。

( 2 ) 其它栅格文件
3 云南省强震动台站分布图的绘制
311 栅格数据地形图的绘制
( 1 ) 栅格数据的格式转换
目前 A rcG IS 软件是应用比较广泛的地理信息
系统软件 , 通常使用的基础地理数据多数都是 A rc 2
G I S 软件格式 。

而 ESR I GR I D 是 A rcG I S 软件的标 准栅格数据格式 (党安荣等 , 2003 ) , 所以本研究 采用的原始数据为 ESR I GR I D 格式的云南省数字 高程模型 (图 1 ) 。

除了默认的 N e t C D F 格式外 , G M T 也支持早期 版本中常用的老式 二进 制 文件 (即 本地 二 进制 栅 格文件 ) , 以便新版本的软件能够处理早期生成和 编辑的数据 。

这种文件类似 N e t CD F 文件 , 也带有 一个数据头文件 , 里面 包含 了 定义 文件 内 容的 属
第 4期
徐 硕等 : 应用 G M T 软件绘制云南省强震动台站分布图研究 417
图 1 F i g 11 ESR I GR I D 格式的云南省数字高程模型
Yunnan P r ovi nce D E M of ESR I GR I D f o r m a t
图 3 G M T 软件生成的云南省数字地形图
F i g 13 D i gita l Yunnan P r ovi nce t opograp h i c
m a p gene r a t ed w ith G M T soft w a re
经过反 复试 验 , 将 数 字高 程模 型 数 据 转 换 为
N e t CD F 栅格文件后 , 就能够被 G M T 软件读取并进 行处理 , 因此在 G M T 软件中 , 用 grd r ef o r m a t 命令 将云南省栅格数字地图转换为 N e t C D F 格式的栅格 文件 。

查看其元数据 (图 2 ) 可知 , 转换后的地形 栅格数据格式代码为 n i , 即符合 COA RD S 协议标 准的整型 N e t C D F 文件 (W e s se l , Sm ith, 2008 ) 。

312 强震动台站分布点的绘制
( 1 ) 矢量数据的格式转换 云南省强 震动 台站
分 布点 的原 始 数据 为点 状
的 A rcG IS 软 件 shap e 文 件 , 是 典 型 的 矢 量 数 据 。

将台站分 布 点 的 shap e 文 件 导 出 为 没 有 文 件 头 的 A SC II 码表 , 由于只涉及点状数据 , 因此不需使用 分段数据 。

每 行 记 录 的 各 个 字 段 用 空 格 分 隔 开 , 根据 G M T 软件 的要 求 , 第 一 列 字 段 为 经 度 坐 标 , 第二列 字 段 为 纬 度 坐 标 (W e s se l , Sm ith, 2008 ) 。

台站分布点的 A S C II 码文本文件如图 4。

图 2 转换为 N e t CD F 文件的云南省
栅格数字地图的元数据
F i g 12 M e t a 2da t a of the N e t C D F fil e conve r ted
fr om Yunnan P r ovi nce D E M
( 2 ) 用 G M T 软件绘制三维地形图
在 G M T 软件中 , 用命令行方式绘制地图 , 每
个命令根据 用 户 需 要 , 调 用 若 干 参 数 。

主 要 使 用 的命令有 3个 : ( 1 ) grdgrad i en t 命令 , 该命令生成 地形坡度阴影图 (即地貌晕渲图 ) , 使地形图具有 三维立体效果 ; ( 2 ) m akecp t 命令 , 该命令创建一 个调色板表文件 , 按海拔高度为地形图着色 ; ( 3 ) grdvie w 命令 , 该命令首先通过一系列用户指定的 参数绘制基础图框 , 然后调用 grdgrad i en t 命令生成 的地形坡度阴影图和 m a kecp t 命令生成的调色板表 文件进行叠加和着色 , 从而 生 成具 有三 维 立体 效 果的分层设色地形图 (图 3 ) 。

图 4 云南省强震动台站分布点的 A S C II 码表 F i g 14 A S C II tab l e of Yunnan P r ovi nce str ong mo t i o n
sta t i o n s d i stri bu t i o n po i n t s
( 2 ) 用 G M T 软件绘制强震动台站分布点
在 G M T 软件中 , 使用 p sx yz 命令来绘制点状矢 量数据 , 通过调用不同 参 数来 设置 所 绘地 图数 学
基础和地图要素的各种属性。

本研究调用参数“- Jm4 i”指定地图投影为墨卡托投影, 比例尺为 4 英寸/经纬度; 参数“- St015”将台站分布点的形状设置为三角形, 并指定其外接圆的直径大小为015 英寸; 参数“- G250 /0 /0 ”指定符号的颜色为红色。

用G M T软件绘制的云南省强震动台站分布点参看图5。

313 云南省强震动台分布图的绘制和显示
把云南省强震动台分布点的矢量数据叠加绘制到先前生成的云南省地形图上, 就完成了云南省强震动台分布图的绘制。

最终生成的地图为Po s tSc r i p t ( PS) 格式文件, 它是可供打印高质量图形的文件, 但需要GSvi ew 等软件才能显示。

最终生成的云南省强震动台分布如图 6 , 红色三角形代表强震动台站, 地形图的海拔高程由蓝到红逐渐升高。

可以将PS ( Po s tSc r i p t) 文件转换为其它格式,如Pho t oShop 软件的p n g 图像格式, 或再转换为G I F、J P G等格式。

4 结论和问题
通过应用G M T软件实际绘图, 我们初步掌握
G M T软件的组成、安装帄台、数据结构和基本了
使用方法。

实现了将A rcG I S软件格式的栅格数据和点状矢量数据转换为G M T软件所支持格式, 应用G M T软件完成了云南省强震动台分布图的绘制。

研究表明, 在G M T软件中绘制地图, 对于栅格数据, 最有效的数据格式为N e t C D F栅格文件;而对矢量数据, 则应该采用A S C II码表。

目前, 云南省强震动台分布点矢量数据已经能够应用于Shake M a p 软件, 作为绘制烈度分布图的地图要素, 但是栅格地形数据还不能和Shake M ap 软件绘制的其它地图要素相匹配。

因此, 如何将本土栅格数据通过G M T应用到Shake M ap 软件中是一个需要深入研究的问题。

参考文献:
崔建文, 高东, 李世成, 等120061 新的云南数字强震动观测网络[ J ]. 地震研究, 29 (增刊) : 453 -4581
党安荣, 贾海峰, 易善帧, 等120031A r cG I S 8 D e sk t op 地理信息系统应用指南[M ]. 北京: 清华大学出版社1
柯佳伶120061G M T的使用[ E B /O L ]. h ttp: / /w w w1f g1 t p1edu1 t w / ～vision / doc s / sa tellite06 / G M T31dbf1
吴秋瑾1 20061G M T概念及操作[ EB /OL ]. h ttp: w w w1f g1 t p1edu1 t w / ～vision / docs / sate llite06 / G M T11dbf1
张纪青1 20021F r ee B S D 使用手册[ EB /OL ]. h ttp: m an1ddvip1c om /o s / f reeb sd syzsc / index1h t m l1
D a vid F119961The N e tCD F U se rsπ G u ide [ EB /OL ]. h ttp:
w ww1un ida ta1ucar1edu / sof t wa r e / ne tcdf / doc s / ne tcdf1
/ /
/ /
/ / L a om a i120071ne tcdf入门[ EB /OL ]. h t tp: / / b l og1c s dn1net / la om a i /
a r ch ive /2007 /08 /13 / 17407471a sp x1
Pau l W e sse l, W a lte r H F S m ith120081G M T _ Docs [EB /O L ]. h t2 tp: / / g m t1 s oe st1ha wa ii1edu1
图 5 G M T软件绘制的云南省强震动台站分布图
F i g15 Yunnan P r ovi nce str ong mo t i on sta t i o n s
d i stri bu t i o n m a p p l o t ted w ith G M T soft w a re
第4期徐硕等: 应用G M T软件绘制云南省强震动台站分布图研究419 Re s ea r ch of A pp l y in g Sof t wa r e G M T to P l o t i n g Y unnan Prov in c e
S t ron g Groun d M o t i on S t a t i on s D istr ibu t i on M a p
XU S h uo, D U A N H o n g2ji e, L IU Q ion g2x ian
( Ea r t hqua k e A d i m i n is t r i bu t ion of Yunna n p rovince, Kun m ing 650224, Yunna n, C h ina )
A b s tra c t
G M T is the ind isp ensab le m ap p lo tting th ird 2p a rty sof t w a r e p a ckage of sof t w a r e S h ake M ap , w h i ch d raw in g s trong g round m o tion m ap 1G rasp ing GM T and app ly ing the sof t w a re to d raw loca l m ap s is the necessa ry cond i2 ti on, of w h i ch the so f t w a re S hake M ap can p l ay a ro l e i n Y unnan s trong g round m o ti on m o n ito ri ng and resea rc2 h i ng1B y resea rch i ng the p lo ti ng of Y unnan P ro v i nce s trong g round m o ti on s ta ti ons d is trib u ti on m ap , the a rtic l e ana lyz ed G M Tπs com p onen ts and da ta s truc tu re, d iscussed the m e thod of d raw in g te rra in g rid da ta and p o i n t vec2 to r da ta w ith G M T1
Key word s: so f t w a re GM T, g r i d d a t a, v e c to r d a t a, s t rong g r o u nd m o t i o n s t a t i ons, d is t rib u t i on m ap
张素欣 河北省地震局高级工 程师 。

1987 年 毕 业 于 合 肥 工 业 大 学 ,获工学学士学位 。

主要从事地 震地下流体分析预报与研究工作 。

地震 学 会 地 下 流 体 专 业 委 员 会 委员 。

李兴坚 甘肃省地震局高台地 震台助 理 工 程 师 。

2001 年 毕 业 于 防灾技术高等专科学校 ; 2007 年毕 业于中国科学技术大学 , 获理学学 士学位 。

现主要从事地震台站监测 工作 。

姜纪沂 防灾科技学院地震科 学系讲 师 。

2007 年 毕 业 于 卲 林 大 学 ,获得工学博士学位 。

现主要从 事地震地质学 、地震地下流体学方 面的教学与研究工作 。

陈坤华 云南省防灾研究所工 程师 。

1987年毕业于云南大学 , 获 学士学位 。

现主要从事火山地球化 学研究及地震灾害损失评估工作 。

段天山 新疆维吾尔自治区地 震局高 级 工 程 师 。

1979 年 毕 业 于 新疆工学院 。

负责中国地震局“九 五 ”重点项目“中国数字地震 观 测 系统建设 ”新疆测震分项 ,其“乌鲁 木齐区域数字遥测地震台网建设 ” 获新疆维吾尔自治区 2002 年科技 进步三 等 奖 ; 主 持 中 国 地 震 局“十 五 ”重点项目“新疆数字地震 观 测 网络项目 —测震分项 ”建设 ; 主持 4 项地方水库 、企业等数字地震台网 建设 ;主持 5 项与解放军 63672 部 队联建 数 字 地 震 台 与 数 据 共 享 建 设 ;合作培养研究生 2 人 。

现主要 从事于地震观测技术等方面工作 。

徐 硕 云南省防灾研究所工 程师 。

2002 年 毕 业 于 云 南 师 范 大 学 ,获理学硕士学位 。

曾主持完成 云南省地震局青年基金 (“十一五 ”规划预研究课题 )《地震预警技术国 内外现状 》和云南省地震局青年基 金《基于 G M T 软件的强震动地理数
据格式研究 》
;并以主要成员身份参 加国家“十五 ”重点项目《云南数字 强震动台网建设 》、《腾冲火山灾害 预测与对策研究 》和《昆明高 (超高 ) 层建筑中近场强震地震响应研究 》项目的子课题《昆明中近场地震危 险性分析及设定地震研究 》。

现主 要从事西南强震台网运行状况监控 管理和地震预警系统的研究工作 。

段洪杰 云南省防灾研究所工 程师 。

1990 年 毕 业 于 成 都 地 质 学 院 , 获 学 士 学 位 ; 2002 年 获 美 国 S UN 程 序 员 国 际 认 证 ( JAV A2 ) ; 2008 年毕业于昆明理工大学 ,获硕 士学位 。

现主要从事西南强震动台 网中心的相关工作 。

赵 军 中国地震台网中心高 级工程师 。

毕业于防灾科技学院 。

主要从事网络技术研究与应用 、地 震系统行业网络运行管理工作 。

王秀英 中国地震局地壳应力 研究所 副 研 究 员 。

1999 年 毕 业 于 中国地震局地壳应力研究所 , 获理 学硕士学位 。

主要从事地震前兆观 测技术 、前兆设备通讯技术和前兆 台网技术研究 。

注 : 陆明勇 、胡先明 、任佳 、解朝娣 、武艳强 、毛燕 、张 希 、肖 东升 、任 晓 崧 的简 介 已 分 别 刊 登 在 本 刊 Vo l 129, No 11; Vo l 131, No 13; Vo l 128, No 14; Vo l 129, No 12; Vo l 132, No 13; Vo l 129, No 11; Vo l 130, No 13; Vo l 132, No 11; Vo l 132 , No 12。