MAPGIS在貴州錦江、舞陽(yáng)河流域水文地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

(貴州地質(zhì)工程勘察院，貴州 貴陽(yáng)550008）

MAPGIS是中地?cái)?shù)碼科技有限公司開(kāi)發(fā)的新一代面向網(wǎng)絡(luò)超大型分布式地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)[1]。系統(tǒng)采用面向服務(wù)的設(shè)計(jì)思想、多層體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了面向空間實(shí)體及其關(guān)系的數(shù)據(jù)組織、高效海量空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與索引、大尺度多維動(dòng)態(tài)空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)、三維實(shí)體建模和分析，具有TB級(jí)空間數(shù)據(jù)處理能力，可以支持局域和廣域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下空間數(shù)據(jù)的分布式計(jì)算，支持分布式空間信息分發(fā)與共享、網(wǎng)絡(luò)化空間信息服務(wù)，能夠支持海量、分布式的國(guó)家空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

過(guò)去MAPGIS軟件在地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目中的應(yīng)用都是等野外調(diào)查全部結(jié)束后，才利用它來(lái)進(jìn)行圖件制作、分析和統(tǒng)計(jì)等，因而使得MAPGIS不能參與整個(gè)調(diào)查項(xiàng)目的始終，容易造成室內(nèi)工作與室外工作的脫節(jié)，同時(shí)也增大了數(shù)據(jù)在后期錄入時(shí)產(chǎn)生的誤差，影響到圖件及數(shù)據(jù)庫(kù)成果的精度。為了充分發(fā)揮地理信息在水文地質(zhì)調(diào)查工作中作用，可以利用MAPGIS有針對(duì)性地對(duì)原始資料進(jìn)行快速處理，為野外工作及時(shí)提供有關(guān)圖件和數(shù)字化數(shù)據(jù)，有力地促進(jìn)了地質(zhì)調(diào)查工作的開(kāi)展，同時(shí)加快了地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目的數(shù)字化和空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)工作。

1 項(xiàng)目基本情況

錦江、舞陽(yáng)河中下游巖溶流域位于貴州省東北部，為長(zhǎng)江流域沅江水系四級(jí)支流。碳酸鹽巖分布面積3263．6km2。行政區(qū)隸屬銅仁地區(qū)的銅仁市、江口縣、玉屏縣、萬(wàn)山特區(qū)及松桃縣、黔東南州岑鞏縣的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)調(diào)查面積2500km2。

調(diào)查的主要內(nèi)容包括查明流域內(nèi)巖溶發(fā)育規(guī)律、水文地質(zhì)條件、地下水化學(xué)特征及巖溶水開(kāi)發(fā)利用條件、現(xiàn)狀及潛力；并對(duì)整個(gè)流域系統(tǒng)進(jìn)行六級(jí)巖溶水系統(tǒng)劃分并對(duì)地下水天然補(bǔ)給量和可開(kāi)采量進(jìn)行計(jì)算，評(píng)價(jià)地下水質(zhì)量；查清流域內(nèi)巖溶干旱、水環(huán)境污染和飲水不安全為主的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。

2 基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備

項(xiàng)目在開(kāi)展前期收集了工作區(qū)資料，包括地質(zhì)圖、水文地質(zhì)圖、地形圖、行政區(qū)劃圖、農(nóng)業(yè)區(qū)劃圖、森林分布圖等紙質(zhì)圖件以及部分水利設(shè)施的數(shù)據(jù)資料。根據(jù)資料圖件的復(fù)雜程度和野外工作需求的緊迫性，將這些資料分類后以不同方法進(jìn)行處理，內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面。

2．1 圖形輸入

圖形輸入方法主要有2種[2]：一種是數(shù)字化輸入，采用數(shù)字化儀人工手扶游標(biāo)跟蹤，將原圖資料轉(zhuǎn)化為圖形數(shù)據(jù)；另一種是掃描輸入，通過(guò)掃描儀直接掃描原圖，以柵格形式存貯于圖像文件中，經(jīng)過(guò)矢量化轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)。

掃描輸入是地質(zhì)行業(yè)用圖輸入的一種較為便捷的輸入方式。把原圖直接掃描校正，根據(jù)項(xiàng)目所需的圖形信息，對(duì)圖形進(jìn)行矢量跟蹤取得所需矢量數(shù)據(jù)(詳細(xì)流程見(jiàn)圖1），本項(xiàng)目收集資料基本上都是傳統(tǒng)紙質(zhì)載體，所以也采用這種掃描輸入的方式。

圖1 掃描輸入矢量化流程圖

項(xiàng)目中使用的圖面要素較簡(jiǎn)單的圖件如地質(zhì)圖、水文地質(zhì)圖、行政區(qū)劃圖等所需時(shí)間較短的要素。進(jìn)入 “圖象鑲嵌配準(zhǔn)”模塊，通過(guò) “文件”下的“數(shù)據(jù)輸入”將掃描圖件轉(zhuǎn)換為 MSI文件 ，打開(kāi)MSI文件，進(jìn)入 “鑲嵌融合”執(zhí)行 “控制點(diǎn)信息”，刪除所有自動(dòng)生成的控制點(diǎn)，進(jìn)入 “鑲嵌融合”下的 “DRG生產(chǎn)”“圖幅生成控制點(diǎn)”“輸入圖幅信息”鍵入圖幅號(hào)，確定。執(zhí)行上步通過(guò)圖幅生成控制點(diǎn)，生成了四個(gè)圖廓點(diǎn)，通過(guò)點(diǎn)擊該對(duì)話框不同的四個(gè) “角點(diǎn)”在圖象窗口，采準(zhǔn)其對(duì)應(yīng)的圖面位置。由于本項(xiàng)目對(duì)精度要求較高，所以選擇生成GCP，格網(wǎng)間距選 “10”通過(guò) “順序修改格網(wǎng)控制點(diǎn)”逐一配準(zhǔn)格網(wǎng)，選擇 “逐格網(wǎng)精矯正”開(kāi)始矯正處理。

光柵校正處理好后進(jìn)入MapGIS軟件的輸入編輯模塊中將上述簡(jiǎn)單要素內(nèi)容進(jìn)行矢量化操作，矢量化操作中對(duì)精度要求的控制須同步進(jìn)行，如光柵校正配準(zhǔn)時(shí)誤差較大，矢量化完成后還須進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)的誤差校正才能保證數(shù)據(jù)的精度達(dá)到項(xiàng)目要求。

2．2 圖形輸入較耗時(shí)的數(shù)據(jù)處理

地形圖是在地質(zhì)調(diào)查工作中使用最頻繁的圖件，是地質(zhì)調(diào)查工作的基礎(chǔ)，基本上所有工作中都要用到。對(duì)矢量化工作來(lái)說(shuō)，地形圖是所有矢量化工作中最耗時(shí)間的圖件，單幅標(biāo)準(zhǔn)圖幅的地形圖全要素掃描輸入都需要耗費(fèi)大量的時(shí)間才能完成，如果等到全部地形圖矢量后再開(kāi)展工作，整個(gè)項(xiàng)目就不能及時(shí)展開(kāi)了。傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查工作都是采用紙質(zhì)圖件作為野外用圖，這種方法存在一些不足之處，一是紙質(zhì)圖件隨時(shí)間、濕度、溫度的變化會(huì)產(chǎn)生變形，圖幅拼接有一定的困難，精度低；二是使用過(guò)程中不可避免地造成圖面磨損和污染，重復(fù)利用率低，三是調(diào)查分組多，紙質(zhì)圖件需求量大，管理不易。為了快速為這次野外工作提供電子版地形圖，可采用掃描、配準(zhǔn)等方式處理成圖，地形圖光柵校正方法同前，校正完成后進(jìn)入MAPGIS輸入編輯模塊，新建工程文件，選擇添加MSI格式裝入所有校正好的工作區(qū)地形圖光柵文件，畫(huà)出工作區(qū)邊界，電子地形底圖便制作完成，根據(jù)項(xiàng)目小組需要可在底圖上添加地質(zhì)、水點(diǎn)等其他專業(yè)內(nèi)容便形成專題圖件。形成的底圖可在便攜式計(jì)算機(jī)上使用，也可輸出為紙質(zhì)工作底圖，因而十分方便、快捷。

3 野外工作中的MAPGIS應(yīng)用

傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查工作都是采用紙質(zhì)圖件作為野外用圖[3]，隨著信息化的發(fā)展，此次野外調(diào)查工作中采取了校正、拼接輸出的紙質(zhì)工作底圖和相同的電子版數(shù)據(jù)底圖同步進(jìn)行。使用這2種方式的好處主要有以下3個(gè)方面。

3．1 野外調(diào)查精度高

在此次野外調(diào)查中，不僅使用了經(jīng)校正、拼接的高質(zhì)量紙質(zhì)底圖，同時(shí)還將裝有工作區(qū)數(shù)字化底圖的便攜式計(jì)算機(jī)帶到野外，實(shí)地調(diào)查時(shí)可以用經(jīng)校正、拼接輸出的工作底圖，每天野外工作結(jié)束后，可將當(dāng)天調(diào)查內(nèi)容分類，用所獲取的坐標(biāo)投影在數(shù)字底圖上，投影完成后和實(shí)地調(diào)查紙質(zhì)底圖上標(biāo)注的信息進(jìn)行比對(duì)，如偏差太大肯定有個(gè)數(shù)據(jù)存在問(wèn)題，可以馬上核實(shí)進(jìn)行修正，將錯(cuò)誤信息修正過(guò)來(lái)，免得日后野外調(diào)查完成后回到單位不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修改存在的問(wèn)題，提高了數(shù)據(jù)精度和工作效率。

3．2 自我小結(jié)檢查直觀

野外調(diào)查的各小組每天將調(diào)查后的數(shù)據(jù)分類錄入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，便可及時(shí)地分析調(diào)查點(diǎn)的數(shù)據(jù)，尤其是對(duì)圖幅接邊地帶和各野外小組工作交叉區(qū)域的工作檢查作用最為顯著。因?yàn)楦饕巴庑〗M的調(diào)查點(diǎn)是標(biāo)注在各自的紙質(zhì)底圖上，容易造成工作交叉區(qū)域調(diào)查點(diǎn)的遺漏或重復(fù)調(diào)查，而將數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)后，調(diào)查人員可及時(shí)發(fā)現(xiàn)工作區(qū)域中野外調(diào)查缺失和重復(fù)的地方，并據(jù)此來(lái)制定補(bǔ)充調(diào)查路線和增加調(diào)查點(diǎn)，從而有力地保證了工作的精度。

3．3 輔助分析方便

紙質(zhì)底圖要素多，很多密集的地方使用放大鏡也不容易看清，利用軟件系統(tǒng)就不存在這個(gè)問(wèn)題，可輕松地在電子底圖上檢查野外定點(diǎn)是否準(zhǔn)確，糾正工作人員在野外工作中的誤差；隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，很多地方地形、地貌變化都比較大，有時(shí)調(diào)查人員在野外作業(yè)時(shí)地形圖和實(shí)地對(duì)照不清楚，可以使用MAPGIS對(duì)該作業(yè)區(qū)衛(wèi)星影像圖進(jìn)行校正和底圖進(jìn)行套合、對(duì)比分析。

4 內(nèi)業(yè)工作中的MAPGIS應(yīng)用

野外工作完成后，轉(zhuǎn)而進(jìn)入室內(nèi)的資料整理，圖件制作、成果報(bào)告編制、綜合研究工作，運(yùn)用野外采集的第一手信息，將其與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，不僅能提高工作效率，保證資料質(zhì)量，并且能發(fā)掘新信息，同時(shí)更能加快各類水文地質(zhì)、地質(zhì)環(huán)境圖件的更新和傳輸。內(nèi)業(yè)工作中主要包括圖形數(shù)據(jù)獲取和空間數(shù)據(jù)建設(shè)2大類。

4．1 圖形數(shù)據(jù)獲取

地理信息數(shù)據(jù)分為2大類[4]，第1類是反映事物地理空間位置的信息，從計(jì)算機(jī)的角度稱空間位置數(shù)據(jù)，也常稱地圖數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)；第2類是與事物的地理位置有關(guān)，反映事物其他特征的信息，可稱為專題屬性信息或?qū)傩詳?shù)據(jù)。為了進(jìn)行有效的查詢、分析和管理等，必須將這2類信息都輸入到MAPGIS系統(tǒng)中。獲取信息是建立圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的最初步驟，非數(shù)字信息必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式才能被計(jì)算機(jī)接受。該項(xiàng)目中主要信息來(lái)自掃描矢量化、野外測(cè)量、遙感、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、已有資料等。

該項(xiàng)目中圖形數(shù)據(jù)的獲取主要是利用掃描矢量化的方式，整合已有數(shù)據(jù)(如野外工作底圖制作時(shí)已矢量化的數(shù)據(jù)等）和將工作區(qū)所涉及的資料按規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和工作需求分層矢量化形成該流域完整的圖形數(shù)據(jù)資料。

該流域所形成的圖形數(shù)據(jù)成果主要有貴州省錦江、舞陽(yáng)河中下游巖溶流域水文地質(zhì)圖(1／10萬(wàn)）、地下水資源分布圖(1／10萬(wàn)）和地下水開(kāi)發(fā)與地質(zhì)環(huán)境綜合整治規(guī)劃圖(1／10萬(wàn)）。

4．2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

屬性數(shù)據(jù)的獲取途徑來(lái)自已矢量化的圖形數(shù)據(jù)[5]、遙感資料、野外地質(zhì)調(diào)查、收集的工作區(qū)社會(huì)資料、已有資料等。獲取的所有數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整理、分類、編碼、轉(zhuǎn)換等，在MAIGIS圖形庫(kù)中按要求錄入，形成規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的屬性數(shù)據(jù)(詳細(xì)流程見(jiàn)圖2）。

根據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 《西南巖溶石山1∶5萬(wàn)地下水與地質(zhì)環(huán)境調(diào)查空間數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)及GIS技術(shù)要求》要求，劃分為以下圖層和數(shù)據(jù)文件提交最終成果。

1）圖層 ①圖幅基本信息。包括圖幅邊框、圖幅角點(diǎn)、圖幅號(hào)、比例尺、調(diào)查單位、工作區(qū)分區(qū)等。②地理底圖圖層。以1∶5萬(wàn)地理底圖為基礎(chǔ)圖件，包括境界線、境界面(行政區(qū)）城鎮(zhèn)）（政府所在地）點(diǎn)、交通線、地形線、高程控制點(diǎn)、河流、水域面積等。③基礎(chǔ)地質(zhì)圖層。包括地層界線、分區(qū)、褶皺、斷裂、地層產(chǎn)狀。④水文地質(zhì)基礎(chǔ)圖層。包括碳酸鹽巖類、地下水類型、地下水化學(xué)類型、地下水礦化度分區(qū)、地下水礦化度點(diǎn)、水文地質(zhì)特征點(diǎn)、水文地質(zhì)特征線、地下河系統(tǒng)、亞系統(tǒng)界線等。⑤水文地質(zhì)參數(shù)圖層。包括降雨入滲系數(shù)、地下水徑流模數(shù)、地下水開(kāi)采模數(shù)、給水度等。⑥巖溶專門(mén)水文地質(zhì)圖層。包括巖溶地貌類型分區(qū)、巖溶形態(tài)、巖溶水文地質(zhì)特征點(diǎn)等。⑦巖溶地下水資源評(píng)價(jià)利用圖層。包括地下水天然資源量、允許開(kāi)采量、已開(kāi)采量、地下水資源重要性比例系數(shù)、可有效開(kāi)發(fā)利用量、潛力分區(qū)、地下水資源需求量等。⑧生態(tài)地質(zhì)環(huán)境圖層。包括石漠化、巖溶干旱缺水區(qū)、巖溶洪澇、水環(huán)境污染等。⑨其他圖層。包括降雨量等值線、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況(國(guó)民生產(chǎn)總值、人均GDP、城鎮(zhèn)居民及農(nóng)民人均年收入）。⑩修飾。

2）數(shù)據(jù)文件 數(shù)據(jù)文件主要包括：地理底圖數(shù)據(jù)文件、地質(zhì)底圖數(shù)據(jù)文件、水文地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件、水文地質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)文件、巖溶專門(mén)水文地質(zhì)數(shù)據(jù)文件、巖溶地下水資源評(píng)價(jià)利用數(shù)據(jù)文件、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)文件、其他數(shù)據(jù)文件。

圖2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)流程圖

5 結(jié) 語(yǔ)

在應(yīng)用MAPGIS系統(tǒng)參與該項(xiàng)目的過(guò)程中，筆者獲得了以下認(rèn)識(shí)：①隨著信息化在各行業(yè)中的不斷深入，地質(zhì)調(diào)查工作中信息化處理已成為一個(gè)重要組成部分，貫穿整個(gè)調(diào)查工作的始終。②在野外工作開(kāi)展前期及時(shí)提供了較全面、精確的工作底圖，為項(xiàng)目實(shí)施提供了大量豐富的數(shù)據(jù)信息。③野外工作開(kāi)展期間驗(yàn)證、糾正了野外工作中的偏差，為后期工作調(diào)整和補(bǔ)充調(diào)查提供直觀的信息，為階段性總結(jié)提供最新、最準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)，幫助完成初步的成果整理工作。④在室內(nèi)成果整理工作和建庫(kù)工作中很好的完成了工作任務(wù)，在巖溶環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查工作中的應(yīng)用取得了一定的成效。⑤存在的主要問(wèn)題是對(duì)MAPGIS軟件的全面了解不夠，特別是空間分析功能的應(yīng)用太少。在實(shí)際調(diào)查工作中發(fā)現(xiàn)軟件的一些功能設(shè)置不是很適合調(diào)查工作的特點(diǎn)，存在使用不方便的情況，在以后的工作中應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作情況二次開(kāi)發(fā)一些更貼近實(shí)際的應(yīng)用程序，使信息化在地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用更好、更快、更完善。

[1]吳信才．MAPGIS地理信息系統(tǒng) [M]．北京：電子工業(yè)出版社，2004．

[2]龔健雅．地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ) [M]．北京：科學(xué)出版社，2001．

[3]周立新，時(shí)堅(jiān)．GIS技術(shù)在1∶5萬(wàn)巖溶水文地質(zhì)綜合調(diào)查野外工作中的應(yīng)用 [J]．中國(guó)巖溶，2009，28（3）：269-274．

[4]郭達(dá)志．地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用 [M]．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2002．

[5]張新長(zhǎng)．地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù) [M]．北京：科學(xué)出版社，2005．