基于GIS的礦產(chǎn)資源專題圖制作

盧 剛，許 康，肖好良, 徐 佳

（1.江蘇省測繪工程院，江蘇 南京 210013；2.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098）

基于GIS的礦產(chǎn)資源專題圖制作

盧 剛1，許 康1，肖好良2, 徐 佳2

（1.江蘇省測繪工程院，江蘇 南京 210013；2.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098）

結(jié)合編制礦產(chǎn)資源專題圖，探討了基于GIS的礦產(chǎn)專題地圖的設(shè)計流程以及制作方法；針對ArcGIS自帶符號庫不能滿足專業(yè)需要的現(xiàn)狀，重點研究了礦產(chǎn)資源類型符號庫的設(shè)計與實現(xiàn)方法，并通過繪制徐州市礦產(chǎn)資源分布圖進(jìn)行了驗證。

礦產(chǎn)資源；專題地圖；地理信息系統(tǒng)；符號庫

專題地圖是人們獲得各項專業(yè)研究成果的一個快速渠道，它在普通地圖的基礎(chǔ)上，突出表示一種或幾種自然要素或社會經(jīng)濟現(xiàn)象。礦產(chǎn)資源專題圖則是為適應(yīng)礦產(chǎn)行業(yè)需要，簡明、突出、完善地顯示一種或幾種特定要素，而使地圖內(nèi)容成為礦產(chǎn)專題化的地圖，為礦產(chǎn)各部門各級領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)管理、規(guī)劃提供直觀、準(zhǔn)確的信息依據(jù)。在礦產(chǎn)資源調(diào)查與監(jiān)測項目中，制作高質(zhì)量的礦產(chǎn)資源專題圖件具有重要的意義[1，2]。

GIS技術(shù)改善和優(yōu)化了專題地圖的制作方式，豐富了專題地圖的內(nèi)容，提高了制圖的自動化程度以及數(shù)據(jù)資源的利用率。本文結(jié)合江蘇省礦產(chǎn)資源遙感動態(tài)監(jiān)測項目中編制礦產(chǎn)資源專題圖的實踐，探討了基于GIS的礦產(chǎn)資源專題圖制作方法。

1 礦產(chǎn)資源專題圖的制作

1.1 專題地圖設(shè)計

專題圖制作之前，首先要進(jìn)行地圖設(shè)計，分析用戶需求，根據(jù)數(shù)據(jù)情況確定地圖表現(xiàn)內(nèi)容和專題表現(xiàn)方式等。

1）礦產(chǎn)資源專題圖的表現(xiàn)內(nèi)容。與普通地圖相比，礦產(chǎn)資源專題地圖將某一種或幾種相關(guān)聯(lián)的要素特別完備而詳盡地顯示，其他要素則較為次要地顯示，甚至根本不予表示。礦產(chǎn)資源專題圖具有3個特點：①地圖應(yīng)包括底圖要素和礦產(chǎn)專題要素2部分內(nèi)容；②地圖著重突出礦產(chǎn)行業(yè)特點，重點表現(xiàn)礦產(chǎn)分布、開發(fā)、保護(hù)等行業(yè)信息；③地圖需要采用專門的表示方式和符號系統(tǒng)[3，4]。礦產(chǎn)資源專題圖的底圖數(shù)據(jù)一般為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，包括河流、公路、鐵路、居民地、植被和地名等基本信息；礦產(chǎn)專題數(shù)據(jù)一般由礦產(chǎn)部門提供，根據(jù)礦產(chǎn)專題圖的用途不同可包含不同的要素，如礦產(chǎn)資源開發(fā)利用現(xiàn)狀、禁采區(qū)范圍、兩權(quán)（探礦權(quán)、采礦權(quán)）登記信息、礦山塌陷地環(huán)境治理范圍等。

2）專題要素的表示方法。專題要素是專題地圖內(nèi)容的主體，在整個地圖的編制過程中起著重要的作用。目前，已有很多學(xué)者就專題要素的表示方法展開了研究，提出了定點符號法、線狀符號法、質(zhì)底法、等值線法、范圍法、定位圖表法、點數(shù)法、分級統(tǒng)計圖法、分區(qū)統(tǒng)計圖表法、解析圖表法、運動線法等10余種方法[5]。表示方法的選擇取決于制圖對象的性質(zhì)、空間分布特征以及專題地圖的用途。專題要素表達(dá)手段的確定過程實際上是一個設(shè)計過程，其中最主要的就是專題地圖符號的設(shè)計[6]。與普通電子地圖不同，礦產(chǎn)要素一般要求表現(xiàn)得比較專業(yè)，ArcGIS自帶的符號庫已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足專業(yè)需求，因此需要根據(jù)礦產(chǎn)部門的規(guī)范和使用習(xí)慣，建立新的專業(yè)符號庫。

1.2 專題圖制作流程

在完成地圖設(shè)計以后，通過對底圖內(nèi)容和專題內(nèi)容進(jìn)行選擇、處理、符號化、注記、圖例配置等，實現(xiàn)礦產(chǎn)專題地圖的制作，其具體流程如圖1所示。

1）底圖數(shù)據(jù)的處理。在創(chuàng)建專題地圖之前，依據(jù)地圖對象類型和具體應(yīng)用需求，選擇地圖的底圖分層要素。基本要素層可包括境界、水系、居民地、道路網(wǎng)等。數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性是直接影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要因素，為了便于更新，要求采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，包括坐標(biāo)系、投影、橢球參數(shù)等。同時根據(jù)基礎(chǔ)測繪分層編碼表中的各級道路代碼將各級道路分別提出來，以供分層顯示。由于地名信息中有時會存在名稱字段過長、在圖面上顯示會產(chǎn)生互相壓蓋的情況，因此需要根據(jù)人們的習(xí)慣將名稱進(jìn)行簡化，以便于在地圖上標(biāo)示。

2）專題數(shù)據(jù)的處理。為了地圖可視化的需要，要對礦產(chǎn)專題數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量編輯、屬性錄入和分類編碼等處理。特別是要根據(jù)配圖顯示的需要，確定分層方式，同時對于特殊的礦產(chǎn)設(shè)施特殊處理，以保證地圖可視化的美觀，如豎井、井架拆除、采煤塌陷地等要素。另外，還要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)拼接等處理。

圖1 礦產(chǎn)資源專題圖制作流程

3）專題地圖的創(chuàng)建。根據(jù)專題地圖的具體類別，選擇所需的底圖要素和專題要素進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之后，在GIS軟件（本文選擇ArcGIS10）中新建地圖，將所選圖層添加進(jìn)去，從而形成一幅要素完整的地圖。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行整體地圖的風(fēng)格設(shè)置，包括背景色彩、地圖名稱等信息。

4）要素符號化。要素符號化處理是指對專題地圖內(nèi)容中點狀要素、線狀要素的符號化、面狀要素的區(qū)域填充以及專題數(shù)據(jù)的分類分級符號化。符號化過程依賴于點狀符號庫、線狀符號庫、面狀區(qū)域填充庫和顏色庫的具體參數(shù)。

5）注記配置。注記是對地圖上的要素進(jìn)行說明的信息，本文采用ArcGIS10軟件來實現(xiàn)動態(tài)標(biāo)注，保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性，有利于數(shù)據(jù)更新。設(shè)置的內(nèi)容包括字體的類型、顏色、大小等。有時為了圖面效果，避免標(biāo)注名稱間隔過遠(yuǎn)或過近，往往會對數(shù)據(jù)進(jìn)行分段處理。

2 礦產(chǎn)資源類型符號庫的設(shè)計與實現(xiàn)

礦產(chǎn)要素一般要求表現(xiàn)得比較專業(yè)，因此需要考慮礦產(chǎn)部門的規(guī)范和使用習(xí)慣，建立新的礦產(chǎn)資源類型符號庫。

2.1 符號制作方法

目前，制作地圖符號的方法主要有4種[7]：①利用系統(tǒng)提供的符號管理器設(shè)計符號，該方法是將系統(tǒng)本身提供的基本符號與自定義的簡單符號進(jìn)行組合、位移、縮放等操作后得到制圖所需的復(fù)雜符號，這是目前較為流行的符號設(shè)計方式。②利用系統(tǒng)本身的圖形編輯功能設(shè)計符號，將符號當(dāng)作普通的圖形塊來設(shè)計制作，并追加描述項后將其存儲到符號庫中。這種方法工作量大，受圖形編輯功能的限制，常常難以制作出滿意的地圖符號。③利用文本編輯器等軟件制作符號。該方法利用第三方軟件建立符號的文本描述，然后通過GIS系統(tǒng)調(diào)用設(shè)計符號。這種方法的缺點是所設(shè)計的符號無法實時顯示，但此方法操作簡單，用戶能快速掌握。④利用二次開發(fā)語言編程實現(xiàn)符號。該方法由用戶通過二次開發(fā)實現(xiàn)符號的設(shè)計，具有較大的靈活性，能完全控制符號繪制的細(xì)節(jié)，主要用于特殊復(fù)雜符號的制作。由于不同的GIS軟件提供的二次開發(fā)語言各異，且所使用的函數(shù)庫龐大，因此用戶往往難以在短時間內(nèi)掌握該方法。

本文采用ArcGIS軟件進(jìn)行礦產(chǎn)資源專題圖制作，在設(shè)計礦產(chǎn)符號時主要采用第1種方式和第3種方式相結(jié)合的方法，在設(shè)計簡單符號時，采用第1種方法，利用ArcMap模塊中的符號管理器（Style Manager）對系統(tǒng)提供的基本符號進(jìn)行組合、位移、縮放等操作得到專題符號；對于復(fù)雜的符號，主要利用Font Creator字體編輯軟件，以生成字體符號的方式制作專題符號。

2.2 礦產(chǎn)資源類型符號庫的建立

地圖符號的形成實際是一種約定過程，根據(jù)約定性定理，按照符號表示的地理要素的幾何特征，可以將地圖符號分為點狀符號、線狀符號和面狀符號3類。

1）當(dāng)?shù)貓D符號所代表的概念在抽象意義下可認(rèn)為是幾何上的點時，被稱為點狀符號。在礦產(chǎn)資源專題圖中，礦產(chǎn)資源類型一般表示為點狀符號，如圖2a所示。這類符號具有定位特征且其大小與地圖的比例尺無關(guān)，一般通過其形狀或顏色來表示物體的含義，用符號的定位點來表示物體的位置，并用符號的大小來表示物體的重要性等級。

圖2 不同類型符號示意圖

2）當(dāng)?shù)貓D符號所代表的概念在抽象意義下可認(rèn)為是幾何上的線時，被稱為線狀符號。在礦產(chǎn)資源專題圖中，露天礦開采范圍、固體廢料堆積范圍以及探礦權(quán)等均為線狀符號，如圖2b所示。這類符號具有方向性且與地圖比例尺有關(guān)，一般用符號的形狀或顏色表示物體的類別，用符號的中心線表示物體的位置，通過線狀符號的粗細(xì)尺寸或顏色的亮度變化表示物體的等級。

3）當(dāng)?shù)貓D符號所指代的概念在抽象意義下可認(rèn)為是幾何上的面時，被稱為面狀符號。在礦產(chǎn)資源專題圖中，地層年代、礦藏資源分布范圍等均為面狀符號，如圖2c所示。這類符號通過其外圍輪廓線來表示物體的分布范圍，由于面狀符號都是依比例尺變化的，所以其分布的范圍就是它的實際位置，一般用顏色的色相、亮度、飽和度和網(wǎng)紋的變化來表示物體的性質(zhì)。

下面重點說明利用字體編輯軟件生成字體符號、制作復(fù)雜專題符號的過程（以天然石英砂為例），具體操作步驟如下：

1）利用AI矢量繪圖軟件進(jìn)行繪制，保證所繪制的符號滿足相關(guān)規(guī)范要求，如圖3a所示。

2）打開 Font Creator 4.1工具，新建字體庫或者單擊打開文件按鈕選擇對話框，選擇已經(jīng)存在的字體庫文件；在字體庫中選擇一個空白的字體位置，鼠標(biāo)雙擊，添加新的字體符號，將利用AI繪制好的符號導(dǎo)入存為字體，如圖3b所示。

圖3 天然石英砂符號繪制過程

3）利用ArcGIS軟件的Style Manager符號管理器，對完成的字體進(jìn)行配色、組合。圖4為采用2種不同方法制作的天然石英砂符號，圖4a為利用上述操作步驟得到的符號，圖4b為利用系統(tǒng)提供的符號管理器直接繪制的符號。對比兩者可以發(fā)現(xiàn)，利用文本編輯器制作的符號，無論是準(zhǔn)確性還是美觀性都要優(yōu)于后者。

圖4 不同方法繪制的天然石英砂類礦產(chǎn)符號對比

4）對于其他復(fù)雜的符號重復(fù)操作步驟1）~3），保存文件，直至字體庫制作完畢。

5）打開ArcGIS軟件，選擇TOOLS / STYLE /STYLE MANAGER菜單，打開符號庫管理窗體，單擊STYLES按鈕，創(chuàng)建新的樣式庫文件，如圖5所示，將編輯好的字體添加至符號庫中，與直接利用符號管理器制作的符號一起，最終構(gòu)成礦產(chǎn)資源類型符號庫。

圖5 礦產(chǎn)資源類型符號庫

3 應(yīng)用實例與分析

徐州市位于江蘇省北部，占江蘇省總面積的11%，是全國重要的煤炭產(chǎn)地、華東地區(qū)的電力基地，擁有煤炭、井鹽、鐵、鈦、大理石、石灰石等30多種礦產(chǎn)，儲量大、品位高。本文收集了2009年徐州市礦業(yè)權(quán)核查數(shù)據(jù)、2011年江蘇省礦產(chǎn)資源開發(fā)利用統(tǒng)計年報、徐州市采礦權(quán)歷史存檔數(shù)據(jù)以及徐州市截止日期為2011年8月30日的現(xiàn)有采礦權(quán)數(shù)據(jù)，對徐州市礦產(chǎn)資源分布情況進(jìn)行了統(tǒng)計，按圖1所示流程制作了徐州市礦產(chǎn)資源分布圖。其中，在底圖數(shù)據(jù)處理時，采用了2種不同的數(shù)據(jù)：以DEM為基礎(chǔ)制作地貌暈渲底圖，并配以地形數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出礦產(chǎn)資源在空間的分布狀況，如圖6a所示；以徐州市地質(zhì)情況為底圖，表現(xiàn)出礦產(chǎn)資源的分布與地質(zhì)層、帶之間的關(guān)系，如圖6b所示。

4 結(jié) 語

本文詳細(xì)論述了礦產(chǎn)專題地圖的制作流程和具體方法，并針對制圖過程中的地圖要素符號化過程，研究了礦產(chǎn)資源類型符號庫的設(shè)計與實現(xiàn)方法。根據(jù)本文提出的基于GIS的專題圖制圖流程，利用建立的礦產(chǎn)資源類型符號庫，制作了徐州市礦產(chǎn)資源分布圖，大大提高了制圖效率，也為進(jìn)一步推進(jìn)電子專題地圖在其他領(lǐng)域的應(yīng)用提供了很好的范本。

圖6 徐州市礦產(chǎn)資源分布圖

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Production of Mineral Resources Thematic Map Based on GIS

by LU Gang

Mineral resources thematic map provides intuitive and accurate information for mineral department leaders. In order to fully demonstrate the results of the mineral resources survey and monitoring project, it is of great significance to produce high-quality thematic maps of mineral resources. Combined with the practice of mineral resources thematic maps production, this paper discussed the process and key issues of mineral thematic map production using GIS technology. Since the symbol library of ArcGIS can’t meet the professional demands, the design and realization methods of mineral resource symbol library were also researched. Finally, the distribution map of mineral resources in Xuzhou City is made by using the workflow proposed in this paper.

mineral resources, thematic map, GIS, symbol library

P208

B

1672-4623（2013）02-0168-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2013.02.056

2012-07-12。

項目來源：國家自然科學(xué)基金資助項目（41101374）；國土環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測國家測繪局重點實驗室開放基金資助項目（LEDM2011B02）。

盧剛，碩士，工程師，主要從事地理國情監(jiān)測、遙感信息提取與應(yīng)用方面的研究。