MapGIS支持下1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖建庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù)

張銀玲，程 鋼，王學(xué)杰，郭玉祥

（1.中國(guó)科學(xué)院 新疆生態(tài)與地理研究所 ，新疆 烏魯木齊 830011；2. 河南理工大學(xué) 礦山空間信息技術(shù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 焦作 454003；3. 河南理工大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，河南 焦作 454003；4.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450001）

MapGIS軟件作為地質(zhì)圖建庫(kù)工具軟件，可方便地完成編輯圖件存儲(chǔ)和海量數(shù)據(jù)管理，根據(jù)需要派生出各種專(zhuān)題圖件，成圖效率高，易于入庫(kù)和更新。許多科研人員從自身專(zhuān)業(yè)視角研究了地質(zhì)圖建庫(kù)的方法、流程和成果應(yīng)用等[1-5]。由于涉及行業(yè)眾多，加之受視角、應(yīng)用目的和專(zhuān)業(yè)局限性及所采用的應(yīng)用平臺(tái)、技術(shù)路線(xiàn)不同，造成各類(lèi)基礎(chǔ)信息資源難以共享和互操作。本文從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，針對(duì)MapGIS軟件進(jìn)行1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖建庫(kù)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了分析和總結(jié)，以期為同類(lèi)應(yīng)用提供示范作用。

1 1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖的建庫(kù)流程及方法

本文設(shè)計(jì)的建庫(kù)方案如圖1所示，主要包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、地質(zhì)圖掃描、掃描精度檢查、矢量化、誤差校正、分離圖層和錄入屬性等內(nèi)容。

圖1 地質(zhì)圖建庫(kù)技術(shù)流程圖

1.1 建庫(kù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

完整有效的第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料，是建立地理信息空間數(shù)據(jù)庫(kù)的前提，也是對(duì)地理信息空間數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析的基礎(chǔ)。因此，需要根據(jù)所選工作圖幅，搜集相關(guān)資料，包括出版地理底圖、地質(zhì)圖、礦產(chǎn)圖、出版原圖、實(shí)際材料圖、工作手圖、地質(zhì)報(bào)告、建庫(kù)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的學(xué)習(xí)等，為建庫(kù)工作做充分準(zhǔn)備。MapGIS中采用的掃描輸入法是目前最有效的地圖輸入方法之一。在一般情況下，原圖紙掃描后會(huì)出現(xiàn)掃描誤差、傾斜變形等，故要運(yùn)用誤差校正系統(tǒng)校正所需的圖件；同時(shí)按照規(guī)范要求對(duì)矢量字庫(kù)目錄、系統(tǒng)庫(kù)目錄和系統(tǒng)臨時(shí)目錄進(jìn)行設(shè)置[6]。其基本過(guò)程包括：

1）掃描圖形，形成柵格文件。為確保數(shù)據(jù)精度，圖件采用彩色掃描或黑白掃描，彩色掃描必須在150 DPI以上，而黑白掃描必須在300 DPI以上，但為滿(mǎn)足精度要求，可依據(jù)圖件的清晰及復(fù)雜程度，適當(dāng)調(diào)整分辨率。掃描原圖要盡可能使用新圖。掃描后要進(jìn)行精度檢查，若超差則重新掃描。為了便于矢量化，柵格文件可在Adobe Photoshop中將掃描圖件旋轉(zhuǎn)水平。

2）閱讀圖件。從地質(zhì)圖元數(shù)據(jù)了解地圖的相關(guān)知識(shí)；從圖名、圖幅代號(hào)和經(jīng)緯度了解圖幅的地理位置和圖的類(lèi)型；從比例尺了解地質(zhì)圖上線(xiàn)段長(zhǎng)度、面積大小和地質(zhì)體大小及反映詳略程度；從編繪出版日期和資料來(lái)源，查明工作區(qū)研究史。錄入數(shù)據(jù)之前應(yīng)認(rèn)真讀圖，熟練區(qū)分圖幅內(nèi)容，利于提高建庫(kù)工作的效率。

1.2 矢量化

圖形矢量化是對(duì)點(diǎn)、線(xiàn)、多邊形等圖形要素進(jìn)行空間數(shù)據(jù)采集，并在MapGIS中建立相應(yīng)的點(diǎn)(.wt)、線(xiàn)(.wl)、面(.wt)文件。矢量化按地理部分、地質(zhì)部分和整飾部分順序進(jìn)行。地理部分包括內(nèi)圖框、方里網(wǎng)(經(jīng)緯網(wǎng))、等高線(xiàn)(先計(jì)曲線(xiàn)后首曲線(xiàn)再間曲線(xiàn))、河流、海岸線(xiàn)、湖泊、水庫(kù)、道路(先鐵路后公路再大車(chē)路、鄉(xiāng)村路、小路等)等；地質(zhì)部分包括斷層、脈巖、第四系地層、侵入巖、火山巖、非正式地層和其他地層；整飾部分包括柱狀圖(左側(cè))、剖面圖(中下方)、圖例(右側(cè))和整飾(內(nèi)圖框以外如圖名、等高距、比例尺、資料來(lái)源、區(qū)調(diào)單位等)。

線(xiàn)要素的矢量化與編輯是圖形錄入編輯的重點(diǎn)，要確保線(xiàn)要素圖形數(shù)據(jù)空間位置的精確度及層位、參數(shù)的正確性。矢量化時(shí)，需將圖元按標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)區(qū)分錄入，特別注意對(duì)屬性不同、線(xiàn)型相同的地質(zhì)界線(xiàn)的區(qū)分，以方便后期的空間圖形分層和屬性賦值[7]。遇到結(jié)點(diǎn)要斷開(kāi)，線(xiàn)與線(xiàn)連接時(shí)，最好使用捕捉線(xiàn)頭線(xiàn)尾的方式，使線(xiàn)連接完好。所有多邊形必須閉合，以便為拓?fù)湓烀娲蚝没A(chǔ)。為減少操作誤差，提高數(shù)據(jù)精度，一般將圖像放大到20倍以上進(jìn)行矢量化。圖形要素的注釋參考國(guó)家DZ/T0157-95 《1∶50 000地質(zhì)圖地理底圖編繪規(guī)范》編輯，并注意各要素間的相對(duì)位置，盡量避免符號(hào)、注記等與線(xiàn)互相壓蓋，尤其是重要的地質(zhì)要素，如斷層、地質(zhì)界線(xiàn)、產(chǎn)狀等[8]。

圖形矢量化完成后，在計(jì)算機(jī)上對(duì)照原圖及光柵文件對(duì)所矢量化的地圖內(nèi)容進(jìn)行全面檢查，確保與原圖保持一致，利用“清重坐標(biāo)及自相交，清線(xiàn)重疊坐標(biāo)及自相交”和“拓?fù)溴e(cuò)誤檢查”等功能對(duì)全圖所有內(nèi)容進(jìn)行檢查，做到無(wú)遺漏、無(wú)錯(cuò)誤。

1.3 誤差較正

在圖形數(shù)字化的過(guò)程中，由于手工操作誤差、數(shù)字化設(shè)備和掃描儀精度、原圖圖紙變形等因素，使得輸入的圖形與理論上的圖形位置會(huì)有一定的誤差，必須進(jìn)行校正。用于進(jìn)行誤差校正的控制點(diǎn)原則上應(yīng)不少于25個(gè)，且分布均勻，控制點(diǎn)越多，誤差變形越小。

MapGIS 的“誤差校正”是依據(jù)控制點(diǎn)將矢量化圖形配準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)位置。這里的圖形控制點(diǎn)是指能代表圖形某塊位置坐標(biāo)的變形情況，其實(shí)際值和理論值都已知的點(diǎn)，或者是可求得的點(diǎn)[9]。在原圖上取經(jīng)緯網(wǎng)的交點(diǎn)作為校正控制點(diǎn)，為確保精度在編輯校正控制點(diǎn)對(duì)話(huà)框中把小數(shù)位精度下的數(shù)字設(shè)置為12位，保存“控制點(diǎn).wt”文件；在MapGIS中打開(kāi)投影變換，作1∶5萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)圖框，作為幾何校正參考標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)文件的理論值(如圖2所示)。利用系統(tǒng)的“誤差校正”功能，將全部矢量的圖幅內(nèi)容校正到系統(tǒng)生成的理論圖框上，建立正確的空間位置。誤差校正后，如果精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，可拓?fù)湓靺^(qū)。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)圖框參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框

1.4 圖形拓?fù)?/h3>

拓?fù)湓靺^(qū)是圖形矢量化的關(guān)鍵步驟。在完成圖形校正并自檢、互檢后，若誤差在允許誤差值范圍內(nèi)，則可進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系建立。將所有參與拓?fù)湓靺^(qū)的線(xiàn)文件在輸入編輯窗口中合并為1個(gè)線(xiàn)文件，并按照以下步驟進(jìn)行圖形拓?fù)浣ⅲ鹤詣?dòng)剪斷線(xiàn)→清除微短線(xiàn)→清除線(xiàn)重疊坐標(biāo)→自動(dòng)線(xiàn)結(jié)點(diǎn)平差→刪除懸掛線(xiàn)→拓?fù)錂z查→線(xiàn)轉(zhuǎn)弧度→裝入線(xiàn)轉(zhuǎn)弧段文件→弧段拓?fù)錂z查→拓?fù)渲亟ā！白詣?dòng)剪斷線(xiàn)”時(shí)需設(shè)置合理的裁剪搜索半徑，該操作不宜超過(guò)3次。線(xiàn)拓?fù)溴e(cuò)誤檢查，直至無(wú)任何錯(cuò)誤為止，則進(jìn)行線(xiàn)轉(zhuǎn)弧段，形成閉合的曲線(xiàn)，最后進(jìn)行拓?fù)渲亟?。拓?fù)湓靺^(qū)后檢查與線(xiàn)文件是否完全套合，若出現(xiàn)偏離現(xiàn)象較多，需重新編輯線(xiàn)文件，直到區(qū)、線(xiàn)文件完全套合為止。若局部出現(xiàn)偏離現(xiàn)象，可采用“坐標(biāo)點(diǎn)可見(jiàn)”功能將線(xiàn)與弧的坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)照，編輯修改不吻合處的坐標(biāo)點(diǎn)位置即可。

拓?fù)渲亟ê笙到y(tǒng)自動(dòng)為區(qū)塊填充顏色，使得所有相同地層代號(hào)的區(qū)塊變成相同的填充顏色和填充圖案，可按地質(zhì)體代號(hào)生成label點(diǎn)，將label點(diǎn)與區(qū)文件合并，根據(jù)屬性賦參數(shù)功能給區(qū)文件賦顏色，新形成的區(qū)文件顏色屬性與地質(zhì)體代號(hào)一致。顏色反映了不同的地質(zhì)體和地質(zhì)年代，它直接影響地圖的表現(xiàn)力和圖面效果，因此需參照色表檢查顏色與代號(hào)是否對(duì)應(yīng)。

1.5 分離圖層

矢量化后的點(diǎn)、線(xiàn)、面要素不在相同的圖層內(nèi)，需將點(diǎn)、線(xiàn)、面文件進(jìn)行圖層分離。在矢量化的過(guò)程中按規(guī)范分層矢量化點(diǎn)文件；線(xiàn)文件可根據(jù)線(xiàn)參數(shù)剝離文件，從已建立拓?fù)潢P(guān)系總線(xiàn)文件中單獨(dú)提取斷層和韌性剪切帶然后進(jìn)行其他各線(xiàn)分層；區(qū)文件可以賦予過(guò)渡屬性，通過(guò)屬性值進(jìn)行分層，或直接按區(qū)顏色屬性值剝離圖層。圖層分層是建庫(kù)中一個(gè)主要環(huán)節(jié)，要嚴(yán)格按照地質(zhì)內(nèi)容正確歸類(lèi)分層。文件分層后如檢查有錯(cuò)誤，需返回重新分層。

1.6 屬性錄入

屬性用來(lái)描述各地物的特征，圖形只有和屬性正確掛接后，才能建立完整的要素對(duì)象。MapGIS系統(tǒng)提供了多種靈活實(shí)用的屬性錄入方法：①直接打開(kāi)屬性庫(kù)管理，對(duì)各個(gè)圖層的屬性結(jié)構(gòu)進(jìn)行編輯，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)分別錄入屬性?xún)?nèi)容，該方法適合圖元數(shù)較少的屬性錄入；②根據(jù)屬性字段鏈接，在編輯窗口中編輯屬性結(jié)構(gòu)，根據(jù)參數(shù)賦屬性進(jìn)行錄入；③MapGIS外掛數(shù)據(jù)庫(kù)，如DBASE、FOXPRO、Access等，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)生成記錄與屬性庫(kù)進(jìn)行連接。

1.7 投影變換

為了保證數(shù)據(jù)的完整性和易交換性，需對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一空間參考系統(tǒng)進(jìn)行投影變換，按要求1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖建庫(kù)提交數(shù)據(jù)格式為高斯投影與經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。將原地質(zhì)圖北京54坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為西安80坐標(biāo)系，并提供其經(jīng)緯度數(shù)據(jù)；高斯投影坐標(biāo)以km為單位；經(jīng)緯度投影坐標(biāo)選擇°為單位，投影橢球參數(shù)與原圖投影保持一致。數(shù)據(jù)檢查無(wú)誤后進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換，可單個(gè)文件也可成批文件投影轉(zhuǎn)換。在“投影文件/目錄”按鈕下，“按輸入文件”一次可選定多個(gè)文件同時(shí)轉(zhuǎn)換。

1.8 成果數(shù)據(jù)提交

提交的數(shù)字化成果需要進(jìn)行質(zhì)量檢查，對(duì)MapGIS格式的所有圖層進(jìn)行逐項(xiàng)檢查，重點(diǎn)是空間數(shù)據(jù)精度、屬性精度、邏輯一致性、數(shù)據(jù)的正確性和完整性以及圖形整飾質(zhì)量等。成果數(shù)據(jù)采用光盤(pán)介質(zhì)存儲(chǔ)提交，具體包括原地質(zhì)底圖坐標(biāo)數(shù)據(jù)、西安坐標(biāo)系數(shù)據(jù)及經(jīng)緯度3套數(shù)據(jù)、彩色噴繪全要素地質(zhì)圖及各種文檔資料。數(shù)據(jù)庫(kù)成果必須是嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，全要素圖形文件與原圖保持一致。

2 建庫(kù)過(guò)程中的常見(jiàn)錯(cuò)誤及解決方法

2.1 線(xiàn)弧段一致性錯(cuò)誤

線(xiàn)弧段一致性錯(cuò)誤是指不同圖層共用界線(xiàn)的套合一致性錯(cuò)誤，即構(gòu)成地質(zhì)圖要素間的同一地理位置的線(xiàn)和弧段在空間位置或點(diǎn)的個(gè)數(shù)存在不一致[10]。該錯(cuò)誤多由于軟件自動(dòng)剪斷線(xiàn)出現(xiàn)連接錯(cuò)誤或不同圖層的線(xiàn)、弧段未同步修改。其解決方法是在MapGIS工程文件中同時(shí)打開(kāi)錯(cuò)誤報(bào)告文件和所有相關(guān)的線(xiàn)、區(qū)文件，包括地質(zhì)界線(xiàn)、斷層、非正式地層單位、脈巖、沉積巖、變質(zhì)巖、侵入巖、水體、水系等，將窗口盡可能放大，再使用移動(dòng)點(diǎn)工具或節(jié)點(diǎn)平差將其修改一致。

2.2 線(xiàn)面套合不一致錯(cuò)誤

線(xiàn)面套合不一致是指地質(zhì)界線(xiàn)和面文件存在明顯的位置偏差，在錯(cuò)誤等級(jí)中屬于致命缺陷。它與線(xiàn)弧一致性錯(cuò)誤很相似，但其位置偏差比較明顯。該錯(cuò)誤多是由于后期的編輯處理工作中沒(méi)有將窗口放大到無(wú)窮倍對(duì)線(xiàn)面文件同步編輯或誤操作產(chǎn)生。它可以借助輔助工具軟件檢查，并通過(guò)2種方法進(jìn)行改正：①重新建立圖形拓?fù)湮募?，再進(jìn)行文件剝分圖、層賦屬性；②將窗口放大無(wú)窮倍進(jìn)行編輯修改。后一種方法較容易出現(xiàn)錯(cuò)漏，不建議采用。

2.3 全角半角與大小寫(xiě)錯(cuò)誤

在采錄屬性時(shí)，按相關(guān)要求同一字段項(xiàng)中漢字之間的連接符用全角符號(hào)，英文與數(shù)字之間的連接符用半角符號(hào)[11]。例如，“-”、“～”、“空格”、“<”、“>”等均存在全半角的問(wèn)題，其中連接符“-”最易出錯(cuò)；此類(lèi)錯(cuò)誤的檢查相對(duì)困難，對(duì)于其檢查和修改需要逐條進(jìn)行。因而需要制圖人員熟悉注意事項(xiàng)，在采錄屬性時(shí)仔細(xì)錄入，盡量將錯(cuò)誤消除在第一階段。在空間數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用中如查詢(xún)、檢索時(shí)需要輸入條件，而條件一般對(duì)全半角是有區(qū)別的，即屬性是全角時(shí)輸入條件用半角就得不到正確結(jié)果。地質(zhì)圖中對(duì)地質(zhì)年代號(hào)的大小寫(xiě)書(shū)寫(xiě)要求相對(duì)嚴(yán)格，不同的標(biāo)記符號(hào)代表了特定的地質(zhì)意義，與其對(duì)應(yīng)的屬性中也應(yīng)當(dāng)注意大小寫(xiě)書(shū)寫(xiě)規(guī)范，不能隨意變化。此類(lèi)錯(cuò)誤的檢查修改與全半角錯(cuò)誤類(lèi)似。

2.4 投影參數(shù)和TIC點(diǎn)參數(shù)錯(cuò)誤

TIC點(diǎn)是圖幅的經(jīng)緯度坐標(biāo)控制點(diǎn)，即用戶(hù)己知其理論值的點(diǎn)。通過(guò)TIC點(diǎn)可將不同圖層的要素配準(zhǔn)到同一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)上，并確定用戶(hù)坐標(biāo)系和投影坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。TIC點(diǎn)參數(shù)或投影參數(shù)不正確，將會(huì)導(dǎo)致最終投影結(jié)果錯(cuò)誤。使用“投影轉(zhuǎn)換→當(dāng)前文件TIC點(diǎn)→顯示TIC點(diǎn)”，檢查T(mén)IC點(diǎn)是否存在錯(cuò)誤，若有誤，可以使用MapGIS投影系統(tǒng)中的“文件間拷貝投影參數(shù)、文件間拷貝TIC點(diǎn)”功能將具有正確參數(shù)的文件拷貝到相應(yīng)的文件中，如圖3所示。

圖3 文件間拷貝TIC點(diǎn)截圖

3 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)MapGIS支持下的1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖建庫(kù)流程、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、矢量化、誤差校正、圖形拓?fù)?、分離圖層、屬性錄入、投影變換等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)建庫(kù)中的線(xiàn)弧段不一致、線(xiàn)面套合不一致、大小寫(xiě)區(qū)分、參數(shù)錯(cuò)誤等常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析及解答。隨著MapGIS功能的升級(jí)和發(fā)展，地質(zhì)圖的建庫(kù)工作必將越來(lái)越方便，但也將面臨新問(wèn)題，因此涉及的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題還需要不斷完善和發(fā)展。

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