遼寧省1∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫建庫方法及研究成果

丁世春 (遼寧省礦產(chǎn)勘查院，遼寧沈陽 110032)

20世紀70年代末到80年代初，按照原地質(zhì)礦產(chǎn)部統(tǒng)一布署，遼寧省開展了系統(tǒng)的按國際圖幅進行的1∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)普查工作，共測編了27個圖幅，另外涉及到4個鄰省圖幅，總面積超過16萬km2(包括鄰省跨圖幅面積)，已覆蓋全省。從1999年開始，中國地質(zhì)調(diào)查局根據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略和國民經(jīng)濟建設發(fā)展需求，按照國土資源大調(diào)查“數(shù)字國土工程”基礎數(shù)據(jù)庫重點建設總體規(guī)劃，在全國區(qū)域水文地質(zhì)普查工作成果的基礎上，以1∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)成果圖件為基礎依據(jù)，建立了全國最為基礎并具有代表意義的水文地質(zhì)成果數(shù)據(jù)庫。2001～2004年遼寧省按照中國地質(zhì)調(diào)查局下達的任務，依據(jù)“區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫圖層及屬性文件格式標準”［1］開展此項工作，完成了遼寧省全部28幅的1∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫建設工作［2］。

1 資料收集及整理

1∶20萬水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫涉及地理、地質(zhì)和水文3類數(shù)據(jù)，建庫前收集資料時主要包括地形圖、地質(zhì)圖、綜合水文地質(zhì)圖、區(qū)域水文地質(zhì)普查報告、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告、區(qū)域水文地質(zhì)普查規(guī)范等。各種圖件均為正規(guī)出版圖，所用區(qū)域水文地質(zhì)普查報告及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告亦通過審查驗收。

將收集的地理圖、地質(zhì)圖數(shù)據(jù)參照《地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫建設工作指南》［3］，按所規(guī)定標準進行分層數(shù)字化。水文地質(zhì)圖數(shù)據(jù)按照《區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫圖層及屬性文件格式標準》執(zhí)行，對于無法劃分圖層的數(shù)據(jù)，則歸入裝飾圖層。具體做法如下:

對地理內(nèi)容，采集了綜合水文地質(zhì)圖上所有的地理信息，包括:河流、湖泊、水庫、交通、境界、等高線、高程點、居民地和政府所在地。其中居民地依據(jù)比例尺用面表示，政府所在地取其對應的居民地中心位置以點表示。

地質(zhì)內(nèi)容中的地層分區(qū)、地層產(chǎn)狀、斷裂，按圖上實際單元進行采集。

在水文地質(zhì)方面，對地下水類型、地下水富水性、地下水水質(zhì)、水文地質(zhì)特征點，按圖上實際圖元單位采集。地下水類型和地下水富水性參與拓撲，地下水水質(zhì)則不參與拓撲。對于含水層的多層結構，則分層建立地下水類型及地下水富水性圖層。

對向斜軸、背斜軸構造，地面分水嶺等，不掛接屬性，僅作為圖內(nèi)整飾部分在圖面上予以表示。

2 水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫建設方法及流程

按照工作所引用的標準實施建庫工作，具體工作方法如下。

2．1 圖元編碼編制 按《區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫圖層及屬性文件格式標準》中的圖元編碼規(guī)則編制。例如圖幅編號為K－51－19圖幅的圖元編碼為KI19+4位順序號。各圖層的圖元編碼具有唯一性。

2．2 TIC點編號編制 按《區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫圖層及屬性文件格式標準》中的TIC點編號規(guī)則編制。即采用指定點坐標的DM格式經(jīng)緯度數(shù)值，用9位數(shù)字表示。前5位為經(jīng)度，后4位為緯度。例如某一 TIC點坐標為120°00'00″、38°41'00″，則該點的 TIC 點編號為“120003841”。

2．3 數(shù)據(jù)卡片的填寫方法和過程 根據(jù)《區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫圖層及屬性文件格式標準》所規(guī)定的數(shù)據(jù)項內(nèi)容設計數(shù)據(jù)卡片格式，通過綜合水文地質(zhì)圖和“區(qū)域水文地質(zhì)普查報告”收集相關數(shù)據(jù)，按屬性結構要求逐項填寫卡片。數(shù)據(jù)卡片中的圖元編號與各專業(yè)圖形分層中的圖元編號一一對應。

2．4 圖形數(shù)字化 將相同內(nèi)容的成圖要素放入同一層內(nèi)進行矢量化。水系矢量化方向是從上游到下游，鐵路和雙線公路取中線矢量化。整個矢量化過程在放大40倍左右的窗口下進行，不使用MapGIS提供的“光滑線”功能［4］。

2．5 圖形編輯修改和誤差校正 對矢量化后的圖形進行編輯修改，以確保圖形質(zhì)量符合原圖質(zhì)量要求。包括各圖層中沒有遺漏和多余的數(shù)據(jù);該連的線必須相連，該斷的線必須斷開;“T”型相交必須進行結點平差;所有的多邊形必須閉合。

為消除在圖形數(shù)字化過程中因手工操作、掃描儀精度、原圖圖紙變形等因素產(chǎn)生的誤差，必須對經(jīng)圖形編輯修改后的綜合文件進行誤差校正。利用MapGIS系統(tǒng)提供的誤差校正功能，采集不少于23個控制點，將所有數(shù)據(jù)校正到其對應的標準圖框上。

2．6 拓撲處理 挑選出參與拓撲處理的線進行一次性拓撲重建。拓撲錯誤檢查無誤后，根據(jù)圖幅實際情況進行合并區(qū)操作，形成地質(zhì)體圖層、地下水類型及富水性圖層;然后，根據(jù)制圖標準要求，對地質(zhì)體及水文地質(zhì)體逐一著色。

2．7 數(shù)據(jù)錄入方法 圖形屬性數(shù)據(jù)填寫卡片后，利用Fox-Pro軟件錄入圖形屬性數(shù)據(jù)。

2．8 屬性聯(lián)結 將已建立的屬性數(shù)據(jù)文件和數(shù)字化圖形數(shù)據(jù)文件，通過ID號主關鍵字段進行掛接，使空間數(shù)據(jù)圖形與非空間數(shù)據(jù)屬性聯(lián)系在一起。利用它們的一一對應關系，由圖形到屬性，再由屬性到圖形，對圖形和屬性數(shù)據(jù)進行檢查，以確保數(shù)據(jù)的準確性。

2．9 質(zhì)量自檢和互檢 檢查內(nèi)容包括圖形數(shù)據(jù)檢查和屬性數(shù)據(jù)檢查兩種。圖形數(shù)據(jù)檢查為圖形內(nèi)容、圖元參數(shù)、精度要求、圖外整飾等;屬性數(shù)據(jù)檢查為數(shù)據(jù)項內(nèi)容、數(shù)據(jù)類型、與圖元對應關系等。

檢查方法包括:①輸出全要素彩噴圖，對照原圖進行2～3次檢查;②將所有圖層添加在一起檢查套合精度，將各圖層分別添加到標準圖框中檢查圖形精度。③利用MapGIS軟件的屬性輸出功能，輸出屬性表，與人工編制的屬性表對應檢查。

2．10 格式轉(zhuǎn)換 圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過編輯處理及誤差校正后，被移到進行了坐標平移和旋轉(zhuǎn)、左下角坐標為(0，0)的標準圖框上。圖幅間無法進行拼接，須進行投影轉(zhuǎn)換。具體做法如下:

(1)高斯投影的空間位置平移。利用MapGIS投影轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)將校正到標準圖框上的圖形投影到高斯投影的北京大地坐標系上。

(2)高斯投影轉(zhuǎn)換成地理坐標系。利用MapGIS投影轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)將高斯投影的圖形轉(zhuǎn)換成以經(jīng)緯度為單位的無投影的地理坐標系上。

(3)將MapGIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ArcInfo格式。將MapGIS格式的點、線、面數(shù)據(jù)(地理坐標系，以度為單位)輸出E00格式，通過E00格式轉(zhuǎn)換成ArcInfo格式數(shù)據(jù)。

綜上所述，根據(jù)當前常用的數(shù)字地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)建庫工作流程［5－6］和遼寧省1∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)資料的實際情況，總結出了遼寧省區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫建庫流程(圖1)。

3 專業(yè)分層

根據(jù)《區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫圖層及屬性文件格式標準》要求及1∶20萬水文地質(zhì)綜合空間數(shù)據(jù)庫專業(yè)內(nèi)容，并結合遼寧省實際情況，將整個信息分成5大類:基本信息、地理信息、地質(zhì)信息、水文地質(zhì)信息及水文地質(zhì)專題信息，把邏輯內(nèi)容相同的空間信息盡量劃分在同一圖層。據(jù)此原則，將遼寧省1∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫進行劃分，結果見表1。

表1 專業(yè)圖層劃分情況

4 質(zhì)量監(jiān)控

為了保證建庫工作質(zhì)量，項目組從組織上和監(jiān)控體系兩方面采取了一系列必要的措施，確保了數(shù)據(jù)準確、內(nèi)容真實、精度可靠。

4．1 建立工作日志制度 每個作業(yè)人員每天按要求填寫工作日志，全面、完整地記錄當天工作內(nèi)容。

4．2 建立自檢、互檢制度 項目組每個成員既是操作員，又是質(zhì)量檢查員。對每一個步驟所得出的中間成果要進行100%自檢和互檢。

圖形數(shù)據(jù)錄入后，由操作人員對編輯好的圖層進行100%屏幕質(zhì)量檢查、修改、補充，確定無遺漏和無錯誤后再進行屬性聯(lián)結。屬性數(shù)據(jù)錄入后，在屏幕上對錄入的數(shù)據(jù)進行100%自檢和互檢，然后再打印輸出與屬性表進行校對。確定無誤后，再與圖形數(shù)據(jù)進行聯(lián)結。

4．3 抽檢制度 每一成果圖件抽取10%進行檢查，確保所檢查的內(nèi)容全部符合質(zhì)量要求。

4．4 初審制度 聘請從事水文地質(zhì)專業(yè)人員組成專家檢查組，對成果圖件逐一進行最終檢查并形成成果初審意見書，以保證最終成果質(zhì)量符合規(guī)范要求。

5 結論與研究成果

1∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫的建設工作是一項宏大的利用信息技術集成創(chuàng)新的工程，為今后水工環(huán)地質(zhì)信息化工作，尤其是大規(guī)模的數(shù)字化生產(chǎn)工作奠定了堅實的基礎。該研究基于空間數(shù)據(jù)庫技術，以水文地質(zhì)圖信息的特性為研究主題，從理論上研究和解決了區(qū)域水文地質(zhì)圖要素由傳統(tǒng)的紙介質(zhì)存貯向空間數(shù)據(jù)庫建設過程中的轉(zhuǎn)化問題。通過遼寧省1∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫的建立，主要取得了以下研究成果:

(1)結合水文地質(zhì)專業(yè)和空間數(shù)據(jù)庫技術特性對水文地質(zhì)專業(yè)數(shù)據(jù)庫建設方法，進行了全面的分析和評價，提出了水文地質(zhì)信息與區(qū)域水工環(huán)空間信息一致性表達的建庫方法與規(guī)則，明確了所有圖元只錄入一次，這樣保證了各圖層相同圖元的完全套合。確定了線要素采集集中由河流、海岸線、水庫、斷層、地層界線、水文地質(zhì)界線、富水性界線、其他界線的采集順序，對保證空間數(shù)據(jù)的采集精度、公共要素的處理提供了可行性，避免了空間圖層空間時的微小誤差冗余問題。

(2)結合遼寧省1∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)圖的空間特性，將水文地質(zhì)圖信息劃分為30個空間圖層。此種圖層劃分將復雜的水文地質(zhì)要素表述得簡單、清晰、明了化，更易于水文地質(zhì)信息的檢索查詢和分析評價，該種方法為相關領域的信息化建設標準和指南的制定提供了可行性的方法和思路。但是由于水文地質(zhì)學在其相關領域的基礎地位和廣泛性應用，決定了必須建立全面的能夠直接共享和服務于水文地質(zhì)信息系統(tǒng)的各種水文地質(zhì)信息規(guī)則。國家雖已頒布了有關水文地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫建庫的標準規(guī)范，這些標準規(guī)范在我國水文地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫建設中起到了很好的指導作用，但仍然無法將已有的信息資源庫完全統(tǒng)一整合起來，如在水文地質(zhì)圖的富水性分區(qū)中存在的雙層結構(如上覆松散巖類孔隙水、下覆碎屑鹽類裂隙孔隙水)，部分工作者將其按同一屬性結構以2個空間圖層進行劃分，而部分工作者將屬性字段增加以一個空間圖層來表示，雖然表述地下水富水性的要素并未丟失，但給后續(xù)的分析和評價使用此資料埋下了隱患。因此，亟待進一步建立更加完善的科學、系統(tǒng)、高效區(qū)域水工環(huán)空間數(shù)據(jù)庫建設標準。

總之，遼寧省1∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫的建立，不僅是對遼寧省多年來水文地質(zhì)成果資料的整理，而且對今后國土資源合理開發(fā)利用、推動地礦工作信息化系統(tǒng)建設工作都具有深遠的意義。

［1］中國地質(zhì)調(diào)查局．區(qū)域水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫圖層及屬性文件格式標準［S］．2001．

［2］遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院．1∶20萬數(shù)字水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫(遼寧)工作報告［R］．2004．

［3］中國地質(zhì)調(diào)查局．地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫建設工作指南2．0版［S］．2001．

［4］陳為公，陳為標，蔡洪春．基于MAPGIS的地學空間數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)質(zhì)量的研究［J］．地質(zhì)與資源，2002，11(4):233 －235．

［5］姜義，張崇山，蘇靈芬，等．數(shù)字地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫工作流程［J］．中國區(qū)域地質(zhì)，2002，20(1):42 －49．

［6］張順金，張引娥，李學燮．地學空間數(shù)據(jù)庫建庫工藝流程簡介［J］．福建地質(zhì)，2002，209(1):42 －49．