基于組件式GIS的水文地質(zhì)剖面圖自動(dòng)生成方法研究

蔡強(qiáng)+王一楠

【摘 要】水文地質(zhì)剖面圖是地下水文地質(zhì)研究的重要組成部分，它為人們直觀地進(jìn)行地質(zhì)研究提供了可能性。組件式GIS的應(yīng)用，促使水文地質(zhì)剖面圖的繪制更加快速準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了水文信息的多方面利用。

【Abstract】The hydrogeologic profile is an important part of underground hydrogeological research， it provides the possibility for directly geological research. The application of component GIS， promotes the hydrogeological profile more quickly and accurately， the hydrological information utilization.

【關(guān)鍵詞】組件式GIS；水文地質(zhì)剖面圖；自動(dòng)生成

【Keywords】component GIS； hydrogeological profile； automatic generation

【中圖分類(lèi)號(hào)】P208 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）05-0141-02

1 引言

地下水是深埋于地下，按水層性質(zhì)主要可分為孔隙水、裂隙水以及巖溶水，是不能夠被人以實(shí)力直接觀察到的物質(zhì)，因此需要人類(lèi)通過(guò)水文地質(zhì)勘查工作來(lái)發(fā)現(xiàn)并尋找其客觀的運(yùn)用規(guī)律及影響其生成、流動(dòng)的條件等問(wèn)題，然而在過(guò)去的勘察工作中，受勘察條件的限制，在勘察點(diǎn)的布置位置、布置數(shù)量都難以滿足勘察要求，通常是基于勘察人員的主觀經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，不夠準(zhǔn)確，因此造成對(duì)水文地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)，形成水文地質(zhì)勘查信息的盲區(qū)，進(jìn)而對(duì)后續(xù)地質(zhì)工作的開(kāi)展造成影響。

2 水文地質(zhì)剖面圖自動(dòng)生成的必要性

水文地質(zhì)剖面圖是水文地質(zhì)工作者對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)進(jìn)行正確評(píng)價(jià)和認(rèn)知的關(guān)鍵內(nèi)容，它關(guān)系著地下水源的規(guī)劃設(shè)計(jì)及相關(guān)的建設(shè)工程和地下水的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作。它是地下水層結(jié)構(gòu)及地層沉積規(guī)律的直觀展示。但在傳統(tǒng)的水文地質(zhì)剖面圖形成的工作當(dāng)中主要是基于工作人員手工繪制完成的，這個(gè)過(guò)程十分煩瑣，需要消耗工作人員大量的精力和時(shí)間，且手工繪制的剖面圖在后續(xù)的查找和復(fù)看時(shí)，難以快速地翻閱并對(duì)相關(guān)的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，這就嚴(yán)重地影響了水文地質(zhì)勘查工作的工作效率。通過(guò)水文地質(zhì)剖面圖的自動(dòng)生成，可以滿足地質(zhì)工作者自動(dòng)化辦公的需求，提升整體的工作效率，并對(duì)勘查工作的質(zhì)量提升有明顯幫助[1]。

3 組件式GIS系統(tǒng)概述

3.1 組件式GIS的基本概念

GIS是地理信息系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，它是一種重要的空間信息系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)地理信息的數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存、運(yùn)算、分析等多種功能，為人們進(jìn)行地理地質(zhì)研究提供了重要的數(shù)據(jù)信息。其隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生了新的變化。組件式GIS就是GIS經(jīng)歷了多次發(fā)展和變革的產(chǎn)物，它代表了GIS的發(fā)展方向，為GIS的應(yīng)用提供了一種全新的開(kāi)發(fā)工具。組件式GIS是一個(gè)組件對(duì)象的平臺(tái)，它通過(guò)特定的一組通信接口，提供可以跨語(yǔ)言的組件式的GIS，這種組件就是GIS組件，它既可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部組件的交互，也可以實(shí)現(xiàn)與同一計(jì)算機(jī)的其他組件的交互，同時(shí)可以進(jìn)一步進(jìn)行跨計(jì)算機(jī)的組件交互。

組件式GIS是解決系統(tǒng)集成的理想方案。組件式GIS的一大標(biāo)志特點(diǎn)就是組件之間的各司其職，GIS組件只負(fù)責(zé)GIS的工作，不會(huì)交叉性地去做其他組件的工作。這種特點(diǎn)可以方便我們對(duì)該組件設(shè)定符合需求的特定功能，如數(shù)據(jù)表現(xiàn)、剖面線的生成等分別做成組件后，和GIS組件結(jié)合實(shí)現(xiàn)專業(yè)系統(tǒng)的分析。GIS組件與計(jì)算機(jī)其他組件的交互工作是通過(guò)計(jì)算機(jī)可視化語(yǔ)言來(lái)建立的框架系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，并在框架下實(shí)現(xiàn)有序運(yùn)轉(zhuǎn)，這包括我們熟知的VB，C++ Builder，PowerBuilder等。GIS組件可以與無(wú)數(shù)的計(jì)算機(jī)組件進(jìn)行協(xié)調(diào)配合工作，形成一個(gè)極其龐大的集成系統(tǒng)，借由GIS的可延展性，我們可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選取控件，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的可選擇性操控，降低了用戶開(kāi)發(fā)多個(gè)組件系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

3.2 組件式GIS在水文地質(zhì)剖面圖自動(dòng)生成方面的作用

3.2.1 實(shí)現(xiàn)水文地質(zhì)信息的快速獲取和動(dòng)態(tài)應(yīng)用

傳統(tǒng)的手工繪制剖面圖的方式是通過(guò)對(duì)區(qū)域性的水文地質(zhì)條件、地下水的分布情況，并根據(jù)地質(zhì)專家的經(jīng)驗(yàn)組織完成的繪制，其在準(zhǔn)確性方面存在一定的偏差。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們也逐漸開(kāi)始使用一些計(jì)算機(jī)軟件來(lái)輔助進(jìn)行水文地質(zhì)剖面圖的繪制，比如Excel、CAD等，但是在操作起來(lái)十分不方便，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)的重復(fù)利用，只能通過(guò)人工去一遍遍重復(fù)添加，另外，此類(lèi)型的計(jì)算機(jī)軟件沒(méi)有圖形的空間分析功能，這不僅沒(méi)有減少工作量，反而使工作進(jìn)一步煩瑣起來(lái)。而GIS系統(tǒng)可以對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的處理，將可重復(fù)利用的信息快速有效地集合到一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的及時(shí)響應(yīng)和實(shí)時(shí)分析，可以方便勘察人員快速地獲取所需的數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果[2]。

3.2.2 實(shí)現(xiàn)水文地質(zhì)信息的全面可視化研究

組件式GIS可以實(shí)現(xiàn)水文地質(zhì)信息的可視化研究。通過(guò)GIS的可視化技術(shù)，并結(jié)合水文地質(zhì)剖面圖的繪制規(guī)則與知識(shí)，根據(jù)已取得的地質(zhì)數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確地將地層的分布、水源的分布進(jìn)行可視化處理。在剖面圖的生成過(guò)程中，工作人員可以進(jìn)行人為的干預(yù)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，通過(guò)人機(jī)的有效交互，實(shí)現(xiàn)水文地質(zhì)剖面圖的低誤差繪制。在繪制完成后，還可以進(jìn)行進(jìn)一步的修正和補(bǔ)充，以確保獲得更為真實(shí)有效的結(jié)果。另外，操作人員還可以在剖面圖中添加一些具有利用價(jià)值和參考價(jià)值的信息，構(gòu)成一個(gè)信息含量豐富的水文地質(zhì)剖面圖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水分布、變化規(guī)律的全面可視化研究。

4 組件式GIS在水文地質(zhì)剖面圖自動(dòng)生成上的具體應(yīng)用

根據(jù)不同的地層性質(zhì)，地下水文的研究可以分為孔隙水、裂隙水和巖溶水。筆者主要就孔隙水中組件式GIS的水文地質(zhì)剖面圖自動(dòng)生成進(jìn)行探討。

基于組件式GIS的剖面圖繪制是在對(duì)各種復(fù)雜地層包括透鏡體、薄夾層、地層尖滅等空間分布規(guī)律進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，同時(shí)遵循第四系地層的沉積規(guī)律完成的全自動(dòng)或者半自動(dòng)剖面圖生成。在繪制水文地質(zhì)剖面圖的過(guò)程中主要應(yīng)用的是組件式GIS的高程模型。首先形成一個(gè)具有可定義結(jié)構(gòu)點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)組，這個(gè)數(shù)據(jù)組可定義的數(shù)據(jù)包括參與構(gòu)建剖面的鉆孔數(shù)、地層的層數(shù)及相鄰層數(shù)的代碼，這個(gè)三維數(shù)據(jù)組主要是用于存放每個(gè)鉆孔、每個(gè)地層的高程數(shù)據(jù)，并且通過(guò)一個(gè)可與數(shù)據(jù)庫(kù)連接的ADO空間來(lái)實(shí)現(xiàn)有關(guān)數(shù)據(jù)的讀取與輸入，然后根據(jù)每一地層的代碼判斷相應(yīng)地層的頂?shù)捉绺叱?，進(jìn)而賦值形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)組。同時(shí)，將每個(gè)鉆孔的千米網(wǎng)坐標(biāo)賦值給相應(yīng)的變量，針對(duì)地層不連續(xù)現(xiàn)象，通過(guò)自動(dòng)識(shí)別地層不連續(xù)的類(lèi)型，調(diào)用相應(yīng)的規(guī)則與知識(shí)，并利用GIS組件點(diǎn)、線集的繪圖功能，完成剖面線的輪廓構(gòu)建。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)地層界線的實(shí)際情況，可以對(duì)剖面線進(jìn)行修改、光滑曲線，利用GIS組件拓?fù)浞治龉δ軐?duì)剖面線進(jìn)行拓?fù)浞治?，形成剖面的拓?fù)涠噙呅危瑫r(shí)完成對(duì)剖面的巖性紋理填充，最終形成相應(yīng)的水文地質(zhì)剖面圖。這種利用高程模型的繪制方式，可以處理不同地形的水文地質(zhì)剖面圖，可以十分方便地繪制出任意方向和長(zhǎng)度的地形剖面，是目前十分先進(jìn)的水文剖面繪制方式[3]。

但在實(shí)際的應(yīng)用中，我們要注意人為因素對(duì)剖面圖自動(dòng)生成的干預(yù)。實(shí)際的地理因素很可能會(huì)改變地下水的具體流向和構(gòu)成，操作人員一定要通過(guò)專家的意見(jiàn)與自身的經(jīng)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)實(shí)際的生成結(jié)果相結(jié)合，盡可能地繪制出符合實(shí)際情況的地下水文地質(zhì)剖面圖，形成一種自動(dòng)與半自動(dòng)相結(jié)合的工作模式。

5 結(jié)語(yǔ)

組件式GIS在水文地質(zhì)剖面圖的自動(dòng)生成方面有巨大的應(yīng)用價(jià)值，可以實(shí)現(xiàn)研究人員對(duì)信息的快速獲取與調(diào)用。但值得注意的是，基于系統(tǒng)自動(dòng)生成的剖面圖雖然十分便捷，但仍需要我們?nèi)藶榈倪M(jìn)行干預(yù)，將計(jì)算機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)與人類(lèi)自身的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，繪制出具有實(shí)際利用價(jià)值的、合理的水文地質(zhì)剖面圖，為地下水研究做出貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】管繼明.地理信息系統(tǒng)在水文地質(zhì)方面應(yīng)用分析[J].科研，2016（7）：00201-00201.

【2】翟鳳君.地理信息系統(tǒng)在水文水資源方面的應(yīng)用[J].水能經(jīng)濟(jì)，2016（1）：163-163.

【3】彭海晟.探究基于GIS的孔隙水文地質(zhì)層三維空間離散方法[J].科技與創(chuàng)新，2015（3）：85-86.