基于Arc GIS的產(chǎn)狀符號矢量化方法研究

王 蕾

（江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心，江蘇 南京 210013）

0.引言

地質(zhì)制圖是地質(zhì)勘查工作的基本組成部分，而符號是以圖形的方式直觀地表達(dá)地質(zhì)圖件中的要素，地質(zhì)符號在地質(zhì)制圖工作中起著十分重要的作用。ArcGIS是一款美國ESRI公司開發(fā)的GIS專業(yè)軟件，ArcGIS具有強(qiáng)大的空間分析功能[1]。然而，與其他GIS軟件（如，MapGIS、SuperMap等）相比，ArcGIS系統(tǒng)內(nèi)自帶的符號較為單一，符號庫功能較為薄弱，由于地質(zhì)符號具有復(fù)雜性與多樣性，因此ArcGIS并不能滿足地質(zhì)制圖工作的需求。為了加快地質(zhì)制圖工作的規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化，近年來有眾多學(xué)者致力于這方面的研究[2]。

產(chǎn)狀用于表示巖層的產(chǎn)出狀態(tài)，由傾向、傾角和走向三種要素共同表示，也稱為產(chǎn)狀三要素。其中，巖層所在平面與水平面的交線即為該巖層的走向線，走向線所指的方向即為巖層的走向，走向通常有兩個角度表示，并且相差180°；與走向線垂直，并沿巖層面向下方引出的直線即為巖層的傾斜線，傾斜線的水平投影線的地理方位就是巖層的傾向，走向與傾向相差90°或270°；傾斜線與其水平投影線之間的夾角即傾角[3]。根據(jù)國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域地質(zhì)圖圖例》（1∶50000）規(guī)定，產(chǎn)狀符號由垂直的兩條長度不等的直線段表示，其中，長線表示走向，短線表示傾向，數(shù)字表示傾角[4]。在以ArcGIS為平臺的地質(zhì)圖件矢量化過程中，一種方法是采用點要素表示產(chǎn)狀，產(chǎn)狀的三要素以文本的形式錄入到屬性表中，讀數(shù)與手工錄入的方式工作量較大，并且出錯率高、工作效率非常低[5]。而另一種方法，將產(chǎn)狀符號矢量化為線要素，以垂直的長線和短線表示產(chǎn)狀要素，雖然這種方式比較方便快捷，而且符合產(chǎn)狀符號的樣式要求，但是本質(zhì)上產(chǎn)狀符號為點符號，這種繪制方式失去了符號的意義，在生產(chǎn)地質(zhì)剖面圖過程中不能直接使用。因此，本文以ArcGIS為平臺，提出了一種地質(zhì)制圖過程中產(chǎn)狀符號的制作及其矢量化方法，提高產(chǎn)狀符號繪制的效率和準(zhǔn)確性，為實現(xiàn)地質(zhì)制圖工作的規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化提供參考依據(jù)。

1.ArcGIS中制作產(chǎn)狀符號

ArcGIS中符號的制作方法共有兩種：一種是圖片形式；另一種是字體形式。其中，前者為矢量格式，后者為柵格格式。針對較為復(fù)雜的點狀符號，通常采用字體形式的符號，其優(yōu)點在于符號不因放大或縮小而失真，并且字體符號所占用的空間較小。因此，本文采用字體形式制作產(chǎn)狀符號。

ArcMap是ArcGISDesktop三個用戶桌面組件之一，可用于數(shù)據(jù)的輸入、編輯、查詢、分析、輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)地圖制圖、地圖編輯、地圖分析等功能。在ArcMap的符號管理（Style Manager）中新建地圖符號庫，在地圖符號庫中選擇點符號庫（Marker Symbols），在點符號庫中右鍵新建點符號，并命名為產(chǎn)狀符號。巖層在空間分布狀態(tài)的要素稱為巖層產(chǎn)狀要素，一般用巖層面在空間的水平延伸方向、傾斜方向和傾斜程度描述，分別稱為巖層走向、傾向和傾角。因此，需要制作的產(chǎn)狀符號由垂直的兩條長度不等的直線段表示，其中，長線表示走向，短線表示傾向。（如圖1所示）在符號類型中選擇字體符號（Character Marker Symbol），選擇ESRI Caves2中的符號，符合產(chǎn)狀符號的樣式要求。但是，該符號的長線為豎直狀態(tài)，短線為水平狀態(tài)，因此，需要設(shè)置角度，實現(xiàn)符號的旋轉(zhuǎn)。設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度為90°，水平方向（X方向）位移設(shè)置為4，保證符號的錨點位置位于長線和短線的交點處，有利于后期的角度計算，這樣即制作完成了地層產(chǎn)狀符號。

圖1 制作產(chǎn)狀符號

2.地質(zhì)圖件中產(chǎn)狀符號的矢量化方法

常見的地質(zhì)圖件包括平面綜合地質(zhì)圖、地形地質(zhì)圖、地質(zhì)剖面圖和鉆孔柱狀圖等。平面綜合地質(zhì)圖反映區(qū)域所在的地理位置（如，經(jīng)緯度、坐標(biāo)線），主要居民點（如，城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村所在地）、地形、地貌特征等。通過平面綜合地質(zhì)圖可以得到區(qū)域的地層、巖性、產(chǎn)狀、斷層等信息。地質(zhì)剖面圖是根據(jù)一定的比例尺，表示區(qū)域內(nèi)某一個剖面上的地層關(guān)系的一種地圖。剖面圖可以勾繪出地形輪廓，并且進(jìn)一步反映出區(qū)域內(nèi)單個或多個地層的產(chǎn)狀、分層、巖性、化石產(chǎn)出部位、地層厚度以及接觸關(guān)系等地質(zhì)特征。根據(jù)平面綜合地質(zhì)圖上的產(chǎn)狀符號及地層分布，通過剖切可以得到地質(zhì)剖面圖。將地質(zhì)剖面圖與平面綜合地質(zhì)圖共同使用，可以直接獲得地質(zhì)構(gòu)造的立體概念。巖層產(chǎn)狀確定準(zhǔn)確，可以正確反映巖層之間的空間分布情況，有助于了解地層的接觸關(guān)系、計算礦產(chǎn)儲量。因此，產(chǎn)狀符號的正確繪制具有十分重要的意義，錯誤的符號繪制方式，將會影響地質(zhì)平面圖的剖切，從而影響礦產(chǎn)的儲量計算，降低了地質(zhì)圖件要素繪制的準(zhǔn)確性。在ArcGIS平臺中，傳統(tǒng)的產(chǎn)狀符號繪制方法具有工作量大、出錯率高的缺陷，或者使其失去了符號的意義。因此，本文利用ArcGIS強(qiáng)大的空間分析及數(shù)據(jù)處理功能，提出一種簡單有效的產(chǎn)狀矢量化方法，大大提高了地質(zhì)圖件矢量化的效率。

本文提出一種更加高效、精確的產(chǎn)狀符號繪制方法，利用產(chǎn)狀符號的走向線與傾向線之間的垂直關(guān)系，只需要采用固定的方向繪制走向線，通過ArcGIS的空間分析功能，進(jìn)一步計算出產(chǎn)狀的走向角度和傾向角度，并且利用ArcGIS的屬性標(biāo)注功能，在地圖上可以標(biāo)示出產(chǎn)狀符號的角度，從而準(zhǔn)確地完成產(chǎn)狀符號的繪制。產(chǎn)狀符號矢量化的具體流程（如圖2所示）：

圖2 產(chǎn)狀矢量化流程圖

2.1 矢量化走向線

為方便計算走向方位角，走向線的矢量化依據(jù)（如圖3所示）從左向右的原則。以兩個產(chǎn)狀為例，箭頭方向表示矢量化的方向，左邊為起始點，右邊為終止點。即保證符號的短線位于長線左側(cè)，從而保證產(chǎn)狀符號的角度正確。

圖3 走向線矢量化依據(jù)

2.2 提取走向角度

由上述可知：走向線所指的方向為巖層的走向。根據(jù)從左向右的繪制原則可知：由正北方向順時針旋轉(zhuǎn)，到走向線所經(jīng)過的角度，即為走向方位角。走向通常包含了兩個角度，并且兩個角度之間相差了180°，因此，由其中一個角度加上或者減去180°后，則能直接得出另外一個走向方位角。

2.3 計算傾向

已知走向與傾向之間相差了90°或270°，因此，可以利用已經(jīng)求出的走向的度數(shù)進(jìn)一步計算傾向的度數(shù)。由于在第一步矢量化的過程中，要求采用從左往右畫線的固定順序，因此，傾向應(yīng)為走向線方位角逆時針旋轉(zhuǎn)90°的方向。由此可知：當(dāng)方位角小于90°時，傾向＝走向+270°；而當(dāng)方位角大于或者等于90°時，傾向＝走向－90°。通過這種方式即可得到傾向。

2.4 錄入傾角

在通常情況下，地質(zhì)圖件中產(chǎn)狀中標(biāo)示出的度數(shù)，即為該巖層的傾角，因此只需要根據(jù)標(biāo)示的角度直接錄入該符號的屬性中，后面通過顯示標(biāo)注的方式即可顯示出產(chǎn)狀的傾角。

2.5 生成點要素

在地質(zhì)圖件中，通常用點要素表示產(chǎn)狀，描述該巖層的傾斜程度。由上述過程可知：需要將線要素轉(zhuǎn)化為點要素。在制作產(chǎn)狀符號時，我們將符號在X方向的位移設(shè)置為4，（如圖4所示）使得符號的錨點位于傾向線與走向線的交點位置，也就是產(chǎn)狀符號的中心點位置。因此，只需要根據(jù)矢量化好的走向線，分別計算出每個走向線線段的中點，線段中點所在位置即為產(chǎn)狀符號的坐標(biāo)位置。

圖4 產(chǎn)狀符號預(yù)覽

2.6 顯示產(chǎn)狀

由于所制作的產(chǎn)狀符號的傾向線與正北方向重合，因此，產(chǎn)狀符號的旋轉(zhuǎn)角度即為與正北方向的夾角。由此可知：在原始地質(zhì)圖件中，產(chǎn)狀符號的旋轉(zhuǎn)角度等于巖層傾向。

3.實驗驗證

本文以一幅手繪綜合平面地質(zhì)圖為示例，利用ArcGIS平臺，采用先矢量化走向線，進(jìn)一步計算走向和傾向的方式，對地質(zhì)圖上的產(chǎn)狀符號進(jìn)行矢量化，并且在圖上最終顯示產(chǎn)狀符號，通過判斷符號的旋轉(zhuǎn)角度是否正確，從而驗證本文所提出的產(chǎn)狀符號矢量化方法是否正確、可靠。

3.1 走向線矢量化

在ArcCatalog中，新建線要素，并且將文件命名為走向線，用于存儲產(chǎn)狀的長線。在ArcMap中加載已經(jīng)配準(zhǔn)好的綜合地質(zhì)平面圖，根據(jù)要求采用從左向右的原則繪制走向線，即長線。走向線矢量化完成以后，為每個走向線要素（如圖5所示）的Id賦唯一值。紅色線段即為矢量化好的走向線，Id值賦為1~5。

圖5 走向線要素

3.2 提取走向的角度

在工具箱中打開空間分析功能，利用Measuring Gepgraphic Distributions中的Linear Directional Mean（計算平均線方向功能）。Input Feature Class選擇之前創(chuàng)建的走向線文件。Case Field選擇屬性列Id，根據(jù)Id是唯一值默認(rèn)每個走向線作為一個單獨的個體，然后計算每個走向線的方位角。在屬性表中可以看到，屬性列CompassA即為每個走向線的方位角值。

圖6 計算走向線角度

3.3 根據(jù)走向方位角計算傾向

通過上文可知：當(dāng)方位角小于90°時，傾向=走向+270°；當(dāng)方位角大于等于90°時，傾向=走向-90°。屬性列CompassA中存儲的方位角是產(chǎn)狀的走向，因此，可以利用已經(jīng)求出的走向計算傾向。例如，當(dāng)方位角是95°時，判斷屬于大于等于90°范圍，傾向等于5°；當(dāng)方位角是80°時，判斷屬于小于90°范圍，傾向等于350°。在屬性表中新建字段用于存儲傾向，打開屬性計算器（field calculator），勾選Advanced，在VBA中寫入如下代碼：

Di m Output as double

I（f［CompassA］＜90）Then

Output=［CompassA］+270

ElseI（f［CompassA］＞=90）Then

Output=［CompassA］-90

End If

通過計算得到產(chǎn)狀的傾向，存儲在屬性表中（如圖7所示）：

圖7 傾向?qū)傩粤?/p>

3.4 生成產(chǎn)狀點要素

為了避免重復(fù)勞動，可以根據(jù)已經(jīng)矢量化完的走向線，計算每段走向線的中點，即為產(chǎn)狀的中心點位置。利用ArcGIS工具箱中的數(shù)據(jù)管理工具，F(xiàn)eatures-Feature Vertices To Points功能，計算走向線的中點，生成產(chǎn)狀要素。

在符號管理工具中為生成的點要素加載之前制作好的產(chǎn)狀符號。每個產(chǎn)狀的傾角即為地質(zhì)圖上已經(jīng)標(biāo)識出來的角度值，添加屬性列用于存儲產(chǎn)狀的傾角，將傾角值錄入對應(yīng)的屬性中（如圖8所示）。將產(chǎn)狀符號的標(biāo)注設(shè)置為傾角，并且顯示標(biāo)注。

圖8 傾角屬性列

3.5 顯示產(chǎn)狀

在屬性中修改產(chǎn)狀的符號，選擇已經(jīng)制作好的產(chǎn)狀符號，并且依據(jù)屬性表中的傾向值大小，作為依據(jù)設(shè)置符號的旋轉(zhuǎn)角度，從而完成產(chǎn)狀符號的矢量化。產(chǎn)狀符號矢量化后的結(jié)果（如圖9所示），矢量化后的產(chǎn)狀符號旋轉(zhuǎn)角度與原圖一致，提高了產(chǎn)狀符號繪制的準(zhǔn)確性和效率，基本符合地質(zhì)制圖的要求。

圖9 矢量化后的結(jié)果

4.結(jié)束語

本文主要依據(jù)國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的GB958-99《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域地質(zhì)圖圖例》規(guī)范，在ArcGIS中制作了產(chǎn)狀符號，并講述了基于ArcGIS的巖層產(chǎn)狀符號的矢量化方法。經(jīng)過實際應(yīng)用，這種產(chǎn)狀矢量化過程簡單、高效。通過利用ArcGIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理及空間分析功能，只需要依據(jù)方向繪制走向線，即可得到產(chǎn)狀符號的走向、傾向及符號的位置，提高了矢量化的效率。與傳統(tǒng)的繪制方法相比，本文所提出的繪制方式產(chǎn)狀符號依然為獨立的點狀符號，保證了其符號的意義，提高了符號的準(zhǔn)確性。通過實驗驗證可知：這種產(chǎn)狀符號的繪制方法能夠與原始平面地質(zhì)圖保持一致，從而為地質(zhì)圖件規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化提供了參考。