張銀玲，程 鋼，王學杰，郭玉祥

（1.中國科學院 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 礦山空間信息技術國家測繪地理信息局重點實驗室，河南 焦作 454003；3. 河南理工大學 測繪學院，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)圖建庫工具軟件，可方便地完成編輯圖件存儲和海量數(shù)據(jù)管理，根據(jù)需要派生出各種專題圖件，成圖效率高，易于入庫和更新。許多科研人員從自身專業(yè)視角研究了地質(zhì)圖建庫的方法、流程和成果應用等[1-5]。由于涉及行業(yè)眾多，加之受視角、應用目的和專業(yè)局限性及所采用的應用平臺、技術路線不同，造成各類基礎信息資源難以共享和互操作。本文從生產(chǎn)實際出發(fā)，針對MapGIS軟件進行1∶5萬地質(zhì)圖建庫中的關鍵技術問題進行了分析和總結，以期為同類應用提供示范作用。

1 1∶5萬地質(zhì)圖的建庫流程及方法

本文設計的建庫方案如圖1所示，主要包括數(shù)據(jù)準備、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)圖建庫技術流程圖

1.1 建庫數(shù)據(jù)準備

完整有效的第一手數(shù)據(jù)資料，是建立地理信息空間數(shù)據(jù)庫的前提，也是對地理信息空間數(shù)據(jù)進行空間分析的基礎。因此，需要根據(jù)所選工作圖幅，搜集相關資料，包括出版地理底圖、地質(zhì)圖、礦產(chǎn)圖、出版原圖、實際材料圖、工作手圖、地質(zhì)報告、建庫人員對標準規(guī)范的學習等，為建庫工作做充分準備。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，原圖紙掃描后會出現(xiàn)掃描誤差、傾斜變形等，故要運用誤差校正系統(tǒng)校正所需的圖件；同時按照規(guī)范要求對矢量字庫目錄、系統(tǒng)庫目錄和系統(tǒng)臨時目錄進行設置[6]。其基本過程包括：

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，但為滿足精度要求，可依據(jù)圖件的清晰及復雜程度，適當調(diào)整分辨率。掃描原圖要盡可能使用新圖。掃描后要進行精度檢查，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)了解地圖的相關知識；從圖名、圖幅代號和經(jīng)緯度了解圖幅的地理位置和圖的類型；從比例尺了解地質(zhì)圖上線段長度、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源，查明工作區(qū)研究史。錄入數(shù)據(jù)之前應認真讀圖，熟練區(qū)分圖幅內(nèi)容，利于提高建庫工作的效率。

1.2 矢量化

圖形矢量化是對點、線、多邊形等圖形要素進行空間數(shù)據(jù)采集，并在MapGIS中建立相應的點(.wt)、線(.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行。地理部分包括內(nèi)圖框、方里網(wǎng)(經(jīng)緯網(wǎng))、等高線(先計曲線后首曲線再間曲線)、河流、海岸線、湖泊、水庫、道路(先鐵路后公路再大車路、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、資料來源、區(qū)調(diào)單位等)。

線要素的矢量化與編輯是圖形錄入編輯的重點，要確保線要素圖形數(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，需將圖元按標準參數(shù)區(qū)分錄入，特別注意對屬性不同、線型相同的地質(zhì)界線的區(qū)分，以方便后期的空間圖形分層和屬性賦值[7]。遇到結點要斷開，線與線連接時，最好使用捕捉線頭線尾的方式，使線連接完好。所有多邊形必須閉合，以便為拓撲造面打好基礎。為減少操作誤差，提高數(shù)據(jù)精度，一般將圖像放大到20倍以上進行矢量化。圖形要素的注釋參考國家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位置，盡量避免符號、注記等與線互相壓蓋，尤其是重要的地質(zhì)要素，如斷層、地質(zhì)界線、產(chǎn)狀等[8]。

圖形矢量化完成后，在計算機上對照原圖及光柵文件對所矢量化的地圖內(nèi)容進行全面檢查，確保與原圖保持一致，利用“清重坐標及自相交，清線重疊坐標及自相交”和“拓撲錯誤檢查”等功能對全圖所有內(nèi)容進行檢查，做到無遺漏、無錯誤。

1.3 誤差較正

在圖形數(shù)字化的過程中，由于手工操作誤差、數(shù)字化設備和掃描儀精度、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有一定的誤差，必須進行校正。用于進行誤差校正的控制點原則上應不少于25個，且分布均勻，控制點越多，誤差變形越小。

MapGIS 的“誤差校正”是依據(jù)控制點將矢量化圖形配準到標準位置。這里的圖形控制點是指能代表圖形某塊位置坐標的變形情況，其實際值和理論值都已知的點，或者是可求得的點[9]。在原圖上取經(jīng)緯網(wǎng)的交點作為校正控制點，為確保精度在編輯校正控制點對話框中把小數(shù)位精度下的數(shù)字設置為12位，保存“控制點.wt”文件；在MapGIS中打開投影變換，作1∶5萬標準圖框，作為幾何校正參考標準線文件的理論值(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，如果精度達到標準要求，可拓撲造區(qū)。

圖2 標準圖框參數(shù)設置對話框

1.4 圖形拓撲

拓撲造區(qū)是圖形矢量化的關鍵步驟。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)，則可進行拓撲關系建立。將所有參與拓撲造區(qū)的線文件在輸入編輯窗口中合并為1個線文件，并按照以下步驟進行圖形拓撲建立：自動剪斷線→清除微短線→清除線重疊坐標→自動線結點平差→刪除懸掛線→拓撲檢查→線轉(zhuǎn)弧度→裝入線轉(zhuǎn)弧段文件→弧段拓撲檢查→拓撲重建。“自動剪斷線”時需設置合理的裁剪搜索半徑，該操作不宜超過3次。線拓撲錯誤檢查，直至無任何錯誤為止，則進行線轉(zhuǎn)弧段，形成閉合的曲線，最后進行拓撲重建。拓撲造區(qū)后檢查與線文件是否完全套合，若出現(xiàn)偏離現(xiàn)象較多，需重新編輯線文件，直到區(qū)、線文件完全套合為止。若局部出現(xiàn)偏離現(xiàn)象，可采用“坐標點可見”功能將線與弧的坐標點對照，編輯修改不吻合處的坐標點位置即可。

拓撲重建后系統(tǒng)自動為區(qū)塊填充顏色，使得所有相同地層代號的區(qū)塊變成相同的填充顏色和填充圖案，可按地質(zhì)體代號生成label點，將label點與區(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是否對應。

1.5 分離圖層

矢量化后的點、線、面要素不在相同的圖層內(nèi)，需將點、線、面文件進行圖層分離。在矢量化的過程中按規(guī)范分層矢量化點文件；線文件可根據(jù)線參數(shù)剝離文件，從已建立拓撲關系總線文件中單獨提取斷層和韌性剪切帶然后進行其他各線分層；區(qū)文件可以賦予過渡屬性，通過屬性值進行分層，或直接按區(qū)顏色屬性值剝離圖層。圖層分層是建庫中一個主要環(huán)節(jié)，要嚴格按照地質(zhì)內(nèi)容正確歸類分層。文件分層后如檢查有錯誤，需返回重新分層。

1.6 屬性錄入

屬性用來描述各地物的特征，圖形只有和屬性正確掛接后，才能建立完整的要素對象。MapGIS系統(tǒng)提供了多種靈活實用的屬性錄入方法：①直接打開屬性庫管理，對各個圖層的屬性結構進行編輯，然后根據(jù)結構分別錄入屬性內(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構，根據(jù)參數(shù)賦屬性進行錄入；③MapGIS外掛數(shù)據(jù)庫，如DBASE、FOXPRO、Access等，通過數(shù)據(jù)庫生成記錄與屬性庫進行連接。

1.7 投影變換

為了保證數(shù)據(jù)的完整性和易交換性，需對數(shù)據(jù)統(tǒng)一空間參考系統(tǒng)進行投影變換，按要求1∶5萬地質(zhì)圖建庫提交數(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坐標系轉(zhuǎn)換為西安80坐標系，并提供其經(jīng)緯度數(shù)據(jù)；高斯投影坐標以km為單位；經(jīng)緯度投影坐標選擇°為單位，投影橢球參數(shù)與原圖投影保持一致。數(shù)據(jù)檢查無誤后進行投影轉(zhuǎn)換，可單個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”一次可選定多個文件同時轉(zhuǎn)換。

1.8 成果數(shù)據(jù)提交

提交的數(shù)字化成果需要進行質(zhì)量檢查，對MapGIS格式的所有圖層進行逐項檢查，重點是空間數(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)采用光盤介質(zhì)存儲提交，具體包括原地質(zhì)底圖坐標數(shù)據(jù)、西安坐標系數(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)庫成果必須是嚴格按照相關標準規(guī)范建立的數(shù)據(jù)庫，全要素圖形文件與原圖保持一致。

2 建庫過程中的常見錯誤及解決方法

2.1 線弧段一致性錯誤

線弧段一致性錯誤是指不同圖層共用界線的套合一致性錯誤，即構成地質(zhì)圖要素間的同一地理位置的線和弧段在空間位置或點的個數(shù)存在不一致[10]。該錯誤多由于軟件自動剪斷線出現(xiàn)連接錯誤或不同圖層的線、弧段未同步修改。其解決方法是在MapGIS工程文件中同時打開錯誤報告文件和所有相關的線、區(qū)文件，包括地質(zhì)界線、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，再使用移動點工具或節(jié)點平差將其修改一致。

2.2 線面套合不一致錯誤

線面套合不一致是指地質(zhì)界線和面文件存在明顯的位置偏差，在錯誤等級中屬于致命缺陷。它與線弧一致性錯誤很相似，但其位置偏差比較明顯。該錯誤多是由于后期的編輯處理工作中沒有將窗口放大到無窮倍對線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2種方法進行改正：①重新建立圖形拓撲文件，再進行文件剝分圖、層賦屬性；②將窗口放大無窮倍進行編輯修改。后一種方法較容易出現(xiàn)錯漏，不建議采用。

2.3 全角半角與大小寫錯誤

在采錄屬性時，按相關要求同一字段項中漢字之間的連接符用全角符號，英文與數(shù)字之間的連接符用半角符號[11]。例如，“-”、“～”、“空格”、“<”、“>”等均存在全半角的問題，其中連接符“-”最易出錯；此類錯誤的檢查相對困難，對于其檢查和修改需要逐條進行。因而需要制圖人員熟悉注意事項，在采錄屬性時仔細錄入，盡量將錯誤消除在第一階段。在空間數(shù)據(jù)庫的應用中如查詢、檢索時需要輸入條件，而條件一般對全半角是有區(qū)別的，即屬性是全角時輸入條件用半角就得不到正確結果。地質(zhì)圖中對地質(zhì)年代號的大小寫書寫要求相對嚴格，不同的標記符號代表了特定的地質(zhì)意義，與其對應的屬性中也應當注意大小寫書寫規(guī)范，不能隨意變化。此類錯誤的檢查修改與全半角錯誤類似。

2.4 投影參數(shù)和TIC點參數(shù)錯誤

TIC點是圖幅的經(jīng)緯度坐標控制點，即用戶己知其理論值的點。通過TIC點可將不同圖層的要素配準到同一個坐標系統(tǒng)上，并確定用戶坐標系和投影坐標系的轉(zhuǎn)換關系。TIC點參數(shù)或投影參數(shù)不正確，將會導致最終投影結果錯誤。使用“投影轉(zhuǎn)換→當前文件TIC點→顯示TIC點”，檢查TIC點是否存在錯誤，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”功能將具有正確參數(shù)的文件拷貝到相應的文件中，如圖3所示。

圖3 文件間拷貝TIC點截圖

3 結 語

本文對MapGIS支持下的1∶5萬地質(zhì)圖建庫流程、數(shù)據(jù)準備、矢量化、誤差校正、圖形拓撲、分離圖層、屬性錄入、投影變換等關鍵技術進行了總結，對建庫中的線弧段不一致、線面套合不一致、大小寫區(qū)分、參數(shù)錯誤等常見問題進行了詳細分析及解答。隨著MapGIS功能的升級和發(fā)展，地質(zhì)圖的建庫工作必將越來越方便，但也將面臨新問題，因此涉及的關鍵技術問題還需要不斷完善和發(fā)展。

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