李心玉， 張文國， 肖 娥， 張宏賓

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007)

基于MapGIS的探槽數(shù)字化成圖方法研究

李心玉， 張文國， 肖 娥， 張宏賓

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007)

在沒有相關(guān)專業(yè)軟件的情況下，研究使用MapGIS軟件，經(jīng)過簡單的工作程序，實(shí)現(xiàn)探槽數(shù)字化成圖。介紹了將探槽上各要素特征點(diǎn)的野外測(cè)量數(shù)據(jù)在Excel中處理成帶有圖形坐標(biāo)的文本數(shù)據(jù)，然后運(yùn)用MapGIS軟件的投影功能，實(shí)現(xiàn)探槽數(shù)字化成圖的方法。通過在南京市江寧區(qū)孟塘普查工作中的實(shí)際應(yīng)用，具體說明該方法的成圖過程，旨在提供一種制圖思路。

探槽；數(shù)字化成圖；MapGIS軟件；投影變換；Excel軟件；江蘇南京

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和繪圖軟件在地質(zhì)工作中的廣泛應(yīng)用，大部分地質(zhì)圖件已逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化成圖。探槽素描圖作為地質(zhì)勘查工作中的一種基礎(chǔ)性圖件，目前已有多種數(shù)字化成圖方法，主要有：(1) 將野外繪制的素描圖進(jìn)行掃描，校正后進(jìn)行數(shù)字化，該做法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且精度低；(2) 運(yùn)用AutoCAD等軟件結(jié)合一些編程語言實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，但后期存在向MapGIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問題；(3) 運(yùn)用專業(yè)軟件如數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)DGSS(李超嶺等，2008)、勘探工程數(shù)字化地質(zhì)編錄系統(tǒng)(李永生等，2010)生成探槽圖，但這些軟件涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)，一般用戶使用困難。

因此，研究如何運(yùn)用MapGIS軟件，利用簡單的程序?qū)崿F(xiàn)探槽數(shù)字化成圖，對(duì)實(shí)際工作有著十分重要的意義。

MapGIS作為一種專業(yè)地質(zhì)制圖軟件，擁有強(qiáng)大的功能，關(guān)于MapGIS編繪地質(zhì)圖技術(shù)的研究越來越多(張于等，2011)。結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，介紹一種運(yùn)用MapGIS軟件結(jié)合Excel完成探槽數(shù)字化成圖的方法，并以繪制南京市江寧區(qū)孟塘探槽素描圖為例具體說明成圖過程。

1 基本思路

探槽素描圖是將槽壁及槽底上界線、產(chǎn)狀、標(biāo)本及樣品位置等各類地質(zhì)編錄要素按比例縮小描繪到圖上的槽壁、槽底展開圖(中國地質(zhì)調(diào)查局，2006)。探槽素描圖主要由地形輪廓線、槽底線和基巖線3種曲線組成，這些曲線事實(shí)上是由一系列要素特征點(diǎn)勾繪而成。

MapGIS軟件可以通過自身“用戶文件投影轉(zhuǎn)換”功能，將帶有坐標(biāo)值的文本數(shù)據(jù)直接展成點(diǎn)文件和線文件。該功能已在繪制剖面圖、鉆孔柱狀圖等成圖中有所應(yīng)用(潘洪儒等，2004；劉文杰等，2008；靳皇玉等，2009；王麗娜等，2010)。

同理，可以考慮將探槽各要素特征點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)處理成含有圖形坐標(biāo)的文本數(shù)據(jù)，然后利用MapGIS的“用戶文件投影轉(zhuǎn)換”功能投影到圖面，直接生成點(diǎn)文件和線文件，再添加圖形必要的要素，最終形成符合規(guī)范的探槽素描圖，從而實(shí)現(xiàn)探槽的數(shù)字成圖過程。

探槽數(shù)字化成圖主要包括探槽野外原始編錄數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和探槽素描圖成圖3個(gè)步驟。

2 成圖過程

2.1 數(shù)據(jù)測(cè)量

探槽數(shù)字化成圖所需要采集的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)方法一致，即在野外收集探槽原始編錄數(shù)據(jù)(中國地質(zhì)調(diào)查局，2006；倪大平等，2007)，主要包括：

(1) 基線：基線起點(diǎn)位置、長度l、方位角、坡度角β、朝向(左壁或右壁)；

(2) 探槽輪廓：地形線、基巖界線、槽底線上要素特征點(diǎn)的位置，測(cè)量輪廓點(diǎn)越多，地形線、基巖界線、槽底線就越圓滑；

(3) 分層界線：包括地質(zhì)體、礦體、構(gòu)造等界線按地質(zhì)走向在槽壁與槽底交點(diǎn)的位置；

(4) 采樣：采樣編號(hào)、采樣位置、采樣高度等；

(5) 刻槽樣：刻槽樣的長度、起始位置和高度等。

這些數(shù)據(jù)的位置都是以基線為基準(zhǔn)、垂直投影的方法測(cè)量得到的。設(shè)從基線的0 m開始，各點(diǎn)垂直投影到基線上的位置為l(m)(即量尺上的讀數(shù))，該點(diǎn)距基線的垂直距離為h(m)(基上為+，基下為-，用標(biāo)桿測(cè)量)。

對(duì)于槽底上的各編錄要素的特征點(diǎn)，按地質(zhì)走向?qū)⒉郾谂c槽底交點(diǎn)的位置b垂直投影到基線上得到點(diǎn)b′，該點(diǎn)在基線上的讀數(shù)為lb′。因?yàn)椴鄣资瞧矫鎴D，所以槽底上要素特征點(diǎn)只有l(wèi)值而沒有h值。

圖1 探槽要素點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)(l,h)Fig.1 Measuring coordinate(l,h) of the trench elements

2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

然后以基線起點(diǎn)為圖形坐標(biāo)的原點(diǎn)(0，0)，建立以基線水平投影方向?yàn)閄軸、垂直于投影方向?yàn)閅軸的MapGIS圖形坐標(biāo)系統(tǒng)，將各要素特征點(diǎn)坐標(biāo)(l，h)轉(zhuǎn)換為一系列MapGIS圖形坐標(biāo)(x，y)。

因?yàn)镸apGIS默認(rèn)比例尺為1∶1 000，即1 mm代表1 m。所以坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)需根據(jù)實(shí)際成圖比例尺，設(shè)定圖形變換參數(shù)c，如成圖比例為1∶100，則圖形變換參數(shù)為10。

槽壁上各要素特征點(diǎn)坐標(biāo)(l,h)可以直接利用下列公式轉(zhuǎn)換：

x=(lcosβ)c

(1)

y=(lsinβ+h)c

(2)

式(1)、(2)中，β為基線的坡度角(±°)，c為圖形變換參數(shù)。

槽底上各要素特征點(diǎn)的x值根據(jù)式(1)直接轉(zhuǎn)換，y值根據(jù)槽底距槽壁的間隔而獲得。

圖2中，地表點(diǎn)A1的圖形坐標(biāo)為(xA1，yA1)。根據(jù)規(guī)范(中國地質(zhì)調(diào)查局，2006；倪大平等，2007)，設(shè)圖2槽底距槽壁的間隔為m(>10 mm)，槽底寬n(10～15 mm)，一般槽底繪制成矩形，槽底長為(lcosβ)c(l為基線的長度)，則可得到槽底上要素特征點(diǎn)b的圖形坐標(biāo)y=-m及探槽的4個(gè)拐點(diǎn)坐標(biāo)。

圖2 探槽要素點(diǎn)圖形坐標(biāo)(x,y)Fig.2 Graphical coordinate (x,y) of the trench elements

Excel具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理及函數(shù)運(yùn)算功能，能靈活高效地處理大量數(shù)據(jù)，通過Excel完成相應(yīng)的計(jì)算公式編輯，輸入測(cè)量數(shù)據(jù)，就可直接完成這些數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程，并整理成MapGIS“用戶文件投影轉(zhuǎn)換”所需要的TXT文本格式。

2.3 數(shù)據(jù)成圖

MapGIS所能識(shí)別的TXT文本需將每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值(x，y)分行保存。表示線的一系列坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)需在線尾重復(fù)最開始第1個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，如果需要生成閉合線，則在線尾重復(fù)最開始2個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，多條線之間需要用分隔符隔開。

然后在MapGIS主菜單下點(diǎn)擊“實(shí)用服務(wù)”—“投影轉(zhuǎn)換”—“用戶文件投影轉(zhuǎn)換”，打開“用戶數(shù)據(jù)點(diǎn)文件投影轉(zhuǎn)換”界面；打開準(zhǔn)備好的TXT文本，指定數(shù)據(jù)起始位置，并設(shè)置分隔符，選擇坐標(biāo)(x、y)所在的列，并在“不需要投影”打勾，選擇“生成點(diǎn)”或“生成線”，最后點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)生成”。

3 應(yīng)用實(shí)例

該方法在南京市江寧區(qū)孟塘普查工作中應(yīng)用效果很好。選取普查區(qū)中較為有代表性的探槽TC04為例，介紹運(yùn)用該方法實(shí)現(xiàn)探槽數(shù)字化成圖的主要過程。

(1) 根據(jù)成圖要求，將野外編錄數(shù)據(jù)在Excel中分類整理成相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄表格，用于測(cè)量數(shù)據(jù)的輸入。圖3是探槽基點(diǎn)、基線記錄表格式、探槽輪廓記錄表(部分)和槽底輪廓表，其中TC04有2條基線，分段進(jìn)行測(cè)量，要素特征點(diǎn)的l和h值是以所對(duì)應(yīng)基線為基準(zhǔn)測(cè)得的相對(duì)坐標(biāo)值，即分別以0和1號(hào)點(diǎn)為起始點(diǎn)；而基巖界線是以槽底為基礎(chǔ)，直接測(cè)量得出基巖厚度D。

圖3 數(shù)字化成圖記錄表示意圖Fig.3 Sketch map showing digital mapping records

(2) 在Excel中，在對(duì)應(yīng)的單元格中分別編輯公式，即可直接計(jì)算得到轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)。因?yàn)橐靥卣鼽c(diǎn)是分段進(jìn)行測(cè)量的，對(duì)于基線1—2上的點(diǎn)，是以1號(hào)點(diǎn)為起始點(diǎn)測(cè)量所得的坐標(biāo)，先根據(jù)0—1基線的長度和坡度角計(jì)算出1號(hào)點(diǎn)對(duì)于0號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后進(jìn)行坐標(biāo)平移變換，即可得到以0號(hào)點(diǎn)為起始點(diǎn)的坐標(biāo)值。利用Excel完成基線、探槽輪廓線(部分)、槽底等要素特征點(diǎn)的圖形坐標(biāo)計(jì)算(圖4)。

圖4 圖形坐標(biāo)數(shù)據(jù)示意圖Fig.4 Sketch map of graphical coordinate data

(3) 可以將表示基線、探槽輪廓線、槽底等輪廓線的一系列點(diǎn)的圖形坐標(biāo)分別保存為符合MapGIS要求的TXT文本數(shù)據(jù)，然后用MapGIS的投影功能單獨(dú)生成相應(yīng)的點(diǎn)、線文件；也可以通過在多線之間添加分隔符，將這些坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)生成一份TXT文本數(shù)據(jù)，同時(shí)生成以上各種輪廓線(圖5)。

圖5 生成的TC04基本輪廓線Fig.5 Generated basic outlines of the trench TC04

(4) 處理各種分層界線、采樣、刻槽樣、產(chǎn)狀等的測(cè)量數(shù)據(jù)，可通過該方法或人機(jī)交互的方式完成繪制；然后通過MapGIS的自動(dòng)拓?fù)?、圖案填充等功能完成巖性花紋的填充。

(5) 最后，根據(jù)實(shí)際工作要求，布置其他繪圖要素，確定圖名、比例尺、標(biāo)尺、圖例、責(zé)任表及樣品分析結(jié)果表在圖上的相應(yīng)位置，設(shè)置各種點(diǎn)、線、面參數(shù)，使得布局合理，整齊美觀，最終完成的TC04素描圖(圖6)。

圖6 孟塘TC04探槽素描圖Fig.6 Sketch of the trench TC04 in Mengtang

在應(yīng)用該方法進(jìn)行探槽數(shù)字化成圖時(shí)，需要注意以下幾方面。

(1) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)要設(shè)定公式(1)、(2)中的圖形變換參數(shù)c，因?yàn)镸apGIS默認(rèn)圖形長度單位是毫米，也就是默認(rèn)比例尺為1 000，即圖上1 mm代表的是1 m，所以需要先統(tǒng)一長度單位，然后根據(jù)成圖比例尺確定參數(shù)c。

(2) 對(duì)于有多段基線的探槽，各段基線上對(duì)應(yīng)的特征要素點(diǎn)，一般都是以該基線的起始點(diǎn)為端點(diǎn)而測(cè)得的相對(duì)坐標(biāo)值，因此需將所有特征要素點(diǎn)的坐標(biāo)值都轉(zhuǎn)換為以0號(hào)點(diǎn)為基準(zhǔn)的坐標(biāo)值。

(3) 通過Excel轉(zhuǎn)換得到的一系列特征要素點(diǎn)的圖形坐標(biāo)(x，y)，在TXT文本中分行保存且必須按照x值由小到大的順序排列；生成線文件的TXT文本數(shù)據(jù)，需在線尾坐標(biāo)重復(fù)第1個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)值，閉合線要重復(fù)最開始2個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，多條線之間需要以分隔符隔開。

(4) 探槽輪廓線(地形線、基巖界線及槽底與槽壁界線)實(shí)際是光滑曲線，所以運(yùn)用MapGIS “投影轉(zhuǎn)換”變換生成線時(shí)，只需將其線參數(shù)的線型設(shè)置為曲線即可。

4 結(jié) 論

(1) 該探槽數(shù)字化成圖方法首先可以將收集的探槽野外原始編錄數(shù)據(jù)直接進(jìn)行加工處理，從而大大降低數(shù)據(jù)處理的工作量。

(2) 該方法不需要編程，只需掌握MapGIS “投影轉(zhuǎn)換”等基本功能和Excel的公式編輯功能，就可以實(shí)現(xiàn)探槽圖的數(shù)字化， 操作簡單且效率高，還可根據(jù)具體的成圖要求設(shè)置圖形參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置，便于后期的圖形整飾。

(3) 該方法還可以應(yīng)用于剝土、坑道等類似剖面的繪制，希望通過該方法的研究和應(yīng)用，為在有限條件下如何運(yùn)用MapGIS實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)字化成圖提供一種制圖思路。

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Study on the digital mapping method of trench based on MapGIS software

LI Xinyu， ZHANG Wenguo， XIAO E， ZHANG Hongbin

(East China Mineral Exploration and Development Bureau， Nanjing 210007， Jiangsu， China)

It is of practical significance to study the digital mapping of trench with MapGIS under simple procedures, without any professional software. Field measurement data of trench elements were first converted to graphical coordinate with Excel software, and digital mapping was then realized by the ″ projection transformation″ of MapGIS. Taking the Mengtang geological survey in Jiangning of Nanjing as an example, this paper presents the detailed mapping progress of this method in an effort to provide a new mapping idea.

trench; digital mapping; MapGIS software; projection transformation; Excel software； Nanjing in Jiangsu Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.04.669

2016-01-21；

2016-03-07；編輯：蔣艷

江蘇省地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目“江蘇省南京市江寧區(qū)孟塘銅多金屬礦普查”(蘇財(cái)建[2011]425號(hào))

李心玉(1982— )，女，工程師，碩士，地質(zhì)礦產(chǎn)專業(yè)，主要從事地質(zhì)數(shù)字化成圖研究工作，E-mail： 27100297@qq.com

P285.1

A

1674-3636(2016)04-0669-05