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基于GIS的區域地質編圖方法

第 32 卷第 4 期









Vol.32, No.4 Nov. , 2005

2005 年 11 月

GEOLOGY IN CHINA

基于 GIS 的區域地質編圖方法
韓坤英 丁孝忠 范本賢 耿樹方 劇遠景 王振洋
( 中國地質科學院地質研究所, 北京 100037) 提要: 本文以地理信息系統在小比例尺區域地質編圖中的應用為基礎, 結合 的 《亞洲中部及鄰區系列地 質 圖 》 編 制 , 詳細闡述了應用 ArcInfo 、 MapGis 等 GIS 軟件進行數字地質編圖的方法。對地理空間數據和專業地質空間數據的編 制做了詳細介紹, 其中包括各種要素制圖綜合、 屬性庫制作、 編碼設計、 現勢資料的補充等。 根據數據源的不同, 制定 了不同的技術路線和工作方法。將來自不同國家的數據源進行數據轉換、 投影變換和誤差校正 , 轉換為統一的數據 格式和投影坐標系統。對基于 GIS 的區域地質編圖方法及數據源做了具體分析。 關 鍵 詞: GIS; 區域地質; 數據源; 數據轉換 文獻標識碼: A 文章編號: 1000- 3657( 2005) 04- 0713- 05 中圖分類號: P628+.4



引 言
隨著計算機技術的不斷發展, 計算機技 術 的 應 用 已 深 入

版印刷的紙質圖件和數字地質圖, 這樣便于編圖成果的應 用、 數據庫的建立、 更新及維護。其中數字地質圖數據格式有 國內常用的 MapGis 格式 , 以 及 國 際 上 應 用 比 較 多 的 ArcInfo ( Coverage 或 Shapefile) 格式等。成圖技術流程和數據源有很 大的關 系 , 來 自 電 子 圖 件 的 數 據 源 和 來 自 GIS( 數 據 庫 ) 的 數 據源也有一定的差別, 采用的編圖方法也不同。 從 電 子 圖 件 數據編 制 圖 件 要 簡 單 一 些 , 而 從 GIS( 數 據 庫 ) 數 據 編 制 圖 件 要復雜一些。比如電子圖件有圖面注釋, 而 GIS 數據則沒有, 其注釋包含在屬性數據中; 電子圖件注重圖面內容的載負 量, 而 GIS 數據表示的內容要詳盡得多, 等等。筆者主要討論 的是基于 GIS 數據的成圖方法。另外地質圖件是編制其他相 關圖件的基礎, 從綜合研究編圖、 立數據庫到出版以及數 建 據 庫 的 更 新 和 維 護 ( GIS) 是 一 項 系 統 工 程 , 所 以 在 編 圖 實 施 過程中對工作條件的限制、 軟件應用情況及圖件( 數 據 庫 ) 出 版 必 須 做 為 一 個 整 體 來 考 慮 。 本 文 所 舉 實 例 是 采 用 MapGis 和 ArcInfo 作 為 基 礎 平 臺 , MapGis 主 要 用 于 地 質 編 圖 、 數 據 整理; ArcInfo 主要用于數據轉換和建庫工作, 同時結合其他 數據庫軟件作為補充。

到各個學科領域, 20 世紀 90 年代初, 計算機技術被引進到地 質編圖領域, 并且有了較快的發展 。國內外出現了多種地理
[1]

信 息 系 統 軟 件 , 如 國 內 較 成 熟 的 MapGis、 Geostar、 Citystar、

Geoway 等 , 國 外 軟 件 在 中 國 較 流 行 的 有 ArcInfo 、 Mapinfo
等。 已經完成的 1∶ 萬、 250 萬地質圖數據庫和正在進行之 50 1∶ 中的 1∶ 萬地質圖數據庫的建立均采用了基于 GIS 的先進 100 的地質編圖方法 [2]。而中國首次與國外( 俄羅斯、 蒙古、 哈薩克 斯坦、 韓國) 合作編制 《亞洲中部及鄰區系列地質圖 系 》 也 是 , 應用 GIS 軟件平臺開展跨國際的系列地質圖件編制工作, 通 過這種國際合作編圖方式, 可以超越相鄰國家間 的 界 線 , 共 同研究過去一個國家無法解決的境內外地區性重 要 地 質 、 礦 產、 地構造環境和地層劃分對比等問題, 將有助于提高區 大 域地質科學理論水平, 推動各國成礦規律研究和 地 質 找 礦 工 作的開展。



數字制圖方法概述
與傳統編圖方法相比, 無論從編圖成果, 還 是 成 圖 過 程 ,



基于 GIS 的區域地質編圖方法
以亞洲中部及鄰區系列地質圖的編制為 例 , 詳 細 介 紹 應

基于 GIS 的地質編圖方法有了很大變化。成圖過程包括采用 的技術流程、 系統庫制作、 色標設計、 成圖周期等等 。 目 前 區 域地質綜合研究和編圖成果一般包含兩種表達形 式 : 正 式 出

用 GIS 進行地質編圖的成圖過程以及對影響成圖質量、 圖 成 周期等問題的分析。

收稿日期: 2005- 04- 16; 改回日期: 2005- 06- 07 基金項目: 中國地質調查局地質大調查項目( 121201051501、 200113000077) 資助。 作者簡介: 韓坤英, 女, 1966 生, 工程師, 主要從事區域地質編圖及地理信息系統應用; E- mail: Hankunyin8888@sohu.com 。

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圖 1 地質圖編制流程圖

Fig.1 Flow diagram of geological map production

3.1 數據源
亞洲中部及鄰區系列地質圖件包括地質 圖 、 構 造 圖 、 成 礦規律圖和能源地質圖。地質圖數據源分別由中國、 俄羅斯、 匯 蒙古、 哈薩克斯坦和韓國提供 , 由中國進行匯總、 編 。 數 據 格 式 分 別 為 MapGis ( wt 、 、 ) 、 wl wp Arcview3.1 PC ArcInfo 的

圖質量。

3.3.1 建立坐標系統
任何一幅圖件, 成圖數學精度是關鍵。 因 此 必 須 首 先 建 立數學基礎, 數學基礎的構成主要有經緯網、 內圖廓 線 、 制 控 點。根據本圖的比例尺制作 1∶ 萬標準經緯網, 范圍東經 250

Coverage、 ArcInfo Desktop 8.2 Coverage 及具有現勢性很好的
紙質圖新資料用以補充這些數字圖內容, 這些數 據 采 用 的 投 影、 球體等不同, 需要在計算機上進行格式轉換、 影轉 橢 投 換、 接圖和編輯等工作以適應統一投影方式。

25°160° 北緯 25°75° 這一任務是在 Mapgis 平臺上 完 成 ~ , ~ ,
的。應用實用服務子系統的投影轉換, 繪制投影經緯網, 投影 原點緯度定為 0° 。

3.3.2 數據轉換和擴展
因為數據源來自不同的國家, 投影也不一樣。有

3.2 編圖方法流程
現代地質編圖與以往不同, 沒有完全固定的 方 法 、 程 。 流 主要取決于數據源的情況, 采用的技術方法以及 最 終 成 果 形 式等而定。根據此次的數據源及采用的軟件平臺 , 以 地 質 圖 編制為例, 制定以下流程( 圖 1) 。

Transverse Mercator 投 影 , 等 距 圓 錐 投 影 , 以 及 用 經 緯 度 表 示
和 的, 最終成圖用等角圓錐投影, 中央經線 92°標準緯線 40° , 。 60° , 經緯網密度 2°考慮到編制地質圖的工作量很大, 以及制 圖 出 版 的 方 便 , 最 后 選 定 Mapgis 作 為 主 要 操 作 平 臺 , 把 所 有 的數據轉換成 Mapgis(Wl、 、 的格式進行編輯。 Wt Wp) ( 1) Coverage、Shapefile 轉成 Mapgis 格式 首 先 把 Shapefile 數 據 轉 換 成 Coverage 格 式 , 在把

3.3 地理底圖的編制
地理底圖是各專業圖件的背景圖, 也是 各 專 業 部 門 制 作 各種專題圖的基礎資料, 它具備地圖數學基礎和 簡 略 的 基 本 地理要素( 水系、 居民地、 交通、 政區界、 地形) , 用于專 題 信 息
5] 的定位, 表現其與周圍地理環境的關系和分布規律 [3~ 。 因 此

Coverage 格 式 轉 換 成 Interchange file ( *.E00) 格 式 , 然 后 再 把 E00 數 據 轉 換 成 MapGis( Wl、 、 ) 格 式 。 轉 換 過 程 是 在 Wt Wp ArcGis Desktop 的 ArcToolbox 上 完 成 的 , 或 者 在 Workstation

地理底圖的精度、 圖綜合、 勢性直接影響到專題圖的成 制 現

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上完成。 E00 到 Mapgis 格式是在 Mapgis 軟件下完成的, 首 從 先 通 過 Mapgis 的 文 件 轉 換 功 能 將 E00 轉 成 ( Wt 、 、 ) , Wl Wp 此數據是無投影的。然后在應用投影轉換功能將此數據轉換 為 本 圖 件 需 要 的 Lambert Conformal Conic 投 影 。 這 種 轉 換 形式把空間數據的屬性信息都可以轉換過來, 這樣在 MapGis 的編輯工作量就節省了很多。 ( 2) 紙質圖件的處理 為了增加圖件的現勢性等, 還應搜集補 充 一 些 最 新 的 紙 質圖等補充資料, 通過掃描矢量化, 轉成矢量數據, 再 通 過 投 影轉換, 加載到數據中。

到 ArcInfo 系統下, 因此屬性信息尤為重要。根據實際情況及 所要表達的效果, 設計屬性結構( 見表 1) , 以滿足地理各要素 轉換操作平臺以后編輯的需要。河流為了用漸變 線 表 示 , 又 增加了分級代碼, 如果采用 ArcInfo 直接輸出, 就能 實 現 河 流 用漸變線表示, 增加了底圖成果圖的科學性和真 實 性 。 具 體 解決方法是在 Class 字段設計 8 個 級 別 , 分 別 代 表 線 寬 0.1~

0.45 mm 。代碼與線寬對照見表 2。
表 1 地理底圖屬性結構 Table 1 The attr ibute str uctur e of the geogr aphical base map

3.3.3 定義投影信息
最 終 成 果 要 求 用 Lambert Conformal Conic, 所 以 必 須 把 各類數據源定義成統一的投影, 即 Lambert , 然 后 把 這 些 數 據 和 1∶ 萬的標準經緯網套合到一起, 拼接成一幅完整的地 250 構造圖等專題圖件的底圖, 所 以 它 的 精 理底圖, 作為地質圖、 度 直 接 影 響 到 系 列 圖 件 的 質 量 。 具 體 投 影 方 法 : ( 1) 從

ArcInfo 轉成的 MapGis 數 據 是 系 統 自 定 義 的 , 首 先 在 投 影 變
換 系 統 里 打 開 需 要 轉 換 的 文 件 , 編 輯 TIC 點 , 將 理 論 值 類 型 或 分、 為單位。當前 投 影 設置為地理坐標系, 以 “度” “度、 秒” 參 數 設 置 為 用 戶 自 定 義 , 比 例 尺 分 母 為 1, 坐 標 單 位 mm , 結 果投影參數設置為地理坐標系, 坐標單位 分 秒 , “度 、 、 ” 然 后 進行投影轉換成地理坐標系。 2) 將地理坐標系轉成 Lambert (

表 2 分類代碼與線寬對照 Table 2 The compar ison of class codes and line widths

Conformol Conic, 結 果 投 影 參 數 設 置 : 坐 標 系 類 型 設 置 為 投
影 平 面 直 角 , 比 例 尺 分 母 為 2 500 000, 投 影 類 型 為 蘭 勃 特 ( Lambert ) 投影。

3.3.4 制圖編輯和建立地理底圖庫
( 1) 符號庫制作 符號化是地理信息可視化的重要組成部 分 , 因 此 在 進 行 制圖綜合以前必須首先設計符號庫, 所有的空間 信 息 都 是 以 符號的形式表現的, 點要素以點狀符號表示, 線要素以線狀 符號表示, 面狀要素的邊線選用線狀符號表示, 它的封閉范 圍用面狀符號填充。 ( 2) 數據分層及命名 為了有效的管理數據, 對每個國家的數 據 分 層 及 命 名 采 用統一的標準, 根據地物要素的類別, 將數據組織在不同的 層面中, 由于每個國家的地物要素種類不同, 分層的數量有 所不同。每層需要有一個文件名。為了直觀地判別這些圖層 所包含的內容, 在文件命名時, 每個國家的文件名前加上這 個國家的第一個英文字母, 后面是按照要素的英 文 名 字 命 名 的 。 如 中 國 的 河 流 文 件 為 Criver.wl, 俄 羅 斯 的 河 流 文 件

( 4) 地理數據綜合編輯 源數據按要素分層表示, 圖面要素是通 過 屬 性 提 取 的 。 有的數據并不是完整的, 例如咸水湖和淡水湖的區分, 在編 輯時又增加了屬性代碼。制圖綜合采用人機交互式處理。雖 然在理論上數字數據綜合可以利用數學方法以批處理的方 式實現, 但目前的圖形表示是涉及美學技能的處 理 過 程 , 因 此需要制圖人員進行手工綜合, 依據地圖學的理 論 知 識 要 考
6] 慮要素的特性和重要性 [5~ 。對于傳統手工制圖來講, 制 圖 綜

合是比例尺的驅動, 那么現在數據庫的數據轉換成制圖數 據, 也是一個綜合的動力, 而且它的綜合要比因比例尺變化 的綜合更復雜。有些要素注記可以直接從屬性要素提取制圖 要素, 有些從屬性提取的制圖要素無法使用。此 次 編 圖 的 矢 量數據大部分是來自數據庫中的數據, 所以在編 輯 這 部 分 數 據時很困難。

3.4 專業內容的編制
專業數據是專題圖件的主體部分, 專題 內 容 的 綜 合 、 表 示方法、 符號系統、 色標設計等是圖件是否成功的主要標志。

R river.wl 等。
( 3) 屬性數據制作 最終成圖要求有數字圖、 版紙質圖, 其中數字圖要求 出 用 ArcInfo 的 Coverage 或 Shape 格式, 在數據的互相轉換過 程中, 為了編輯的方便, 必須給每一個空間要素附以屬性。從

3.4.1 專業數據要求
專 業 內 容 的 數 據 源 來 自 不 同 版 本 的 ArcInfo 的 Shapefile 格式, 各國提供的數據都屬于 GIS 數據, 沒有圖面注記, 沒有 原始的屬性數據文件, 也沒有屬性字段的說明文件, 這給編 圖工作帶來很大困難, 應用專業知識, 制圖人員和地質人員

MapGis 數 據 轉 換 到 ArcInfo 數 據 , 在 MapGis 系 統 下 輸 入 的
制圖參數是不隨數據轉換的。只有屬性信息隨同數據一并轉

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的 相 互 配 合 , 解 譯 出 每 個 字 段 的 涵 義 。 從 Shapefile 轉 到

3~ ) 。 4 3.4.5 解決要素沖突
目前無論是數據庫的建設, 還是圖件的 輸 出 和 出 版 都 必 須要解決要素沖突問題, 只要是專業圖件, 就包含地理內容 和專業內容兩部分。地理底圖的內容包括經緯網、 道路、 居民 地、 水系等 , 不可避免的和專業要素內容發生沖突, 解 決 這 種 沖突是為了空間關系的維護和可讀性的需要, 是 編 圖 綜 合 成 功的標志, 滿足制圖的需要, 對于建立數據庫是必不可少。圖 層的安排要分配合理, 一般是同類要素放在同一層中, 同時 注意各要素之間的壓蓋關系。專業圖層和地理底圖層進行套 合 以 后 , 需 經 過 2~ 次 的 審 校 修 改 , 才 基 本 可 以 滿 足 地 質 圖 3 件出版要求。

MapGis 以 后 , 如 果 沒 有 屬 性 代 碼 , 后 面 的 編 輯 工 作 幾 乎 從 零
開始, 如果有標準代碼, 可以根據屬性統一修改, 這 樣 就 能 減 少很大工作量, 主要是地質代號和面元色的填充。因此, 屬性 數據必須有詳細的說明文件。

3.4.2 專業數據轉換
專業數據內容也同樣來自不同國家, 投 影 和 數 據 格 式 和 相應的地理內容相同, 因此采用和地理相同的方法, 將不同 的數據格式轉成 MapGis 格式, 并定義投影信息, 定義方法和 地理內容相同。

3.4.3 專業數據處理
在地質圖、 造圖等的編輯過程中, 采用的地質代號是 構 從面文件的屬性里提取的, 這樣提取的代號編輯 工 作 量 也 是 很大的。因為每個國家的代號命名都有自己的規 定 , 所 以 必 須進行統一編輯。另外從屬性中提取生成的代號是非常密集 的, 而且代號的位置需要重新確定, 這些都需要人機交互編 輯處理, 地層及巖性花紋的填充根據它的標準代碼進行編 輯。境內外的專業內容的接邊可以采用人機交互處理方法。



結論與討論
地質編圖技術隨著時代的發展也在不斷 的 改 進 , 編 圖 的

軟件越來越多, 越來越便捷。利用 GIS 軟件可以使地質編 圖 的質量更高、 精度更高、 更方便、 速度更快。 ( 1) GIS 軟件在地質編圖中發揮了很大的作用, 并將不斷 完善。 ( 2) 用于編圖的數據源其精度和現 勢 性 直 接 影 響 編 圖 的 質量, 對于不同格式的數據, 尤其是數據庫的數據, 其 屬 性 數 據要全面準確, 并且要有屬性說明, 以便于數據格式轉換以 后進行重新編輯以及從屬性提取圖面信息用于出版的需要。 ( 3 ) 雖 然 ArcInfo 在 數 據 的 空 間 分 析 等 方 面 占 有 很 大 優 勢, 但也有其不足之處。如點狀符號、 線狀符號、 狀 符 號 的 面 制作不方便等。 ( 4) 為了使綜合研究和地質編圖成果廣泛應用, 基于 GIS 的區域地質圖必須達到出版要求。 參考文獻( References ) :
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3.4.4 專業要素數據庫建立
( 1) 系統庫制作 專業內容也是由各種符號表示, 在制圖 綜 合 以 前 要 進 行 線元符號、 面元符號以 及 色 標 庫 符號庫設計, 包括點元符號、 設計。 ( 2) 數據分層及命名 相對于地理內容, 專業內容的分層比較簡單, 包括專業 內容的點、 面文件, 命名方法和地理內容相同。 線、 ( 3) 屬性數據制作 為了實現 MapGis 和 Arcinfo 的相互轉 換 , 屬 性 數 據 是 必 須的。前面已提到, 在進行數據格式轉換時, 制圖參數并不隨 之轉換, 只有屬性信息才能轉到另一種格式。由 于 本 圖 系 中 構造圖的花紋比地質圖要復雜, 因此屬性表也比較復雜( 表 表 3 地質圖屬性 Table 3 The attr ibute of geological map

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表 4 構造圖屬性

Table 4 The attr ibute of tectonic map

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Methods of r egional geological map pr oduction based on GIS
HAN Kun- ying, DING Xiao- zhong, FAN Ben- xian, GENG Shu- fang, JU Yuan- jing, WANG Zhen- yang
(Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Science, Beijing,100037, China)

Abstr act : Based on the application of GIS (Geographic Information System) and in small- scale regional geological map production, combined with the production of the Geological Map Series of Central Asia and Adjacent Areas, the paper expounds the methods of digital geological map production based on the GIS softwares such as Arcinfo and Mapgis and introduces the compilation of geographical and geological spatial data, including map - making generalization, attribute database production and code design of various elements, as well as supplements of new materials. According to different data sources, different technical lines and map production methods are lain down. The data from the data sources of different countries are converted into the unifying data format and projection coordinates system by data conversion, projection conversion and error correction. A concrete analysis has been made of the methods of regional geological map production based on the GIS and data sources. Key wor ds: GIS; regional geology; data sources; data conversion About the fir st author : HAN Kun - ying, female, born in 1966, engineer, mainly engages in regional geological map production and application of GIS; E- mail: Hankunying8888@sohu.com.


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