MAPGIS在貴州錦江、舞陽河流域水文地質調查中的應用

(貴州地質工程勘察院，貴州 貴陽550008）

MAPGIS是中地數碼科技有限公司開發的新一代面向網絡超大型分布式地理信息系統基礎平臺[1]。系統采用面向服務的設計思想、多層體系結構，實現了面向空間實體及其關系的數據組織、高效海量空間數據的存儲與索引、大尺度多維動態空間信息數據庫、三維實體建模和分析，具有TB級空間數據處理能力，可以支持局域和廣域網絡環境下空間數據的分布式計算，支持分布式空間信息分發與共享、網絡化空間信息服務，能夠支持海量、分布式的國家空間基礎設施建設。

過去MAPGIS軟件在地質調查項目中的應用都是等野外調查全部結束后，才利用它來進行圖件制作、分析和統計等，因而使得MAPGIS不能參與整個調查項目的始終，容易造成室內工作與室外工作的脫節，同時也增大了數據在后期錄入時產生的誤差，影響到圖件及數據庫成果的精度。為了充分發揮地理信息在水文地質調查工作中作用，可以利用MAPGIS有針對性地對原始資料進行快速處理，為野外工作及時提供有關圖件和數字化數據，有力地促進了地質調查工作的開展，同時加快了地質調查項目的數字化和空間數據庫建設工作。

1 項目基本情況

錦江、舞陽河中下游巖溶流域位于貴州省東北部，為長江流域沅江水系四級支流。碳酸鹽巖分布面積3263．6km2。行政區隸屬銅仁地區的銅仁市、江口縣、玉屏縣、萬山特區及松桃縣、黔東南州岑鞏縣的部分鄉鎮，設計調查面積2500km2。

調查的主要內容包括查明流域內巖溶發育規律、水文地質條件、地下水化學特征及巖溶水開發利用條件、現狀及潛力；并對整個流域系統進行六級巖溶水系統劃分并對地下水天然補給量和可開采量進行計算，評價地下水質量；查清流域內巖溶干旱、水環境污染和飲水不安全為主的地質環境問題。

2 基礎資料準備

項目在開展前期收集了工作區資料，包括地質圖、水文地質圖、地形圖、行政區劃圖、農業區劃圖、森林分布圖等紙質圖件以及部分水利設施的數據資料。根據資料圖件的復雜程度和野外工作需求的緊迫性，將這些資料分類后以不同方法進行處理，內容主要包括以下幾個方面。

2．1 圖形輸入

圖形輸入方法主要有2種[2]：一種是數字化輸入，采用數字化儀人工手扶游標跟蹤，將原圖資料轉化為圖形數據；另一種是掃描輸入，通過掃描儀直接掃描原圖，以柵格形式存貯于圖像文件中，經過矢量化轉換成矢量數據。

掃描輸入是地質行業用圖輸入的一種較為便捷的輸入方式。把原圖直接掃描校正，根據項目所需的圖形信息，對圖形進行矢量跟蹤取得所需矢量數據(詳細流程見圖1），本項目收集資料基本上都是傳統紙質載體，所以也采用這種掃描輸入的方式。

圖1 掃描輸入矢量化流程圖

項目中使用的圖面要素較簡單的圖件如地質圖、水文地質圖、行政區劃圖等所需時間較短的要素。進入 “圖象鑲嵌配準”模塊，通過 “文件”下的“數據輸入”將掃描圖件轉換為 MSI文件 ，打開MSI文件，進入 “鑲嵌融合”執行 “控制點信息”，刪除所有自動生成的控制點，進入 “鑲嵌融合”下的 “DRG生產”“圖幅生成控制點”“輸入圖幅信息”鍵入圖幅號，確定。執行上步通過圖幅生成控制點，生成了四個圖廓點，通過點擊該對話框不同的四個 “角點”在圖象窗口，采準其對應的圖面位置。由于本項目對精度要求較高，所以選擇生成GCP，格網間距選 “10”通過 “順序修改格網控制點”逐一配準格網，選擇 “逐格網精矯正”開始矯正處理。

光柵校正處理好后進入MapGIS軟件的輸入編輯模塊中將上述簡單要素內容進行矢量化操作，矢量化操作中對精度要求的控制須同步進行，如光柵校正配準時誤差較大，矢量化完成后還須進行矢量數據的誤差校正才能保證數據的精度達到項目要求。

2．2 圖形輸入較耗時的數據處理

地形圖是在地質調查工作中使用最頻繁的圖件，是地質調查工作的基礎，基本上所有工作中都要用到。對矢量化工作來說，地形圖是所有矢量化工作中最耗時間的圖件，單幅標準圖幅的地形圖全要素掃描輸入都需要耗費大量的時間才能完成，如果等到全部地形圖矢量后再開展工作，整個項目就不能及時展開了。傳統地質調查工作都是采用紙質圖件作為野外用圖，這種方法存在一些不足之處，一是紙質圖件隨時間、濕度、溫度的變化會產生變形，圖幅拼接有一定的困難，精度低；二是使用過程中不可避免地造成圖面磨損和污染，重復利用率低，三是調查分組多，紙質圖件需求量大，管理不易。為了快速為這次野外工作提供電子版地形圖，可采用掃描、配準等方式處理成圖，地形圖光柵校正方法同前，校正完成后進入MAPGIS輸入編輯模塊，新建工程文件，選擇添加MSI格式裝入所有校正好的工作區地形圖光柵文件，畫出工作區邊界，電子地形底圖便制作完成，根據項目小組需要可在底圖上添加地質、水點等其他專業內容便形成專題圖件。形成的底圖可在便攜式計算機上使用，也可輸出為紙質工作底圖，因而十分方便、快捷。

3 野外工作中的MAPGIS應用

傳統地質調查工作都是采用紙質圖件作為野外用圖[3]，隨著信息化的發展，此次野外調查工作中采取了校正、拼接輸出的紙質工作底圖和相同的電子版數據底圖同步進行。使用這2種方式的好處主要有以下3個方面。

3．1 野外調查精度高

在此次野外調查中，不僅使用了經校正、拼接的高質量紙質底圖，同時還將裝有工作區數字化底圖的便攜式計算機帶到野外，實地調查時可以用經校正、拼接輸出的工作底圖，每天野外工作結束后，可將當天調查內容分類，用所獲取的坐標投影在數字底圖上，投影完成后和實地調查紙質底圖上標注的信息進行比對，如偏差太大肯定有個數據存在問題，可以馬上核實進行修正，將錯誤信息修正過來，免得日后野外調查完成后回到單位不能及時發現和修改存在的問題，提高了數據精度和工作效率。

3．2 自我小結檢查直觀

野外調查的各小組每天將調查后的數據分類錄入計算機系統中，便可及時地分析調查點的數據，尤其是對圖幅接邊地帶和各野外小組工作交叉區域的工作檢查作用最為顯著。因為各野外小組的調查點是標注在各自的紙質底圖上，容易造成工作交叉區域調查點的遺漏或重復調查，而將數據輸入到計算機后，調查人員可及時發現工作區域中野外調查缺失和重復的地方，并據此來制定補充調查路線和增加調查點，從而有力地保證了工作的精度。

3．3 輔助分析方便

紙質底圖要素多，很多密集的地方使用放大鏡也不容易看清，利用軟件系統就不存在這個問題，可輕松地在電子底圖上檢查野外定點是否準確，糾正工作人員在野外工作中的誤差；隨著國民經濟的發展，很多地方地形、地貌變化都比較大，有時調查人員在野外作業時地形圖和實地對照不清楚，可以使用MAPGIS對該作業區衛星影像圖進行校正和底圖進行套合、對比分析。

4 內業工作中的MAPGIS應用

野外工作完成后，轉而進入室內的資料整理，圖件制作、成果報告編制、綜合研究工作，運用野外采集的第一手信息，將其與傳統方法相結合，不僅能提高工作效率，保證資料質量，并且能發掘新信息，同時更能加快各類水文地質、地質環境圖件的更新和傳輸。內業工作中主要包括圖形數據獲取和空間數據建設2大類。

4．1 圖形數據獲取

地理信息數據分為2大類[4]，第1類是反映事物地理空間位置的信息，從計算機的角度稱空間位置數據，也常稱地圖數據、圖形數據；第2類是與事物的地理位置有關，反映事物其他特征的信息，可稱為專題屬性信息或屬性數據。為了進行有效的查詢、分析和管理等，必須將這2類信息都輸入到MAPGIS系統中。獲取信息是建立圖形數據和屬性數據庫的最初步驟，非數字信息必須轉換成數字形式才能被計算機接受。該項目中主要信息來自掃描矢量化、野外測量、遙感、現場調查、已有資料等。

該項目中圖形數據的獲取主要是利用掃描矢量化的方式，整合已有數據(如野外工作底圖制作時已矢量化的數據等）和將工作區所涉及的資料按規范、標準和工作需求分層矢量化形成該流域完整的圖形數據資料。

該流域所形成的圖形數據成果主要有貴州省錦江、舞陽河中下游巖溶流域水文地質圖(1／10萬）、地下水資源分布圖(1／10萬）和地下水開發與地質環境綜合整治規劃圖(1／10萬）。

4．2 空間數據庫建設

屬性數據的獲取途徑來自已矢量化的圖形數據[5]、遙感資料、野外地質調查、收集的工作區社會資料、已有資料等。獲取的所有數據經過整理、分類、編碼、轉換等，在MAIGIS圖形庫中按要求錄入，形成規范化、標準化的屬性數據(詳細流程見圖2）。

根據中國地質調查局 《西南巖溶石山1∶5萬地下水與地質環境調查空間數據庫結構及GIS技術要求》要求，劃分為以下圖層和數據文件提交最終成果。

1）圖層 ①圖幅基本信息。包括圖幅邊框、圖幅角點、圖幅號、比例尺、調查單位、工作區分區等。②地理底圖圖層。以1∶5萬地理底圖為基礎圖件，包括境界線、境界面(行政區）城鎮）（政府所在地）點、交通線、地形線、高程控制點、河流、水域面積等。③基礎地質圖層。包括地層界線、分區、褶皺、斷裂、地層產狀。④水文地質基礎圖層。包括碳酸鹽巖類、地下水類型、地下水化學類型、地下水礦化度分區、地下水礦化度點、水文地質特征點、水文地質特征線、地下河系統、亞系統界線等。⑤水文地質參數圖層。包括降雨入滲系數、地下水徑流模數、地下水開采模數、給水度等。⑥巖溶專門水文地質圖層。包括巖溶地貌類型分區、巖溶形態、巖溶水文地質特征點等。⑦巖溶地下水資源評價利用圖層。包括地下水天然資源量、允許開采量、已開采量、地下水資源重要性比例系數、可有效開發利用量、潛力分區、地下水資源需求量等。⑧生態地質環境圖層。包括石漠化、巖溶干旱缺水區、巖溶洪澇、水環境污染等。⑨其他圖層。包括降雨量等值線、社會經濟狀況(國民生產總值、人均GDP、城鎮居民及農民人均年收入）。⑩修飾。

2）數據文件 數據文件主要包括：地理底圖數據文件、地質底圖數據文件、水文地質基礎數據文件、水文地質參數數據文件、巖溶專門水文地質數據文件、巖溶地下水資源評價利用數據文件、生態地質環境數據文件、其他數據文件。

圖2 空間數據庫建設流程圖

5 結 語

在應用MAPGIS系統參與該項目的過程中，筆者獲得了以下認識：①隨著信息化在各行業中的不斷深入，地質調查工作中信息化處理已成為一個重要組成部分，貫穿整個調查工作的始終。②在野外工作開展前期及時提供了較全面、精確的工作底圖，為項目實施提供了大量豐富的數據信息。③野外工作開展期間驗證、糾正了野外工作中的偏差，為后期工作調整和補充調查提供直觀的信息，為階段性總結提供最新、最準確的基礎數據和調查數據，幫助完成初步的成果整理工作。④在室內成果整理工作和建庫工作中很好的完成了工作任務，在巖溶環境地質綜合調查工作中的應用取得了一定的成效。⑤存在的主要問題是對MAPGIS軟件的全面了解不夠，特別是空間分析功能的應用太少。在實際調查工作中發現軟件的一些功能設置不是很適合調查工作的特點，存在使用不方便的情況，在以后的工作中應根據實際工作情況二次開發一些更貼近實際的應用程序，使信息化在地質調查中的應用更好、更快、更完善。

[1]吳信才．MAPGIS地理信息系統 [M]．北京：電子工業出版社，2004．

[2]龔健雅．地理信息系統基礎 [M]．北京：科學出版社，2001．

[3]周立新，時堅．GIS技術在1∶5萬巖溶水文地質綜合調查野外工作中的應用 [J]．中國巖溶，2009，28（3）：269-274．

[4]郭達志．地理信息系統原理與應用 [M]．徐州：中國礦業大學出版社，2002．

[5]張新長．地理信息系統數據庫 [M]．北京：科學出版社，2005．