略述城市地質調查地理底圖之資料選取和編圖方法

劉勝利++朱春蓮

摘 要：通過分析城市地質調查工作對地形圖需求，及需求瓶頸，說明地形圖現勢性不足以滿足工作需要，獲取制圖資料途徑，分析制圖資料間關系、利用程度和方法，結合實際案例分析制圖區域特征，指出以基本資料圖為基礎，以補充資料為數據源修編地形圖的技術方法和編圖方向。

關鍵詞：城市地質 地理底圖 制圖資料 修編

中圖分類號：P28 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（a）-0241-02

地形圖是地形測量或遙感資料解釋繪制的，是經濟建設、國防建設和科學研究中不可缺少的工具；也是編制各種更小比例尺普遍地圖、專題地圖和地圖集的基礎資料。

因自然和人類經濟活動影響，經過一定時期后，地形圖現勢性會發生一定的變化，尤其經濟發達區，在大規模的城市建設，舊城改造，新城區擴張，城市面貌，特別是社會經濟要素變化深刻。

長江中游城市群伴隨中部經濟崛起及武漢城市圈所引領的湖北東部經濟一體化的發展，城市地下空間開發利用、城市環境地質調查和保護等工作日益重視，急需摸清城市地質地質環境。自2008來，武漢市已先后啟動了武漢城市圈環境地質調、武漢深部巖溶地質調查、武漢三維地質填圖等專門性的城市地質工作。

地形圖是地質工作立項、論證、規劃、設計、研究、調查和成果集成必不可少的基礎資料，資料的現勢性是工作質量的重要保證。

1 地質調查對地形圖一般要求及存在問題

地質調查一般是以一定比例尺地形圖為基礎進行地質填圖或地質測量，其工作部署、設計等都要在地形圖上進行，包括調查路線設計、鉆孔布置、地面物探布線等工作，而地形圖現勢性對工作質量有直接影響。現勢性不好，地形地物與實際不符，調查線路會布置得不合理，鉆孔也可能布置到建筑物等不合理的地方。

以武漢深部巖溶區項目武昌圖幅野外工作為例，先期用1993版地形圖，因未考慮湯遜湖周邊大學城及其它建設，經過20多年發展，交通及城市建設已發生了巨大變化，在調查過程中，發現所用地形圖與實地差別極大，導致工作不能順利進行。

地質調查填圖或地質測量精度有明確的要求，所采用的各種手段和方法，若因地形圖現勢性不足，會影響調查成果質量，也不能很好的揭示工作區地質現象的發生、發展及其規律。

2 地形圖現勢性

2.1 制圖資料

制圖資料包括基本資料和補充資料。基本資料一般是地質調查規定精度的同等比例尺或更大比例尺地形圖。補充資料用于補充和修正基本資料的不足，可選用最新行政區劃圖、交通圖、航片、衛片，及其它可用的圖形資料、文字資料或數據資料，以及野外工作過程所采集到居民地、山峰等有關資料。[1-2]

2.2 制圖資料現勢性

地質調查所用基本資料地形圖，來源的主要途徑是到國家測繪管理部門購買或相關領域收集，而購買或收集地形圖，往往因測繪產品保密特殊性，存在兩方面問題，一是收集周期長，二是成圖年代久，資料現勢性嚴重不足，不能滿足需求。

2.3 現勢性不足的解決方法

地質調查工作所用地形圖，往往要進行地圖編繪，才能得到適應需求的簡化地形地理底圖。而制圖資料是確保地理底圖質量的重要因素。

3 制圖資料的收集

武漢巖溶塌陷調查，為屬國家重點地區巖溶塌陷調查項目子項，自2012年始至2014年，已先后開展了武昌幅、漢陽幅、金口鎮幅等1∶50000巖溶調查。下面以此為案例論述資料選取原則及編繪地形地理底圖方法。

原則，盡量收集距項目工作年最近的基本資料和補充資料，充分利用項目已有遙感影像資料，盡可能利用開放性免費資料，以實用、經濟快速編圖為目的。

基本資料情況：為1∶5萬矢量地形要素（DLG）地形圖，為“十五”國家基礎地理信息庫建設工程完成，經與紙質地形圖對比，三幅圖均實為1993前出版的紙質地形圖數字化成果。

補充資料情況：①2008年版“武漢市地下水區劃圖”（柵格數據）（以下簡稱“區劃圖”），比例尺為1：15萬，②2007年產1∶5萬正射SPOT5衛星影像，③2013年GOOGLE地圖影像。④百度地圖。

4 資料質量分析

（1）基本資料與補充資料SPOT5衛星影像對比分析、與GOOGLE地圖影像對比分析，武昌、漢陽、金口鎮三幅圖形，除中心城區變化稍小，城郊結合部及遠城區，居民地、街道、道路差別很大，基本資料反映為農村式居民地、低等級道路，而在影像圖上反映為城市式居民地和街區，路網發達，基本資料上反映為水域的部分地區，大多變成了居民區和街道，2000年后修建的快速城市高等級出口道路、及長江上新建的軍山大橋、長江二橋、天興洲大橋、二七大橋，武廣高鐵等均沒有反映。典型的有東西湖區常青花園，基本資料圖為養殖魚場；與湯遜湖比鄰的廟嶺大學城，基本資料圖為江夏區農村，有部分城鎮式居民地，但大多數為零星分布的農村式居民地。

（2）“區劃圖”為武漢市勘測院2011完成項目，含有較完整的武漢城區及郊區道路網和內部環線、行政名稱等。缺點是比例尺較小，投影參數及坐標系不詳。

（3）SPOT5衛星影像與GOOGLE地圖影像對比，前者為正射投影影像，北京54 坐標系，后者為84坐標系、非正射投影影像。前者影像清晰度一般、部分地方辨識困難，后者清晰度高，同時內容也新，可彌補前者不足。

（4）百度地圖，含有較完整和清晰的居民地及其它注記名稱，可作為名稱注記修編來源。

5 編圖技術要求和方法

（1）基于所編地理底圖用于工作布置及野外踏勘、最終成果等目的，以基本資料地形圖為基礎，以補充資料為數據源修編基本資料地形圖，側重修編水系、道路、街區和重要建設工程（如大型橋梁等）。

（2）統一坐標系，基于基本資料圖和SPOT5衛星影像均為北京54坐標系，擬定最終編繪地理底圖坐標系為北京54坐標系，通過一定技術方法，將其它補充資料也轉換為北京54坐標系。endprint

（3）以MAPGIS6.7或ARCGIS9.3為工作平臺，進行影像配準、坐標系轉換、圖形編輯和數字化。

（4）考慮地質調查圖件需要，主要反映水系、居民地、道路、地貌等地理要素（行政界線與基本資料圖一致）。

6 影像配準與坐標轉換方法

在數字化地圖制圖中，影像（圖像）配準，多指將不具備投影參數的圖片，通過一定的數學方法轉換成與標準地形圖（或對應區域地形圖）對應地理位置一致。坐標轉換，則指將一種投影的地圖（矢量或柵格），通過一定的數學方法（若參考橢球不同，則多用三參數法、或七參數法）轉換另一種投影。

目前大多數圖像配準方法通常可分兩類：基于特征的方法和基于區域的方法。基于特點的方法首先在圖像中提取特征，然后利用特征間的相似性進行匹配。常用的基于特征的方法包括了基于點特征、線特征和面特征三種[3]。

三參數法與七參數法均依賴特定的測量控制點，因保密原因，獲取困難，費用也高，通過前述資料質量分析，本文提出基于點特征點方法處理圖像，可不考慮參考橢球影響。

MAPGIS和ARCGIS均能進行影像配準和投影轉換，考慮地質成果數據為MAPGIS格式，擬選前者為工作平臺，具體方法如下：

（1）打開MAPGIS67影像分析處理程序，打開并轉換一幅標準正射SPOT5衛星影像圖片成MAPGIS內部格式（MSI），在影像校正工具菜單中打與這對應標準圖框，采集控制點（只要四個角點），再進行影像精確幾何校正，就可生成一幅配準有標準投影的MSI文件。

（2）GOOGLE地圖影像網上下載，方法是通過成都水經注科技公司谷歌衛星下載器下載所需標準圖幅影像（實際比標準圖范圍略大）。

（3）以上述配準好SPOT5衛星影像為參照，重復“1“的過程，打開并轉換GOOGLE地圖影像成MAPGIS內部格式（MSI），選擇若干均勻分布的特征控制點（如道路的交叉點、建筑物的拐點等），經影像精確幾何校正，就可一張近似正射影像（如圖1）。

（4）“區劃圖”的處理，以一張1∶100000大武漢基礎地理底圖（矢量格式）（54坐標系）為參考，仍重復“1“的過程，打開并轉換“區劃圖”，選擇若干均勻分布的特征控制點（如道路的交叉點、河流交匯處等），經影像精確幾何校正，再經投影變換成1：50000，就可得到一張與標準地理底基本吻合的參考圖像。

7 實際應用

（1）以漢陽幅為例，其地理特征以漢江為界，北部為漢口和東西湖區，地勢平坦，海拔高程多在20 m左右；南部為漢陽、漢南和蔡甸區，地勢自西南向東偏北由低山向平原區過渡，最高海拔111 m，間龍崗，湖區等水體分布較廣。

（2）與現勢資料相比，全圖幅主要變化特征是城區由市中心向外擴展，新增道路網、街區等地理要素沒有表達，水域也有變化，部分原為湖區（或沼澤）已變成城市居民地。個別山體因采礦而發生了局部形態變化，但總體地貌特征變化不明顯，又因缺少DEM數據，地貌修編方法是只刪除不合理等高線和不合理的高程點。原湖區（或沼澤）變為居民地的，根據制圖綜合原則，進行較大程度取舍，將街區、居民地的主要輪廓特征表示出來，同時合理處理街區與外部道路網協調和選取密度。

（3）水體的主要變化總體特征是水域面積縮小（因填埋），根據SPOT5衛星影像（參照GOOGLE地圖影像）修編實際水體邊線。

（4）道路網修編仍以SPOT5衛星影像為背景，參考“區劃圖”，新增武漢三環、漢蔡高速、京巷澳高速、漢洪高速等重要交通線及大型橋梁，同時修編主城區內部道路網，達到布置合理，圖面清晰。

（5）地理名稱編輯，在基本資料圖基礎上，參考百度地圖等資料，新增重要居民區、大型廠礦、學校，如常青花園、東風汽車公司、江漢大學等屬地名稱。

（6）漢陽幅修編投入工作量近1月/1 人完成，經野外實地踏勘完全滿足工作需求。其成果如圖2示。

8 結語

（1）該文通過分析城市地質調查工作對地形圖需求，及需求瓶頸和存在原因，說明地形圖在一定時空會發生變化和變化原因，進而提出了解決問題的必要性。

（2）筆者結合多年地圖編圖和地質工作經驗，指出地形圖在地質調查工作重要作用，提出通過編繪地理底圖方法滿足地質調查工作。

（3）在全面分析地理底圖編繪與制圖資料的關系基礎上，就解決地質調查工作地形圖修編，論述了基本資料與補充資料關系，及其利用程度和方法。

（4）通過所編制漢陽幅地理地圖成功案例，說明采用本文所述方法，不僅能縮短成圖周期、節約經費，而且能解決地形圖現勢性不足。

參考文獻

[1] DZ41-86中華人民共和國地質礦產部部標準[S].

[2] 蔡孟裔.新編地圖學教程[M].高等教育出版社，2000-06.

[3] 葉沅鑫.利用局部自相似多光譜遙感影像自動配準[J].測繪學報，2014（3）：269.endprint

（3）以MAPGIS6.7或ARCGIS9.3為工作平臺，進行影像配準、坐標系轉換、圖形編輯和數字化。

（4）考慮地質調查圖件需要，主要反映水系、居民地、道路、地貌等地理要素（行政界線與基本資料圖一致）。

6 影像配準與坐標轉換方法

在數字化地圖制圖中，影像（圖像）配準，多指將不具備投影參數的圖片，通過一定的數學方法轉換成與標準地形圖（或對應區域地形圖）對應地理位置一致。坐標轉換，則指將一種投影的地圖（矢量或柵格），通過一定的數學方法（若參考橢球不同，則多用三參數法、或七參數法）轉換另一種投影。

目前大多數圖像配準方法通常可分兩類：基于特征的方法和基于區域的方法。基于特點的方法首先在圖像中提取特征，然后利用特征間的相似性進行匹配。常用的基于特征的方法包括了基于點特征、線特征和面特征三種[3]。

三參數法與七參數法均依賴特定的測量控制點，因保密原因，獲取困難，費用也高，通過前述資料質量分析，本文提出基于點特征點方法處理圖像，可不考慮參考橢球影響。

MAPGIS和ARCGIS均能進行影像配準和投影轉換，考慮地質成果數據為MAPGIS格式，擬選前者為工作平臺，具體方法如下：

（1）打開MAPGIS67影像分析處理程序，打開并轉換一幅標準正射SPOT5衛星影像圖片成MAPGIS內部格式（MSI），在影像校正工具菜單中打與這對應標準圖框，采集控制點（只要四個角點），再進行影像精確幾何校正，就可生成一幅配準有標準投影的MSI文件。

（2）GOOGLE地圖影像網上下載，方法是通過成都水經注科技公司谷歌衛星下載器下載所需標準圖幅影像（實際比標準圖范圍略大）。

（3）以上述配準好SPOT5衛星影像為參照，重復“1“的過程，打開并轉換GOOGLE地圖影像成MAPGIS內部格式（MSI），選擇若干均勻分布的特征控制點（如道路的交叉點、建筑物的拐點等），經影像精確幾何校正，就可一張近似正射影像（如圖1）。

（4）“區劃圖”的處理，以一張1∶100000大武漢基礎地理底圖（矢量格式）（54坐標系）為參考，仍重復“1“的過程，打開并轉換“區劃圖”，選擇若干均勻分布的特征控制點（如道路的交叉點、河流交匯處等），經影像精確幾何校正，再經投影變換成1：50000，就可得到一張與標準地理底基本吻合的參考圖像。

7 實際應用

（1）以漢陽幅為例，其地理特征以漢江為界，北部為漢口和東西湖區，地勢平坦，海拔高程多在20 m左右；南部為漢陽、漢南和蔡甸區，地勢自西南向東偏北由低山向平原區過渡，最高海拔111 m，間龍崗，湖區等水體分布較廣。

（2）與現勢資料相比，全圖幅主要變化特征是城區由市中心向外擴展，新增道路網、街區等地理要素沒有表達，水域也有變化，部分原為湖區（或沼澤）已變成城市居民地。個別山體因采礦而發生了局部形態變化，但總體地貌特征變化不明顯，又因缺少DEM數據，地貌修編方法是只刪除不合理等高線和不合理的高程點。原湖區（或沼澤）變為居民地的，根據制圖綜合原則，進行較大程度取舍，將街區、居民地的主要輪廓特征表示出來，同時合理處理街區與外部道路網協調和選取密度。

（3）水體的主要變化總體特征是水域面積縮小（因填埋），根據SPOT5衛星影像（參照GOOGLE地圖影像）修編實際水體邊線。

（4）道路網修編仍以SPOT5衛星影像為背景，參考“區劃圖”，新增武漢三環、漢蔡高速、京巷澳高速、漢洪高速等重要交通線及大型橋梁，同時修編主城區內部道路網，達到布置合理，圖面清晰。

（5）地理名稱編輯，在基本資料圖基礎上，參考百度地圖等資料，新增重要居民區、大型廠礦、學校，如常青花園、東風汽車公司、江漢大學等屬地名稱。

（6）漢陽幅修編投入工作量近1月/1 人完成，經野外實地踏勘完全滿足工作需求。其成果如圖2示。

8 結語

（1）該文通過分析城市地質調查工作對地形圖需求，及需求瓶頸和存在原因，說明地形圖在一定時空會發生變化和變化原因，進而提出了解決問題的必要性。

（2）筆者結合多年地圖編圖和地質工作經驗，指出地形圖在地質調查工作重要作用，提出通過編繪地理底圖方法滿足地質調查工作。

（3）在全面分析地理底圖編繪與制圖資料的關系基礎上，就解決地質調查工作地形圖修編，論述了基本資料與補充資料關系，及其利用程度和方法。

（4）通過所編制漢陽幅地理地圖成功案例，說明采用本文所述方法，不僅能縮短成圖周期、節約經費，而且能解決地形圖現勢性不足。

參考文獻

[1] DZ41-86中華人民共和國地質礦產部部標準[S].

[2] 蔡孟裔.新編地圖學教程[M].高等教育出版社，2000-06.

[3] 葉沅鑫.利用局部自相似多光譜遙感影像自動配準[J].測繪學報，2014（3）：269.endprint

（3）以MAPGIS6.7或ARCGIS9.3為工作平臺，進行影像配準、坐標系轉換、圖形編輯和數字化。

（4）考慮地質調查圖件需要，主要反映水系、居民地、道路、地貌等地理要素（行政界線與基本資料圖一致）。

6 影像配準與坐標轉換方法

在數字化地圖制圖中，影像（圖像）配準，多指將不具備投影參數的圖片，通過一定的數學方法轉換成與標準地形圖（或對應區域地形圖）對應地理位置一致。坐標轉換，則指將一種投影的地圖（矢量或柵格），通過一定的數學方法（若參考橢球不同，則多用三參數法、或七參數法）轉換另一種投影。

目前大多數圖像配準方法通常可分兩類：基于特征的方法和基于區域的方法。基于特點的方法首先在圖像中提取特征，然后利用特征間的相似性進行匹配。常用的基于特征的方法包括了基于點特征、線特征和面特征三種[3]。

三參數法與七參數法均依賴特定的測量控制點，因保密原因，獲取困難，費用也高，通過前述資料質量分析，本文提出基于點特征點方法處理圖像，可不考慮參考橢球影響。

MAPGIS和ARCGIS均能進行影像配準和投影轉換，考慮地質成果數據為MAPGIS格式，擬選前者為工作平臺，具體方法如下：

（1）打開MAPGIS67影像分析處理程序，打開并轉換一幅標準正射SPOT5衛星影像圖片成MAPGIS內部格式（MSI），在影像校正工具菜單中打與這對應標準圖框，采集控制點（只要四個角點），再進行影像精確幾何校正，就可生成一幅配準有標準投影的MSI文件。

（2）GOOGLE地圖影像網上下載，方法是通過成都水經注科技公司谷歌衛星下載器下載所需標準圖幅影像（實際比標準圖范圍略大）。

（3）以上述配準好SPOT5衛星影像為參照，重復“1“的過程，打開并轉換GOOGLE地圖影像成MAPGIS內部格式（MSI），選擇若干均勻分布的特征控制點（如道路的交叉點、建筑物的拐點等），經影像精確幾何校正，就可一張近似正射影像（如圖1）。

（4）“區劃圖”的處理，以一張1∶100000大武漢基礎地理底圖（矢量格式）（54坐標系）為參考，仍重復“1“的過程，打開并轉換“區劃圖”，選擇若干均勻分布的特征控制點（如道路的交叉點、河流交匯處等），經影像精確幾何校正，再經投影變換成1：50000，就可得到一張與標準地理底基本吻合的參考圖像。

7 實際應用

（1）以漢陽幅為例，其地理特征以漢江為界，北部為漢口和東西湖區，地勢平坦，海拔高程多在20 m左右；南部為漢陽、漢南和蔡甸區，地勢自西南向東偏北由低山向平原區過渡，最高海拔111 m，間龍崗，湖區等水體分布較廣。

（2）與現勢資料相比，全圖幅主要變化特征是城區由市中心向外擴展，新增道路網、街區等地理要素沒有表達，水域也有變化，部分原為湖區（或沼澤）已變成城市居民地。個別山體因采礦而發生了局部形態變化，但總體地貌特征變化不明顯，又因缺少DEM數據，地貌修編方法是只刪除不合理等高線和不合理的高程點。原湖區（或沼澤）變為居民地的，根據制圖綜合原則，進行較大程度取舍，將街區、居民地的主要輪廓特征表示出來，同時合理處理街區與外部道路網協調和選取密度。

（3）水體的主要變化總體特征是水域面積縮小（因填埋），根據SPOT5衛星影像（參照GOOGLE地圖影像）修編實際水體邊線。

（4）道路網修編仍以SPOT5衛星影像為背景，參考“區劃圖”，新增武漢三環、漢蔡高速、京巷澳高速、漢洪高速等重要交通線及大型橋梁，同時修編主城區內部道路網，達到布置合理，圖面清晰。

（5）地理名稱編輯，在基本資料圖基礎上，參考百度地圖等資料，新增重要居民區、大型廠礦、學校，如常青花園、東風汽車公司、江漢大學等屬地名稱。

（6）漢陽幅修編投入工作量近1月/1 人完成，經野外實地踏勘完全滿足工作需求。其成果如圖2示。

8 結語

（1）該文通過分析城市地質調查工作對地形圖需求，及需求瓶頸和存在原因，說明地形圖在一定時空會發生變化和變化原因，進而提出了解決問題的必要性。

（2）筆者結合多年地圖編圖和地質工作經驗，指出地形圖在地質調查工作重要作用，提出通過編繪地理底圖方法滿足地質調查工作。

（3）在全面分析地理底圖編繪與制圖資料的關系基礎上，就解決地質調查工作地形圖修編，論述了基本資料與補充資料關系，及其利用程度和方法。

（4）通過所編制漢陽幅地理地圖成功案例，說明采用本文所述方法，不僅能縮短成圖周期、節約經費，而且能解決地形圖現勢性不足。

參考文獻

[1] DZ41-86中華人民共和國地質礦產部部標準[S].

[2] 蔡孟裔.新編地圖學教程[M].高等教育出版社，2000-06.

[3] 葉沅鑫.利用局部自相似多光譜遙感影像自動配準[J].測繪學報，2014（3）：269.endprint