多源地形數(shù)據(jù)在地質(zhì)調(diào)查工作中的應(yīng)用

唐國(guó)強(qiáng), 方 明, 趙 佳, 張 寧

(湖北省地質(zhì)局 第六地質(zhì)大隊(duì),湖北 孝感 432100)

西部地區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)落后,隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展,西部基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查進(jìn)入了一個(gè)新的階段,所需的基礎(chǔ)性地理信息資料缺乏問(wèn)題突出。

因工作需要,筆者參加了青海茫崖地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項(xiàng)目前期工作。該項(xiàng)目前期工作特點(diǎn)之一是時(shí)間緊、收集資料難度大。如果采用常規(guī)的地質(zhì)圖地理底圖編繪,周期長(zhǎng),完全不能滿足該項(xiàng)目前期工作要求。

為給青海茫崖地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項(xiàng)目前期工作及時(shí)提供地理底圖,針對(duì)青海地區(qū)地形圖現(xiàn)狀,在不增加額外費(fèi)用的情況下,筆者借助從互聯(lián)網(wǎng)下載的ASTER GDEM、遙感影像等高程及影像數(shù)據(jù),通過(guò)MapGis軟件應(yīng)用,較好地解決了多源、多精度數(shù)據(jù)的融合,為地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項(xiàng)目前期工作用圖提供了地理底圖。

1 地形數(shù)據(jù)源分析

數(shù)據(jù)源分析是地圖綜合的基礎(chǔ)工作,充分了解數(shù)據(jù)源的現(xiàn)勢(shì)質(zhì)量、圖形質(zhì)量和數(shù)據(jù)質(zhì)量,保證編圖基礎(chǔ)的現(xiàn)勢(shì)性、適用性、完備性和可靠性[1]。

1.1 ASTER GDEM數(shù)據(jù)

根據(jù)項(xiàng)目范圍坐標(biāo),在CGIAR-CSI網(wǎng)站下載項(xiàng)目區(qū)的低精度數(shù)據(jù)及圖形,輸入要下載區(qū)的經(jīng)緯度范圍,進(jìn)入下載頁(yè)面進(jìn)行下載。

下載的ASTER GDEM數(shù)據(jù)是中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心科學(xué)數(shù)據(jù)中心在ASTER GDEM第一版本(V1)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,加工生成的系列數(shù)據(jù)產(chǎn)品,采用UTM/WGS84投影,垂直精度20 m,水平精度30 m。

1.2 遙感影像數(shù)據(jù)

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)使用的遙感影像資料,是美國(guó)地球資源衛(wèi)星2002年5月LANDSAT-7號(hào)ETM+經(jīng)正射校正的影像數(shù)據(jù),由八個(gè)波段合成,其中1、2、3、4、5、7波段分辨率為30 m,6波段(紅外波段)分辨率為60 m,全色波段(8波段)分辨率為15 m。該數(shù)據(jù)基本無(wú)云霾遮蓋,影像清晰度高。數(shù)據(jù)采集期間,植被、農(nóng)作物、水體的變化不大,質(zhì)量?jī)?yōu)良。采用7、5、1波段合成中融合了8波段,地面分辨率可達(dá)15 m。該圖像色調(diào)明朗,影像清晰,層次分明,立體感強(qiáng)。

1.3 地理要素和調(diào)查資料

地理要素?cái)?shù)據(jù)源收集與分析是項(xiàng)目前期必不可少的工作,數(shù)據(jù)源資料收集是否齊全、資料分析是否到位將直接影響到最終地理底圖的質(zhì)量[2]。

地理要素?cái)?shù)據(jù)源主要為已有比例尺的地形圖、行政區(qū)劃圖、交通圖、水系分布圖、天地圖等。目前青海茫崖地區(qū),大多還沒(méi)有1∶5萬(wàn)及以上比例尺的地形圖資料,項(xiàng)目只收集到<1∶5萬(wàn)比例尺地形圖,及圖幅的相應(yīng)測(cè)量控制點(diǎn)成果,以便作為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、高程校正和圖形校正之用;行政區(qū)劃圖、交通圖、水系分布圖和天地圖盡可能收集比例尺較大的資料,以確保編繪的精度質(zhì)量。

調(diào)查資料主要是項(xiàng)目人員前期調(diào)研提供的必要居民地名稱略圖及水系、道路等要素變更略圖。

2 軟件平臺(tái)及數(shù)據(jù)處理流程

2.1 軟件平臺(tái)

目前,地理地圖編繪主要以AutoCAD、ArcInfo、ArcGis、MapGis、WalkISurvey等大型制圖軟件系統(tǒng)作為平臺(tái),由于MapGis軟件是基礎(chǔ)性地質(zhì)調(diào)查所推廣使用的GIS系統(tǒng),因此,這里選用中地公司的MapGis6.7軟件作為平臺(tái)。

2.2 編繪流程

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)源資料的分析和選用的軟件平臺(tái),筆者采用的編繪工藝流程(圖1)如下:

(1) 利用收集的小比例尺地形圖的各種控制點(diǎn)數(shù)據(jù),與ASTER GDEM數(shù)據(jù)上相應(yīng)點(diǎn)的采集,計(jì)算兩坐標(biāo)系之間的校正值;利用校正值對(duì)ASTER GDEM數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換,形成新的地形圖數(shù)據(jù)。

(2) 采用成圖要求的圖形數(shù)據(jù)比例尺、坐標(biāo)系和投影參數(shù),在MapGis投影變換模塊下生成標(biāo)準(zhǔn)圖框[3]。

(3) 將收集的基本地理資料進(jìn)行彩色掃描形成行政交通水系光柵文件(*.tiff),在MapGis系統(tǒng)中,將多源數(shù)據(jù)誤差校正、鑲嵌配準(zhǔn)至標(biāo)準(zhǔn)圖框中進(jìn)行矢量化。誤差校正、鑲嵌配準(zhǔn)應(yīng)滿足精度要求。

(4) 在MapGis編輯系統(tǒng)中,將矢量化的行政交通水系圖層和校正后的地形數(shù)據(jù)圖層疊加后,形成新編地理底圖。

(5) 以遙感影像為底圖,對(duì)地理底圖進(jìn)行必要的修編,增強(qiáng)現(xiàn)勢(shì)性。主要看地形地貌是否套合協(xié)調(diào)、地物位置是否正確。

(6) 利用項(xiàng)目野外人員提供的必要居民地名稱略圖及水系、道路等要素變更略圖作為補(bǔ)充資料進(jìn)行補(bǔ)充[4]。

圖1 編繪工藝流程圖Fig.1 Flow chart of compilation

3 數(shù)據(jù)精度分析

誤差來(lái)源主要有:數(shù)據(jù)源誤差、制圖誤差等方面。

3.1 數(shù)據(jù)源誤差

項(xiàng)目區(qū)的制圖資料數(shù)據(jù)來(lái)源本身在規(guī)范中允許存在有誤差,包括成圖(像)誤差、圖紙誤差等。

成圖誤差規(guī)范中一般對(duì)中誤差有明確規(guī)定,所以在成圖過(guò)程中特別注意精度傳播;計(jì)算機(jī)配置的顯示器分辨率應(yīng)能滿足大比例尺地形圖及圖像顯示和編輯精度的要求;數(shù)字化儀或掃描儀分辨率高并能滿足精度要求;掃描圖的分辨率不應(yīng)低于300 dpi。

目前,ASTER GDEM數(shù)據(jù)的精度為30 m,筆者在制圖工作中利用遙感影像資料和補(bǔ)充資料進(jìn)行修編,可以有效提高成圖精度,滿足項(xiàng)目前期工作地質(zhì)圖地理底圖的精度要求。

圖紙誤差是圖紙受溫度、濕度變化的影響產(chǎn)生伸縮及圖紙人為因素而產(chǎn)生的誤差,同時(shí)圖紙?jiān)谥朴∵^(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生誤差,一般拉伸方向的誤差要大于平行方向的誤差。以上誤差為不均勻的伸縮,因此要求底圖平整、無(wú)折痕,最好采用聚脂薄膜原圖作為掃描底圖來(lái)控制誤差。

掃描誤差根據(jù)圖幅比例尺的用途,選擇不應(yīng)低于300 dpi分辨率,一般能控制掃描誤差在0.1 mm,而且也能滿足作業(yè)要求。

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)源的誤差分析和采取相應(yīng)的措施,完全能控制數(shù)據(jù)源產(chǎn)生的誤差。

3.2 制圖誤差

制圖綜合誤差主要有編繪誤差、鑲嵌配準(zhǔn)誤差。

利用計(jì)算機(jī)編繪是人工干預(yù)較強(qiáng)的工作,筆者不但面對(duì)GIS中大量的時(shí)空數(shù)據(jù),更重要的是要將地理空間要素進(jìn)行合理的表達(dá)。較好利用制圖綜合知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),正確掌握制圖綜合方法。為了縮小編繪誤差,在編圖作業(yè)中不能采用光滑系數(shù)的方法對(duì)所采集的線條進(jìn)行光滑。同時(shí)參與人員要求技術(shù)水平高、經(jīng)驗(yàn)豐富。

鑲嵌配準(zhǔn)誤差是應(yīng)用軟件進(jìn)行圖形配準(zhǔn)產(chǎn)生的,在實(shí)際作業(yè)中,采集控制點(diǎn)數(shù)量可有效控制鑲嵌配準(zhǔn)誤差,提高成圖精度。

通過(guò)以上對(duì)數(shù)字化編圖影響的平面誤差分析,編圖作業(yè)中只要對(duì)各項(xiàng)誤差來(lái)源進(jìn)行分析控制,完全能滿足地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目前期工作對(duì)地理底圖的精度要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用ASTER GDEM、遙感影像數(shù)據(jù),與地理要素、調(diào)查資料相結(jié)合,在MapGis6.7軟件平臺(tái)下編繪地理底圖,對(duì)制圖質(zhì)量進(jìn)行控制,不僅完成了該地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目前期工作地質(zhì)圖地理底圖編繪,填補(bǔ)了青海茫崖地區(qū)大比例尺地形圖的空白,而且提高了工作效率,縮短了作業(yè)周期,節(jié)約了經(jīng)費(fèi)。對(duì)缺少地形數(shù)據(jù)的西部地區(qū),開(kāi)展基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目前期工作地理底圖的編繪,具有一定的借鑒意義。