MapGIS軟件在地質圖數字化中的運用分析

蔣榮斌

（天津城建大學地質與測繪學院，天津 300380）

0.引言

地質制圖是地質工作的重要組成部分, 是地質工作重要成果的展現, 全過程參與在地質工作中。隨著科學技術的快速發展，MapGIS 軟件在地質圖數字化中的作用也漸漸引起業界重視。傳統的地質制圖過程數據處理復雜,成圖周期長,工作效率低，勞動強度大,不便及時更新修改，不能滿足現階段城市發展需求。MapGIS 是中國地質大學自主研發的具有自主版權的地理信息系統軟件平臺,是集數字制圖、空間分析及數據庫管理為一體的空間信息系統,主要特色功能如下，圖形輸入簡單易操作、可靠,廣泛適用于各類地質工程需求。具備強大的制圖管理功能,可實現數千幅地圖的拼接, 也可以制作編輯精度相對較低的地圖。MapGIS軟件具備高效的數據庫管理系統, 可實現圖形數據與應用數據一體化管理。查詢分析功能齊全可實現空間分析與查詢功能。MapGIS 軟件在地質圖數字化制圖中的運用可實現地質圖形操作簡化, 滿足數字圖形的精度要求，而且地質圖繪制效果還可以得到提升。

1.數字地形地質圖中MapGIS 軟件的應用要點

1.1 基本應用要點

在MapGIS 軟件的應用中，為實現更加系統化的MapGIS 軟件制圖，準備工作不容忽視。整合地質圖形的底稿，輸入圖形底稿的相關信息后，做好相應備注。底稿需要使用掃描儀全方位掃描，向系統中輸入更清晰的底稿內容，為圖形的矢量轉換提供支持。MapGIS軟件中的編輯圖形模板功能是較為重要的應用，原稿文件存儲需按照原有的格式進行，圖形精確度不變屬于變形處理的前提，同時，需基于實際要求生成地質圖，圖像完善可采用子圖庫的方法。具體編輯需結合圖形的屬性情況，優選地質圖像模式并明確測繪工作質量[1]。

1.2 數字柵格地圖數據庫的應用

作為一種空間型地圖數據庫。在地質圖數字化處理的過程中，數字柵格數據庫可在地質測繪中提供很大程度的幫助。圖形文件中的大量信息必須得到重視，如物探信息、測量信息、地質信息，這類信息關聯密切、互為補充，可通過MapGIS 圖層管理功能，對不同類型的圖形文件進行區分管理并進行不同類型圖形文件目標制作。對于數據目錄，數字柵格數據庫可進行DRG管理，實現數據分發。數據庫內可實現最小單位的數據檢索和存儲，即圖幅，管理數據庫也可以圖幅為單位實現。在MapGIS 軟件的支持下，基于已有的工作區域的內圖形文件，如衛星遙感圖片、地形圖、聚脂薄膜底圖、人工繪制的圖紙，開展統一掃描實現格式統一。

1.3 制圖效果的應用

圍繞MapGIS 軟件的制圖效果進行分析可以發現，其在地理數字數據完善、提高數據應用效果和準確度方面的表現較好，同時在地質研究過程中發現軟件的空間分析功能能夠發揮作用。軟件的空間分析功能可基于地理空間位置和數據的關系，提升研究的深度和廣度。如應用電子沙盤系統，可結合完整收集的勘測地區三維地形數據，以提升電子沙盤系統實用性。創建DEM 數字高程模型，并加入地理屬性數據與遙感數據，可提供強大的可視化環境。模型還能夠實現三維交互地形更直觀地展示，并較好地服務于三維透視景觀圖形生成[2]。

1.4 圖形的屬性管理

需從專業圖形屬性管理系統、數字地形地質庫建設兩方面入手，進行圖形的屬性管理。通過建立動態屬性庫，結合用戶需求縮小或擴大屬性庫字段，修改字段名稱，并結合分層分色的原理，即可完成包含屬性值的圖形繪制，如礦體傾斜程度、巷道面積和所屬體系等。同時MapGIS 軟件圖形屬性管理功能的，可實現交通、巖性范圍的解釋；數字地形地質庫建設同樣可應用MapGIS 軟件，圖紙入庫的數據誤差校正、圖庫管理子系統針對性建設、矢量化后數據圖形的數字接邊處理等需求均可在該應用下實現[3]。

2.實例分析

2.1 項目概況

為提升研究的實踐價值，本文以天津市北部山區三維地質建模作為研究對象，本區地貌主要以山地為主，地質條件復雜，斷裂縱橫交錯，存在地質災害隱患，地質資料稀缺。研究區面積為755km2，南北高差在1000m 左右，北部為山區，南部為平原，地勢呈北高南低趨勢。為明確地質構造，建立基巖地質三維結構模型，研究采用了MapGISK9 軟件，以此編制建模方案、鉆孔數據庫，并通過全區數字高程模型建設、地質剖面繪制，最終完成了基巖地質三維結構模型的構建，MapGIS 軟件在這一過程中發揮著關鍵性作用。

研究基于新一代MapGIS 平臺（MapGISK9）展開，該平臺屬于的天津市三維可視化城市地質信息管理與服務系統，平臺將地質調查工作與信息化相融合，結合天津市地質工作實踐，充分應用大規模存儲技術、計算機技術、空間信息技術、多媒體技術，采用C/S 和B/S相結合的模式，同時具備相互關聯的數據共享與發布體系、數據分析評價體系、基礎數據獲取體系，能夠同時面向社會公眾、專業人員、政府管理，具備顯示、應用、分析、管理、采集、存儲等強大功能。MapGISK9 平臺存儲有近50 年來天津市的地質成果資料，本文研究也依托該平臺的天津城市地質調查成果數據庫展開。MapGISK9 平臺由基礎數據獲取體系、數據分析應用體系、信息共享發布體系組成，其中,天津市城市綜合地質信息數據庫包括元數據、成果數據、模型數據、地質專題數據、基礎信息數據，MapGIS 城市三維地質應用支撐平臺能夠提供查詢統計、三維地質建模、專業圖件生成、三維模型可視化、專業分析評價、三維模型分析、報表制作輸出、權限管理功能，城市地質多元服務／用戶體系可為社會公眾、研究機構、企事業單位、政府部門提供服務。

2.2 總體思路

在基于MapGISK9 軟件的三維地質建模實踐中，需應用軟件的兩個三維建模功能，包括基于交叉剖面的交互式建模方法和以控制性鉆孔為主的多源數據自動地層建模方法（如圖1 所示）：

圖1 交叉折剖面建模流程示意圖

研究利用的資料包括天津市地形等值線圖（1∶10000）、天津市基巖地質圖（1∶250000）、第四系厚度等值線圖（1∶100000）、天津市北部地區鉆孔。由于研究區宏觀地質背景資料缺乏，僅存在平面地質圖基礎數據，因此基巖地質剖面繪制采用圖切地質剖面的方式。在MapGISK9 軟件的“高程庫管理”和“DTM 分析”兩個子系統支持下，即可實現地形線的自動繪制，地質圖上豐富的產狀信息則可較好服務于地層和斷裂繪制，輔以專家經檢驗糾正，最終得到精度較高的剖面圖。

2.3 剖面布設方案

為減小誤差，保證三維模型質量，剖面布設嚴格遵循范圍控制全區、模型精度控制、兼顧建模工作量和模型實用性三方面原則。范圍控制全區原則指的是盡量要控制全區完成剖面布設，區外圍剖面也需要盡可能全面覆蓋；模型精度控制原則指的是網格剖面之間間隔需小于平原區1 倍以上，重點表達地層地區則需要針對性插密剖面；兼顧建模工作量和模型實用性原則需規避剖面布設太過密集問題出現，以此適度控制交互式建模單元網格和三維模型容量。（如圖2 所示）:

圖2 剖面布設示意圖

2.4 基巖地質三維地質建模

在具體的基巖地質三維地質建模實踐中，需開展平面地質圖整飾處理、編制鉆孔數據庫、繪制地質剖面、進行基于交叉折剖面建模。平面地質圖整飾處理需圍繞地層界線和斷裂、巖體精簡展開，以此保證圖幅邊緣的斷裂線或地層界線穿過剖面線，同時忽略北部山區小型的侵入巖體構造；鉆孔數據庫編制基于420 個鉆孔數據展開，鉆孔基本分布于相對地勢較低地區，深度多在幾十米到三、四百米之間，山區鉆孔資料較少，以此基于Access 數據庫編制包括基巖地質鉆孔基本情況表、基巖地質鉆孔地層巖性表（如表1 所示）：

表1 基巖地質鉆孔地層巖性表

地質剖面的繪制需首先完成DEM 數字高程模型的建立，具體需提取大于研究區的地形等值線并開展整飾處理，在陡坎處進行連接，基于實際的情況對高程值缺失地區進行插值，完成高程屬性掛接，完成整理后即可應用MapGISK9 軟件DTM 分析模塊的點線柵格化功能完成數字高程模型建設。剖面框架繪制需利用軟件的高程剖面分析功能，具體繪制需以數字高程模型為基礎，沿著設定的剖面線，并保證選擇的地形高程點能夠表示和控制地形變化特征，為將這類地形高程點投影到以某一高程為基準線的剖面上，需結合地質圖的比例尺大小，依次連接。剖面地形線上的軌跡線繪制需結合剖面線交叉點的位置，相應屬性內容需錄入每條軌跡線上?？臻g定位上三維剖面的基準線為軌跡線，軌跡線的屬性記錄三維空間信息，包括孔口標高、縱坐標、橫坐標、鉆孔編碼、MPLAYER、MPLENGT 等?？紤]到收集鉆孔深度均在1000m 內，建模底板標高設定為－1000m，隨之完成地層界線和斷層繪制，并針對性修改地層界線，即可最終完成地質剖面的繪制。在具體的地層界線和斷層繪制中，為確定第四系地層在每條軌跡線上的厚度值，需利用第四系等值線圖和鉆孔的方法，第四系地層的繪制需采用插值的方法。在天津市基巖地質圖（1∶250000）上，需對各地層界線交點與組成交叉網格剖面線的距離進行計算并記錄，平行線為寬度做剖面線起點垂向基準線，由此從地層界線與平行線交點出發，地層界線即可根據巖層產狀完成繪制。斷層線繪制采用的方法與地層界線類似，從斷裂線與平行線交點出發，結合斷裂產狀繪制斷層線，斷層兩側地層線需基于斷層位置針對性調整。此外，還需要圍繞420 個鉆孔開展數字化處理，以此對地層界線進行修改，需選擇繪制的地層線與剖面線上及附近的鉆孔進行對比并修改，剖面精度可由此進一步提升；基于交叉折剖面建模需針對性開展交叉剖面、交互式地質面建設，由此搭建、合并單元塊體，即可最終完成建立模型，（如圖3 所示）：

圖3 北部山區三維模型示意圖

3.結束語

綜上所述，MapGIS 軟件可較好用于數字地形地質圖中。在實現基巖地質三維結構模型的構建過程中,建立了圖形和屬性數據相結合的數據庫, 可實現地圖數據分層管理；實現了地圖信息查詢、編輯、管理、采集統計和分析等功能。同時借助MapGIS 軟件,縮短了地質三維模型的構建周期,提高了地質圖件的應用價值。為更好發揮MapGIS 軟件優勢，必須認識到基于平面地質圖的剖面生成方法尚不夠完善，MapGIS 軟件繪制的地質剖面在一些時候無法較好應對地質條件的復雜性，需人工進行修改，這類問題的解決將成為筆者后續研究目標。