楊勝發(fā)， 張西君， 王 芳

(1.貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴陽(yáng) 550018； 2.貴州省地質(zhì)物探開(kāi)發(fā)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心，貴陽(yáng) 550018)

MapGIS圖像分析系統(tǒng)在區(qū)域重力點(diǎn)設(shè)計(jì)圖制作中的應(yīng)用

楊勝發(fā)1,2， 張西君1,2， 王 芳1

(1.貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴陽(yáng) 550018； 2.貴州省地質(zhì)物探開(kāi)發(fā)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心，貴陽(yáng) 550018)

為提高區(qū)域重力點(diǎn)設(shè)計(jì)的進(jìn)程，掃描1∶5萬(wàn)地形圖作為地理工作底圖，再利用MapGIS軟件“圖像處理”模塊和“圖像分析”模塊等功能，對(duì)掃描的光柵圖像進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)圖幅的誤差校正，并在校正后的光柵圖像上設(shè)計(jì)重力點(diǎn)，最終得到與實(shí)際位置對(duì)應(yīng)較好的重力點(diǎn)設(shè)計(jì)圖。研究表明，該方法簡(jiǎn)單、快速、質(zhì)量高，便于系統(tǒng)及時(shí)提取和數(shù)字化管理重力點(diǎn)。

MapGIS； 制圖； 區(qū)域重力； 設(shè)計(jì)點(diǎn)位

0 引言

現(xiàn)階段中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局主管的區(qū)域重力調(diào)查項(xiàng)目，是以1∶25萬(wàn)比例尺為基本單位實(shí)施的，主要為大比例尺的礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查服務(wù)，旨在圈定成礦遠(yuǎn)景區(qū)、斷裂構(gòu)造和隱伏巖漿巖體等，研究物探異常與礦產(chǎn)分布關(guān)系，摸清不同礦產(chǎn)成礦規(guī)律。區(qū)域重力點(diǎn)設(shè)計(jì)和重力工作布置，是區(qū)域重力調(diào)查的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。以往采用傳統(tǒng)的1∶20萬(wàn)地形圖作為地理底圖并設(shè)計(jì)區(qū)域重力點(diǎn)，當(dāng)紙質(zhì)圖上的區(qū)域重力點(diǎn)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題時(shí)，修改極為不便； 隨后雖改為計(jì)算機(jī)成圖，但將掃描后的圖件矢量化，再進(jìn)行誤差校正和投影變換，結(jié)果處理速度較慢、效率較低，且沒(méi)有地理底圖數(shù)據(jù)。因此，本文力求改進(jìn)這2種方法設(shè)計(jì)重力點(diǎn)的不足，將掃描后圖件進(jìn)行光柵校正，再進(jìn)行矢量化，形成具有地理信息的圖件，同時(shí)考慮質(zhì)量、速度和規(guī)模3方面影響，最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)快速批量化成圖設(shè)計(jì)思路及數(shù)字化成圖過(guò)程。

通過(guò)多次參加1∶25萬(wàn)(或1∶20萬(wàn))多個(gè)圖幅的區(qū)域重力調(diào)查，尤其是近年完成的“四川1∶25萬(wàn)瀘州市、正安縣幅基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查修測(cè)”物探子項(xiàng)目區(qū)域重力調(diào)查的重力點(diǎn)設(shè)計(jì)工作后，將使用紅藍(lán)彩色鉛筆在紙質(zhì)地形圖上設(shè)計(jì)重力點(diǎn)的傳統(tǒng)方法和使用計(jì)算機(jī)掃描地形圖設(shè)計(jì)重力點(diǎn)的數(shù)字方法進(jìn)行對(duì)比： 應(yīng)用計(jì)算機(jī)和MapGIS軟件數(shù)字化成圖，相對(duì)于用圖紙?jiān)O(shè)計(jì)區(qū)域重力點(diǎn)，更加整體規(guī)范、曲線均勻、色彩華麗，具有圖面點(diǎn)位大小同比、布點(diǎn)密度均一、鄰圖拼接自由、重力測(cè)點(diǎn)(含重力基點(diǎn))性質(zhì)易于區(qū)分以及重力基點(diǎn)聯(lián)測(cè)路線表示醒目等優(yōu)勢(shì)； 采用紙質(zhì)材料設(shè)計(jì)重力點(diǎn)，成圖效率低下、內(nèi)容編輯困難、畫(huà)錯(cuò)修改不便、圖面書(shū)寫(xiě)潦草、信息易損難復(fù)、丟失難以找回、負(fù)載多重難辨，而采用計(jì)算機(jī)數(shù)字化后設(shè)計(jì)重力點(diǎn)，簡(jiǎn)化工作強(qiáng)度、出圖快捷準(zhǔn)確、編輯自由、圖層清楚、復(fù)制方便、立等可取、備份海量； 此外，MapGIS軟件除在區(qū)域重力工作中可以高質(zhì)量高效率制作重力點(diǎn)位設(shè)計(jì)圖和重力異常等值線圖外，還可以應(yīng)用于重力異常研究，進(jìn)行礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)、成礦規(guī)律綜合預(yù)測(cè)、劃分成礦遠(yuǎn)景區(qū)、解譯線性和環(huán)形構(gòu)造、提取巖漿巖異常體及形成物探空間數(shù)據(jù)庫(kù)等。本文主要總結(jié)了使用MapGIS軟件設(shè)計(jì)重力點(diǎn)工作圖的幾大工作要領(lǐng)，以及部分相關(guān)的具體細(xì)節(jié)和制圖技巧。

1 重力點(diǎn)位設(shè)計(jì)概述

《區(qū)域重力調(diào)查規(guī)范(DZ/T 0082—93)》明確規(guī)定： 在1∶20萬(wàn)比例尺區(qū)域重力調(diào)查中，每一個(gè)測(cè)點(diǎn)所控制面積為4～8 km2，相當(dāng)于在每一個(gè)1∶5萬(wàn)圖幅中設(shè)計(jì)的重力測(cè)點(diǎn)應(yīng)保證有70～80個(gè)，且應(yīng)均勻分布； 當(dāng)?shù)匦螚l件惡劣時(shí)，測(cè)點(diǎn)密度可適當(dāng)放寬，在1∶20萬(wàn)(或1∶25萬(wàn))的圖幅中，其區(qū)域重力測(cè)點(diǎn)密度不應(yīng)大于20 km2一個(gè)測(cè)點(diǎn)，且放寬面積不超過(guò)該圖幅面積的10%[1]。

對(duì)于重力測(cè)點(diǎn)布設(shè)，應(yīng)根據(jù)工作比例尺以及工區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)、地形和交通等條件，在所用地形圖上布置，即充分結(jié)合地形圖上的地形等級(jí)、地貌趨勢(shì)、交通狀況、人文地物、構(gòu)造標(biāo)志和重力Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)基點(diǎn)分布，在圖紙上均勻布設(shè)重力測(cè)點(diǎn)，并充分考慮相關(guān)的工作要素。測(cè)點(diǎn)分布可呈不規(guī)則網(wǎng)形式(在地形條件允許的前提下可為規(guī)則網(wǎng))，重要的是測(cè)點(diǎn)要盡量選在地形平坦且地物標(biāo)志明顯的地方，以便于野外實(shí)地定點(diǎn)，但在野外工作時(shí)可根據(jù)實(shí)地情況進(jìn)行調(diào)整。

本文通過(guò)對(duì)MapGIS制圖軟件的圖像處理、圖像分析及使用技巧進(jìn)行簡(jiǎn)述，采用1∶5萬(wàn)地形圖作為野外工作底圖完成重力點(diǎn)設(shè)計(jì)，再通過(guò)光柵掃描到計(jì)算機(jī)，利用MapGIS制圖軟件數(shù)字化處理，生成1∶25萬(wàn)比例尺的重力點(diǎn)工作布置設(shè)計(jì)圖。其主要工作流程見(jiàn)圖1。

圖1 重力點(diǎn)設(shè)計(jì)圖制作流程Fig.1 Drawing processes of gravity points design

2 資料收集與圖件掃描

2.1 資料收集及相關(guān)處理

完成區(qū)域重力點(diǎn)的設(shè)計(jì)工作，首先需收集工作區(qū)內(nèi)的地質(zhì)圖和地形圖等資料，一般有4種信息的介質(zhì)資料： 紙介質(zhì)圖、透明薄膜介質(zhì)圖、刻圖薄膜介質(zhì)圖件數(shù)據(jù)圖和圖件數(shù)字化資料圖。在上述信息資料中： 紙介質(zhì)圖在常溫下變形最大； 透明薄膜介質(zhì)圖和刻圖薄膜介質(zhì)圖的變形較小； 圖件數(shù)字化資料圖的變形最小且使用較多。本次工作收集的1∶5萬(wàn)地形圖為紙介質(zhì)圖，經(jīng)檢查有微小變形，其誤差來(lái)源主要為對(duì)圖紙的多次折疊、反復(fù)褶皺和氣候變化等因素，可產(chǎn)生1～2 mm的變形誤差[2]。對(duì)其檢查處理后，在掃描儀上掃描成光柵圖像文件，再在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行相關(guān)處理和打印輸出，并在打印圖上進(jìn)行重力點(diǎn)初步布設(shè)與光柵誤差校正工作。

2.2 圖件掃描

圖件掃描主要是對(duì)所收集的1∶5萬(wàn)地形圖底圖進(jìn)行原始圖像掃描，為下一步設(shè)計(jì)重力點(diǎn)做準(zhǔn)備。對(duì)圖件掃描采用幅面大于底圖的掃描儀一次完成，減少由圖像拼接造成的誤差，重力點(diǎn)設(shè)計(jì)制作使用MapGIS地理信息系統(tǒng)完成。對(duì)使用的1∶5萬(wàn)地形圖，在掃描前應(yīng)先檢查圖紙是否有折疊和褶皺等現(xiàn)象，若需要可采用熨斗進(jìn)行熨平處理，從而最大限度減少圖紙的變形誤差。經(jīng)過(guò)一系列撫平定形處理后，通過(guò)掃描儀掃描，生成.jpg或.tif格式的光柵圖像原始文件； 再將光柵文件進(jìn)行原樣打印，對(duì)其打印好的地形圖統(tǒng)一編號(hào)，確定工作圖幅和工作區(qū)域； 之后交經(jīng)驗(yàn)豐富的物探技術(shù)人員，按照區(qū)域重力調(diào)查點(diǎn)設(shè)計(jì)及布置原則等技術(shù)要求，并考慮與工作駐地和重力基點(diǎn)就近閉合的需要，在打印的地形圖上完成重力點(diǎn)初步設(shè)計(jì)。

3 圖像處理與光柵校正

3.1 圖像處理

圖像處理主要是對(duì)1∶5萬(wàn)地形圖及其設(shè)計(jì)的重力點(diǎn)位圖掃描后的原始光柵圖像(.jpg或.tif)進(jìn)行系列化處理，利用MapGIS軟件“圖像處理”模塊完成，使處理后光柵圖像正確投影到對(duì)應(yīng)的圖幅內(nèi)。其主要過(guò)程是將掃描的1∶5萬(wàn)地形圖光柵圖像轉(zhuǎn)換為能被MapGIS軟件接受的專用文件，文件格式為.msi。

本次工作有60多幅1∶5萬(wàn)圖幅，由于處理的圖件較多，在進(jìn)行圖像處理與光柵校正之前，首先應(yīng)對(duì)所有的圖件進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)(或排序)，以工作區(qū)范圍為準(zhǔn)，從左到右、從上至下進(jìn)行，然后建立相應(yīng)的文件夾，方便以后作業(yè)。

點(diǎn)擊“文件”進(jìn)入“數(shù)據(jù)輸入”，再點(diǎn)擊“圖像轉(zhuǎn)換系統(tǒng)”，選擇圖像轉(zhuǎn)換類型(.jpg，.tiff和.bmp)，添加文件，處理的圖幅較多時(shí)，可選擇添加目錄一次性全部導(dǎo)入。查看需轉(zhuǎn)換的文件無(wú)誤后，點(diǎn)擊“轉(zhuǎn)換”，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成后，系統(tǒng)自動(dòng)將轉(zhuǎn)換的文件存入相應(yīng)的文件夾中，最后點(diǎn)擊“關(guān)閉”，完成圖像轉(zhuǎn)換操作。

3.2 光柵校正

光柵校正是一個(gè)比較復(fù)雜的處理過(guò)程，一般需要多個(gè)步驟才能實(shí)現(xiàn)，主要為生成對(duì)應(yīng)的圖幅圖框文件、選擇校正擬合方式、采集控制點(diǎn)和輸出校正后的光柵圖像[3]，該過(guò)程均在“鑲嵌融合”模塊中進(jìn)行。

3.2.1 對(duì)應(yīng)圖幅圖框文件生成

在圖像分析系統(tǒng)中點(diǎn)擊“文件”菜單，打開(kāi)剛轉(zhuǎn)換的.msi光柵圖像，在能看清楚圖幅編號(hào)的前提下，適當(dāng)縮放圖像，再點(diǎn)擊“鑲嵌融合”菜單移到“打開(kāi)參照文件”下拉菜單上，點(diǎn)擊“自動(dòng)生成圖框”，輸入圖幅編號(hào)，取消“采用大地坐標(biāo)”，點(diǎn)擊“確定”(圖2(a))； 進(jìn)入圖框生成界面，點(diǎn)擊輸入保存文件名，確定后再輸入圖幅名稱，點(diǎn)擊“確定”(圖2(b))，出現(xiàn)校正文件和參照文件的顯示窗口。

圖2 自動(dòng)生成圖框和保存圖框文件界面Fig.2 File interfaces of the automatic generation frame and the save frame

圖3 添加控制點(diǎn)界面Fig.3 Interfaces of adding control points

3.2.2 校正擬合方式選擇

在圖像分析系統(tǒng)中，幾何校正的模型采用了多項(xiàng)式擬合法，該系統(tǒng)支持一階到五階的多項(xiàng)式幾何校正變換。不同階的多項(xiàng)式幾何校正所需控制點(diǎn)數(shù)不同，為保證較高的校正精度，實(shí)際選擇的控制點(diǎn)至少為理論數(shù)的3倍。因此，在本次工作中采用了一階多項(xiàng)式擬合法，即1幅1∶5萬(wàn)地形圖中至少需要3個(gè)以上控制點(diǎn)。

3.2.3 控制點(diǎn)采集

首先，在“鑲嵌融合”下拉菜單里，點(diǎn)擊“刪除所有控制點(diǎn)”后，再點(diǎn)擊“添加控制點(diǎn)”，在窗口的左側(cè)選擇光柵圖像上的對(duì)應(yīng)控制點(diǎn)位置，通過(guò)窗口放大和縮小功能精確對(duì)準(zhǔn)位置； 然后，按空格鍵，此控制點(diǎn)便保存了，再用同樣的方法讀取和保存下一個(gè)控制點(diǎn); 最后，完成整個(gè)圖幅控制點(diǎn)的讀取與保存(圖3)。在所需控制點(diǎn)讀取結(jié)束后，需認(rèn)真檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，確保誤差小于1 mm，然后進(jìn)行校對(duì)預(yù)覽，即查看校對(duì)光柵與參照?qǐng)D件的吻合情況，讀取的控制點(diǎn)誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 控制點(diǎn)數(shù)據(jù)

3.2.4 校正后光柵圖像輸出

在“鑲嵌融合”下拉菜單里，點(diǎn)擊“控制點(diǎn)瀏覽”和“校對(duì)預(yù)覽”，查看校對(duì)光柵與參照?qǐng)D件吻合情況，檢查無(wú)誤后，點(diǎn)擊“影像校正”，保存光柵文件，設(shè)置轉(zhuǎn)換參數(shù)，選擇重采樣方式，點(diǎn)擊“確定”，便可輸出經(jīng)過(guò)校正的光柵文件了。在光柵文件處理完成后，退出圖像分析系統(tǒng)。

4 重力點(diǎn)位設(shè)計(jì)與制圖

在“圖形處理”的“輸入編輯”中，打開(kāi)圖框文件和重力點(diǎn)文件，添加經(jīng)過(guò)投影變換輸出的光柵文件，便可以進(jìn)行重力點(diǎn)位布設(shè)工作。將1∶5萬(wàn)地形圖的點(diǎn)位設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集到重力點(diǎn)文件中，點(diǎn)擊“點(diǎn)編輯”，輸入點(diǎn)圖元、點(diǎn)參數(shù)和點(diǎn)子圖，選擇所需的子圖號(hào)，設(shè)置子圖高度、寬度、子圖顏色和圖層，點(diǎn)擊“確認(rèn)”就可進(jìn)行重力點(diǎn)位數(shù)據(jù)采集了(圖4)。

圖4 重力點(diǎn)位數(shù)據(jù)采集Fig.4 Data acquisition of gravity points

當(dāng)所有圖幅的點(diǎn)位全部采集后，進(jìn)行點(diǎn)位數(shù)據(jù)文件匯總，生成1∶25萬(wàn)重力點(diǎn)位設(shè)計(jì)工作布置圖，在“圖形處理”的“輸入編輯”中新建工程文件，在工程中添加所有采集的重力點(diǎn)數(shù)據(jù)。依據(jù)相關(guān)要求，查看點(diǎn)位的密度是否合適，對(duì)過(guò)密或過(guò)稀的位置進(jìn)行調(diào)整，使之符合要求，在確認(rèn)無(wú)誤后保存文件。在工程窗口中選擇所有重力點(diǎn)文件，右鍵選擇“合并文件”，輸入保存文件名，點(diǎn)擊“確定”后進(jìn)行文件合并(圖5)，待該過(guò)程完成后，刪除上述所選文件。

圖5 合并文件界面Fig.5 Interface of files merging

在工程窗口中選擇所有重力布點(diǎn)文件，雙擊進(jìn)入單文件窗口，選擇“其他”，進(jìn)入選項(xiàng)中的整圖變換[4]的鍵盤(pán)輸入?yún)?shù)，在“點(diǎn)變換”和“參數(shù)變化”前邊打勾，在比例參數(shù)X和Y比例中輸入對(duì)應(yīng)的比例常數(shù)(從1∶5萬(wàn)變換到1∶25萬(wàn)的比例常數(shù)為0.2)，點(diǎn)擊“確定”，就能進(jìn)行圖幅變換了。將變換的點(diǎn)文件保存，關(guān)閉單文件窗口； 在工程窗口中，添加已經(jīng)做好的1∶25萬(wàn)圖框和圖例文件，進(jìn)行圖廓整飾，一幅完整的重力點(diǎn)工作設(shè)計(jì)圖就制作完成了。

5 結(jié)論

(1)應(yīng)用MapGIS圖像分析系統(tǒng)，可以更好地校正1∶5萬(wàn)地形圖掃描后的光柵圖像位置，形成精準(zhǔn)的地理底圖，對(duì)野外重力點(diǎn)布設(shè)和重力基點(diǎn)聯(lián)測(cè)實(shí)地定點(diǎn)，提供了極大的方便和可靠的原始圖件。

(2)在圖像處理過(guò)程中，使用自動(dòng)生成圖框的方法，能夠較好地實(shí)現(xiàn)地形圖圖像在重力點(diǎn)位設(shè)計(jì)中的幾何校正，且操作簡(jiǎn)單，速度快，校正精度高。但是，在地形圖矢量化過(guò)程中，數(shù)據(jù)處理過(guò)程復(fù)雜，處置速度慢，且容易出錯(cuò)，主要原因是大批量數(shù)據(jù)處理繁重且耗時(shí)較多。故需注意工作優(yōu)化，提高工作效率并保證工作質(zhì)量，提升計(jì)算機(jī)和MapGIS軟件數(shù)字化成圖的優(yōu)勢(shì)，并挖掘其潛力。

(3)利用MapGIS圖像分析系統(tǒng)布設(shè)區(qū)域重力點(diǎn)，其步驟便捷、易操作，為區(qū)域重力點(diǎn)布設(shè)提供了一套便捷的制圖方案，具有一定的借鑒和參考意義。

(4)MapGIS地理信息系統(tǒng)軟件，是地勘行業(yè)非常強(qiáng)大的多功能軟件，除了可以布設(shè)區(qū)域重力點(diǎn)外，還在重力異常與礦產(chǎn)分布關(guān)系研究、礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)、成礦規(guī)律研究、成礦遠(yuǎn)景區(qū)劃分、深部構(gòu)造和隱伏巖漿巖研究以及物探空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)等方面，具有重要作用。

[1] 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.DZ/T 0082—2006 區(qū)域重力調(diào)查規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[2] 何明華.MAPGIS制圖過(guò)程中的誤差分析與校正[J].地礦測(cè)繪,2004,20(2):28-29.

[3] 吳志春,郭福生,姜勇彪,等.基于ERDAS IMAGINE的掃描地形圖快速校正方法[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,30(6):861-865.

[4] 張國(guó)宏,何占璽.使用MAPGIS制圖的技巧探討[J].甘肅林業(yè)科技,1999,24(3):58-60.

(責(zé)任編輯： 劉永權(quán)，劉丹)

Application of MapGIS image analysis system in making design drawing of regional gravity points

YANG Shengfa1,2, ZHANG Xijun1,2, WANG Fang1

(1.GeologicalSurueyofGuizhouProvince,Guiyang550018,China； 2.GuizhouEngineeringResearchCenterofGeologicalandGeophysicalDevelopingApplication,Guiyang550018,China)

In order to improve the design processes of regional gravity points，the authors took a scanned 1∶50 000 topographic map as the geographic base map, transformed the format of the scanned raster images, corrected the error of the standard map through the image processing and image analysis function module of MapGIS software, and designed the gravity points on the corrected raster image. The design drawing of regional gravity points corresponded with the actual positions. The research shows that the method is simple, rapid and of high-quality, and also convenient in timely extraction and digital management in the system.

MapGIS; drawing; regional gravity; designing points

10.19388/j.zgdzdc.2017.04.13

楊勝發(fā),張西君,王芳.MapGIS圖像分析系統(tǒng)在區(qū)域重力點(diǎn)設(shè)計(jì)圖制作中的應(yīng)用[J].中國(guó)地質(zhì)調(diào)查,2017,4(4): 93-98.

2016-10-09；

2017-01-03。

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“四川1∶25萬(wàn)瀘州市、正安縣幅基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查修測(cè)(編號(hào)： 12120114009801)”項(xiàng)目資助。

楊勝發(fā)(1964—),男,高級(jí)工程師,主要從事物探工程測(cè)量及計(jì)算機(jī)制圖工作。Email： 506399702@qq.com。

P631.1; TP39; P285.1

A

2095-8706(2017)04-0093-06