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        基于Arc GIS的產(chǎn)狀符號(hào)矢量化方法研究

        2021-08-31 08:04:38
        經(jīng)緯天地 2021年3期
        關(guān)鍵詞:符號(hào)

        王 蕾

        (江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心,江蘇 南京 210013)

        0.引言

        地質(zhì)制圖是地質(zhì)勘查工作的基本組成部分,而符號(hào)是以圖形的方式直觀地表達(dá)地質(zhì)圖件中的要素,地質(zhì)符號(hào)在地質(zhì)制圖工作中起著十分重要的作用。ArcGIS是一款美國(guó)ESRI公司開(kāi)發(fā)的GIS專(zhuān)業(yè)軟件,ArcGIS具有強(qiáng)大的空間分析功能[1]。然而,與其他GIS軟件(如,MapGIS、SuperMap等)相比,ArcGIS系統(tǒng)內(nèi)自帶的符號(hào)較為單一,符號(hào)庫(kù)功能較為薄弱,由于地質(zhì)符號(hào)具有復(fù)雜性與多樣性,因此ArcGIS并不能滿(mǎn)足地質(zhì)制圖工作的需求。為了加快地質(zhì)制圖工作的規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化,近年來(lái)有眾多學(xué)者致力于這方面的研究[2]。

        產(chǎn)狀用于表示巖層的產(chǎn)出狀態(tài),由傾向、傾角和走向三種要素共同表示,也稱(chēng)為產(chǎn)狀三要素。其中,巖層所在平面與水平面的交線(xiàn)即為該巖層的走向線(xiàn),走向線(xiàn)所指的方向即為巖層的走向,走向通常有兩個(gè)角度表示,并且相差180°;與走向線(xiàn)垂直,并沿巖層面向下方引出的直線(xiàn)即為巖層的傾斜線(xiàn),傾斜線(xiàn)的水平投影線(xiàn)的地理方位就是巖層的傾向,走向與傾向相差90°或270°;傾斜線(xiàn)與其水平投影線(xiàn)之間的夾角即傾角[3]。根據(jù)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域地質(zhì)圖圖例》(1∶50000)規(guī)定,產(chǎn)狀符號(hào)由垂直的兩條長(zhǎng)度不等的直線(xiàn)段表示,其中,長(zhǎng)線(xiàn)表示走向,短線(xiàn)表示傾向,數(shù)字表示傾角[4]。在以ArcGIS為平臺(tái)的地質(zhì)圖件矢量化過(guò)程中,一種方法是采用點(diǎn)要素表示產(chǎn)狀,產(chǎn)狀的三要素以文本的形式錄入到屬性表中,讀數(shù)與手工錄入的方式工作量較大,并且出錯(cuò)率高、工作效率非常低[5]。而另一種方法,將產(chǎn)狀符號(hào)矢量化為線(xiàn)要素,以垂直的長(zhǎng)線(xiàn)和短線(xiàn)表示產(chǎn)狀要素,雖然這種方式比較方便快捷,而且符合產(chǎn)狀符號(hào)的樣式要求,但是本質(zhì)上產(chǎn)狀符號(hào)為點(diǎn)符號(hào),這種繪制方式失去了符號(hào)的意義,在生產(chǎn)地質(zhì)剖面圖過(guò)程中不能直接使用。因此,本文以ArcGIS為平臺(tái),提出了一種地質(zhì)制圖過(guò)程中產(chǎn)狀符號(hào)的制作及其矢量化方法,提高產(chǎn)狀符號(hào)繪制的效率和準(zhǔn)確性,為實(shí)現(xiàn)地質(zhì)制圖工作的規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化提供參考依據(jù)。

        1.ArcGIS中制作產(chǎn)狀符號(hào)

        ArcGIS中符號(hào)的制作方法共有兩種:一種是圖片形式;另一種是字體形式。其中,前者為矢量格式,后者為柵格格式。針對(duì)較為復(fù)雜的點(diǎn)狀符號(hào),通常采用字體形式的符號(hào),其優(yōu)點(diǎn)在于符號(hào)不因放大或縮小而失真,并且字體符號(hào)所占用的空間較小。因此,本文采用字體形式制作產(chǎn)狀符號(hào)。

        ArcMap是ArcGISDesktop三個(gè)用戶(hù)桌面組件之一,可用于數(shù)據(jù)的輸入、編輯、查詢(xún)、分析、輸出,能夠?qū)崿F(xiàn)地圖制圖、地圖編輯、地圖分析等功能。在ArcMap的符號(hào)管理(Style Manager)中新建地圖符號(hào)庫(kù),在地圖符號(hào)庫(kù)中選擇點(diǎn)符號(hào)庫(kù)(Marker Symbols),在點(diǎn)符號(hào)庫(kù)中右鍵新建點(diǎn)符號(hào),并命名為產(chǎn)狀符號(hào)。巖層在空間分布狀態(tài)的要素稱(chēng)為巖層產(chǎn)狀要素,一般用巖層面在空間的水平延伸方向、傾斜方向和傾斜程度描述,分別稱(chēng)為巖層走向、傾向和傾角。因此,需要制作的產(chǎn)狀符號(hào)由垂直的兩條長(zhǎng)度不等的直線(xiàn)段表示,其中,長(zhǎng)線(xiàn)表示走向,短線(xiàn)表示傾向。(如圖1所示)在符號(hào)類(lèi)型中選擇字體符號(hào)(Character Marker Symbol),選擇ESRI Caves2中的符號(hào),符合產(chǎn)狀符號(hào)的樣式要求。但是,該符號(hào)的長(zhǎng)線(xiàn)為豎直狀態(tài),短線(xiàn)為水平狀態(tài),因此,需要設(shè)置角度,實(shí)現(xiàn)符號(hào)的旋轉(zhuǎn)。設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度為90°,水平方向(X方向)位移設(shè)置為4,保證符號(hào)的錨點(diǎn)位置位于長(zhǎng)線(xiàn)和短線(xiàn)的交點(diǎn)處,有利于后期的角度計(jì)算,這樣即制作完成了地層產(chǎn)狀符號(hào)。

        圖1 制作產(chǎn)狀符號(hào)

        2.地質(zhì)圖件中產(chǎn)狀符號(hào)的矢量化方法

        常見(jiàn)的地質(zhì)圖件包括平面綜合地質(zhì)圖、地形地質(zhì)圖、地質(zhì)剖面圖和鉆孔柱狀圖等。平面綜合地質(zhì)圖反映區(qū)域所在的地理位置(如,經(jīng)緯度、坐標(biāo)線(xiàn)),主要居民點(diǎn)(如,城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村所在地)、地形、地貌特征等。通過(guò)平面綜合地質(zhì)圖可以得到區(qū)域的地層、巖性、產(chǎn)狀、斷層等信息。地質(zhì)剖面圖是根據(jù)一定的比例尺,表示區(qū)域內(nèi)某一個(gè)剖面上的地層關(guān)系的一種地圖。剖面圖可以勾繪出地形輪廓,并且進(jìn)一步反映出區(qū)域內(nèi)單個(gè)或多個(gè)地層的產(chǎn)狀、分層、巖性、化石產(chǎn)出部位、地層厚度以及接觸關(guān)系等地質(zhì)特征。根據(jù)平面綜合地質(zhì)圖上的產(chǎn)狀符號(hào)及地層分布,通過(guò)剖切可以得到地質(zhì)剖面圖。將地質(zhì)剖面圖與平面綜合地質(zhì)圖共同使用,可以直接獲得地質(zhì)構(gòu)造的立體概念。巖層產(chǎn)狀確定準(zhǔn)確,可以正確反映巖層之間的空間分布情況,有助于了解地層的接觸關(guān)系、計(jì)算礦產(chǎn)儲(chǔ)量。因此,產(chǎn)狀符號(hào)的正確繪制具有十分重要的意義,錯(cuò)誤的符號(hào)繪制方式,將會(huì)影響地質(zhì)平面圖的剖切,從而影響礦產(chǎn)的儲(chǔ)量計(jì)算,降低了地質(zhì)圖件要素繪制的準(zhǔn)確性。在ArcGIS平臺(tái)中,傳統(tǒng)的產(chǎn)狀符號(hào)繪制方法具有工作量大、出錯(cuò)率高的缺陷,或者使其失去了符號(hào)的意義。因此,本文利用ArcGIS強(qiáng)大的空間分析及數(shù)據(jù)處理功能,提出一種簡(jiǎn)單有效的產(chǎn)狀矢量化方法,大大提高了地質(zhì)圖件矢量化的效率。

        本文提出一種更加高效、精確的產(chǎn)狀符號(hào)繪制方法,利用產(chǎn)狀符號(hào)的走向線(xiàn)與傾向線(xiàn)之間的垂直關(guān)系,只需要采用固定的方向繪制走向線(xiàn),通過(guò)ArcGIS的空間分析功能,進(jìn)一步計(jì)算出產(chǎn)狀的走向角度和傾向角度,并且利用ArcGIS的屬性標(biāo)注功能,在地圖上可以標(biāo)示出產(chǎn)狀符號(hào)的角度,從而準(zhǔn)確地完成產(chǎn)狀符號(hào)的繪制。產(chǎn)狀符號(hào)矢量化的具體流程(如圖2所示):

        圖2 產(chǎn)狀矢量化流程圖

        2.1 矢量化走向線(xiàn)

        為方便計(jì)算走向方位角,走向線(xiàn)的矢量化依據(jù)(如圖3所示)從左向右的原則。以?xún)蓚€(gè)產(chǎn)狀為例,箭頭方向表示矢量化的方向,左邊為起始點(diǎn),右邊為終止點(diǎn)。即保證符號(hào)的短線(xiàn)位于長(zhǎng)線(xiàn)左側(cè),從而保證產(chǎn)狀符號(hào)的角度正確。

        圖3 走向線(xiàn)矢量化依據(jù)

        2.2 提取走向角度

        由上述可知:走向線(xiàn)所指的方向?yàn)閹r層的走向。根據(jù)從左向右的繪制原則可知:由正北方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn),到走向線(xiàn)所經(jīng)過(guò)的角度,即為走向方位角。走向通常包含了兩個(gè)角度,并且兩個(gè)角度之間相差了180°,因此,由其中一個(gè)角度加上或者減去180°后,則能直接得出另外一個(gè)走向方位角。

        2.3 計(jì)算傾向

        已知走向與傾向之間相差了90°或270°,因此,可以利用已經(jīng)求出的走向的度數(shù)進(jìn)一步計(jì)算傾向的度數(shù)。由于在第一步矢量化的過(guò)程中,要求采用從左往右畫(huà)線(xiàn)的固定順序,因此,傾向應(yīng)為走向線(xiàn)方位角逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°的方向。由此可知:當(dāng)方位角小于90°時(shí),傾向=走向+270°;而當(dāng)方位角大于或者等于90°時(shí),傾向=走向-90°。通過(guò)這種方式即可得到傾向。

        2.4 錄入傾角

        在通常情況下,地質(zhì)圖件中產(chǎn)狀中標(biāo)示出的度數(shù),即為該巖層的傾角,因此只需要根據(jù)標(biāo)示的角度直接錄入該符號(hào)的屬性中,后面通過(guò)顯示標(biāo)注的方式即可顯示出產(chǎn)狀的傾角。

        2.5 生成點(diǎn)要素

        在地質(zhì)圖件中,通常用點(diǎn)要素表示產(chǎn)狀,描述該巖層的傾斜程度。由上述過(guò)程可知:需要將線(xiàn)要素轉(zhuǎn)化為點(diǎn)要素。在制作產(chǎn)狀符號(hào)時(shí),我們將符號(hào)在X方向的位移設(shè)置為4,(如圖4所示)使得符號(hào)的錨點(diǎn)位于傾向線(xiàn)與走向線(xiàn)的交點(diǎn)位置,也就是產(chǎn)狀符號(hào)的中心點(diǎn)位置。因此,只需要根據(jù)矢量化好的走向線(xiàn),分別計(jì)算出每個(gè)走向線(xiàn)線(xiàn)段的中點(diǎn),線(xiàn)段中點(diǎn)所在位置即為產(chǎn)狀符號(hào)的坐標(biāo)位置。

        圖4 產(chǎn)狀符號(hào)預(yù)覽

        2.6 顯示產(chǎn)狀

        由于所制作的產(chǎn)狀符號(hào)的傾向線(xiàn)與正北方向重合,因此,產(chǎn)狀符號(hào)的旋轉(zhuǎn)角度即為與正北方向的夾角。由此可知:在原始地質(zhì)圖件中,產(chǎn)狀符號(hào)的旋轉(zhuǎn)角度等于巖層傾向。

        3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

        本文以一幅手繪綜合平面地質(zhì)圖為示例,利用ArcGIS平臺(tái),采用先矢量化走向線(xiàn),進(jìn)一步計(jì)算走向和傾向的方式,對(duì)地質(zhì)圖上的產(chǎn)狀符號(hào)進(jìn)行矢量化,并且在圖上最終顯示產(chǎn)狀符號(hào),通過(guò)判斷符號(hào)的旋轉(zhuǎn)角度是否正確,從而驗(yàn)證本文所提出的產(chǎn)狀符號(hào)矢量化方法是否正確、可靠。

        3.1 走向線(xiàn)矢量化

        在ArcCatalog中,新建線(xiàn)要素,并且將文件命名為走向線(xiàn),用于存儲(chǔ)產(chǎn)狀的長(zhǎng)線(xiàn)。在ArcMap中加載已經(jīng)配準(zhǔn)好的綜合地質(zhì)平面圖,根據(jù)要求采用從左向右的原則繪制走向線(xiàn),即長(zhǎng)線(xiàn)。走向線(xiàn)矢量化完成以后,為每個(gè)走向線(xiàn)要素(如圖5所示)的Id賦唯一值。紅色線(xiàn)段即為矢量化好的走向線(xiàn),Id值賦為1~5。

        圖5 走向線(xiàn)要素

        3.2 提取走向的角度

        在工具箱中打開(kāi)空間分析功能,利用Measuring Gepgraphic Distributions中的Linear Directional Mean(計(jì)算平均線(xiàn)方向功能)。Input Feature Class選擇之前創(chuàng)建的走向線(xiàn)文件。Case Field選擇屬性列Id,根據(jù)Id是唯一值默認(rèn)每個(gè)走向線(xiàn)作為一個(gè)單獨(dú)的個(gè)體,然后計(jì)算每個(gè)走向線(xiàn)的方位角。在屬性表中可以看到,屬性列CompassA即為每個(gè)走向線(xiàn)的方位角值。

        圖6 計(jì)算走向線(xiàn)角度

        3.3 根據(jù)走向方位角計(jì)算傾向

        通過(guò)上文可知:當(dāng)方位角小于90°時(shí),傾向=走向+270°;當(dāng)方位角大于等于90°時(shí),傾向=走向-90°。屬性列CompassA中存儲(chǔ)的方位角是產(chǎn)狀的走向,因此,可以利用已經(jīng)求出的走向計(jì)算傾向。例如,當(dāng)方位角是95°時(shí),判斷屬于大于等于90°范圍,傾向等于5°;當(dāng)方位角是80°時(shí),判斷屬于小于90°范圍,傾向等于350°。在屬性表中新建字段用于存儲(chǔ)傾向,打開(kāi)屬性計(jì)算器(field calculator),勾選Advanced,在VBA中寫(xiě)入如下代碼:

        Di m Output as double

        I(f[CompassA]<90)Then

        Output=[CompassA]+270

        ElseI(f[CompassA]>=90)Then

        Output=[CompassA]-90

        End If

        通過(guò)計(jì)算得到產(chǎn)狀的傾向,存儲(chǔ)在屬性表中(如圖7所示):

        圖7 傾向?qū)傩粤?/p>

        3.4 生成產(chǎn)狀點(diǎn)要素

        為了避免重復(fù)勞動(dòng),可以根據(jù)已經(jīng)矢量化完的走向線(xiàn),計(jì)算每段走向線(xiàn)的中點(diǎn),即為產(chǎn)狀的中心點(diǎn)位置。利用ArcGIS工具箱中的數(shù)據(jù)管理工具,F(xiàn)eatures-Feature Vertices To Points功能,計(jì)算走向線(xiàn)的中點(diǎn),生成產(chǎn)狀要素。

        在符號(hào)管理工具中為生成的點(diǎn)要素加載之前制作好的產(chǎn)狀符號(hào)。每個(gè)產(chǎn)狀的傾角即為地質(zhì)圖上已經(jīng)標(biāo)識(shí)出來(lái)的角度值,添加屬性列用于存儲(chǔ)產(chǎn)狀的傾角,將傾角值錄入對(duì)應(yīng)的屬性中(如圖8所示)。將產(chǎn)狀符號(hào)的標(biāo)注設(shè)置為傾角,并且顯示標(biāo)注。

        圖8 傾角屬性列

        3.5 顯示產(chǎn)狀

        在屬性中修改產(chǎn)狀的符號(hào),選擇已經(jīng)制作好的產(chǎn)狀符號(hào),并且依據(jù)屬性表中的傾向值大小,作為依據(jù)設(shè)置符號(hào)的旋轉(zhuǎn)角度,從而完成產(chǎn)狀符號(hào)的矢量化。產(chǎn)狀符號(hào)矢量化后的結(jié)果(如圖9所示),矢量化后的產(chǎn)狀符號(hào)旋轉(zhuǎn)角度與原圖一致,提高了產(chǎn)狀符號(hào)繪制的準(zhǔn)確性和效率,基本符合地質(zhì)制圖的要求。

        圖9 矢量化后的結(jié)果

        4.結(jié)束語(yǔ)

        本文主要依據(jù)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的GB958-99《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域地質(zhì)圖圖例》規(guī)范,在ArcGIS中制作了產(chǎn)狀符號(hào),并講述了基于ArcGIS的巖層產(chǎn)狀符號(hào)的矢量化方法。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用,這種產(chǎn)狀矢量化過(guò)程簡(jiǎn)單、高效。通過(guò)利用ArcGIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理及空間分析功能,只需要依據(jù)方向繪制走向線(xiàn),即可得到產(chǎn)狀符號(hào)的走向、傾向及符號(hào)的位置,提高了矢量化的效率。與傳統(tǒng)的繪制方法相比,本文所提出的繪制方式產(chǎn)狀符號(hào)依然為獨(dú)立的點(diǎn)狀符號(hào),保證了其符號(hào)的意義,提高了符號(hào)的準(zhǔn)確性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可知:這種產(chǎn)狀符號(hào)的繪制方法能夠與原始平面地質(zhì)圖保持一致,從而為地質(zhì)圖件規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化提供了參考。

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