1_5万区域地质调查数字地质图系统设计方案.doc

方法技术15 万区域地质调查数字地质图系统设计方案姜( 地矿部地质调查局义张崇山赵洪伟北京 100812 ; 河北地勘局区调所 廊坊 065000)提 要 根据地矿部“地矿工作信息化工程”总体部署 ,地调局设立了区调数字地质图系统的研究项目 。其目的是通过试验研究解决 15 万区调数字地质图的数据标准问题 ,制订统一的工作流程 和技术要求 ,推广应用 GIS 技术 。重点论述了项目的目标 、意义 、研究内容 、技术路线 、图层划分 、 工作流程等方面的内容 。关键词 15 万区调 数字地质图 地理信息系统 ( GIS)中图分类号 P623 . 61中国 15 万区调数字地质图现状我国自 1959 年开展 15 万区调工作以来至 1996 年底 ,已累计完成填图面积 1 490 000km2 ,折合 3 500 多幅图 。这些图件大部分已经正规出版 ,少部分已经最终验收 ,准备进厂出版 。由于历史原因和科学技术条件的限制 ,这些地质图几乎都是用传统方式制图和出版印刷的 ,其丰富的内容也是以纸介质的方式提供使用和归档保管的 。随着各行业多方位 、多角度 、灵活地对地质图的要求 ,这些图件在使用中的局限性也就越来越明显 ,不利于图件的改版更新 ,不能按用户的要求直接在已有地质图上形成各种专题地图 。1995 年 ,为了解决用计算机技术编制和出版 15 万地质图的问题 ,地矿部科技司设立了计算机辅助编制 15 万地质图工艺流程试验研究项目并获得初步成功 ,为 15 万地质制图 从传统方式向计算机制图方式转变奠定了基础 。MA PCAD 制图软件也迅速在区调行业得到 推广应用 。然而 ,目前用 MA PCAD 软件编制 1 5 万地质图还存在两个问题 。一是它不能把 图件中的点 、线 、面等各种要素赋予不同的属性数据 ,没有空间分析 、属性库管理等项功能 ; 二 是各个使用 MA PCAD 的单位又未按统一的标准进行图件内容的分层 、归类 、文件命名 ,图件中的图例 、花纹 、线型 、符号 、颜色等也未统一 。按以上方式形成的数字地质图不利于图件的使 用 、二次开发 、数据的统一管理和数据共享 。1996 年 ,中国地质大学 ( 武汉) 在 MA PCAD 的基础上推出了 MA P GIS 地理信息系统软 件 ,为计算机技术在区调工作中的进一步应用奠定了基础 。但目前主要是应用了软件中的制 图功能 ,对于属性数据库管理 、空间分析等项功能基本上还未开发应用 。因此如何引导区调工作中计算机技术的应用 ,充分发挥 MA P GIS 各项功能的作用 ,是目前需要研究的问题 。九五期间 ,我国将完成 260 000 km2 (计 630 多幅) 的 15 万区调工作 ,并规定这些图幅必须使用计算机技术进行制图 ,这就意味着将有大量的地质图要进行图形数字化 。因此应选用地理信息系统制图 ,建立数字地质图系统 ,制订全国统一的工作流程和技术要求 ,这将涉及 到软件的选择 、图件内容的标准化 、建立图库的工作程序 、全国统一管理等一系列问题 。为加 快我国地矿工作的现代化步伐 ,地矿部设立了“地矿工作信息化工程”。其中“数字地质图系 统”是该工程中 54 个系统之一 ,主要是针对我国地矿工作的实际 ,解决应用中的标准 、流程方法及其他技术问题 ,取得应用的经验后逐步推广 ,并明确要求所有的区调地质图件 ( 120 万及15 万) 均应按 GIS 标准建立数字地质图系统 。为贯彻落实这一工程的实施 ,加快区调工作的 计算机化进程 ,1996 年地调局下达了15 万区调数字地质图系统试验研究项目 。2 项目的目标及重要意义2 . 1目标在充分吸收以往数字地质图成功经验的基础上 ,通过试验研究 ,对今后新开展的区调图 幅 ,有机地将数字地质图的有关标准和规范应用到 15 万区调数字地质图系统建设中来 ,为逐 步建立各省 (市 、区) 及全国 15 万和 125 万数字地质图系统奠定基础 ,积累经验 ,找出最佳工 作流程 ,制订一套技术要求 。2 . 2用 GIS 数字地质图的重要意义数字地质图系统的建立 ,可使地质图的丰富内容得到充分利用 ,并便于全国的统一管理 ,可以说是一件利在当代 、功在千秋的大事 ,具有以下几方面的重要意义 。(1) 图幅内容的更新改版随着科学技术的进步 ,一些新理论 、新认识 、新发现不断出现 ,原有地质图的内容必须进行修改补充 。利用地理信息系统在计算机上可很容易地对地质图的 内容进行修改 、增删 、位移等项编辑 ,而不需要重新从头做起 ,只需在原图基础上稍做变化即可完成图幅的更新改版 。(2) 图幅内容的二次开发利用 以原有地质图为基础 ,按用户要求可灵活地输出不同层次 的内容 。如地理底图的各个图层 (交通 、河流 、行政区划界线 、等高线 、各种注记等) 、地质内容 的各个图层 (地层 、构造 、岩石 、矿产等) 。用户可根据自己的需要选择不同的图层 ,然后叠加自己的内容 ,如水文 、环境 、土地 、工程 、林业 、城市等 ,形成各种专题地图 。(3) 片区总结及小比例尺编图 在完成一个重点成矿区 (带) 或重要地质研究区 (带) 的15 万填图以后 ,可利用 GIS 技术把这些图件拼接起来 ,编制小比例尺的地质图 ,在空间上进行综 合分析研究 ,对片区进行成矿预测或基础地质问题研究 。2 . 3建立全国 15 万区调数字地质图系统的初步设想根据“地矿工作信息化工程”总的指导思想和部署 ,15 万数字地质图系统的初步建设方 案是 :根据目前区调工作的现状 ,区分以下 3 种不同情况 ,分别进行 ,统一管理 。(1) 对于已完成的图幅 ,可优先考虑重要成矿区带 、经济开发区 、重要基础地质研究区等一 些图幅利用程度较高的地区 ,先进行地质图的数字化工作 。(2) 从九五开始部署的图幅 ,应在进行正常生产的过程中逐步建立地质图系统 ,而不是 地质图出版后再返回去重新数字化 。此项内容是本项目需要重点考虑的问题 。(3) 待“计算机辅助 15 万区调填图系统”项目研制成功并投入正常生产后 ,利用该系统完220中 国 区 域 地 质19983引用标准(1) 区域地质调查总则 (150 000) (D Z/ T 00001 - 91) ; (2) 区域地质图图例 (150 000) ( GB 958 - 89) ;(3) 地质图地理底图编绘规范 (150 000) (D Z/ T 0157 - 95) ; (4) 国家基本比例尺地形图分幅和编号 ( GB/ T 13989 - 92) ; (5) 中华人民共和国行政区划代码 ( GB 2260 - 90) ;(6) 数字地质图图层及属性文件格式 (征求意见稿) ; (7) 地质图用色标准及用色原则 (150 000) (报批稿) ; (8) 数字地质图图例 、图式 、色标 、线型库 (研究中) ;(9) 地质矿产术语分类代码 ( GB 9649) 。4研究内容(1) 尚未出版或今后新开地质图幅 ,如何在完成填图任务的同时建立数字地质图系统 。(2) 研究出一套应用 GIS 在资料准备 、数据录入 、编辑加工 、成果输出 、出片印刷 、质量监控等方面地质图数字化的工作流程和技术要求 。(3) 做好数字地质图所需经费 、时间 、人力 、工作量等的统计工作 ,为区调工作的宏观管理 提供决策依据 。( 4) 总结在 MA P GIS 环境中 ,4 幅 12 . 5 万作者原图在微机内缩编成 1 幅 15 万作者原图 时 ,图层 、文件名合并变化的问题 ,及保证空间和属性数据精度 、质量问题 。(5) 对 MA P GIS 如何进一步适应 15 万区调数字地质图系统建设提出修改完善建议 。(6) 进行空间和属性数据从 MA P GIS 到 A RC/ IN FO 的转换试验 ,发现问题 ,总结经验 ,找 出两套软件的最佳接合点和转换途径 ,提高区调数字地质图数据的共享程度和使用价值 。5技术路线(1) 空间数据定位坐标系的选择 :底图采用高斯 克吕格投影 、按 6分带 。坐标系统采用所用基本资料的坐标系统 (1954 年北京 、1980 年西安) 。高程系统采用 1985 国家高程基准 。(2) 试验图幅的选择 :要求试验图幅的地理 、地质内容较复杂 ,各种信息量较丰富 ,具有一 定的代表性和典型意义 。拟在河北和山东区调队各选择 1 幅正进行工作的 15 万区调图幅进 行试验研究 ,图幅应含有变质岩 、沉积岩内容 (河北) 和岩浆岩 、火山岩内容 ( 山东) 。已基本完成野外地质填图工作 ,已有 12 . 5 万作者原图和 15 万简化地形图 ,模拟进行今后新开图幅的 数字地质图过程 。(3) 空间和属性数据的输入 、输出 :计算机成图的入口 ,地理部分为 15 万简化地形图 ( 薄 膜图) 或 12 . 5 万简化地形图 (薄膜图) ,地质部分为 12 . 5 万作者原图 (薄膜图) 或 15 万作者 原图 (薄膜图) 。成果图件的输出做到出彩喷地质图和出激光胶片 、打样地质图为止 。图件的输入以扫描仪为主 ,数字化仪为辅 ,主要图件的扫描分辨率要达到 300 线以上 。空间数据的采(4) 对内 、外图框内容的不同处理方法 :要求内图框的内容要严格按要求输入空间和属性数据 ,属性数据应与 15 万简化地形图和地质图对应 。外图框只要求输入空间数据 ,作为一个 独立的图层处理 ,供出完整的地质图使用 ,不输入属性数据 。(5) 软件使用环境 :操作系统 DO S 6 . 22 、Window s 3 . 2 (中文版) ;地理信息系统 MA P GIS ,中国地质大学 (武汉) 开发研制 ;属性数据库管理系统 Visal Fo xp ro 3 . 0 ( 中文版) ; 数据转换试 验软件 A RC/ IN FO 3 . 5 、A RCV I EW 3 . 0 。(6) 硬件使用环境 :扫描仪 1 台 Co ntex FSS8200 A0 幅面 800D P I ; 数字化仪 2 台 Calco mpA0 幅面 高精度 ;主机 2 台 COM PAQ 586/ 133 内存 16M 硬盘 1 . 2 G 以上 ; 彩色喷墨绘图仪 2台 NOVAJ A T A0 幅面 300D P I ,MJ - 1500 A2 幅面 720D P I 。6 地质图图层划分及属性文件格式6 . 1图层 、属性文件名 、标识码编制规则 (略)6 . 2图层划分初步方案(1) 地理底图部分主控图层 ,以 15 万图幅内图廓为边界区 ,区中央标有图幅编号和图幅名称 ,属性表描述区调工作的基本信息 ; 水系图层 ,包括河流 、湖泊 、海岸线 ; 交通图层 ,指简编地形图上的铁路 、公路 、其他道路 ; 居民地图层 ,指简编地形图上的居民地 ,在居民 地附近标注居民地名称 ; 境界图层 ,包括国界 、省界 、县界 ; 地形图层 ,简编地形图上的等高 线和高程控制点 ,高程控制点标注高程 ,不加属性 ,等高线连接高程属性 ,记曲线标注高程 。(2) 地质部分沉积岩层 ,包括点 、线 、面 3 种图类 ,点文件存放地质代号 ,线 、面连接属性 ; 变质岩图层 ,包括点 、线 、面 3 种图类 ,点文件存放地质代号 ,线 、面连接属性 ; 变质相带图层 ,变质相带用空白表示 ,相带间用点 、线分界 ; 侵入岩图层 ,包括点 、线 、面 3 种图类 ,点文 件存放地质代号 ,线 、面连接属性 ; 蚀变图层 ,包括围岩蚀变和岩体蚀变 、混合岩化 ,用区文件 输入 ,区的边界不要线型 ,区内填充蚀变符号 ,蚀变区的宽可不依比例尺 ; 脉岩图层 ,以区文 件输入 ,标注地质代号 ; 断层图层 ,各种断层 ; 韧性剪切带图层 ,用区文件输入 ,区的边界不 要线型 ,区内填充韧性剪切带符号 ; 产状图层 ,包括地层 、面理 、线理 、褶皱轴等各种产状 ,产状符号标注倾角 。 化石图层 ,图面用化石符号表示采集点位置 ; 11同位素年龄图层 ,图面用 符号表示采集号位置 ,标注年龄值和测定方法 ,用分式表示 ; 12钻孔图层 ,图面用钻孔符号表示 钻孔位置 ,标注钻孔深度和钻孔编号 ,用分式表示 ; 13矿产图层 ,图面输入矿床 、矿点符号 ,标注原始符号 ; 14旅游地质图层 ; 15整饰图层 ,输入所有整饰内容 ,不输入属性 。6 . 3 属性数据文件格式与说明 (略)7 工作流程 (图 1)7 . 1对资料的分析研究首先要阅读 、分析 、熟悉图幅内的各种有关资料 ,做到心中有数 ,为下步工作打好基础 。可 初步将资料分为两大类 : (1) 图形资料 ,主要有 12 . 5 万地形图 、15 万地形图 、15 万简编地形图 、12 . 5 万野外地质手图 、12 . 5 万实际材料图 、12 . 5 万作者原图 、15 万编稿原图等 。( 2)文字资料 ,主要有水系 、交通 、居民地等地理资料 ,野外地质记录本 、阶段性工作总结 、地质图说223第 2 期姜义等 :15 万区域地质调查数字地质图系统设计方案7 . 2空间数据的工作流程(1) 图件的预处理 :在图形扫描和矢量化之前 ,可先将要扫描处理的图件复印数张 ,为图件 在机内的矢量化和分层做好前期准备工作 ,具体操作方法如下 。 地理图件 :将 15 万简编地形图复印 2 张 ,第一张用彩笔标绘水系 、境界 、交通图层 ,第二张标绘居民地 、地形等高线图层 。在同一张预处理图上 ,不同的图层用不同的颜色区别 (下同) 。 地质图件 :将 4 幅 12 . 5 万作者原图 ,用复印机缩印成 1 幅 15 万作者原图 ,然后再复印 4 张 。第一张标绘沉积岩 、变质岩 、变质相带 、矿产图层 。第二张标绘侵入岩 、旅游 、同位素图层 。第三张标绘蚀变 、脉岩 、产状 、钻孔图层 。第四张标绘断层 、韧性剪切带 、化石图层 。 填写点 、线 、面参数表 : 直接使用由福建 区调队开发研制的 15 万数字地质图子图库 、线型库 、图案库 、汉字库 、色标库 。参数表中直接填写所使用各要素的编码即可 ,使用时可在微机中直接调用编码进行编图 。(2) 图件的输入 :为保证精度和质量 ,要求扫描的图件尽量使用薄膜图 ,不能折叠 、受潮和 曝晒 。 地理图件 :将 1 5 万简编地形图 ( 1 张全要素版或分要素多版) 扫描成栅格图像的 T IF 文件 ,在微机上按照预处理好的图件和图层划分原则 ,分层进行矢量化并及时存盘 。 地 质图件 :将 4 幅 12 . 5 万作者原图扫描成 4 个栅格图像 T IF 文件 ,然后参照缩印的 15 万作者原图和分层标准 ,在 4 幅图中分别分层进行矢量化 。矢量化完成后 ,将 4 幅 12 . 5 万作者原图 在微机内通过平移 、比例缩放 、旋转等方法进行误差校正缩拼成 1 幅 15 万作者原图 ,同时将4 幅图中每层的 4 个文件合并成 1 个文件 。(3) 误差校正和图形编辑 :应用 MA P GIS 生成的 15 万标准图框和各种误差校正方法 ,对 生成的矢量图形进行套合校正 ,直到精度达到要求为止 。 地理图形 :用标准图框分别和地理图层套合 ,编辑线相交误差 ,对所有线条进行 12 次圆滑 。将各地理图层套合在一起 ,编辑个 别不合理的点 、线 。按照点 、线 、面参数表 ,设定各图素的参数 ,暂时不加注记 。 地质图形 :用 标准图框分别和地质图层套合 ,编辑线相交误差 ,对所有线进行 12 次圆滑 。将各地质图层 套合在一起 ,作整图地质要素编辑 ,按点 、线 、面参数表设定各图素的参数 。将地理和地质各图 层套合在标准图框内 ,加标注 ,并尽量不与地理和地质内容叠压 。(4) 拓扑处理 :将地质各图层中的线文件转化成弧段文件 ,进行自动剪断 自动平差 建 立结点拓扑关系 。然后对各地质内容填上相应的颜色和网纹或图素花纹 。先给子区上颜色再 上母区颜色 。面色参数包括颜色号 、花纹号 、花纹颜色 、花纹角度 、是否交错 。面色有需要修改 的 ,可在编辑系统中进行 ,将面色文件存盘 。(5) 图外整饰 :将图幅外的地层单位划分表 、侵入谱系单位分类 、图例 、解释等内容 ,利用编 辑系统中的造线 、造点 、造区域等功能来完成 。而河流相基本层序 、剖面图 、地质构造图 ,用扫 描矢量化方式录入 、编辑 、上面色 。检查无误后 ,将各部分拼接到地质图周围相应位置上 。最 后可以将所有线存一个文件中 ,点存一个文件中 ,作为一个图层处理 。(6) 输出图件 :在输出系统中形成图幅的工程文件 ,包括地形 、地物 、水系 、地质各版的点 、线 、面文件 。形成工程文件时 ,注意压盖关系 ,一般顺序为地质面文件 ,地形线 、点文件 ,地物线 、点文件 ,地质线文件 ,地质点文件 ,水系面 、线 、点文件 ,方里网 ,分为四色处理后用喷墨绘图7 . 3属性数据的工作流程(1) 编写属性数据库管理系统软件 :本项目中共设计了属性数据库 21 个 ,数据项 144 个 , 各库以标识码为关键字 ,建立数据库及数据库管理软件编制用 Fo xp ro 3 . 0 fo r Window s ,数据 库管理软件功能包括 :文件管理 、数据输入 、编辑 、检索 、报表 、自动质量检查 、数据整理 、数据库 结构管理 、数据库服务等模块 。(2) 属性数据表格的编制和填写 :根据属性数据中的数据项 ,编制属性数据表格 ,然后从搜 集到的文字资料中摘取所需要的内容 ,逐项填写表格 。再按照编写好的程序输入到微机中 ,属 性库中的标识码一定要与各图层预处理图上的标识码一致 。7 . 4空间数据和属性数据的连接将编辑好的地理 、地质各图层中的标识码与整理好的各图层对应的属性数据的标识码 ,用MA P GIS 提供的连接功能进行连接 ,建立一幅完整的具有属性数据内容的数字地质图 。8预期成果(1) 数张 15 万彩色喷墨地质图 、印刷打样图 、专题图 ,属性数据表格及数据盘 。(2) 15 万数字地质图系统试验研究报告及数据盘 。(3) 15 万数字地质图系统技术要求及数据盘 。A D ESI GN SC HEM E OF D I GITAL SYSTEM FO R THE P ROD UCTIO N OF THE 150 000 GEOLO GICALMAP OF REGIO NAL S URVEYSJ iang Yi , Zhang Cho ngshan and Zhao Ho ngwei ( Di v ision of Region al S u rvey , B u reau of Geological S u rvey , M i nist ry of Geology an dM i neral Resou rces , Beiji n g)( I nst i t ute of Region al S u rvey , Hebei B u reau of Geology an d M i neral Ex plorat ion , L angf an