MapGIS支持下1∶5万地质图建库的关键技术

张银玲，程 钢，王学杰，郭玉祥

（1.中国科学院 新疆生态与地理研究所 ，新疆 乌鲁木齐 830011；2. 河南理工大学 矿山空间信息技术国家测绘地理信息局重点实验室，河南 焦作 454003；3. 河南理工大学 测绘学院，河南 焦作 454003；4.河南省地质调查院，河南 郑州 450001）

MapGIS软件作为地质图建库工具软件，可方便地完成编辑图件存储和海量数据管理，根据需要派生出各种专题图件，成图效率高，易于入库和更新。许多科研人员从自身专业视角研究了地质图建库的方法、流程和成果应用等[1-5]。由于涉及行业众多，加之受视角、应用目的和专业局限性及所采用的应用平台、技术路线不同，造成各类基础信息资源难以共享和互操作。本文从生产实际出发，针对MapGIS软件进行1∶5万地质图建库中的关键技术问题进行了分析和总结，以期为同类应用提供示范作用。

1 1∶5万地质图的建库流程及方法

本文设计的建库方案如图1所示，主要包括数据准备、地质图扫描、扫描精度检查、矢量化、误差校正、分离图层和录入属性等内容。

图1 地质图建库技术流程图

1.1 建库数据准备

完整有效的第一手数据资料，是建立地理信息空间数据库的前提，也是对地理信息空间数据进行空间分析的基础。因此，需要根据所选工作图幅，搜集相关资料，包括出版地理底图、地质图、矿产图、出版原图、实际材料图、工作手图、地质报告、建库人员对标准规范的学习等，为建库工作做充分准备。MapGIS中采用的扫描输入法是目前最有效的地图输入方法之一。在一般情况下，原图纸扫描后会出现扫描误差、倾斜变形等，故要运用误差校正系统校正所需的图件；同时按照规范要求对矢量字库目录、系统库目录和系统临时目录进行设置[6]。其基本过程包括：

1）扫描图形，形成栅格文件。为确保数据精度，图件采用彩色扫描或黑白扫描，彩色扫描必须在150 DPI以上，而黑白扫描必须在300 DPI以上，但为满足精度要求，可依据图件的清晰及复杂程度，适当调整分辨率。扫描原图要尽可能使用新图。扫描后要进行精度检查，若超差则重新扫描。为了便于矢量化，栅格文件可在Adobe Photoshop中将扫描图件旋转水平。

2）阅读图件。从地质图元数据了解地图的相关知识；从图名、图幅代号和经纬度了解图幅的地理位置和图的类型；从比例尺了解地质图上线段长度、面积大小和地质体大小及反映详略程度；从编绘出版日期和资料来源，查明工作区研究史。录入数据之前应认真读图，熟练区分图幅内容，利于提高建库工作的效率。

1.2 矢量化

图形矢量化是对点、线、多边形等图形要素进行空间数据采集，并在MapGIS中建立相应的点(.wt)、线(.wl)、面(.wt)文件。矢量化按地理部分、地质部分和整饰部分顺序进行。地理部分包括内图框、方里网(经纬网)、等高线(先计曲线后首曲线再间曲线)、河流、海岸线、湖泊、水库、道路(先铁路后公路再大车路、乡村路、小路等)等；地质部分包括断层、脉岩、第四系地层、侵入岩、火山岩、非正式地层和其他地层；整饰部分包括柱状图(左侧)、剖面图(中下方)、图例(右侧)和整饰(内图框以外如图名、等高距、比例尺、资料来源、区调单位等)。

线要素的矢量化与编辑是图形录入编辑的重点，要确保线要素图形数据空间位置的精确度及层位、参数的正确性。矢量化时，需将图元按标准参数区分录入，特别注意对属性不同、线型相同的地质界线的区分，以方便后期的空间图形分层和属性赋值[7]。遇到结点要断开，线与线连接时，最好使用捕捉线头线尾的方式，使线连接完好。所有多边形必须闭合，以便为拓扑造面打好基础。为减少操作误差，提高数据精度，一般将图像放大到20倍以上进行矢量化。图形要素的注释参考国家DZ/T0157-95 《1∶50 000地质图地理底图编绘规范》编辑，并注意各要素间的相对位置，尽量避免符号、注记等与线互相压盖，尤其是重要的地质要素，如断层、地质界线、产状等[8]。

图形矢量化完成后，在计算机上对照原图及光栅文件对所矢量化的地图内容进行全面检查，确保与原图保持一致，利用“清重坐标及自相交，清线重叠坐标及自相交”和“拓扑错误检查”等功能对全图所有内容进行检查，做到无遗漏、无错误。

1.3 误差较正

在图形数字化的过程中，由于手工操作误差、数字化设备和扫描仪精度、原图图纸变形等因素，使得输入的图形与理论上的图形位置会有一定的误差，必须进行校正。用于进行误差校正的控制点原则上应不少于25个，且分布均匀，控制点越多，误差变形越小。

MapGIS 的“误差校正”是依据控制点将矢量化图形配准到标准位置。这里的图形控制点是指能代表图形某块位置坐标的变形情况，其实际值和理论值都已知的点，或者是可求得的点[9]。在原图上取经纬网的交点作为校正控制点，为确保精度在编辑校正控制点对话框中把小数位精度下的数字设置为12位，保存“控制点.wt”文件；在MapGIS中打开投影变换，作1∶5万标准图框，作为几何校正参考标准线文件的理论值(如图2所示)。利用系统的“误差校正”功能，将全部矢量的图幅内容校正到系统生成的理论图框上，建立正确的空间位置。误差校正后，如果精度达到标准要求，可拓扑造区。

图2 标准图框参数设置对话框

1.4 图形拓扑

拓扑造区是图形矢量化的关键步骤。在完成图形校正并自检、互检后，若误差在允许误差值范围内，则可进行拓扑关系建立。将所有参与拓扑造区的线文件在输入编辑窗口中合并为1个线文件，并按照以下步骤进行图形拓扑建立：自动剪断线→清除微短线→清除线重叠坐标→自动线结点平差→删除悬挂线→拓扑检查→线转弧度→装入线转弧段文件→弧段拓扑检查→拓扑重建。“自动剪断线”时需设置合理的裁剪搜索半径，该操作不宜超过3次。线拓扑错误检查，直至无任何错误为止，则进行线转弧段，形成闭合的曲线，最后进行拓扑重建。拓扑造区后检查与线文件是否完全套合，若出现偏离现象较多，需重新编辑线文件，直到区、线文件完全套合为止。若局部出现偏离现象，可采用“坐标点可见”功能将线与弧的坐标点对照，编辑修改不吻合处的坐标点位置即可。

拓扑重建后系统自动为区块填充颜色，使得所有相同地层代号的区块变成相同的填充颜色和填充图案，可按地质体代号生成label点，将label点与区文件合并，根据属性赋参数功能给区文件赋颜色，新形成的区文件颜色属性与地质体代号一致。颜色反映了不同的地质体和地质年代，它直接影响地图的表现力和图面效果，因此需参照色表检查颜色与代号是否对应。

1.5 分离图层

矢量化后的点、线、面要素不在相同的图层内，需将点、线、面文件进行图层分离。在矢量化的过程中按规范分层矢量化点文件；线文件可根据线参数剥离文件，从已建立拓扑关系总线文件中单独提取断层和韧性剪切带然后进行其他各线分层；区文件可以赋予过渡属性，通过属性值进行分层，或直接按区颜色属性值剥离图层。图层分层是建库中一个主要环节，要严格按照地质内容正确归类分层。文件分层后如检查有错误，需返回重新分层。

1.6 属性录入

属性用来描述各地物的特征，图形只有和属性正确挂接后，才能建立完整的要素对象。MapGIS系统提供了多种灵活实用的属性录入方法：①直接打开属性库管理，对各个图层的属性结构进行编辑，然后根据结构分别录入属性内容，该方法适合图元数较少的属性录入；②根据属性字段链接，在编辑窗口中编辑属性结构，根据参数赋属性进行录入；③MapGIS外挂数据库，如DBASE、FOXPRO、Access等，通过数据库生成记录与属性库进行连接。

1.7 投影变换

为了保证数据的完整性和易交换性，需对数据统一空间参考系统进行投影变换，按要求1∶5万地质图建库提交数据格式为高斯投影与经纬度数据。将原地质图北京54坐标系转换为西安80坐标系，并提供其经纬度数据；高斯投影坐标以km为单位；经纬度投影坐标选择°为单位，投影椭球参数与原图投影保持一致。数据检查无误后进行投影转换，可单个文件也可成批文件投影转换。在“投影文件/目录”按钮下，“按输入文件”一次可选定多个文件同时转换。

1.8 成果数据提交

提交的数字化成果需要进行质量检查，对MapGIS格式的所有图层进行逐项检查，重点是空间数据精度、属性精度、逻辑一致性、数据的正确性和完整性以及图形整饰质量等。成果数据采用光盘介质存储提交，具体包括原地质底图坐标数据、西安坐标系数据及经纬度3套数据、彩色喷绘全要素地质图及各种文档资料。数据库成果必须是严格按照相关标准规范建立的数据库，全要素图形文件与原图保持一致。

2 建库过程中的常见错误及解决方法

2.1 线弧段一致性错误

线弧段一致性错误是指不同图层共用界线的套合一致性错误，即构成地质图要素间的同一地理位置的线和弧段在空间位置或点的个数存在不一致[10]。该错误多由于软件自动剪断线出现连接错误或不同图层的线、弧段未同步修改。其解决方法是在MapGIS工程文件中同时打开错误报告文件和所有相关的线、区文件，包括地质界线、断层、非正式地层单位、脉岩、沉积岩、变质岩、侵入岩、水体、水系等，将窗口尽可能放大，再使用移动点工具或节点平差将其修改一致。

2.2 线面套合不一致错误

线面套合不一致是指地质界线和面文件存在明显的位置偏差，在错误等级中属于致命缺陷。它与线弧一致性错误很相似，但其位置偏差比较明显。该错误多是由于后期的编辑处理工作中没有将窗口放大到无穷倍对线面文件同步编辑或误操作产生。它可以借助辅助工具软件检查，并通过2种方法进行改正：①重新建立图形拓扑文件，再进行文件剥分图、层赋属性；②将窗口放大无穷倍进行编辑修改。后一种方法较容易出现错漏，不建议采用。

2.3 全角半角与大小写错误

在采录属性时，按相关要求同一字段项中汉字之间的连接符用全角符号，英文与数字之间的连接符用半角符号[11]。例如，“-”、“～”、“空格”、“<”、“>”等均存在全半角的问题，其中连接符“-”最易出错；此类错误的检查相对困难，对于其检查和修改需要逐条进行。因而需要制图人员熟悉注意事项，在采录属性时仔细录入，尽量将错误消除在第一阶段。在空间数据库的应用中如查询、检索时需要输入条件，而条件一般对全半角是有区别的，即属性是全角时输入条件用半角就得不到正确结果。地质图中对地质年代号的大小写书写要求相对严格，不同的标记符号代表了特定的地质意义，与其对应的属性中也应当注意大小写书写规范，不能随意变化。此类错误的检查修改与全半角错误类似。

2.4 投影参数和TIC点参数错误

TIC点是图幅的经纬度坐标控制点，即用户己知其理论值的点。通过TIC点可将不同图层的要素配准到同一个坐标系统上，并确定用户坐标系和投影坐标系的转换关系。TIC点参数或投影参数不正确，将会导致最终投影结果错误。使用“投影转换→当前文件TIC点→显示TIC点”，检查TIC点是否存在错误，若有误，可以使用MapGIS投影系统中的“文件间拷贝投影参数、文件间拷贝TIC点”功能将具有正确参数的文件拷贝到相应的文件中，如图3所示。

图3 文件间拷贝TIC点截图

3 结 语

本文对MapGIS支持下的1∶5万地质图建库流程、数据准备、矢量化、误差校正、图形拓扑、分离图层、属性录入、投影变换等关键技术进行了总结，对建库中的线弧段不一致、线面套合不一致、大小写区分、参数错误等常见问题进行了详细分析及解答。随着MapGIS功能的升级和发展，地质图的建库工作必将越来越方便，但也将面临新问题，因此涉及的关键技术问题还需要不断完善和发展。

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