基于MapGIS的探槽数字化成图方法研究

李心玉， 张文国， 肖 娥， 张宏宾

(江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏南京210007)

基于MapGIS的探槽数字化成图方法研究

李心玉， 张文国， 肖 娥， 张宏宾

(江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏南京210007)

在没有相关专业软件的情况下，研究使用MapGIS软件，经过简单的工作程序，实现探槽数字化成图。介绍了将探槽上各要素特征点的野外测量数据在Excel中处理成带有图形坐标的文本数据，然后运用MapGIS软件的投影功能，实现探槽数字化成图的方法。通过在南京市江宁区孟塘普查工作中的实际应用，具体说明该方法的成图过程，旨在提供一种制图思路。

探槽；数字化成图；MapGIS软件；投影变换；Excel软件；江苏南京

0 引 言

随着计算机技术和绘图软件在地质工作中的广泛应用，大部分地质图件已逐步实现数字化成图。探槽素描图作为地质勘查工作中的一种基础性图件，目前已有多种数字化成图方法，主要有：(1) 将野外绘制的素描图进行扫描，校正后进行数字化，该做法费时、费力且精度低；(2) 运用AutoCAD等软件结合一些编程语言实现数字化，但后期存在向MapGIS数据转换的问题；(3) 运用专业软件如数字地质调查系统DGSS(李超岭等，2008)、勘探工程数字化地质编录系统(李永生等，2010)生成探槽图，但这些软件涉及知识产权，一般用户使用困难。

因此，研究如何运用MapGIS软件，利用简单的程序实现探槽数字化成图，对实际工作有着十分重要的意义。

MapGIS作为一种专业地质制图软件，拥有强大的功能，关于MapGIS编绘地质图技术的研究越来越多(张于等，2011)。结合实际工作经验，介绍一种运用MapGIS软件结合Excel完成探槽数字化成图的方法，并以绘制南京市江宁区孟塘探槽素描图为例具体说明成图过程。

1 基本思路

探槽素描图是将槽壁及槽底上界线、产状、标本及样品位置等各类地质编录要素按比例缩小描绘到图上的槽壁、槽底展开图(中国地质调查局，2006)。探槽素描图主要由地形轮廓线、槽底线和基岩线3种曲线组成，这些曲线事实上是由一系列要素特征点勾绘而成。

MapGIS软件可以通过自身“用户文件投影转换”功能，将带有坐标值的文本数据直接展成点文件和线文件。该功能已在绘制剖面图、钻孔柱状图等成图中有所应用(潘洪儒等，2004；刘文杰等，2008；靳皇玉等，2009；王丽娜等，2010)。

同理，可以考虑将探槽各要素特征点的测量数据处理成含有图形坐标的文本数据，然后利用MapGIS的“用户文件投影转换”功能投影到图面，直接生成点文件和线文件，再添加图形必要的要素，最终形成符合规范的探槽素描图，从而实现探槽的数字成图过程。

探槽数字化成图主要包括探槽野外原始编录数据测量、数据转换和探槽素描图成图3个步骤。

2 成图过程

2.1 数据测量

探槽数字化成图所需要采集的数据与传统方法一致，即在野外收集探槽原始编录数据(中国地质调查局，2006；倪大平等，2007)，主要包括：

(1) 基线：基线起点位置、长度l、方位角、坡度角β、朝向(左壁或右壁)；

(2) 探槽轮廓：地形线、基岩界线、槽底线上要素特征点的位置，测量轮廓点越多，地形线、基岩界线、槽底线就越圆滑；

(3) 分层界线：包括地质体、矿体、构造等界线按地质走向在槽壁与槽底交点的位置；

(4) 采样：采样编号、采样位置、采样高度等；

(5) 刻槽样：刻槽样的长度、起始位置和高度等。

这些数据的位置都是以基线为基准、垂直投影的方法测量得到的。设从基线的0 m开始，各点垂直投影到基线上的位置为l(m)(即量尺上的读数)，该点距基线的垂直距离为h(m)(基上为+，基下为-，用标杆测量)。

对于槽底上的各编录要素的特征点，按地质走向将槽壁与槽底交点的位置b垂直投影到基线上得到点b′，该点在基线上的读数为lb′。因为槽底是平面图，所以槽底上要素特征点只有l值而没有h值。

图1 探槽要素点测量坐标(l,h)Fig.1 Measuring coordinate(l,h) of the trench elements

2.2 数据转换

然后以基线起点为图形坐标的原点(0，0)，建立以基线水平投影方向为X轴、垂直于投影方向为Y轴的MapGIS图形坐标系统，将各要素特征点坐标(l，h)转换为一系列MapGIS图形坐标(x，y)。

因为MapGIS默认比例尺为1∶1 000，即1 mm代表1 m。所以坐标转换时需根据实际成图比例尺，设定图形变换参数c，如成图比例为1∶100，则图形变换参数为10。

槽壁上各要素特征点坐标(l,h)可以直接利用下列公式转换：

x=(lcosβ)c

(1)

y=(lsinβ+h)c

(2)

式(1)、(2)中，β为基线的坡度角(±°)，c为图形变换参数。

槽底上各要素特征点的x值根据式(1)直接转换，y值根据槽底距槽壁的间隔而获得。

图2中，地表点A1的图形坐标为(xA1，yA1)。根据规范(中国地质调查局，2006；倪大平等，2007)，设图2槽底距槽壁的间隔为m(>10 mm)，槽底宽n(10～15 mm)，一般槽底绘制成矩形，槽底长为(lcosβ)c(l为基线的长度)，则可得到槽底上要素特征点b的图形坐标y=-m及探槽的4个拐点坐标。

图2 探槽要素点图形坐标(x,y)Fig.2 Graphical coordinate (x,y) of the trench elements

Excel具有强大的数据处理及函数运算功能，能灵活高效地处理大量数据，通过Excel完成相应的计算公式编辑，输入测量数据，就可直接完成这些数据的转换过程，并整理成MapGIS“用户文件投影转换”所需要的TXT文本格式。

2.3 数据成图

MapGIS所能识别的TXT文本需将每个点的坐标值(x，y)分行保存。表示线的一系列坐标点数据需在线尾重复最开始第1个点的坐标，如果需要生成闭合线，则在线尾重复最开始2个点的坐标，多条线之间需要用分隔符隔开。

然后在MapGIS主菜单下点击“实用服务”—“投影转换”—“用户文件投影转换”，打开“用户数据点文件投影转换”界面；打开准备好的TXT文本，指定数据起始位置，并设置分隔符，选择坐标(x、y)所在的列，并在“不需要投影”打勾，选择“生成点”或“生成线”，最后点击“数据生成”。

3 应用实例

该方法在南京市江宁区孟塘普查工作中应用效果很好。选取普查区中较为有代表性的探槽TC04为例，介绍运用该方法实现探槽数字化成图的主要过程。

(1) 根据成图要求，将野外编录数据在Excel中分类整理成相应的数据记录表格，用于测量数据的输入。图3是探槽基点、基线记录表格式、探槽轮廓记录表(部分)和槽底轮廓表，其中TC04有2条基线，分段进行测量，要素特征点的l和h值是以所对应基线为基准测得的相对坐标值，即分别以0和1号点为起始点；而基岩界线是以槽底为基础，直接测量得出基岩厚度D。

图3 数字化成图记录表示意图Fig.3 Sketch map showing digital mapping records

(2) 在Excel中，在对应的单元格中分别编辑公式，即可直接计算得到转换后的坐标。因为要素特征点是分段进行测量的，对于基线1—2上的点，是以1号点为起始点测量所得的坐标，先根据0—1基线的长度和坡度角计算出1号点对于0号点的坐标值，然后进行坐标平移变换，即可得到以0号点为起始点的坐标值。利用Excel完成基线、探槽轮廓线(部分)、槽底等要素特征点的图形坐标计算(图4)。

图4 图形坐标数据示意图Fig.4 Sketch map of graphical coordinate data

(3) 可以将表示基线、探槽轮廓线、槽底等轮廓线的一系列点的图形坐标分别保存为符合MapGIS要求的TXT文本数据，然后用MapGIS的投影功能单独生成相应的点、线文件；也可以通过在多线之间添加分隔符，将这些坐标点数据生成一份TXT文本数据，同时生成以上各种轮廓线(图5)。

图5 生成的TC04基本轮廓线Fig.5 Generated basic outlines of the trench TC04

(4) 处理各种分层界线、采样、刻槽样、产状等的测量数据，可通过该方法或人机交互的方式完成绘制；然后通过MapGIS的自动拓扑、图案填充等功能完成岩性花纹的填充。

(5) 最后，根据实际工作要求，布置其他绘图要素，确定图名、比例尺、标尺、图例、责任表及样品分析结果表在图上的相应位置，设置各种点、线、面参数，使得布局合理，整齐美观，最终完成的TC04素描图(图6)。

图6 孟塘TC04探槽素描图Fig.6 Sketch of the trench TC04 in Mengtang

在应用该方法进行探槽数字化成图时，需要注意以下几方面。

(1) 数据转换时要设定公式(1)、(2)中的图形变换参数c，因为MapGIS默认图形长度单位是毫米，也就是默认比例尺为1 000，即图上1 mm代表的是1 m，所以需要先统一长度单位，然后根据成图比例尺确定参数c。

(2) 对于有多段基线的探槽，各段基线上对应的特征要素点，一般都是以该基线的起始点为端点而测得的相对坐标值，因此需将所有特征要素点的坐标值都转换为以0号点为基准的坐标值。

(3) 通过Excel转换得到的一系列特征要素点的图形坐标(x，y)，在TXT文本中分行保存且必须按照x值由小到大的顺序排列；生成线文件的TXT文本数据，需在线尾坐标重复第1个点坐标值，闭合线要重复最开始2个点的坐标，多条线之间需要以分隔符隔开。

(4) 探槽轮廓线(地形线、基岩界线及槽底与槽壁界线)实际是光滑曲线，所以运用MapGIS “投影转换”变换生成线时，只需将其线参数的线型设置为曲线即可。

4 结 论

(1) 该探槽数字化成图方法首先可以将收集的探槽野外原始编录数据直接进行加工处理，从而大大降低数据处理的工作量。

(2) 该方法不需要编程，只需掌握MapGIS “投影转换”等基本功能和Excel的公式编辑功能，就可以实现探槽图的数字化， 操作简单且效率高，还可根据具体的成图要求设置图形参数进行统一设置，便于后期的图形整饰。

(3) 该方法还可以应用于剥土、坑道等类似剖面的绘制，希望通过该方法的研究和应用，为在有限条件下如何运用MapGIS实现地质数字化成图提供一种制图思路。

靳皇玉，崔亚茹，许祥彬，2009. 应用Excel和MapGIS快速生成地质钻孔柱状图[J]. 吉林地质，28(2)：102-105.

李超岭，杨东来，李丰丹，等，2008. 中国数字地质调查系统的基本构架及其核心技术的实现[J]. 地质通报，27(7)：923-944.

刘文杰，李峰，杨昌正，2008. MapGIS地理信息系统在化探数据处理中的应用[J]. 矿业快报，24(9)：110-112.

李永生，孙焕英，白清，等，2010. 勘探工程数字化地质编录系统的研究与实现[J]. 国土资源信息化(2)：31-36.

倪大平，刘沈衡，2007. 矿产地质勘查工作作业指导书[R]. 南京：江苏省有色金属华东地质勘查局.

潘洪儒，秦振宇，2004. MapGIS在地球化学制图中的应用[J]. 河北地质矿产信息(4)：27-30.

王丽娜，孙中任，赵雪娟，2010. 利用MapGIS绘制剖面平面图[J]. 地质与资源，19(1)：74-75，80.

中国地质调查局，2006. 固体矿产勘查原始地质编录规程(试行)：DD 2006-01[S]. 北京：中国地质调查局.

张于，王玉军，吴夏懿，等，2011. 利用MapGIS编绘地质图的一些技巧[J]. 地质学刊，35(4)：391-394.

Study on the digital mapping method of trench based on MapGIS software

LI Xinyu， ZHANG Wenguo， XIAO E， ZHANG Hongbin

(East China Mineral Exploration and Development Bureau， Nanjing 210007， Jiangsu， China)

It is of practical significance to study the digital mapping of trench with MapGIS under simple procedures, without any professional software. Field measurement data of trench elements were first converted to graphical coordinate with Excel software, and digital mapping was then realized by the ″ projection transformation″ of MapGIS. Taking the Mengtang geological survey in Jiangning of Nanjing as an example, this paper presents the detailed mapping progress of this method in an effort to provide a new mapping idea.

trench; digital mapping; MapGIS software; projection transformation; Excel software； Nanjing in Jiangsu Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.04.669

2016-01-21；

2016-03-07；编辑：蒋艳

江苏省地质勘查基金项目“江苏省南京市江宁区孟塘铜多金属矿普查”(苏财建[2011]425号)

李心玉(1982— )，女，工程师，硕士，地质矿产专业，主要从事地质数字化成图研究工作，E-mail： 27100297@qq.com

P285.1

A

1674-3636(2016)04-0669-05