MapGIS软件在地质图数字化中的运用分析

蒋荣斌

（天津城建大学地质与测绘学院，天津 300380）

0.引言

地质制图是地质工作的重要组成部分, 是地质工作重要成果的展现, 全过程参与在地质工作中。随着科学技术的快速发展，MapGIS 软件在地质图数字化中的作用也渐渐引起业界重视。传统的地质制图过程数据处理复杂,成图周期长,工作效率低，劳动强度大,不便及时更新修改，不能满足现阶段城市发展需求。MapGIS 是中国地质大学自主研发的具有自主版权的地理信息系统软件平台,是集数字制图、空间分析及数据库管理为一体的空间信息系统,主要特色功能如下，图形输入简单易操作、可靠,广泛适用于各类地质工程需求。具备强大的制图管理功能,可实现数千幅地图的拼接, 也可以制作编辑精度相对较低的地图。MapGIS软件具备高效的数据库管理系统, 可实现图形数据与应用数据一体化管理。查询分析功能齐全可实现空间分析与查询功能。MapGIS 软件在地质图数字化制图中的运用可实现地质图形操作简化, 满足数字图形的精度要求，而且地质图绘制效果还可以得到提升。

1.数字地形地质图中MapGIS 软件的应用要点

1.1 基本应用要点

在MapGIS 软件的应用中，为实现更加系统化的MapGIS 软件制图，准备工作不容忽视。整合地质图形的底稿，输入图形底稿的相关信息后，做好相应备注。底稿需要使用扫描仪全方位扫描，向系统中输入更清晰的底稿内容，为图形的矢量转换提供支持。MapGIS软件中的编辑图形模板功能是较为重要的应用，原稿文件存储需按照原有的格式进行，图形精确度不变属于变形处理的前提，同时，需基于实际要求生成地质图，图像完善可采用子图库的方法。具体编辑需结合图形的属性情况，优选地质图像模式并明确测绘工作质量[1]。

1.2 数字栅格地图数据库的应用

作为一种空间型地图数据库。在地质图数字化处理的过程中，数字栅格数据库可在地质测绘中提供很大程度的帮助。图形文件中的大量信息必须得到重视，如物探信息、测量信息、地质信息，这类信息关联密切、互为补充，可通过MapGIS 图层管理功能，对不同类型的图形文件进行区分管理并进行不同类型图形文件目标制作。对于数据目录，数字栅格数据库可进行DRG管理，实现数据分发。数据库内可实现最小单位的数据检索和存储，即图幅，管理数据库也可以图幅为单位实现。在MapGIS 软件的支持下，基于已有的工作区域的内图形文件，如卫星遥感图片、地形图、聚脂薄膜底图、人工绘制的图纸，开展统一扫描实现格式统一。

1.3 制图效果的应用

围绕MapGIS 软件的制图效果进行分析可以发现，其在地理数字数据完善、提高数据应用效果和准确度方面的表现较好，同时在地质研究过程中发现软件的空间分析功能能够发挥作用。软件的空间分析功能可基于地理空间位置和数据的关系，提升研究的深度和广度。如应用电子沙盘系统，可结合完整收集的勘测地区三维地形数据，以提升电子沙盘系统实用性。创建DEM 数字高程模型，并加入地理属性数据与遥感数据，可提供强大的可视化环境。模型还能够实现三维交互地形更直观地展示，并较好地服务于三维透视景观图形生成[2]。

1.4 图形的属性管理

需从专业图形属性管理系统、数字地形地质库建设两方面入手，进行图形的属性管理。通过建立动态属性库，结合用户需求缩小或扩大属性库字段，修改字段名称，并结合分层分色的原理，即可完成包含属性值的图形绘制，如矿体倾斜程度、巷道面积和所属体系等。同时MapGIS 软件图形属性管理功能的，可实现交通、岩性范围的解释；数字地形地质库建设同样可应用MapGIS 软件，图纸入库的数据误差校正、图库管理子系统针对性建设、矢量化后数据图形的数字接边处理等需求均可在该应用下实现[3]。

2.实例分析

2.1 项目概况

为提升研究的实践价值，本文以天津市北部山区三维地质建模作为研究对象，本区地貌主要以山地为主，地质条件复杂，断裂纵横交错，存在地质灾害隐患，地质资料稀缺。研究区面积为755km2，南北高差在1000m 左右，北部为山区，南部为平原，地势呈北高南低趋势。为明确地质构造，建立基岩地质三维结构模型，研究采用了MapGISK9 软件，以此编制建模方案、钻孔数据库，并通过全区数字高程模型建设、地质剖面绘制，最终完成了基岩地质三维结构模型的构建，MapGIS 软件在这一过程中发挥着关键性作用。

研究基于新一代MapGIS 平台（MapGISK9）展开，该平台属于的天津市三维可视化城市地质信息管理与服务系统，平台将地质调查工作与信息化相融合，结合天津市地质工作实践，充分应用大规模存储技术、计算机技术、空间信息技术、多媒体技术，采用C/S 和B/S相结合的模式，同时具备相互关联的数据共享与发布体系、数据分析评价体系、基础数据获取体系，能够同时面向社会公众、专业人员、政府管理，具备显示、应用、分析、管理、采集、存储等强大功能。MapGISK9 平台存储有近50 年来天津市的地质成果资料，本文研究也依托该平台的天津城市地质调查成果数据库展开。MapGISK9 平台由基础数据获取体系、数据分析应用体系、信息共享发布体系组成，其中,天津市城市综合地质信息数据库包括元数据、成果数据、模型数据、地质专题数据、基础信息数据，MapGIS 城市三维地质应用支撑平台能够提供查询统计、三维地质建模、专业图件生成、三维模型可视化、专业分析评价、三维模型分析、报表制作输出、权限管理功能，城市地质多元服务／用户体系可为社会公众、研究机构、企事业单位、政府部门提供服务。

2.2 总体思路

在基于MapGISK9 软件的三维地质建模实践中，需应用软件的两个三维建模功能，包括基于交叉剖面的交互式建模方法和以控制性钻孔为主的多源数据自动地层建模方法（如图1 所示）：

图1 交叉折剖面建模流程示意图

研究利用的资料包括天津市地形等值线图（1∶10000）、天津市基岩地质图（1∶250000）、第四系厚度等值线图（1∶100000）、天津市北部地区钻孔。由于研究区宏观地质背景资料缺乏，仅存在平面地质图基础数据，因此基岩地质剖面绘制采用图切地质剖面的方式。在MapGISK9 软件的“高程库管理”和“DTM 分析”两个子系统支持下，即可实现地形线的自动绘制，地质图上丰富的产状信息则可较好服务于地层和断裂绘制，辅以专家经检验纠正，最终得到精度较高的剖面图。

2.3 剖面布设方案

为减小误差，保证三维模型质量，剖面布设严格遵循范围控制全区、模型精度控制、兼顾建模工作量和模型实用性三方面原则。范围控制全区原则指的是尽量要控制全区完成剖面布设，区外围剖面也需要尽可能全面覆盖；模型精度控制原则指的是网格剖面之间间隔需小于平原区1 倍以上，重点表达地层地区则需要针对性插密剖面；兼顾建模工作量和模型实用性原则需规避剖面布设太过密集问题出现，以此适度控制交互式建模单元网格和三维模型容量。（如图2 所示）:

图2 剖面布设示意图

2.4 基岩地质三维地质建模

在具体的基岩地质三维地质建模实践中，需开展平面地质图整饰处理、编制钻孔数据库、绘制地质剖面、进行基于交叉折剖面建模。平面地质图整饰处理需围绕地层界线和断裂、岩体精简展开，以此保证图幅边缘的断裂线或地层界线穿过剖面线，同时忽略北部山区小型的侵入岩体构造；钻孔数据库编制基于420 个钻孔数据展开，钻孔基本分布于相对地势较低地区，深度多在几十米到三、四百米之间，山区钻孔资料较少，以此基于Access 数据库编制包括基岩地质钻孔基本情况表、基岩地质钻孔地层岩性表（如表1 所示）：

表1 基岩地质钻孔地层岩性表

地质剖面的绘制需首先完成DEM 数字高程模型的建立，具体需提取大于研究区的地形等值线并开展整饰处理，在陡坎处进行连接，基于实际的情况对高程值缺失地区进行插值，完成高程属性挂接，完成整理后即可应用MapGISK9 软件DTM 分析模块的点线栅格化功能完成数字高程模型建设。剖面框架绘制需利用软件的高程剖面分析功能，具体绘制需以数字高程模型为基础，沿着设定的剖面线，并保证选择的地形高程点能够表示和控制地形变化特征，为将这类地形高程点投影到以某一高程为基准线的剖面上，需结合地质图的比例尺大小，依次连接。剖面地形线上的轨迹线绘制需结合剖面线交叉点的位置，相应属性内容需录入每条轨迹线上。空间定位上三维剖面的基准线为轨迹线，轨迹线的属性记录三维空间信息，包括孔口标高、纵坐标、横坐标、钻孔编码、MPLAYER、MPLENGT 等。考虑到收集钻孔深度均在1000m 内，建模底板标高设定为－1000m，随之完成地层界线和断层绘制，并针对性修改地层界线，即可最终完成地质剖面的绘制。在具体的地层界线和断层绘制中，为确定第四系地层在每条轨迹线上的厚度值，需利用第四系等值线图和钻孔的方法，第四系地层的绘制需采用插值的方法。在天津市基岩地质图（1∶250000）上，需对各地层界线交点与组成交叉网格剖面线的距离进行计算并记录，平行线为宽度做剖面线起点垂向基准线，由此从地层界线与平行线交点出发，地层界线即可根据岩层产状完成绘制。断层线绘制采用的方法与地层界线类似，从断裂线与平行线交点出发，结合断裂产状绘制断层线，断层两侧地层线需基于断层位置针对性调整。此外，还需要围绕420 个钻孔开展数字化处理，以此对地层界线进行修改，需选择绘制的地层线与剖面线上及附近的钻孔进行对比并修改，剖面精度可由此进一步提升；基于交叉折剖面建模需针对性开展交叉剖面、交互式地质面建设，由此搭建、合并单元块体，即可最终完成建立模型，（如图3 所示）：

图3 北部山区三维模型示意图

3.结束语

综上所述，MapGIS 软件可较好用于数字地形地质图中。在实现基岩地质三维结构模型的构建过程中,建立了图形和属性数据相结合的数据库, 可实现地图数据分层管理；实现了地图信息查询、编辑、管理、采集统计和分析等功能。同时借助MapGIS 软件,缩短了地质三维模型的构建周期,提高了地质图件的应用价值。为更好发挥MapGIS 软件优势，必须认识到基于平面地质图的剖面生成方法尚不够完善，MapGIS 软件绘制的地质剖面在一些时候无法较好应对地质条件的复杂性，需人工进行修改，这类问题的解决将成为笔者后续研究目标。