地形圖縮編技術在地質調查底圖生產中的應用

答星，吳克友，單靜，楊曉東

(武漢市測繪研究院，湖北武漢 430022)

地形圖縮編技術在地質調查底圖生產中的應用

答星?，吳克友，單靜，楊曉東

(武漢市測繪研究院，湖北武漢 430022)

以武漢市城市地質調查底圖生產項目為例，詳細介紹了1∶1萬地形圖更新縮編1∶2.5萬和1∶5萬地形圖的技術路線，針對地形圖縮編生產及質量檢查中發現的問題，做了一些分析和探討。總結了多種要素的更新縮編方法，從而極大減少手工工作量，提高生產效率，并結合生產流程中的部分環節和問題進行了思考與闡述。

縮編更新；數字線劃圖；地圖綜合技術

1 引 言

隨著“十二五”進程深入，大武漢的復興規劃重回國家戰略視野，把武漢建設成為國家“中心城市”，奠定了未來武漢在國家發展大局中的重要地位。隨著武漢建設規模的擴大和延伸，由地表向地下空間拓展，對地質背景、空間資源、環境容量等地質工作需求變得越來越廣泛和迫切。為了有效推進“武漢城市地質調查項目”實施，做好城市地質調查、地質災害防治及礦產資源管理技術支撐等工作，武漢市測繪研究院成立了地質調查工作專班，工作內容主要包含工程地質調查與勘探、水文地質調查與勘探、基巖地質調查、環境地質調查四個專項，數據涉及基巖地質、水文地質、工程地質、環境地質等多個方面。地質調查工作區域設計都市發展區、中心城區和開發區的工作精度為1∶2.5萬，新城區的工作精度為1∶5萬，因而利用縮編過的1∶2.5萬和1∶5萬地形圖作為地質調查底圖能為地質調查專業數據提供定向、定位的骨架和控制基礎，便于展示專題現象的分布與周圍地理環境的相互聯系和相互制約的規律，地理底圖是地質圖的重要組成部分，也是編制地質要素的基本骨架。本文采用測繪領域內的先進技術，將遙感技術與地圖縮編技術結合起來，并利用多種軟件提高了更新生產的效率，根據生產技術方案，探討并介紹了縮編更新的技術流程和關鍵技術。

2 地圖縮編概念和地理底圖的應用現狀

地圖縮編是根據已測制的大比例尺地形圖和其他資料，通過一定的編繪法則和標準來編制比例尺較小的地圖。地質圖在地圖學的分類中屬于專題地圖，地質圖能夠比文字更清晰直觀的表達各種地質體之間的關系，一目了然地反映出區域地質基本特征的時、空分布規律[1]。傳統地理底圖編制工藝方法有兩種:一是利用大比例尺地圖資料縮編小比例地理底圖，二是利用同比例尺地圖資料進行等比例編制地理底圖[2]。當前，國際地質現狀和發展趨勢主要有以下特點:強調國家地質圖件的重要性；由專業性圖件向實用性圖件發展；由單一地質類圖件向多學科系列圖件發展；由地區性、國家級圖件向洲際及全球性圖件發展；由地表地質圖向反映深部地殼結構圖件發展；在圖件結構、表現形式上進行了諸多改革；利用地質圖件普及地質科學知識；由手工制圖走向計算機數字制圖[3]。地質制圖的國外軟件主要包括ArcGIS、MapGIS，國內包括Geoway，DoMap軟件，同時2D數字地質圖還向3D地質模型圖的方向發展，其中SRTM DEM軟件能增強圖件的立體感和可讀性，利用DEM可以對制圖綜合中水系的選取是否合理、地質界線對比等進行驗證，以增強地質圖件的精度，能為勘察過程中的勘探部署、臨時用地占道、交通協調等工作提供參考數據。

3 地圖縮編的關鍵技術

3.1 線狀地物的處理方法

本次縮編生產過程中，較大一部分工作都是針對線狀地物要素處理。以線狀要素中的水系要素為例，主要通過資格法選取，同時要考慮連貫性問題。以1∶2.5萬和1∶5萬地形圖中雙線河流寬度為例，大于0.4 mm是用雙線表示，不足0.4 mm用單線表示，而1∶1萬地形圖中的河流單雙線表示則以0.5 mm(實地5 m)為分界，這類線狀要素取舍需要熟悉對比不同比例尺縮編的規范，利用資格法進行區分。線狀要素的連貫性問題則主要表現在同一編號的要素分岔情況和同一編號的要素不連通兩個方面，筆者則通過核查原數據可以解決分岔問題，但對于不連通的情況，還要具體分析，如相同編號的道路通過更高等級的道路不連通為合理，而通過低等級的道路則需要核查相關資料判斷。縮編后的線狀要素線型可以利用ArcGIS中的Simplify Line工具自動平滑處理也可以通過人工處理，其中人工處理過程主要包括線形化簡處理、線狀地物移位及壓蓋三個問題[4]。線形化簡處理可解決因比例尺縮小而帶來的難以分辨的彎曲程度或簡化過度妨礙了主要特征的顯示的問題，可通過自動刪除、合并的方法化簡或手工編輯夸大特征的方式保留特有的形態。線狀地物移位和壓蓋問題則依據相關制圖規定，如各地物最小間隔小于0.2 mm的，需進行移位繪出，移位前考慮主次問題，保證主要地物不動。壓蓋問題如鐵路和公路交叉時，鐵路符號不間斷，公路接在鐵路上，即鐵路壓斷公路表示。

3.2 面狀地物的處理方法

整個縮編項目對于面狀地物(如居民地、湖泊、水庫、坑塘)的處理主要考慮圖斑類要素的縮編工作。不同要素層的面狀圖斑在圖上應構成封閉的面，因此在勾描輪廓線時需要注意線條的閉合，以避免要素間出現交叉、錯位、斷頭的現象，使邊線能構成精確閉合的面域。縮編過程中可以綜合利用資格法和定額法對1∶1萬中的面狀地物進行取舍，如利用資格法判斷湖泊面積小于8 000 m2的可舍去不表示；對密集均勻分布的同類圖斑如池塘，考慮圖幅荷載，也可以根據定額法取舍。對需要融合的小圖斑可根據相同屬性、容差范圍滿足相應比例尺縮編規范的要求，利用FME軟件中Dissolver、featuremerger、area on area overlay等函數自動將分離的小圖斑合并到鄰近的滿足條件的大圖斑中，并統一圖斑屬性[5]。但由于不同比例尺地形圖的綜合指標的不同，部分地物不僅無法自動合并處理，還需要通過人工判讀進行線型和屬性的變更，如1∶1萬地形圖中依比例尺符號表示的房屋，在1∶5萬地形圖可能以不依比例尺符號表示。對于面積小于一定指標但有具有一定方位意義的面狀區域，如墳地面積小于圖上4 mm2的，則改換用獨立符號表示，不能簡單的依據指標刪除或綜合處理。對于面狀地物中設置植被符號表示時，作業時一般按圖式表示的間隔配置符號，而圖斑面積較大時，符號間隔應放大1倍～3倍，同時可加注注記表示，以提高判讀效率。

3.3 數字注記的精度處理方法

由于1∶2.5萬比例尺地形圖中數字注記類型的精度要求和1∶5萬的比例尺地形圖有一定的區別，如1∶2.5萬的高程注記保留1位小數，而1∶5萬的比例尺地形圖中高程注記取整，因而需要對數字注記類圖層進行處理。圖幅內測量控制點相對較少，三角點、水準點、衛星定位點等縮編處理時，點符號及注記只是放大表示且無需處理小數點問題，因而宜采用人工取舍方式，保留高等級的點位注記。對于分布較多的高程點這類需要處理的小數點精度的點，宜通過圖層提取，筆者利用ArcGIS中的round或FME軟件中的Coordinate Rounder函數四舍五入截取坐標后的小數到設置的精度。1∶2.5萬、1∶5萬比例尺地形圖的高程點數量密度在平原、丘陵地以10個～20個/100 cm2為宜，因而在通過1∶1萬地形圖更新1∶2.5萬地形圖的過程中，筆者首先通過利用ArcGIS軟件的resample函數實現高程注記點的預處理，按面積均勻提取高程點及注記，同時對地形變化較大區域再適當人工補增一些高程注記點。該方法還適用于其他獨立地物的選取，如輸水渡槽、輸水隧道、涵洞等，從而減少成圖的負載。

3.4 等高線數據的自動綜合方法

一幅地形圖內通常以主要地形選取一種基本等高距，以1∶1萬比例尺地形圖丘陵地形為例，等高距為1m，而1∶2.5萬和1∶5萬比例尺地形圖丘陵地等高距分別為5m和10m。利用已有1∶1萬數據源中等高線數據綜合縮編到1∶2.5萬及1∶5萬圖幅數據時，等高線的抽稀取舍及等高線節點的綜合刪減問題是提高縮編更新效率的難點。對于等高線的抽稀取舍問題，筆者利用MicroStation提取已入庫Dgn格式的等高線及注記圖層，由于原圖內等高線缺少高程屬性，因此要根據已有注記圖層，利用指定等高線高程等工具對各條等高線進行批量賦值。然后利用FME軟件中的String Searcher函數對已賦高程屬性的等高線，按基本等高距進行提取，最后分出計曲線、首曲線等圖層。等高線節點綜合刪減問題，筆者借助Geoway平臺的Gentools工具，根據不同的地形類別和地形特點選擇不同的參數，該方法相較ArcGIS中設置統一參數進行節點批處理刪減的方法更有利于表現地形的局部特性[6]。

4 項目情況簡介及技術路線

4.1 項目情況簡介與技術規范

根據武漢市城市地質調查工作的要求，需提供都市發展區約3 326 km2范圍內1∶2.5萬及1∶5萬比例尺地形圖作為工作底圖。涉及主城區、武漢經濟開發區、東湖開發區共1 517 km2的1∶2.5萬數據和6個遠城區共1 809 km2的1∶5萬數據，縮編區域范圍圖如圖1所示。

圖1 縮編區域范圍圖

為銜接武漢市的系列比例尺地形圖，地圖投影采用高斯-克呂格投影，按3°分帶，38帶，中央子午線為114°。平面坐標系統采用1954年北京坐標系，高程系統采用采用1985國家高程基準，全區地形以平地、丘陵地形為主，基本等高距及注記數量依據國標1∶2.5萬、1∶5萬、1∶10萬地形圖圖式[7]規定，如表1所示。

基本等高距 表1

分幅和圖號命名參考國家地形圖分幅標準與特點，結合武漢市測繪研究院1∶2 000、1∶5 000、1∶10 000地形圖分幅規則，依據《武漢市1∶2.5萬1∶5萬1∶10萬地形圖要素分類編碼及數據庫標準》采用40 cm×40 cm正方形分幅，每幅1∶2.5萬地形圖為100 km2，每幅1∶5萬地形圖為400 km2。1∶2.5萬，1∶5萬地形圖的代碼均以1∶10萬地形圖代碼“D”為基準，地形圖分幅西南角XY坐標值百千米數為基礎來分幅編碼，圖號命名規則如X(代碼)-XXX(X百千米) -XXX(Y百千米)—X(基準碼)—X(順序碼)，基準碼為圖幅比例尺的下一比例尺的編碼，編碼實行從左到右，從上到下，大小以1～4依次順編[8]。

4.2 項目技術路線與縮編原則

由于現有1∶1萬和1∶2.5萬的地形圖的現勢性已不能滿足基礎圖件要求，根據《武漢市利用1∶1萬地形圖縮編1∶2.5萬萬地形圖工程項目技術設計書》，采用2012年的1∶1萬正射影像圖對都市發展區內1∶2.5萬地形圖進行比照，對新增的道路、鐵路、建筑及搬遷的居民地、大面積用地性質改變的進行描繪(圖上面積不小于4 mm2)，對錯漏要素和刪除地物在原圖面進行標注更新；描繪時按地類要素分層描繪，從而減少編圖工作量，對影像判讀不清晰的變化區域參考最新版的1∶2 000地形圖，并利用更新后的1∶2.5萬地形圖數據縮編1∶5萬地形圖。底圖生產流程如圖2所示。

圖2 底圖生產流程圖

本工程涉及1∶2.5萬地形圖28幅，1∶5萬地形圖16幅，縮編取舍原則依據國標1∶2.5萬、1∶5萬、1∶10萬地形圖編繪規范中的取舍原則，地物、地形(地貌)的綜合取舍遵從從主到次、從高級到低級、從整體到局部的原則，保證主要的、高等級的、具有整體意義的地形、地物的完整和位置正確[9]。對于城鎮居民地的編繪、街區內房屋的綜合取舍，保留其外圍輪廓和街區平面圖形的特征以及房屋走向、位置、排列的特點。隨著比例尺縮小，道路、水系符號寬于實地大小并與居民地發生矛盾時，應保證水系、道路位置的準確，移動居民地，同等重要地物矛盾時采取相互移位。農村道路的取舍應根據地理位置的實際意義而定，村與村之間一般至少應選取一條主要連接道路。獨立地物應根據重要性和分布密度選取，一般具有方位意義的地物應表示。地形、地貌編繪應正確表示自然形態和基本特征，如山頂、山脊、鞍部、斜坡、谷地等要素[10]。

5 結 論

此次地質調查底圖生產工作縮編更新量大、工期緊，從數據組織到成圖交付總時耗約為1月，完成了都市發展區約1 517 km2的1∶2.5萬地形圖數據和1 809 km2的1∶5萬地形圖數據更新縮編工作。成果通過了精度評定與質量檢查，及時為武漢城市地質調查工作提供基礎數據支撐。利用地質調查工作成果，可為武漢市第四紀地質專題調查、地下空間開發利用適宜性研究、基于GIS的地質災害風險評價等多個科研專題奠定決策依據。本文圍繞多比例尺制圖綜合編繪技術和要點進行闡述，制定“先更新，后縮編”的工作方案，并實行“二級檢查，一級審驗”制度加強中間環節的質量控制。為進一步提高生產效率，筆者總結了縮編生產環節中的若干技巧，提高了縮編更新技術水平和應急保障服務水平。

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[9] GB/T 12343.1-2008，1∶25000 1∶50000 1∶100000地形圖編繪規范[S].

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Discussion on Generalization Technology in Base M ap Production of Geologic Survey

Da Xing，Wu Keyou，Shan Jing，Yang Xiaodong
(Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China)

Taking the base-map production of theWuhan geologic survey as an example，themethod of downsizing 1∶25000 and 1∶50000 topographic maps was detailed in the paper.Some problems in map generalization and quality control techniques have been developed and summarized.The generalization method involving several elements used for updating and reducing the scale was summarized，which could reduce manual work consumedly and improve work efficiency.The problems combined with actual processwere also expounded and discussed.

generalization and updating；digital line graphic；map generalization technology

1672-8262(2013)05-19-04

P208.1

B

2013—02—07

答星(1983—)，男，工程師，主要從事數字影像生產與開發應用工作。

精密工程與工業測量國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金(PF2011-6)