基于MapGIS的探槽數(shù)字化成圖方法研究

李心玉， 張文國， 肖 娥， 張宏賓

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007)

基于MapGIS的探槽數(shù)字化成圖方法研究

李心玉， 張文國， 肖 娥， 張宏賓

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007)

在沒有相關(guān)專業(yè)軟件的情況下，研究使用MapGIS軟件，經(jīng)過簡單的工作程序，實現(xiàn)探槽數(shù)字化成圖。介紹了將探槽上各要素特征點的野外測量數(shù)據(jù)在Excel中處理成帶有圖形坐標的文本數(shù)據(jù)，然后運用MapGIS軟件的投影功能，實現(xiàn)探槽數(shù)字化成圖的方法。通過在南京市江寧區(qū)孟塘普查工作中的實際應(yīng)用，具體說明該方法的成圖過程，旨在提供一種制圖思路。

探槽；數(shù)字化成圖；MapGIS軟件；投影變換；Excel軟件；江蘇南京

0 引 言

隨著計算機技術(shù)和繪圖軟件在地質(zhì)工作中的廣泛應(yīng)用，大部分地質(zhì)圖件已逐步實現(xiàn)數(shù)字化成圖。探槽素描圖作為地質(zhì)勘查工作中的一種基礎(chǔ)性圖件，目前已有多種數(shù)字化成圖方法，主要有：(1) 將野外繪制的素描圖進行掃描，校正后進行數(shù)字化，該做法費時、費力且精度低；(2) 運用AutoCAD等軟件結(jié)合一些編程語言實現(xiàn)數(shù)字化，但后期存在向MapGIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問題；(3) 運用專業(yè)軟件如數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)DGSS(李超嶺等，2008)、勘探工程數(shù)字化地質(zhì)編錄系統(tǒng)(李永生等，2010)生成探槽圖，但這些軟件涉及知識產(chǎn)權(quán)，一般用戶使用困難。

因此，研究如何運用MapGIS軟件，利用簡單的程序?qū)崿F(xiàn)探槽數(shù)字化成圖，對實際工作有著十分重要的意義。

MapGIS作為一種專業(yè)地質(zhì)制圖軟件，擁有強大的功能，關(guān)于MapGIS編繪地質(zhì)圖技術(shù)的研究越來越多(張于等，2011)。結(jié)合實際工作經(jīng)驗，介紹一種運用MapGIS軟件結(jié)合Excel完成探槽數(shù)字化成圖的方法，并以繪制南京市江寧區(qū)孟塘探槽素描圖為例具體說明成圖過程。

1 基本思路

探槽素描圖是將槽壁及槽底上界線、產(chǎn)狀、標本及樣品位置等各類地質(zhì)編錄要素按比例縮小描繪到圖上的槽壁、槽底展開圖(中國地質(zhì)調(diào)查局，2006)。探槽素描圖主要由地形輪廓線、槽底線和基巖線3種曲線組成，這些曲線事實上是由一系列要素特征點勾繪而成。

MapGIS軟件可以通過自身“用戶文件投影轉(zhuǎn)換”功能，將帶有坐標值的文本數(shù)據(jù)直接展成點文件和線文件。該功能已在繪制剖面圖、鉆孔柱狀圖等成圖中有所應(yīng)用(潘洪儒等，2004；劉文杰等，2008；靳皇玉等，2009；王麗娜等，2010)。

同理，可以考慮將探槽各要素特征點的測量數(shù)據(jù)處理成含有圖形坐標的文本數(shù)據(jù)，然后利用MapGIS的“用戶文件投影轉(zhuǎn)換”功能投影到圖面，直接生成點文件和線文件，再添加圖形必要的要素，最終形成符合規(guī)范的探槽素描圖，從而實現(xiàn)探槽的數(shù)字成圖過程。

探槽數(shù)字化成圖主要包括探槽野外原始編錄數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和探槽素描圖成圖3個步驟。

2 成圖過程

2.1 數(shù)據(jù)測量

探槽數(shù)字化成圖所需要采集的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)方法一致，即在野外收集探槽原始編錄數(shù)據(jù)(中國地質(zhì)調(diào)查局，2006；倪大平等，2007)，主要包括：

(1) 基線：基線起點位置、長度l、方位角、坡度角β、朝向(左壁或右壁)；

(2) 探槽輪廓：地形線、基巖界線、槽底線上要素特征點的位置，測量輪廓點越多，地形線、基巖界線、槽底線就越圓滑；

(3) 分層界線：包括地質(zhì)體、礦體、構(gòu)造等界線按地質(zhì)走向在槽壁與槽底交點的位置；

(4) 采樣：采樣編號、采樣位置、采樣高度等；

(5) 刻槽樣：刻槽樣的長度、起始位置和高度等。

這些數(shù)據(jù)的位置都是以基線為基準、垂直投影的方法測量得到的。設(shè)從基線的0 m開始，各點垂直投影到基線上的位置為l(m)(即量尺上的讀數(shù))，該點距基線的垂直距離為h(m)(基上為+，基下為-，用標桿測量)。

對于槽底上的各編錄要素的特征點，按地質(zhì)走向?qū)⒉郾谂c槽底交點的位置b垂直投影到基線上得到點b′，該點在基線上的讀數(shù)為lb′。因為槽底是平面圖，所以槽底上要素特征點只有l(wèi)值而沒有h值。

圖1 探槽要素點測量坐標(l,h)Fig.1 Measuring coordinate(l,h) of the trench elements

2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

然后以基線起點為圖形坐標的原點(0，0)，建立以基線水平投影方向為X軸、垂直于投影方向為Y軸的MapGIS圖形坐標系統(tǒng)，將各要素特征點坐標(l，h)轉(zhuǎn)換為一系列MapGIS圖形坐標(x，y)。

因為MapGIS默認比例尺為1∶1 000，即1 mm代表1 m。所以坐標轉(zhuǎn)換時需根據(jù)實際成圖比例尺，設(shè)定圖形變換參數(shù)c，如成圖比例為1∶100，則圖形變換參數(shù)為10。

槽壁上各要素特征點坐標(l,h)可以直接利用下列公式轉(zhuǎn)換：

x=(lcosβ)c

(1)

y=(lsinβ+h)c

(2)

式(1)、(2)中，β為基線的坡度角(±°)，c為圖形變換參數(shù)。

槽底上各要素特征點的x值根據(jù)式(1)直接轉(zhuǎn)換，y值根據(jù)槽底距槽壁的間隔而獲得。

圖2中，地表點A1的圖形坐標為(xA1，yA1)。根據(jù)規(guī)范(中國地質(zhì)調(diào)查局，2006；倪大平等，2007)，設(shè)圖2槽底距槽壁的間隔為m(>10 mm)，槽底寬n(10～15 mm)，一般槽底繪制成矩形，槽底長為(lcosβ)c(l為基線的長度)，則可得到槽底上要素特征點b的圖形坐標y=-m及探槽的4個拐點坐標。

圖2 探槽要素點圖形坐標(x,y)Fig.2 Graphical coordinate (x,y) of the trench elements

Excel具有強大的數(shù)據(jù)處理及函數(shù)運算功能，能靈活高效地處理大量數(shù)據(jù)，通過Excel完成相應(yīng)的計算公式編輯，輸入測量數(shù)據(jù)，就可直接完成這些數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程，并整理成MapGIS“用戶文件投影轉(zhuǎn)換”所需要的TXT文本格式。

2.3 數(shù)據(jù)成圖

MapGIS所能識別的TXT文本需將每個點的坐標值(x，y)分行保存。表示線的一系列坐標點數(shù)據(jù)需在線尾重復最開始第1個點的坐標，如果需要生成閉合線，則在線尾重復最開始2個點的坐標，多條線之間需要用分隔符隔開。

然后在MapGIS主菜單下點擊“實用服務(wù)”—“投影轉(zhuǎn)換”—“用戶文件投影轉(zhuǎn)換”，打開“用戶數(shù)據(jù)點文件投影轉(zhuǎn)換”界面；打開準備好的TXT文本，指定數(shù)據(jù)起始位置，并設(shè)置分隔符，選擇坐標(x、y)所在的列，并在“不需要投影”打勾，選擇“生成點”或“生成線”，最后點擊“數(shù)據(jù)生成”。

3 應(yīng)用實例

該方法在南京市江寧區(qū)孟塘普查工作中應(yīng)用效果很好。選取普查區(qū)中較為有代表性的探槽TC04為例，介紹運用該方法實現(xiàn)探槽數(shù)字化成圖的主要過程。

(1) 根據(jù)成圖要求，將野外編錄數(shù)據(jù)在Excel中分類整理成相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄表格，用于測量數(shù)據(jù)的輸入。圖3是探槽基點、基線記錄表格式、探槽輪廓記錄表(部分)和槽底輪廓表，其中TC04有2條基線，分段進行測量，要素特征點的l和h值是以所對應(yīng)基線為基準測得的相對坐標值，即分別以0和1號點為起始點；而基巖界線是以槽底為基礎(chǔ)，直接測量得出基巖厚度D。

圖3 數(shù)字化成圖記錄表示意圖Fig.3 Sketch map showing digital mapping records

(2) 在Excel中，在對應(yīng)的單元格中分別編輯公式，即可直接計算得到轉(zhuǎn)換后的坐標。因為要素特征點是分段進行測量的，對于基線1—2上的點，是以1號點為起始點測量所得的坐標，先根據(jù)0—1基線的長度和坡度角計算出1號點對于0號點的坐標值，然后進行坐標平移變換，即可得到以0號點為起始點的坐標值。利用Excel完成基線、探槽輪廓線(部分)、槽底等要素特征點的圖形坐標計算(圖4)。

圖4 圖形坐標數(shù)據(jù)示意圖Fig.4 Sketch map of graphical coordinate data

(3) 可以將表示基線、探槽輪廓線、槽底等輪廓線的一系列點的圖形坐標分別保存為符合MapGIS要求的TXT文本數(shù)據(jù)，然后用MapGIS的投影功能單獨生成相應(yīng)的點、線文件；也可以通過在多線之間添加分隔符，將這些坐標點數(shù)據(jù)生成一份TXT文本數(shù)據(jù)，同時生成以上各種輪廓線(圖5)。

圖5 生成的TC04基本輪廓線Fig.5 Generated basic outlines of the trench TC04

(4) 處理各種分層界線、采樣、刻槽樣、產(chǎn)狀等的測量數(shù)據(jù)，可通過該方法或人機交互的方式完成繪制；然后通過MapGIS的自動拓撲、圖案填充等功能完成巖性花紋的填充。

(5) 最后，根據(jù)實際工作要求，布置其他繪圖要素，確定圖名、比例尺、標尺、圖例、責任表及樣品分析結(jié)果表在圖上的相應(yīng)位置，設(shè)置各種點、線、面參數(shù)，使得布局合理，整齊美觀，最終完成的TC04素描圖(圖6)。

圖6 孟塘TC04探槽素描圖Fig.6 Sketch of the trench TC04 in Mengtang

在應(yīng)用該方法進行探槽數(shù)字化成圖時，需要注意以下幾方面。

(1) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時要設(shè)定公式(1)、(2)中的圖形變換參數(shù)c，因為MapGIS默認圖形長度單位是毫米，也就是默認比例尺為1 000，即圖上1 mm代表的是1 m，所以需要先統(tǒng)一長度單位，然后根據(jù)成圖比例尺確定參數(shù)c。

(2) 對于有多段基線的探槽，各段基線上對應(yīng)的特征要素點，一般都是以該基線的起始點為端點而測得的相對坐標值，因此需將所有特征要素點的坐標值都轉(zhuǎn)換為以0號點為基準的坐標值。

(3) 通過Excel轉(zhuǎn)換得到的一系列特征要素點的圖形坐標(x，y)，在TXT文本中分行保存且必須按照x值由小到大的順序排列；生成線文件的TXT文本數(shù)據(jù)，需在線尾坐標重復第1個點坐標值，閉合線要重復最開始2個點的坐標，多條線之間需要以分隔符隔開。

(4) 探槽輪廓線(地形線、基巖界線及槽底與槽壁界線)實際是光滑曲線，所以運用MapGIS “投影轉(zhuǎn)換”變換生成線時，只需將其線參數(shù)的線型設(shè)置為曲線即可。

4 結(jié) 論

(1) 該探槽數(shù)字化成圖方法首先可以將收集的探槽野外原始編錄數(shù)據(jù)直接進行加工處理，從而大大降低數(shù)據(jù)處理的工作量。

(2) 該方法不需要編程，只需掌握MapGIS “投影轉(zhuǎn)換”等基本功能和Excel的公式編輯功能，就可以實現(xiàn)探槽圖的數(shù)字化， 操作簡單且效率高，還可根據(jù)具體的成圖要求設(shè)置圖形參數(shù)進行統(tǒng)一設(shè)置，便于后期的圖形整飾。

(3) 該方法還可以應(yīng)用于剝土、坑道等類似剖面的繪制，希望通過該方法的研究和應(yīng)用，為在有限條件下如何運用MapGIS實現(xiàn)地質(zhì)數(shù)字化成圖提供一種制圖思路。

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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；編輯：蔣艷

江蘇省地質(zhì)勘查基金項目“江蘇省南京市江寧區(qū)孟塘銅多金屬礦普查”(蘇財建[2011]425號)

李心玉(1982— )，女，工程師，碩士，地質(zhì)礦產(chǎn)專業(yè)，主要從事地質(zhì)數(shù)字化成圖研究工作，E-mail： 27100297@qq.com

P285.1

A

1674-3636(2016)04-0669-05