地質輔助制圖系統研發

陳先正 張銘豐 王瑞霞 楊猛

摘? 要： 在油氣勘探過程中，獲取的大量地質信息需要進行可視化，以便提高地質研究工作的效率。然而傳統手工制圖方法已無法滿足地質研究工作對效率的需求。針對這一現狀，開發基于ArcEngine二次開發平臺的地質輔助制圖系統，以空間數據庫進行數據組織和存儲，運用GIS的空間插值獲得屬性的分布場，并轉化為地質圖件，實現圖件的矢量編輯，以提高繪制地質平面圖的速度。

關鍵詞： ArcEngine; 空間數據庫; 空間插值; 矢量編輯

中圖分類號：TP391? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1006-8228（2020）02-21-04

The research and development of geological auxiliary cartography system

Chen Xianzhen， Zhang Mingfeng， Wang Ruixai， Yang Meng

（School of Geoscience，Yangtze University， Wuhan， Hubei 430100， China）

Abstract： In the oil and gas exploration process， it is required to visualize a large amount of geological information， so as to improve the efficiency of geological research work. However， the traditional map-making method is unable to meet the demand of geological research work for the efficiency. On account of that situation， this paper develops an auxiliary geological map-making system based on ArcEngine Secondary Development Platform. The system organizes and stores data by spatial database， gets the distribution field of attributes by GIS spatial interpolation， and converts it to geological map， which realizes the vector editing of the map， and improves the mapping efficiency of planar geological map.

Key words： ArcEngine; spatial database; spatial interpolation; vector edit

0 引言

地質平面圖作為地質信息的重要載體[1]，記錄著地質工作者在長時間勘探過程中的研究成果。傳統地質制圖的過程復雜，成圖周期長，勞動強度大，制圖工作者迫切需要提高地圖制作的自動化程度[2]，快速完成制圖。ArcGIS自身具有強大的平臺優勢，借助其相對成熟的空間數據存儲與管理方法，可實現地質圖件的集成管理與企業網內部的共享。

隨著計算機軟件和地圖理論的不斷結合，ArcGIS技術已廣泛應用于地質專業制圖領域，一些先進的石油公司早已對地質制圖系統進行研發，例如Geo Frame系統、Bend Link Ex軟件等[3]。但是就我國的情況而言，在實際運用中仍然存在以下三個問題：①企業軟件與油田實際需要不完全相符;②數據導出形式不公開;③矢量編輯功能不強[4]。因此，研發一個符合國內實情的油氣地質自動-半自動制圖系統非常重要。

1 系統設計

地質輔助制圖系統以ArcGIS二次開發平臺作為基石，意在開發出一套更適用于國內的自動-半自動地質平面圖繪制系統。這個系統操作簡便，功能簡潔，剔除了過于復雜的制圖過程，非專業人士也可以達到更好的繪制結果，大大提高制圖效率和質量，可為之后的地質勘探提供有效的信息支持和決策幫助[5]。

1.1 系統體系架構

地質輔助制圖系統是以C/S模式來搭建。圖1顯示了本系統的三層式體系架構，包括邏輯層、應用層和數據層。其中，數據層為系統提供數據支持，邏輯層表示了系統完成的主要功能，應用層則是用戶根據需求制作地質平面圖[6]。

數據層包含3大部分，分別是油氣專業數據庫、制圖模板庫和任務相關的數據庫。

⑴ 油氣專業數據：主要包括井位X、Y地理坐標數據表和各項屬性數據，屬性數據主要是指每一口油井所附帶的關于地質基本信息的數據。系統以此作為插值字段來進行空間插值分析。

⑵ 制圖模板庫：制圖模板主要是包括地理底圖、制圖模板等。在地質平面圖制作完成后，配置專屬的地理地圖，使地質平面圖更具有針對性，并且豐富了地圖自身信息[7]。

邏輯層以數據層為基礎執行制圖的邏輯操作，應用層以邏輯層為基礎，用戶可以根據制圖標準來制作實際所需的地質平面專題地圖[8]。

1.2 系統模塊設計

系統界面主要劃分為四個部分：標題欄、工具欄、內容列表以及地圖展示欄。根據本系統需求分析的結果，輔助制圖系統主要劃分成四個功能模塊：基本操作功能模塊、地質制圖總模塊、地圖處理模塊、排版出圖模塊，如圖2所示。

⑴ 基本操作功能模塊

該模塊實現系統的基本操作，包括數據的添加、保存、圖件的放大和縮小等基本功能。其樣式主要是參考Arcmap進行設計，保證良好的用戶體驗。

⑵ 地質制圖總模塊

該模塊實現制圖的基本功能。利用空間插值法：由點成面，將Excel中所包含的屬性信息通過算法預測，將區域的地質信息反映在界面上，并以此為基礎生成等值線圖。

⑶ 地圖處理模塊

該模塊實現對數據的二次編輯。主要包括以下兩個方面：①對由空間插值算法生成的柵格數據集進行渲染，有利于提取地質信息并提高數據讀取的準確性;②對等值線進行矢量修改，使其更加符合實際，再通過等值線的平滑，使地質信息更好的展示在圖件上。

⑷ 排版出圖模塊

該模塊主要實現地質圖件的排版出圖。通過加載Arcmap的地圖模板庫，可根據制圖要求添加圖名、圖例、比例尺等制圖要素，排版設計自由。而且以ArcGIS自身的優勢，使圖件導出格式多樣化，增強數據間的交流。

2 功能實現

2.1 Excel表格數據轉點數據

將含有油井地理位置和其他屬性數據的Excel表數據轉換成點要素類。通過構造的Excel連接字符串來獲取Excel中的Sheet列表數據，并將獲取到的列表添加到界面中的“選擇坐標數據表”下拉數據表中，當“選擇坐標數據表”發生變化時，系統即通過遍歷把所需表中的列名加載到“成圖X字段”和“成圖Y字段”中。數據的讀取是通過構造數據庫操作變量，利用SQL查詢來獲取，在判定各設置條件完整后，便可進行數據成圖。

2.2 空間插值

空間插值的原理主要是通過輸入的已知點的值來預測規定范圍內其他單元的值。空間插值是將空間數據集通過算法，轉換成連續曲面。在ArcEngine封裝好的類庫中，通過調用“Raster InterpolationOp Class”實現空間插值分析，空間插值的方法主要通過上述類的“IInterpolationOp2”接口實現，而通過“IRaster Analysis Environment”接口可實現對空間插值環境變量的設置。

2.3 柵格渲染

選擇合適的渲染方法來對柵格數據集進行處理，從而達到更好的視覺效果，有利于地質工作者從中提取那些需要用圖件去表達的信息。本系統采用兩種渲染方式：唯一值配色渲染、分級色彩渲染。

唯一值配色渲染是根據要素屬性值來設置的，相同屬性值的地理要素賦予相同的顏色。這種方法能夠反映出地圖要素的數量或者質量的差異。

分級色彩渲染是將要素屬性值按照一定的分級方法分成若干級別，再用不同的顏色來表示不同級別，可以明確地反映制圖要素的數量差異。色彩選擇和分級方案是分級色彩表示法中的重要環節。

2.4 等值線的生成

等值線是根據空間插值生成的柵格數據集，輸入等值線間距后而生成的[9]。等值線的實現是通過調用“ISurfaceOp”接口中的“Contour”方法。

等值線計算的基本步驟如下：

⑴ 由用戶選擇并輸入柵格數據集;

⑵ 按照制圖的要求來設置等值線的間距;

⑶ 調用Contour方法，返回等值線數據集;

⑷ 調用CartographyTools的SmoothLine方法，實現等值線的平滑;

⑸ 顯示等值線結果數據，如圖3所示。

2.5 地圖整飾

地圖整飾是指地圖不僅要包含處理后的地質數據，還要按照制圖要求來添加要素，這些整飾要素的使用方法都可在ArcEngine的“MapSurround”對象中調用實現[10]。主要包含添加標題、圖例、指北針和比例尺。

2.6 打印輸出

打印輸出是制圖系統的基本功能之一，主要分為兩種類型：一種是地圖通過打印機或者繪圖儀進行打印，顯示在紙質圖上;另一種是地圖格式的轉換輸出，即把地圖轉換輸出為不同的文件格式[11]。通過調用打印設置對話框、打印預覽對話框和打印對話框，結合ArcEngine的“Printer”類和“Paper”類，可實現打印設置、打印預覽和打印輸出三個功能。

3 結束語

該系統的開發以ArcGIS二次開發平臺為依托，進行地質平面圖的輔助制圖系統研發。明顯縮短制圖時間，提高制圖效率，增強數據間的交流為本系統的三大亮點。在研發過程中，借助ArcGIS平臺的優勢，以進行矢量二次編輯為中心開展，從一定程度上彌補了目前國內相關制圖軟件的二次編輯能力不強的缺點。但軟件目前仍存在一些問題，需要進一步研究和改進。

系統還需要增強對矢量數據和柵格數據的修改能力，提高圖件的準確度，使之更加適應實際勘探與生產。另外，盡管單純的ArcGIS二次開發平臺在地質圖件的制作方面有很大的優勢，但是在后續開發中，仍要考慮到與其他專業制圖軟件優勢的結合，提升本系統的實用性。

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