基于MapGIS的圖切地質(zhì)剖面系統(tǒng)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳志軍，陳建國(guó)

(1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074;2．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074)

基于MapGIS的圖切地質(zhì)剖面系統(tǒng)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳志軍1，2，陳建國(guó)1，2

(1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074;2．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074)

地質(zhì)剖面圖可以清晰反映圖區(qū)內(nèi)地層、巖體、構(gòu)造的空間分布特征，對(duì)于認(rèn)識(shí)各種地質(zhì)體和礦床賦存的地質(zhì)條件和時(shí)空分布規(guī)律具有重要的意義。在GIS環(huán)境下對(duì)數(shù)字地質(zhì)圖開展圖切剖面軟件的研究和開發(fā)是一項(xiàng)基礎(chǔ)且重要的工作，圖切地質(zhì)剖面圖不僅可為地質(zhì)工作者認(rèn)識(shí)地質(zhì)特征提供基礎(chǔ)圖件，還可成為三維地質(zhì)填圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。介紹了基于MapGIS的地質(zhì)圖切剖面軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，深入探討了圖切地質(zhì)剖面軟件研發(fā)中的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方案，成功實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蟮膱D切剖面的自動(dòng)生成及交互修編功能。所研發(fā)的制圖技術(shù)高效實(shí)用，能夠滿足各種比例尺的MapGIS地質(zhì)圖圖切剖面的編制要求。

MapGIS;圖切地質(zhì)剖面;面向?qū)ο?自動(dòng)成圖;交互修編;動(dòng)態(tài)聯(lián)系窗口和刷新技術(shù)

0 引言

面向?qū)ο?OO)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的主流技術(shù)，采用面向?qū)ο蠓椒▽?duì)圖切地質(zhì)剖面軟件研發(fā)開展系統(tǒng)分析與實(shí)現(xiàn)是有益的嘗試。由中地?cái)?shù)碼科技有限公司開發(fā)的MapGIS是廣受國(guó)內(nèi)GIS用戶歡迎的軟件之一，是地質(zhì)數(shù)據(jù)管理分析與制圖的首選GIS平臺(tái)軟件(吳信才，2004)。我國(guó)眾多的數(shù)字地質(zhì)調(diào)查成果圖件都提供MapGIS格式，數(shù)字地質(zhì)圖資源極為豐富(陳志軍等，2006a)。地質(zhì)剖面圖是垂向上表達(dá)地質(zhì)信息的直觀而有效的常用地質(zhì)圖件之一，它可以清晰地反映出圖區(qū)內(nèi)地層、巖體、構(gòu)造、礦床體的空間分布特征。當(dāng)今，GIS技術(shù)已廣泛普及，我國(guó)數(shù)字地質(zhì)圖已全面建成。若能利用計(jì)算機(jī)工具按地質(zhì)人員的需求在任意地點(diǎn)、任意方向上切制剖面圖，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示或打印輸出，將為地質(zhì)人員更快捷直觀地了解地質(zhì)情況、礦床體賦存狀況提供重要圖件(方世明等，2004)。以剖面方式對(duì)地、物、化、遙的資料進(jìn)行綜合分析和研究的需求也越來越突出，地質(zhì)圖切剖面的繪制是制約剖面資料定量分析與快速可視化的瓶頸?；跂鸥駭?shù)據(jù)的圖切剖面已成為眾多GIS軟件的基本分析功能之一(De Smith et al，2007)，物探、化探、遙感數(shù)據(jù)通常用柵格形式表達(dá)，只需對(duì)單一來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣或插值分析處理即可生成剖面圖，因此，這類數(shù)據(jù)在GIS環(huán)境中可以高效地生成圖切剖面;而地質(zhì)圖通常用矢量形式進(jìn)行表達(dá)，切制剖面不僅涉及地質(zhì)圖數(shù)據(jù)，還涉及地形數(shù)據(jù)、產(chǎn)狀數(shù)據(jù)，需要規(guī)范和管理多種數(shù)據(jù)源并從中獲取相關(guān)信息展現(xiàn)符合地質(zhì)事實(shí)的地表下各類地層、巖體、構(gòu)造的空間展布和空間拓?fù)潢P(guān)系，目前，成熟完善的地質(zhì)圖切剖面功能在GIS軟件中尚不多見。

不少研究者對(duì)地質(zhì)圖切剖面開展了相關(guān)研究，如：地質(zhì)圖切剖面中褶皺構(gòu)造的計(jì)算機(jī)輔助編繪(方世明等，2002a)，基于 AutoCAD、MapGIS、ArcGIS等軟件平臺(tái)對(duì)基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、探槽數(shù)據(jù)等研究圖切地質(zhì)剖面自動(dòng)繪制技術(shù)(方世明等，2002b，2004; 朱瑩等，2007;張凱等，2007;宋光浩等，2009;劉杰等，2009)，地質(zhì)圖切剖面軟件操作的實(shí)用性正不斷得到提升。盡管當(dāng)前多數(shù)軟件程序自動(dòng)繪制的圖切剖面還達(dá)不到傳統(tǒng)的手工繪制或者應(yīng)用Illustrator、CorelDraw、MapGIS等編圖軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助繪制出來的圖件那樣精良，然而，由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)、智能地生成實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面、圖切地質(zhì)剖面、聯(lián)剖圖、柵欄圖，正是地學(xué)信息工作者需要攻克的地質(zhì)制圖技術(shù)難題之一。手工制圖方式不能滿足快速繪制、及時(shí)更新的需求，批量生成更是費(fèi)時(shí)費(fèi)力。當(dāng)今，我國(guó)地質(zhì)填圖正邁入“三維”時(shí)代，采用地、物、化、遙、鉆、三維可視化相結(jié)合的綜合調(diào)查研究手段來探索和研究三維地質(zhì)填圖技術(shù)方法，建立三維地質(zhì)填圖的理論和方法技術(shù)體系(王少勇等，2011)。通過對(duì)平面數(shù)字地質(zhì)圖進(jìn)行一系列剖面處理，所產(chǎn)生的圖切地質(zhì)剖面不僅構(gòu)建聯(lián)剖圖、柵欄圖，還可為三維地質(zhì)填圖提供基礎(chǔ)的重要建模數(shù)據(jù)來源。因此，開發(fā)高效實(shí)用的圖切地質(zhì)剖面軟件具有良好的應(yīng)用前景。

筆者首先介紹軟件開發(fā)的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，然后探討圖切剖面開發(fā)中面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，運(yùn)用面向?qū)ο蠓椒ㄔO(shè)計(jì)了各種剖面對(duì)象類，以此為基礎(chǔ)研發(fā)了剖面圖自動(dòng)成圖技術(shù)與人機(jī)交互修編技術(shù)，最后是軟件實(shí)現(xiàn)效果與示例。

1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)繪制地質(zhì)剖面圖的自動(dòng)化與智能化離不開對(duì)手工制圖流程的理解。依據(jù)地質(zhì)剖面圖手工繪制的流程并結(jié)合數(shù)字地質(zhì)圖的特點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)了功能框圖(圖1)及數(shù)據(jù)工作流圖(圖2)。

圖1 地質(zhì)圖切剖面功能框圖

對(duì)圖1所示的功能框圖簡(jiǎn)要說明如下：(1)基礎(chǔ)底圖數(shù)據(jù)配置。按照地質(zhì)剖面圖的制作流程，配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)來源文件，指定屬性字段以提取對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。(2)預(yù)置剖面保存文件。預(yù)置的文件分為兩大類：① 位于地質(zhì)平面圖上的剖面切割線產(chǎn)生的剖面切割點(diǎn)、線文件;② 地質(zhì)剖面圖點(diǎn)、線、區(qū)文件。(3)剖面空間分析并生成初始地質(zhì)剖面圖。用戶在地質(zhì)圖上拉線產(chǎn)生剖面切割線，系統(tǒng)自動(dòng)分析剖面切制結(jié)果，包括：各種對(duì)象的在剖面圖上的控制點(diǎn)位置、延伸長(zhǎng)度和傾角以及地質(zhì)花紋填充圖案、線型及標(biāo)注，并據(jù)此自動(dòng)構(gòu)建初步的地質(zhì)剖面圖。(4)用戶交互設(shè)計(jì)功能。分參數(shù)交互編輯和圖形交互編輯2種情形，前者獲取各類對(duì)象的計(jì)算參數(shù)信息，進(jìn)行編輯修改參數(shù)，進(jìn)而重新生成地質(zhì)剖面圖;后者是在已有生成的地質(zhì)剖面圖基礎(chǔ)上應(yīng)用交互式編輯功能直接修改圖形，使之美觀適合打印輸出。(5)指定剖面圖繪制位置和繪制保存。在來源地質(zhì)圖所在工程中指定剖面圖位置，確定繪制后將剖面圖繪制在該區(qū)域上，保存地質(zhì)圖工程文件，制圖過程完成。

圖2詳細(xì)總結(jié)了實(shí)現(xiàn)這一制圖過程的數(shù)據(jù)流程。其中剖面自動(dòng)分析主要是指剖面切割線對(duì)地形線文件、斷層線文件、地質(zhì)平面圖文件、產(chǎn)狀點(diǎn)文件之間進(jìn)行空間分析，獲取各類剖面對(duì)象的空間位置和制圖參數(shù)信息，主要包括：(1)地形線起伏線高程控制點(diǎn)分析。依據(jù)剖面線與地形等高線的交點(diǎn)提取等高線屬性或依據(jù)數(shù)字地形高程插值確定。(2)斷層控制點(diǎn)分析。獲取剖面線與斷層線的交點(diǎn)，計(jì)算斷層在地質(zhì)剖面圖上的地表出露點(diǎn)位置，該出露點(diǎn)的高程由其周邊的等高線插值而來，提取傾角、傾向取值信息，并且依據(jù)當(dāng)前剖面方向計(jì)算視傾角。(3)地質(zhì)體控制點(diǎn)分析。獲取剖面線與地質(zhì)體界線的交點(diǎn)，計(jì)算該界線點(diǎn)在地質(zhì)剖面圖上的地表出露位置，并按一定策略搜索產(chǎn)狀文件，確定地質(zhì)體產(chǎn)狀。剖面的交互設(shè)計(jì)將應(yīng)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)實(shí)現(xiàn)(下文闡述)。

圖2 圖切地質(zhì)圖剖面軟件數(shù)據(jù)流程

2 圖切地質(zhì)剖面的面向?qū)ο蠹夹g(shù)運(yùn)用

2.1 類的總體設(shè)計(jì)

在MapGIS環(huán)境下，MapGIS數(shù)據(jù)組織主要通過工程文件和工程內(nèi)各工作區(qū)的文件來實(shí)現(xiàn)。工作區(qū)是MapGIS提出的一個(gè)概念，簡(jiǎn)單而言，工作區(qū)就是一個(gè)數(shù)據(jù)池，存放實(shí)體的空間數(shù)據(jù)、拓?fù)鋽?shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，每個(gè)工作區(qū)都對(duì)應(yīng)于一個(gè)MapGIS數(shù)據(jù)文件(吳信才，2004)。MapGIS將工作區(qū)分為點(diǎn)、線、區(qū)、網(wǎng)、表5種類型，它們的差別主要表現(xiàn)在其中包含的空間實(shí)體的類型不同，例如線圖元及其屬性只能保存在線工作區(qū)中。深入了解工作區(qū)的邏輯結(jié)構(gòu)和工作區(qū)操作函數(shù)的使用，是進(jìn)行MapGIS二次開發(fā)的關(guān)鍵(陳志軍等，2006b)。面向?qū)ο笫?0世紀(jì)90年代以來軟件開發(fā)的主流。地質(zhì)圖切剖面最終結(jié)果表現(xiàn)為MapGIS點(diǎn)、線、區(qū)3個(gè)配套的文件，筆者并沒有按照點(diǎn)對(duì)象、線對(duì)象、區(qū)對(duì)象這種方式來進(jìn)行設(shè)計(jì)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，而是按照剖面制圖中的“場(chǎng)景”進(jìn)行3個(gè)方面的自然分類，從而進(jìn)行更加靈活的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)。C++語言是優(yōu)秀的面向?qū)ο笳Z言之一，筆者采用C++對(duì)上述類進(jìn)行了編程實(shí)現(xiàn)，并充分利用了對(duì)象語言具有的特性，包括多態(tài)、繼承、封裝等。圖3展示了圖切地質(zhì)剖面圖系統(tǒng)的主要對(duì)象類圖。

2.1.1 基本剖面對(duì)象類 注意到在剖面制圖中涉及到的最基本的類對(duì)象是：① 剖面切割線類;② 地形起伏線類;③ 標(biāo)志地物類;④ 斷層類;⑤ 地質(zhì)體類;⑥ 剖面坐標(biāo)軸類;⑦ 剖面標(biāo)注類。其中，⑥ 和⑦是地質(zhì)剖面圖整飾所需而設(shè)計(jì)的類。這些基本剖面對(duì)象不妨比喻成“演員”，在類設(shè)計(jì)中，分別用COOProfilingActorLineCutter、COOProfilingActorWavedTerrain、COOProfilingActorMarkCulture、COOProfilingActorEdgeFault、COOProfilingActorCellGeobody、COOProfilingActorElevationRod、COOProfilingActorLayoutTag來命名上述7個(gè)類對(duì)象。它們均繼承自一套具有點(diǎn)、線、區(qū)工作區(qū)成員變量的 COOProfiling-Stage類來進(jìn)行矢量圖形的生成及屬性數(shù)據(jù)的保存。例如：剖面切割線擁有點(diǎn)、線兩種類型工作區(qū)，點(diǎn)工作區(qū)用來存儲(chǔ)地質(zhì)圖平面與剖面線的各類交點(diǎn)，還包括一些特殊點(diǎn)：剖面切割線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、以及對(duì)折線段剖面切割線情形中的方位轉(zhuǎn)變點(diǎn)。線工作區(qū)用來存儲(chǔ)剖面線與地質(zhì)體區(qū)文件的判別分析結(jié)果，也即線工作區(qū)中各條斷線存儲(chǔ)了地質(zhì)體的屬性信息以及地質(zhì)體花紋填充圖形參數(shù)。不妨將COOProfilingStage類所提供的工作區(qū)可以比喻成一個(gè)“舞臺(tái)”，它為每個(gè)“演員”(剖面基本對(duì)象)提供表現(xiàn)場(chǎng)景。各個(gè)剖面基本對(duì)象在剖面空間上的有機(jī)組合便構(gòu)成了一幅完整的地質(zhì)剖面圖。

圖3 圖切地質(zhì)剖面軟件對(duì)象類圖

2.1.2 剖面對(duì)象操作類 當(dāng)用戶指定了剖面切割線空間位置后，通過自動(dòng)分析操作函數(shù)可以自動(dòng)為剖面基本對(duì)象類②—⑦提供制圖初始數(shù)據(jù)，如果自動(dòng)生成的剖面圖參數(shù)不完整或不可靠，那么用戶將進(jìn)一步進(jìn)行人工干預(yù)。于是，將用戶的各類操作行為也定義了一個(gè)類，稱該類為剖面對(duì)象操作類COOProfilingDirector，在該類中定義了上述7種類對(duì)象實(shí)例及相關(guān)成員變量，其行為可以比喻成“導(dǎo)演”，通過該類來創(chuàng)建MapGIS工作區(qū)，調(diào)控剖面制圖中的基本剖面對(duì)象的空間分布、表達(dá)形式，響應(yīng)用戶的交互操作等。

2.1.3 剖面對(duì)象數(shù)據(jù)類 在人機(jī)交互過程中，盡管可以通過操作MapGIS工作區(qū)內(nèi)點(diǎn)、線、區(qū)實(shí)體來實(shí)施對(duì)剖面對(duì)象的數(shù)據(jù)修改，但在這種操作中要永久保存數(shù)據(jù)就需要立即更新圖形，這一過程由MapGIS內(nèi)部管理機(jī)制所控制，對(duì)視傾角的改變等圖形控制參數(shù)往往難以獲知。并且視傾角等控制參數(shù)若直接存儲(chǔ)于MapGIS點(diǎn)工作區(qū)或線工作區(qū)的屬性中，當(dāng)用戶執(zhí)行MapGIS的通用操作如：刪除圖元、增加圖元時(shí)，該圖形控制參數(shù)會(huì)隨之被刪除或可能被置為無效的缺省值，不利于控制參數(shù)的有效維護(hù)而導(dǎo)致剖面參數(shù)驅(qū)動(dòng)成圖困難。因此，對(duì)MapGIS點(diǎn)、線、區(qū)對(duì)象的直接編輯在地質(zhì)剖面圖基本成型的基礎(chǔ)上進(jìn)行整飾輸出階段比較有效，在對(duì)地質(zhì)剖面圖自動(dòng)分析成圖過程中不宜采用。

值得提醒的是，地質(zhì)剖面圖上表達(dá)地質(zhì)體及其邊界的區(qū)元與線元在MapGIS中分屬兩個(gè)不同的工作區(qū)，當(dāng)移動(dòng)地質(zhì)界線的線段時(shí)，MapGIS并不支持對(duì)應(yīng)的地質(zhì)體區(qū)元隨之進(jìn)行邊界調(diào)整，需要用戶開發(fā)相關(guān)的功能來實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)對(duì)象的協(xié)同更新。因此，對(duì)剖面圖基本對(duì)象類專門設(shè)計(jì)了專用的剖面對(duì)象數(shù)據(jù)類，由剖面對(duì)象數(shù)據(jù)類實(shí)施剖面對(duì)象各種屬性參數(shù)的全面管理，以及與MapGIS工作區(qū)之間的數(shù)據(jù)接口維護(hù)。不同的基本對(duì)象要求的屬性參數(shù)各有不同，因此，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)的類有：(1)剖面切割線節(jié)點(diǎn)類CdotCtrlLineCut;(2)高程控制點(diǎn)類CdotCtrlTerrain;(3)標(biāo)志地物點(diǎn)類CdotMarkCulture;(4)斷層出露地表點(diǎn)類CdotCrossFault;(5)地質(zhì)體界線出露地表點(diǎn)類CdotBndyGeobody;(6)地質(zhì)體界線類CLinCell-Geobody。其中，剖面切割線節(jié)點(diǎn)控制點(diǎn)類其作用是保存地質(zhì)平面圖上剖面切割線與地質(zhì)體、斷層、等高線之間的相交點(diǎn)，同時(shí)保存被切割文件的工作區(qū)號(hào)，從而識(shí)別來源文件的性質(zhì)及根據(jù)不同工作區(qū)號(hào)分類提取相交點(diǎn)。斷層出露地表點(diǎn)類與地質(zhì)體界線出露地表點(diǎn)類以地質(zhì)剖面圖上剖面頂部的高程位置作為斷層和地質(zhì)體界線的空間定位的記錄點(diǎn)。同時(shí)獲取產(chǎn)狀信息并計(jì)算視傾角，根據(jù)視傾角繪制斷層線或巖性界線時(shí)，有向剖面圖右端傾斜、向剖面圖左端傾斜兩種情形，約定前者為正值，后者為負(fù)值，角度大小由其絕對(duì)值確定。

進(jìn)一步地，筆者設(shè)計(jì)了幾何實(shí)體對(duì)象數(shù)組類CEntityObArray，按剖面距離遞增順序有序存儲(chǔ)上述6個(gè)類的實(shí)例序列，它與上述6個(gè)類具有共同的父類——幾何實(shí)體對(duì)象類CEntity。通過CEntityObArray可以方便地進(jìn)行點(diǎn)實(shí)體或線實(shí)體進(jìn)行增加、刪除與數(shù)據(jù)修改。地質(zhì)體界線類的設(shè)計(jì)是上述類中最難處理的，為記錄單個(gè)地質(zhì)體的地質(zhì)分界線左端點(diǎn)與右端點(diǎn)(含產(chǎn)狀信息)，通常的做法是將CDotBndy-Geobody類作為類成員變量，在本軟件實(shí)現(xiàn)中，采用CDotBndyGeobody類的數(shù)組對(duì)象CEntityObArray實(shí)例中的索引值作為成員變量來獲得等同效果，此外，地質(zhì)體界線類還記錄左右地質(zhì)邊界接觸關(guān)系編碼信息、褶皺構(gòu)造指示信息、與斷層線空間關(guān)系信息、地層代號(hào)與巖性、以及該地質(zhì)體在地質(zhì)平面圖中關(guān)聯(lián)區(qū)元的實(shí)體號(hào)與圖形參數(shù)信息等。

2.2 圖切剖面的自動(dòng)生成及交互修編技術(shù)

圖切地質(zhì)剖面軟件研發(fā)中全面應(yīng)用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)，極大地方便了地質(zhì)剖面圖的自動(dòng)生成及交互修編功能的開發(fā)，其數(shù)據(jù)流程參見圖2。

本軟件中，圖切地質(zhì)剖面的自動(dòng)化生成不是僅指用戶指定剖面切制位置后產(chǎn)生一次結(jié)果就完成制圖任務(wù)，而是體現(xiàn)在用戶交互修編中參數(shù)改變后圖切地質(zhì)剖面的再次自動(dòng)生成的全過程。剖面對(duì)象參數(shù)驅(qū)動(dòng)圖切地質(zhì)剖面的自動(dòng)化生成由CEntityObArray繼承類(地形起伏線類、標(biāo)志地物類、斷層類、地質(zhì)體類)的實(shí)例提供數(shù)據(jù)支持，按照剖面地質(zhì)對(duì)象的特定空間配置關(guān)系自動(dòng)成圖，包括對(duì)各地質(zhì)體進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)注和圖花紋填充等。當(dāng)然，由于產(chǎn)狀數(shù)據(jù)、地質(zhì)接觸關(guān)系、構(gòu)造形態(tài)等不正確、不明確等因素，可能導(dǎo)致圖切剖面圖與地質(zhì)事實(shí)相違背。解決方案之一是可以通過修正各類地質(zhì)對(duì)象的屬性參數(shù)，更新各CEntityObArray繼承類實(shí)例存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通過新的參數(shù)來再次驅(qū)動(dòng)新圖形的生成，從而在地質(zhì)專業(yè)人員的指導(dǎo)下不斷優(yōu)化先前的結(jié)果而達(dá)到智能化的效果，在循環(huán)往復(fù)中逐步使得圖切地質(zhì)剖面符合地質(zhì)專業(yè)人員的認(rèn)識(shí)。圖切地質(zhì)剖面的自動(dòng)生成可以發(fā)生在用戶交互編輯的任意階段。

圖切地質(zhì)剖面軟件中的人機(jī)交互修編方式上，通過2種方式來體現(xiàn)：(1)剖面對(duì)象的屬性參數(shù)編輯;(2)剖面對(duì)象的MapGIS圖形編輯整飾。人機(jī)交互開發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于前者。筆者對(duì)圖切地質(zhì)剖面圖對(duì)象：剖面切割線、地形起伏線、標(biāo)志地物類、斷層類、地質(zhì)體類、剖面坐標(biāo)軸類、剖面標(biāo)注類，根據(jù)其定義的成員變量，采用表格控件設(shè)計(jì)了剖面對(duì)象屬性管理器，提供可視化的操作界面，允許用戶實(shí)時(shí)修改各種對(duì)象的屬性取值，通過修改對(duì)象的制圖參數(shù)來驅(qū)動(dòng)圖件的自動(dòng)繪制，可修改的常見參數(shù)有：①高程控制點(diǎn)的增加、修改、刪除;②斷層或地質(zhì)體的傾向、傾角參數(shù)的校正、地表出露點(diǎn)高程的修改;③地質(zhì)體之間接觸關(guān)系和構(gòu)造形式信息編碼;④標(biāo)志性地物點(diǎn)的增加、修改、刪除;⑤ 橫向、縱向比例尺重新設(shè)定，剖面坐標(biāo)軸、剖面繪制樣式(剖面隨地形起伏或延伸到某一標(biāo)高)、線型及填充圖案等參數(shù)的修改。此外，在剖面地質(zhì)圖成型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用MapGIS軟件自身的圖形編輯功能進(jìn)行后續(xù)編輯整飾，達(dá)到美觀實(shí)用的效果。

人機(jī)交互需要為用戶提供簡(jiǎn)單直觀的方式進(jìn)行空間對(duì)象位置捕獲及其屬性查詢編輯。并且地質(zhì)圖窗口與地質(zhì)剖面圖窗口的動(dòng)態(tài)聯(lián)系窗口與刷新技術(shù)的應(yīng)用將極大地方便用戶了解捕獲實(shí)體在垂向和平面上的位置及其周邊的地質(zhì)現(xiàn)象，有助于用戶更好地修改相關(guān)參數(shù)。所謂動(dòng)態(tài)聯(lián)系窗口，是通過刷新技術(shù)，將一組相關(guān)聯(lián)的視圖組合在一起，同時(shí)呈現(xiàn)給用戶，它是一種有效的交互式探索性空間數(shù)據(jù)分析手段(王遠(yuǎn)飛等，2007)，面向?qū)ο蠹夹g(shù)能夠有效地支持交互式分析界面的設(shè)計(jì)。在本軟件中，用戶可以在地質(zhì)剖面圖窗口中捕獲基本剖面對(duì)象實(shí)例中的位于高程起伏線上的高程點(diǎn)、斷層出露地表點(diǎn)、地質(zhì)界線地表點(diǎn)以及地質(zhì)分界線，也可以在地質(zhì)圖窗口中捕獲剖面切割線與等高線、斷層線、地質(zhì)界線的交點(diǎn)。窗口刷新技術(shù)使得在某個(gè)窗口捕獲的對(duì)象據(jù)其空間位置特征可以動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)到另一窗口產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)，反之亦然，在MapGIS環(huán)境下，常用圖元紅－綠兩色交替閃爍方式體現(xiàn)等效的空間位置，并在屬性窗口中顯示該位置相應(yīng)的屬性信息。其工作原理是：在剖面自動(dòng)成圖計(jì)算過程中，地質(zhì)剖面圖基本對(duì)象間相互記錄關(guān)聯(lián)對(duì)象所在工作區(qū)號(hào)及其實(shí)體號(hào)，根據(jù)工作區(qū)號(hào)及其實(shí)體號(hào)來追索其他窗口中所關(guān)聯(lián)的對(duì)象，獲取其空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與示例

圖切地質(zhì)剖面軟件已經(jīng)采用Visual C++在MapGIS環(huán)境下進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)。軟件系統(tǒng)界面采用了視圖切分窗口技術(shù)，窗口主界面由4個(gè)子窗口組成：(1)地質(zhì)圖平面圖形顯示窗口;(2)地質(zhì)圖工程文件項(xiàng)目列表管理窗口;(3)地質(zhì)剖面圖顯示窗口;(4)剖面對(duì)象屬性管理窗口。

圖切地質(zhì)剖面軟件按照MapGIS所支持的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)組織。圖4是基礎(chǔ)底圖數(shù)據(jù)配置對(duì)話框，具體數(shù)據(jù)配置要求為：(1)地形數(shù)據(jù)。分等高線數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)兩大類，若為等高線數(shù)據(jù)，需指定高程字段。(2)地質(zhì)體數(shù)據(jù)(區(qū)文件)。指定地層代號(hào)字段和巖性字段。(3)斷層數(shù)據(jù)(線文件)。指定傾向字段和傾角字段。(4)產(chǎn)狀數(shù)據(jù)(點(diǎn)文件)。指定傾向字段和傾角字段，程序搜索在地質(zhì)體范圍約束下的、離地質(zhì)體界線點(diǎn)最近的一個(gè)產(chǎn)狀點(diǎn)的傾向、傾角屬性信息作為它的產(chǎn)狀數(shù)據(jù)，用戶可以給出一個(gè)搜索半徑，若等于－1則沒有搜索半徑限制。

圖4 基礎(chǔ)底圖數(shù)據(jù)配置對(duì)話框

圖切地質(zhì)剖面軟件能夠自動(dòng)生成規(guī)范圖式的地質(zhì)剖面圖。圖5是剖面圖繪制基本參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，其中投影高度參數(shù)是指剖面圖上斷層或巖層向地下隨地形起伏向下延伸的厚度值，如果為－1則約定斷層或巖層按照特定視傾角自然延伸，直到遇到所設(shè)定的標(biāo)高尺下界或坐標(biāo)軸左右范圍垂向邊界為止。

筆者以云南省1∶20萬維西幅數(shù)字地質(zhì)圖為例展示了圖切地質(zhì)剖面圖的操作過程和實(shí)現(xiàn)效果。操作過程簡(jiǎn)要說明如下。

圖5 剖面圖制圖參數(shù)設(shè)置對(duì)話框

首先，裝載含有等高線、地質(zhì)體、斷層、產(chǎn)狀點(diǎn)等文件的MapGIS工程文件，配置基礎(chǔ)底圖數(shù)據(jù)(圖4)，在地質(zhì)底圖上用鼠標(biāo)拉出一剖面線或裝載線文件(直線或折線均可，本示例中在A—B—C的折線段)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行高程信息、地層信息的提取，并提示用戶根據(jù)剖面線總長(zhǎng)度以及高程統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行基本繪圖參數(shù)設(shè)置(圖5)，于是可以自動(dòng)生成初始地質(zhì)剖面圖，進(jìn)而用戶激活剖面交互操作功能，圖6展示了用戶對(duì)某地質(zhì)體界線點(diǎn)的多窗口聯(lián)動(dòng)可視化與交點(diǎn)屬性編輯。動(dòng)態(tài)聯(lián)系窗口和刷新技術(shù)的應(yīng)用方便了用戶的對(duì)比觀察，地質(zhì)圖窗口(位于切分視圖的上部)中的白色方框指示了當(dāng)前捕獲的剖面切割線上的地質(zhì)體界線點(diǎn)，地質(zhì)剖面圖窗口(位于切分視圖的下部)中的白色方框指示了上述界線點(diǎn)在地質(zhì)剖面圖上所處的地表位置，兩者聯(lián)動(dòng)閃爍，在地質(zhì)剖面圖窗口右側(cè)的小窗口為屬性編輯器窗口，顯示了該地質(zhì)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的屬性取值。當(dāng)新的交點(diǎn)參數(shù)系統(tǒng)應(yīng)用之后，系統(tǒng)自動(dòng)重繪圖切地質(zhì)剖面，參數(shù)交互修改與自動(dòng)重繪多次往復(fù)，直到剖面制圖參數(shù)都較符合地質(zhì)事實(shí)為止，由此生成的圖切地質(zhì)剖面作為后續(xù)MapGIS手工修編的基礎(chǔ)。

進(jìn)一步地，用戶用MapGIS制圖工具美化和整飾地質(zhì)剖面圖使之達(dá)到輸出質(zhì)量要求。于是，用戶用鼠標(biāo)在地質(zhì)圖窗口中拉框設(shè)置圖切地質(zhì)剖面在地質(zhì)圖工程中欲放置的區(qū)域，如地質(zhì)圖正下方。

圖6 地質(zhì)剖面對(duì)象的用戶交互編輯與動(dòng)態(tài)聯(lián)系窗口

最后，系統(tǒng)將地質(zhì)剖面窗口中的所有內(nèi)容存儲(chǔ)到用戶指定的MapGIS文件中，為減少圖切地質(zhì)剖面的MapGIS文件數(shù)量，各類剖面繪制對(duì)象對(duì)其操作的MapGIS工作區(qū)按點(diǎn)、線、區(qū)三大類歸并到指定保存的文件中，存儲(chǔ)地質(zhì)圖工程(圖7)。圖切剖面圖的兩種形式的生成效果圖見地質(zhì)圖窗口中地質(zhì)圖的下方和右方的插圖，該剖面圖中間的方位變換位置處由專用MapGIS符號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)和方位角標(biāo)注。

圖7 圖切地質(zhì)剖面效果圖

4 結(jié)論

基于MapGIS二次開發(fā)采用Visual C++實(shí)現(xiàn)了數(shù)字地質(zhì)圖圖切剖面軟件，基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)所研發(fā)的圖切剖面制圖是有效而實(shí)用的，能夠滿足各種比例尺的MapGIS圖切地質(zhì)剖面的編制要求，最大限度地支持用戶任意切割地質(zhì)平面，在任意位置繪制或重新繪制剖面圖(包括對(duì)各類地層進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)注和圖案填充)，其剖面圖的制作效率和效果是傳統(tǒng)手工方法無法比擬的。它具有如下特點(diǎn)。

(1)數(shù)據(jù)組織簡(jiǎn)單易行。本系統(tǒng)在MapGIS平臺(tái)上開發(fā)而成，以MapGIS工程形式組織各類圖件，用戶只需簡(jiǎn)單配置一下基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)及屬性字段，即可制作不同地區(qū)的地質(zhì)剖面圖。

(2)自動(dòng)繪制與人機(jī)交互相輔相成。對(duì)于繪制剖面圖所需的一些不確定數(shù)據(jù)乃至缺乏數(shù)據(jù)，可以通過人機(jī)交互的方式修正與補(bǔ)充數(shù)據(jù)，無論是對(duì)系統(tǒng)通過空間分析獲取的剖面對(duì)象參數(shù)，還是用戶人機(jī)交互設(shè)置的參數(shù)，系統(tǒng)都支持通過剖面對(duì)象參數(shù)的自動(dòng)化生成，從而使圖切地質(zhì)剖面圖件的表達(dá)更合理、更規(guī)范。

(3)面向?qū)ο蠹夹g(shù)設(shè)計(jì)方案科學(xué)實(shí)用。筆者較系統(tǒng)科學(xué)地設(shè)計(jì)了圖切地質(zhì)剖面的各種對(duì)象，合理定義了對(duì)象之間的繼承關(guān)系，封裝了功能實(shí)用的專業(yè)分析函數(shù)，還利用了多態(tài)特性使得對(duì)象操作函數(shù)的接口統(tǒng)一、操作靈活、編程簡(jiǎn)潔。MapGIS對(duì)專用功能缺乏特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方案彌補(bǔ)了這一不足。類的設(shè)計(jì)可擴(kuò)展性強(qiáng)，開發(fā)者可以靈活定制所需各項(xiàng)功能。

圖切地質(zhì)剖面軟件已經(jīng)集成到由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)數(shù)學(xué)地質(zhì)遙感地質(zhì)研究所開發(fā)的大型GIS專用軟件MORPAS 3.0(金屬礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)分析系統(tǒng))中。圖切地質(zhì)剖面軟件的研制已經(jīng)取得初步成功，但仍存在進(jìn)一步完善之處，如：在剖面對(duì)象空間關(guān)系方面：斷層對(duì)地層的錯(cuò)斷、斷層交互切割、褶皺構(gòu)造的定位和形態(tài)表達(dá)、小范圍第四系淺覆蓋以及其下覆地層推斷等情況的實(shí)現(xiàn)，還需要進(jìn)一步完善與優(yōu)化。其次，在剖面可視化效果方面：沉積地層視傾角漸變過渡的花紋順層填充方案、侵入巖與地層接觸邊界的曲線形態(tài)自動(dòng)繪制等方面還需要定義新的變量參數(shù)進(jìn)一步更精細(xì)地調(diào)控。此外，為了便于服務(wù)于三維地質(zhì)填圖，還需要更加自動(dòng)與智能地批量生成圖切地質(zhì)剖面，并導(dǎo)出Micromine、Surpac等常用三維地質(zhì)建模軟件所支持的數(shù)據(jù)格式。通過進(jìn)一步拓展與優(yōu)化面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思路和方法，可促進(jìn)本軟件功能的不斷完善與成熟。

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Object orientation design and implementation for cutting section of geological map system based on MapGIS

CHEN Zhi-jun1，2，CHEN Jian-guo1，2

(1．State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources of China University of Geosciences(Wuhan)，Wuhan 430074，China;2．Faculty of Earth Resources，China University of Geosciences(Wuhan)，Wuhan 430074，China)

The geological section map could reflect the spatial characteristics of various subsurface geobodies，such as strata，intrusions and structures．It was of important significance to understand the temporal and spatial distribution rules and occurrences of geobodies and ore bodies．Research and development of software for the geological section map of digital geological maps in GIS environment were a fundamental and important work，because the geological sections could reveal the geological features and provide basic data sources for 3D geological mapping．The authors introduced the system design for the cutting section of geological map based on Map-GIS，explored the object orientation design method，implemented the functions for an automatic construction of geological sections and interactive updating．These mapping techniques developed were efficient and practical，which could fulfill the cutting section of geological map on various scales．

MapGIS;Cutting section of geological map;Object orientation;Automatic mapping;Interactive updating;Dynamic linking window and refreshing technique

TP392

A

1674－3636(2012)03－0256－09

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．256

2012－06－18;編輯：侯鵬飛

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2006BAB01A01203，2011BAB06B08-2)，國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(40802081，41272361)，地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(1212011085466，1212011120986)，中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(CUG090102)

陳志軍(1978— )，男，副教授，主要從事數(shù)學(xué)地質(zhì)的科研和教學(xué)工作，E-mail：chenzhijuncs@163．com