MapGIS圖像分析系統(tǒng)在區(qū)域重力點設計圖制作中的應用

楊勝發(fā)， 張西君， 王 芳

(1.貴州省地質調查院，貴陽 550018； 2.貴州省地質物探開發(fā)應用工程技術研究中心，貴陽 550018)

MapGIS圖像分析系統(tǒng)在區(qū)域重力點設計圖制作中的應用

楊勝發(fā)1,2， 張西君1,2， 王 芳1

(1.貴州省地質調查院，貴陽 550018； 2.貴州省地質物探開發(fā)應用工程技術研究中心，貴陽 550018)

為提高區(qū)域重力點設計的進程，掃描1∶5萬地形圖作為地理工作底圖，再利用MapGIS軟件“圖像處理”模塊和“圖像分析”模塊等功能，對掃描的光柵圖像進行格式轉換和標準圖幅的誤差校正，并在校正后的光柵圖像上設計重力點，最終得到與實際位置對應較好的重力點設計圖。研究表明，該方法簡單、快速、質量高，便于系統(tǒng)及時提取和數(shù)字化管理重力點。

MapGIS； 制圖； 區(qū)域重力； 設計點位

0 引言

現(xiàn)階段中國地質調查局主管的區(qū)域重力調查項目，是以1∶25萬比例尺為基本單位實施的，主要為大比例尺的礦產遠景調查服務，旨在圈定成礦遠景區(qū)、斷裂構造和隱伏巖漿巖體等，研究物探異常與礦產分布關系，摸清不同礦產成礦規(guī)律。區(qū)域重力點設計和重力工作布置，是區(qū)域重力調查的一個重要環(huán)節(jié)。以往采用傳統(tǒng)的1∶20萬地形圖作為地理底圖并設計區(qū)域重力點，當紙質圖上的區(qū)域重力點設計存在問題時，修改極為不便； 隨后雖改為計算機成圖，但將掃描后的圖件矢量化，再進行誤差校正和投影變換，結果處理速度較慢、效率較低，且沒有地理底圖數(shù)據(jù)。因此，本文力求改進這2種方法設計重力點的不足，將掃描后圖件進行光柵校正，再進行矢量化，形成具有地理信息的圖件，同時考慮質量、速度和規(guī)模3方面影響，最終實現(xiàn)計算機快速批量化成圖設計思路及數(shù)字化成圖過程。

通過多次參加1∶25萬(或1∶20萬)多個圖幅的區(qū)域重力調查，尤其是近年完成的“四川1∶25萬瀘州市、正安縣幅基礎地質調查修測”物探子項目區(qū)域重力調查的重力點設計工作后，將使用紅藍彩色鉛筆在紙質地形圖上設計重力點的傳統(tǒng)方法和使用計算機掃描地形圖設計重力點的數(shù)字方法進行對比： 應用計算機和MapGIS軟件數(shù)字化成圖，相對于用圖紙設計區(qū)域重力點，更加整體規(guī)范、曲線均勻、色彩華麗，具有圖面點位大小同比、布點密度均一、鄰圖拼接自由、重力測點(含重力基點)性質易于區(qū)分以及重力基點聯(lián)測路線表示醒目等優(yōu)勢； 采用紙質材料設計重力點，成圖效率低下、內容編輯困難、畫錯修改不便、圖面書寫潦草、信息易損難復、丟失難以找回、負載多重難辨，而采用計算機數(shù)字化后設計重力點，簡化工作強度、出圖快捷準確、編輯自由、圖層清楚、復制方便、立等可取、備份海量； 此外，MapGIS軟件除在區(qū)域重力工作中可以高質量高效率制作重力點位設計圖和重力異常等值線圖外，還可以應用于重力異常研究，進行礦產資源潛力評價預測、成礦規(guī)律綜合預測、劃分成礦遠景區(qū)、解譯線性和環(huán)形構造、提取巖漿巖異常體及形成物探空間數(shù)據(jù)庫等。本文主要總結了使用MapGIS軟件設計重力點工作圖的幾大工作要領，以及部分相關的具體細節(jié)和制圖技巧。

1 重力點位設計概述

《區(qū)域重力調查規(guī)范(DZ/T 0082—93)》明確規(guī)定： 在1∶20萬比例尺區(qū)域重力調查中，每一個測點所控制面積為4～8 km2，相當于在每一個1∶5萬圖幅中設計的重力測點應保證有70～80個，且應均勻分布； 當?shù)匦螚l件惡劣時，測點密度可適當放寬，在1∶20萬(或1∶25萬)的圖幅中，其區(qū)域重力測點密度不應大于20 km2一個測點，且放寬面積不超過該圖幅面積的10%[1]。

對于重力測點布設，應根據(jù)工作比例尺以及工區(qū)地質構造特點、地形和交通等條件，在所用地形圖上布置，即充分結合地形圖上的地形等級、地貌趨勢、交通狀況、人文地物、構造標志和重力Ⅰ級、Ⅱ級基點分布，在圖紙上均勻布設重力測點，并充分考慮相關的工作要素。測點分布可呈不規(guī)則網(wǎng)形式(在地形條件允許的前提下可為規(guī)則網(wǎng))，重要的是測點要盡量選在地形平坦且地物標志明顯的地方，以便于野外實地定點，但在野外工作時可根據(jù)實地情況進行調整。

本文通過對MapGIS制圖軟件的圖像處理、圖像分析及使用技巧進行簡述，采用1∶5萬地形圖作為野外工作底圖完成重力點設計，再通過光柵掃描到計算機，利用MapGIS制圖軟件數(shù)字化處理，生成1∶25萬比例尺的重力點工作布置設計圖。其主要工作流程見圖1。

圖1 重力點設計圖制作流程Fig.1 Drawing processes of gravity points design

2 資料收集與圖件掃描

2.1 資料收集及相關處理

完成區(qū)域重力點的設計工作，首先需收集工作區(qū)內的地質圖和地形圖等資料，一般有4種信息的介質資料： 紙介質圖、透明薄膜介質圖、刻圖薄膜介質圖件數(shù)據(jù)圖和圖件數(shù)字化資料圖。在上述信息資料中： 紙介質圖在常溫下變形最大； 透明薄膜介質圖和刻圖薄膜介質圖的變形較小； 圖件數(shù)字化資料圖的變形最小且使用較多。本次工作收集的1∶5萬地形圖為紙介質圖，經檢查有微小變形，其誤差來源主要為對圖紙的多次折疊、反復褶皺和氣候變化等因素，可產生1～2 mm的變形誤差[2]。對其檢查處理后，在掃描儀上掃描成光柵圖像文件，再在計算機上進行相關處理和打印輸出，并在打印圖上進行重力點初步布設與光柵誤差校正工作。

2.2 圖件掃描

圖件掃描主要是對所收集的1∶5萬地形圖底圖進行原始圖像掃描，為下一步設計重力點做準備。對圖件掃描采用幅面大于底圖的掃描儀一次完成，減少由圖像拼接造成的誤差，重力點設計制作使用MapGIS地理信息系統(tǒng)完成。對使用的1∶5萬地形圖，在掃描前應先檢查圖紙是否有折疊和褶皺等現(xiàn)象，若需要可采用熨斗進行熨平處理，從而最大限度減少圖紙的變形誤差。經過一系列撫平定形處理后，通過掃描儀掃描，生成.jpg或.tif格式的光柵圖像原始文件； 再將光柵文件進行原樣打印，對其打印好的地形圖統(tǒng)一編號，確定工作圖幅和工作區(qū)域； 之后交經驗豐富的物探技術人員，按照區(qū)域重力調查點設計及布置原則等技術要求，并考慮與工作駐地和重力基點就近閉合的需要，在打印的地形圖上完成重力點初步設計。

3 圖像處理與光柵校正

3.1 圖像處理

圖像處理主要是對1∶5萬地形圖及其設計的重力點位圖掃描后的原始光柵圖像(.jpg或.tif)進行系列化處理，利用MapGIS軟件“圖像處理”模塊完成，使處理后光柵圖像正確投影到對應的圖幅內。其主要過程是將掃描的1∶5萬地形圖光柵圖像轉換為能被MapGIS軟件接受的專用文件，文件格式為.msi。

本次工作有60多幅1∶5萬圖幅，由于處理的圖件較多，在進行圖像處理與光柵校正之前，首先應對所有的圖件進行統(tǒng)一編號(或排序)，以工作區(qū)范圍為準，從左到右、從上至下進行，然后建立相應的文件夾，方便以后作業(yè)。

點擊“文件”進入“數(shù)據(jù)輸入”，再點擊“圖像轉換系統(tǒng)”，選擇圖像轉換類型(.jpg，.tiff和.bmp)，添加文件，處理的圖幅較多時，可選擇添加目錄一次性全部導入。查看需轉換的文件無誤后，點擊“轉換”，當轉換完成后，系統(tǒng)自動將轉換的文件存入相應的文件夾中，最后點擊“關閉”，完成圖像轉換操作。

3.2 光柵校正

光柵校正是一個比較復雜的處理過程，一般需要多個步驟才能實現(xiàn)，主要為生成對應的圖幅圖框文件、選擇校正擬合方式、采集控制點和輸出校正后的光柵圖像[3]，該過程均在“鑲嵌融合”模塊中進行。

3.2.1 對應圖幅圖框文件生成

在圖像分析系統(tǒng)中點擊“文件”菜單，打開剛轉換的.msi光柵圖像，在能看清楚圖幅編號的前提下，適當縮放圖像，再點擊“鑲嵌融合”菜單移到“打開參照文件”下拉菜單上，點擊“自動生成圖框”，輸入圖幅編號，取消“采用大地坐標”，點擊“確定”(圖2(a))； 進入圖框生成界面，點擊輸入保存文件名，確定后再輸入圖幅名稱，點擊“確定”(圖2(b))，出現(xiàn)校正文件和參照文件的顯示窗口。

圖2 自動生成圖框和保存圖框文件界面Fig.2 File interfaces of the automatic generation frame and the save frame

圖3 添加控制點界面Fig.3 Interfaces of adding control points

3.2.2 校正擬合方式選擇

在圖像分析系統(tǒng)中，幾何校正的模型采用了多項式擬合法，該系統(tǒng)支持一階到五階的多項式幾何校正變換。不同階的多項式幾何校正所需控制點數(shù)不同，為保證較高的校正精度，實際選擇的控制點至少為理論數(shù)的3倍。因此，在本次工作中采用了一階多項式擬合法，即1幅1∶5萬地形圖中至少需要3個以上控制點。

3.2.3 控制點采集

首先，在“鑲嵌融合”下拉菜單里，點擊“刪除所有控制點”后，再點擊“添加控制點”，在窗口的左側選擇光柵圖像上的對應控制點位置，通過窗口放大和縮小功能精確對準位置； 然后，按空格鍵，此控制點便保存了，再用同樣的方法讀取和保存下一個控制點; 最后，完成整個圖幅控制點的讀取與保存(圖3)。在所需控制點讀取結束后，需認真檢查數(shù)據(jù)質量，確保誤差小于1 mm，然后進行校對預覽，即查看校對光柵與參照圖件的吻合情況，讀取的控制點誤差統(tǒng)計結果見表1。

表1 控制點數(shù)據(jù)

3.2.4 校正后光柵圖像輸出

在“鑲嵌融合”下拉菜單里，點擊“控制點瀏覽”和“校對預覽”，查看校對光柵與參照圖件吻合情況，檢查無誤后，點擊“影像校正”，保存光柵文件，設置轉換參數(shù)，選擇重采樣方式，點擊“確定”，便可輸出經過校正的光柵文件了。在光柵文件處理完成后，退出圖像分析系統(tǒng)。

4 重力點位設計與制圖

在“圖形處理”的“輸入編輯”中，打開圖框文件和重力點文件，添加經過投影變換輸出的光柵文件，便可以進行重力點位布設工作。將1∶5萬地形圖的點位設計數(shù)據(jù)采集到重力點文件中，點擊“點編輯”，輸入點圖元、點參數(shù)和點子圖，選擇所需的子圖號，設置子圖高度、寬度、子圖顏色和圖層，點擊“確認”就可進行重力點位數(shù)據(jù)采集了(圖4)。

圖4 重力點位數(shù)據(jù)采集Fig.4 Data acquisition of gravity points

當所有圖幅的點位全部采集后，進行點位數(shù)據(jù)文件匯總，生成1∶25萬重力點位設計工作布置圖，在“圖形處理”的“輸入編輯”中新建工程文件，在工程中添加所有采集的重力點數(shù)據(jù)。依據(jù)相關要求，查看點位的密度是否合適，對過密或過稀的位置進行調整，使之符合要求，在確認無誤后保存文件。在工程窗口中選擇所有重力點文件，右鍵選擇“合并文件”，輸入保存文件名，點擊“確定”后進行文件合并(圖5)，待該過程完成后，刪除上述所選文件。

圖5 合并文件界面Fig.5 Interface of files merging

在工程窗口中選擇所有重力布點文件，雙擊進入單文件窗口，選擇“其他”，進入選項中的整圖變換[4]的鍵盤輸入?yún)?shù)，在“點變換”和“參數(shù)變化”前邊打勾，在比例參數(shù)X和Y比例中輸入對應的比例常數(shù)(從1∶5萬變換到1∶25萬的比例常數(shù)為0.2)，點擊“確定”，就能進行圖幅變換了。將變換的點文件保存，關閉單文件窗口； 在工程窗口中，添加已經做好的1∶25萬圖框和圖例文件，進行圖廓整飾，一幅完整的重力點工作設計圖就制作完成了。

5 結論

(1)應用MapGIS圖像分析系統(tǒng)，可以更好地校正1∶5萬地形圖掃描后的光柵圖像位置，形成精準的地理底圖，對野外重力點布設和重力基點聯(lián)測實地定點，提供了極大的方便和可靠的原始圖件。

(2)在圖像處理過程中，使用自動生成圖框的方法，能夠較好地實現(xiàn)地形圖圖像在重力點位設計中的幾何校正，且操作簡單，速度快，校正精度高。但是，在地形圖矢量化過程中，數(shù)據(jù)處理過程復雜，處置速度慢，且容易出錯，主要原因是大批量數(shù)據(jù)處理繁重且耗時較多。故需注意工作優(yōu)化，提高工作效率并保證工作質量，提升計算機和MapGIS軟件數(shù)字化成圖的優(yōu)勢，并挖掘其潛力。

(3)利用MapGIS圖像分析系統(tǒng)布設區(qū)域重力點，其步驟便捷、易操作，為區(qū)域重力點布設提供了一套便捷的制圖方案，具有一定的借鑒和參考意義。

(4)MapGIS地理信息系統(tǒng)軟件，是地勘行業(yè)非常強大的多功能軟件，除了可以布設區(qū)域重力點外，還在重力異常與礦產分布關系研究、礦產資源潛力評價預測、成礦規(guī)律研究、成礦遠景區(qū)劃分、深部構造和隱伏巖漿巖研究以及物探空間數(shù)據(jù)庫建設等方面，具有重要作用。

[1] 中國地質調查局.DZ/T 0082—2006 區(qū)域重力調查規(guī)范[S].北京:中國標準出版社,2006.

[2] 何明華.MAPGIS制圖過程中的誤差分析與校正[J].地礦測繪,2004,20(2):28-29.

[3] 吳志春,郭福生,姜勇彪,等.基于ERDAS IMAGINE的掃描地形圖快速校正方法[J].遼寧工程技術大學學報:自然科學版,2011,30(6):861-865.

[4] 張國宏,何占璽.使用MAPGIS制圖的技巧探討[J].甘肅林業(yè)科技,1999,24(3):58-60.

(責任編輯： 劉永權，劉丹)

Application of MapGIS image analysis system in making design drawing of regional gravity points

YANG Shengfa1,2, ZHANG Xijun1,2, WANG Fang1

(1.GeologicalSurueyofGuizhouProvince,Guiyang550018,China； 2.GuizhouEngineeringResearchCenterofGeologicalandGeophysicalDevelopingApplication,Guiyang550018,China)

In order to improve the design processes of regional gravity points，the authors took a scanned 1∶50 000 topographic map as the geographic base map, transformed the format of the scanned raster images, corrected the error of the standard map through the image processing and image analysis function module of MapGIS software, and designed the gravity points on the corrected raster image. The design drawing of regional gravity points corresponded with the actual positions. The research shows that the method is simple, rapid and of high-quality, and also convenient in timely extraction and digital management in the system.

MapGIS; drawing; regional gravity; designing points

10.19388/j.zgdzdc.2017.04.13

楊勝發(fā),張西君,王芳.MapGIS圖像分析系統(tǒng)在區(qū)域重力點設計圖制作中的應用[J].中國地質調查,2017,4(4): 93-98.

2016-10-09；

2017-01-03。

中國地質調查局“四川1∶25萬瀘州市、正安縣幅基礎地質調查修測(編號： 12120114009801)”項目資助。

楊勝發(fā)(1964—),男,高級工程師,主要從事物探工程測量及計算機制圖工作。Email： 506399702@qq.com。

P631.1; TP39; P285.1

A

2095-8706(2017)04-0093-06