地質(zhì)輔助制圖系統(tǒng)研發(fā)

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(zhì)信息需要進(jìn)行可視化，以便提高地質(zhì)研究工作的效率。然而傳統(tǒng)手工制圖方法已無法滿足地質(zhì)研究工作對(duì)效率的需求。針對(duì)這一現(xiàn)狀，開發(fā)基于ArcEngine二次開發(fā)平臺(tái)的地質(zhì)輔助制圖系統(tǒng)，以空間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)組織和存儲(chǔ)，運(yùn)用GIS的空間插值獲得屬性的分布場，并轉(zhuǎn)化為地質(zhì)圖件，實(shí)現(xiàn)圖件的矢量編輯，以提高繪制地質(zhì)平面圖的速度。

關(guān)鍵詞： ArcEngine; 空間數(shù)據(jù)庫; 空間插值; 矢量編輯

中圖分類號(hào)：TP391? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：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(zhì)平面圖作為地質(zhì)信息的重要載體[1]，記錄著地質(zhì)工作者在長時(shí)間勘探過程中的研究成果。傳統(tǒng)地質(zhì)制圖的過程復(fù)雜，成圖周期長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，制圖工作者迫切需要提高地圖制作的自動(dòng)化程度[2]，快速完成制圖。ArcGIS自身具有強(qiáng)大的平臺(tái)優(yōu)勢，借助其相對(duì)成熟的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理方法，可實(shí)現(xiàn)地質(zhì)圖件的集成管理與企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部的共享。

隨著計(jì)算機(jī)軟件和地圖理論的不斷結(jié)合，ArcGIS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)專業(yè)制圖領(lǐng)域，一些先進(jìn)的石油公司早已對(duì)地質(zhì)制圖系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，例如Geo Frame系統(tǒng)、Bend Link Ex軟件等[3]。但是就我國的情況而言，在實(shí)際運(yùn)用中仍然存在以下三個(gè)問題：①企業(yè)軟件與油田實(shí)際需要不完全相符;②數(shù)據(jù)導(dǎo)出形式不公開;③矢量編輯功能不強(qiáng)[4]。因此，研發(fā)一個(gè)符合國內(nèi)實(shí)情的油氣地質(zhì)自動(dòng)-半自動(dòng)制圖系統(tǒng)非常重要。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地質(zhì)輔助制圖系統(tǒng)以ArcGIS二次開發(fā)平臺(tái)作為基石，意在開發(fā)出一套更適用于國內(nèi)的自動(dòng)-半自動(dòng)地質(zhì)平面圖繪制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)操作簡便，功能簡潔，剔除了過于復(fù)雜的制圖過程，非專業(yè)人士也可以達(dá)到更好的繪制結(jié)果，大大提高制圖效率和質(zhì)量，可為之后的地質(zhì)勘探提供有效的信息支持和決策幫助[5]。

1.1 系統(tǒng)體系架構(gòu)

地質(zhì)輔助制圖系統(tǒng)是以C/S模式來搭建。圖1顯示了本系統(tǒng)的三層式體系架構(gòu)，包括邏輯層、應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層。其中，數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，邏輯層表示了系統(tǒng)完成的主要功能，應(yīng)用層則是用戶根據(jù)需求制作地質(zhì)平面圖[6]。

數(shù)據(jù)層包含3大部分，分別是油氣專業(yè)數(shù)據(jù)庫、制圖模板庫和任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫。

⑴ 油氣專業(yè)數(shù)據(jù)：主要包括井位X、Y地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)表和各項(xiàng)屬性數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)主要是指每一口油井所附帶的關(guān)于地質(zhì)基本信息的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)以此作為插值字段來進(jìn)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(zhì)平面圖制作完成后，配置專屬的地理地圖，使地質(zhì)平面圖更具有針對(duì)性，并且豐富了地圖自身信息[7]。

邏輯層以數(shù)據(jù)層為基礎(chǔ)執(zhí)行制圖的邏輯操作，應(yīng)用層以邏輯層為基礎(chǔ)，用戶可以根據(jù)制圖標(biāo)準(zhǔn)來制作實(shí)際所需的地質(zhì)平面專題地圖[8]。

1.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)界面主要?jiǎng)澐譃樗膫€(gè)部分：標(biāo)題欄、工具欄、內(nèi)容列表以及地圖展示欄。根據(jù)本系統(tǒng)需求分析的結(jié)果，輔助制圖系統(tǒng)主要?jiǎng)澐殖伤膫€(gè)功能模塊：基本操作功能模塊、地質(zhì)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本操作，包括數(shù)據(jù)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(jìn)行設(shè)計(jì)，保證良好的用戶體驗(yàn)。

⑵ 地質(zhì)制圖總模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)制圖的基本功能。利用空間插值法：由點(diǎn)成面，將Excel中所包含的屬性信息通過算法預(yù)測，將區(qū)域的地質(zhì)信息反映在界面上，并以此為基礎(chǔ)生成等值線圖。

⑶ 地圖處理模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的二次編輯。主要包括以下兩個(gè)方面：①對(duì)由空間插值算法生成的柵格數(shù)據(jù)集進(jìn)行渲染，有利于提取地質(zhì)信息并提高數(shù)據(jù)讀取的準(zhǔn)確性;②對(duì)等值線進(jìn)行矢量修改，使其更加符合實(shí)際，再通過等值線的平滑，使地質(zhì)信息更好的展示在圖件上。

⑷ 排版出圖模塊

該模塊主要實(shí)現(xiàn)地質(zhì)圖件的排版出圖。通過加載Arcmap的地圖模板庫，可根據(jù)制圖要求添加圖名、圖例、比例尺等制圖要素，排版設(shè)計(jì)自由。而且以ArcGIS自身的優(yōu)勢，使圖件導(dǎo)出格式多樣化，增強(qiáng)數(shù)據(jù)間的交流。

2 功能實(shí)現(xiàn)

2.1 Excel表格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)點(diǎn)數(shù)據(jù)

將含有油井地理位置和其他屬性數(shù)據(jù)的Excel表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成點(diǎn)要素類。通過構(gòu)造的Excel連接字符串來獲取Excel中的Sheet列表數(shù)據(jù)，并將獲取到的列表添加到界面中的“選擇坐標(biāo)數(shù)據(jù)表”下拉數(shù)據(jù)表中，當(dāng)“選擇坐標(biāo)數(shù)據(jù)表”發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)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(shù)據(jù)的讀取是通過構(gòu)造數(shù)據(jù)庫操作變量，利用SQL查詢來獲取，在判定各設(shè)置條件完整后，便可進(jìn)行數(shù)據(jù)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(diǎn)的值來預(yù)測規(guī)定范圍內(nèi)其他單元的值。空間插值是將空間數(shù)據(jù)集通過算法，轉(zhuǎn)換成連續(xù)曲面。在ArcEngine封裝好的類庫中，通過調(diào)用“Raster InterpolationOp Class”實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)，而通過“IRaster Analysis Environment”接口可實(shí)現(xiàn)對(duì)空間插值環(huán)境變量的設(shè)置。

2.3 柵格渲染

選擇合適的渲染方法來對(duì)柵格數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理，從而達(dá)到更好的視覺效果，有利于地質(zhì)工作者從中提取那些需要用圖件去表達(dá)的信息。本系統(tǒng)采用兩種渲染方式：唯一值配色渲染、分級(jí)色彩渲染。

唯一值配色渲染是根據(jù)要素屬性值來設(shè)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(shù)量或者質(zhì)量的差異。

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

2.4 等值線的生成

等值線是根據(jù)空間插值生成的柵格數(shù)據(jù)集，輸入等值線間距后而生成的[9]。等值線的實(shí)現(xiàn)是通過調(diào)用“ISurfaceOp”接口中的“Contour”方法。

等值線計(jì)算的基本步驟如下：

⑴ 由用戶選擇并輸入柵格數(shù)據(jù)集;

⑵ 按照制圖的要求來設(shè)置等值線的間距;

⑶ 調(diào)用Contour方法，返回等值線數(shù)據(jù)集;

⑷ 調(diào)用CartographyTools的SmoothLine方法，實(shí)現(xiàn)等值線的平滑;

⑸ 顯示等值線結(jié)果數(shù)據(jù)，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(zhì)數(shù)據(jù)，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(duì)象中調(diào)用實(shí)現(xiàn)[10]。主要包含添加標(biāo)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(tǒng)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(jī)或者繪圖儀進(jìn)行打印，顯示在紙質(zhì)圖上;另一種是地圖格式的轉(zhuǎn)換輸出，即把地圖轉(zhuǎn)換輸出為不同的文件格式[11]。通過調(diào)用打印設(shè)置對(duì)話框、打印預(yù)覽對(duì)話框和打印對(duì)話框，結(jié)合ArcEngine的“Printer”類和“Paper”類，可實(shí)現(xiàn)打印設(shè)置、打印預(yù)覽和打印輸出三個(gè)功能。

3 結(jié)束語

該系統(tǒng)的開發(fā)以ArcGIS二次開發(fā)平臺(tái)為依托，進(jìn)行地質(zhì)平面圖的輔助制圖系統(tǒng)研發(fā)。明顯縮短制圖時(shí)間，提高制圖效率，增強(qiáng)數(shù)據(jù)間的交流為本系統(tǒng)的三大亮點(diǎn)。在研發(fā)過程中，借助ArcGIS平臺(tái)的優(yōu)勢，以進(jìn)行矢量二次編輯為中心開展，從一定程度上彌補(bǔ)了目前國內(nèi)相關(guān)制圖軟件的二次編輯能力不強(qiáng)的缺點(diǎn)。但軟件目前仍存在一些問題，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。

系統(tǒng)還需要增強(qiáng)對(duì)矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的修改能力，提高圖件的準(zhǔn)確度，使之更加適應(yīng)實(shí)際勘探與生產(chǎn)。另外，盡管單純的ArcGIS二次開發(fā)平臺(tái)在地質(zhì)圖件的制作方面有很大的優(yōu)勢，但是在后續(xù)開發(fā)中，仍要考慮到與其他專業(yè)制圖軟件優(yōu)勢的結(jié)合，提升本系統(tǒng)的實(shí)用性。

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