mapgis的地質(zhì)制圖技術(shù)與空間分析技術(shù)

mapgis的地質(zhì)制圖技術(shù)與空間分析技術(shù)

0高效全漢字大型智能系統(tǒng)軟件針對國際先進(jìn)水平的大型信息系統(tǒng)軟件，gray通過c-rom獨(dú)立開發(fā)和實(shí)現(xiàn)。它是一種高效、高達(dá)國際先進(jìn)的大型計(jì)算機(jī)科學(xué)軟件。它集圖像、地質(zhì)、地理、遙感、測繪、人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)等于一體。目前，它已廣泛應(yīng)用于規(guī)劃語言、交通、環(huán)境、電信、測量、土地管理、公共安全、國防、教育、地質(zhì)勘察、礦產(chǎn)資源管理、房地產(chǎn)、旅游等領(lǐng)域。它包括輸入、圖形編輯、輸出、庫管理、空間分析、實(shí)用服務(wù)等六大部分,含有十六個(gè)子系統(tǒng)。其掃描矢量化、數(shù)字化儀采集、圖形編輯、拓?fù)涮幚?、文件轉(zhuǎn)換、誤差校正、數(shù)據(jù)輸出、圖庫管理、屬性管理、圖象處理、空間分析等子系統(tǒng),涵蓋了GIS中主要的功能需求。作者在本文中主要探討Mapgis在地質(zhì)學(xué)中的應(yīng)用。1mapgis地質(zhì)制劑地質(zhì)制圖是地質(zhì)工作的有機(jī)組成部分,在開展多學(xué)科、多途徑的地質(zhì)科研研究中,自始至終都要運(yùn)用地質(zhì)圖來表現(xiàn)研究成果。在傳統(tǒng)的地質(zhì)制圖過程中,要經(jīng)歷若干個(gè)成圖步驟。從工作過程來看,要經(jīng)歷野外填圖、室內(nèi)綜合整理編圖、印刷出版三個(gè)方面;從成圖過程看,要經(jīng)歷野外地質(zhì)草圖、野外地質(zhì)清圖、作者原圖、編稿原圖、印刷原圖、分色樣圖、地質(zhì)圖,其工藝流程和操作方法是相當(dāng)煩瑣和復(fù)雜的。一幅1∶200000或1∶50000的圖幅,從野外填圖到提交成果,一般需要4~5年。很顯然,傳統(tǒng)的地質(zhì)成圖方法已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)今社會高速發(fā)展和地質(zhì)科學(xué)發(fā)展的需要。因此,世界上一些發(fā)達(dá)國家如美國、英國、法國、德國、澳大利亞、加拿大、荷蘭等國都先后從六十~七十年代就開始進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助制圖的研究工作,到目前已經(jīng)達(dá)到使用階段,個(gè)別國家已達(dá)到相當(dāng)高的自動化程度。MapGIS就是中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)信息工程學(xué)院資助開發(fā)的GIS系統(tǒng),在地質(zhì)制圖方面也提供了強(qiáng)大的功能。Mapgis地質(zhì)制圖過程主要分為資料準(zhǔn)備、圖形輸入、圖形編輯、顏色設(shè)計(jì)和圖形輸出等幾個(gè)階段。Mapgis提供了兩種圖形輸入方法:一種是數(shù)字化輸入,即采用數(shù)字化儀人工手扶游標(biāo)跟蹤,將原圖資料轉(zhuǎn)化為圖形數(shù)據(jù);另一種是掃描矢量化,通過掃描儀掃描原圖,以柵格形式存貯于圖象文件中,并經(jīng)過矢量轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)。以上功能可用Mapgis的輸入編輯子系統(tǒng)來完成。數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后,就要進(jìn)入圖形編輯、數(shù)據(jù)校正、圖形的整飾、誤差的消除、坐標(biāo)的變換等工作,由Mapgis圖形編輯子系統(tǒng)、誤差校正、圖形裁剪、屬性庫管理等系統(tǒng)來完成上述各項(xiàng)功能。顏色是地學(xué)圖表現(xiàn)的一種重要要素,它直接影響地學(xué)圖的表現(xiàn)力和圖面效果。因此,地學(xué)圖對顏色的要求是非常嚴(yán)格的。Mapgis對地學(xué)圖作了顏色的要求,在分析了地學(xué)圖印刷特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一套靈活、方便、精確的顏色定義和色標(biāo)系統(tǒng)。圖形輸出是Mapgis地質(zhì)制圖的最后一道工序,通常是把顯示出的圖形數(shù)據(jù),經(jīng)過以上步驟,在基本符合要求后,由Mapgis的輸出系統(tǒng)將編輯好的圖形顯示到屏幕或指定的設(shè)備上。經(jīng)以上處理過的數(shù)據(jù),可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)圖件的數(shù)字化,并建立圖形和屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合的數(shù)據(jù)庫。地質(zhì)信息數(shù)據(jù)全部存儲于計(jì)算機(jī)中,可以將具有同一特性的圖形要素放在同一層中,即是將圖形數(shù)據(jù)分幅錄入,這樣易于管理和查詢,而且可靈活地進(jìn)行分幅檢索、添加圖幅、刪除圖幅。Mapgis的數(shù)字地面模型(DTM)使地質(zhì)制圖立體顯示成為可能,這方面在后面詳細(xì)討論。近幾年來,Mapgis在地質(zhì)地形圖、剖面圖、綜合柱狀圖、儲量圖及水文地質(zhì)圖等圖件編制中得到了廣泛的應(yīng)用,取得了不錯(cuò)的效果。天津市測繪院的王紅梅等在制作《天津市地圖冊》的過程中,運(yùn)用Mapgis軟件數(shù)字制圖的功能,提高了圖冊的質(zhì)量,減少了制作工藝的步驟,為建立地理信息系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù),充分運(yùn)用其誤差校正,可為獲取的數(shù)據(jù)提供便利的圖形糾正方法,使數(shù)字地圖的精度滿足實(shí)際要求。圖形編輯系統(tǒng)提供了較全面的制圖功能,如作雙線的功能使專題圖各級道路的寬度保持一致,圖形更加美觀。姜明麗等利用功能強(qiáng)大的Mapgis系統(tǒng),成功的編制了礦井綜合水文地質(zhì)圖,為機(jī)助編制各類水文地質(zhì)圖提供了一條可行的途徑。從資料輸入,到最后成圖,同以往手工制圖、描圖相比,運(yùn)用Mapgis軟件所制的圖件不僅美觀、精度高,而且符合編制要求,提高了編制質(zhì)量和效率,縮短了報(bào)告編制時(shí)間。2矢量與柵格數(shù)據(jù)空間分析技術(shù)是地理信息系統(tǒng)的核心。自然界地質(zhì)信息多種多樣,但就地學(xué)領(lǐng)域空間數(shù)據(jù)而言,主要可歸結(jié)為矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)兩種。地質(zhì)地面信息圖件等為矢量數(shù)據(jù),遙感圖象等為柵格數(shù)據(jù)。Mapgis具有強(qiáng)大的空間分析能力和具備對空間數(shù)據(jù)以及非空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和查詢、檢索的功能,包括矢量空間分析、數(shù)字高程模型(DTM)、網(wǎng)絡(luò)分析、圖象分析、電子沙盤等五個(gè)子系統(tǒng)。2.1數(shù)據(jù)分析功能矢量空間分析是Mapgis的一個(gè)十分重要的部分,它通過空間疊加分析方法,屬性分析方法和數(shù)據(jù)查詢檢索來實(shí)現(xiàn)對地理數(shù)據(jù)的分析和查詢,其主要功能如下。(1)DTM數(shù)據(jù)分析功能提供了對數(shù)據(jù)地形模型(DTM)的分析檢索功能,可進(jìn)行坡度分析、坡向分析、分水嶺分析、流域分析、趨勢面分析、相關(guān)分析以及TIN模型分析。(2)空間疊加分析功能提供了區(qū)對區(qū)疊加分析,包括合并、相交、相減、判別分析;線對區(qū)疊加分析,包括相交、判別分析;點(diǎn)對區(qū)疊加分析,包括相交、判別分析;區(qū)對點(diǎn)疊加分析,包括相交、相減分析;點(diǎn)對線疊加分析;線緩沖區(qū)分析。其用途是:在疊加后,可以根據(jù)結(jié)果找出疊加后平面增強(qiáng)的點(diǎn)和區(qū)域,以確定構(gòu)造特殊部位和找礦靶區(qū)。(3)屬性數(shù)據(jù)分析功能有單屬性統(tǒng)計(jì)分析、單屬性累計(jì)直方圖、單屬性累計(jì)頻率直方圖、單屬性分類統(tǒng)計(jì)、單屬性基本初等函數(shù)變換、雙屬性累計(jì)直方圖、雙屬性累計(jì)頻率直方圖、雙屬性分類統(tǒng)計(jì)、雙屬性四則運(yùn)算等操作。(4)綜合查詢檢索功能包括空間查詢和屬性查詢?？臻g查詢是根據(jù)圖形的空間位置查找對應(yīng)的專業(yè)屬性,屬性查詢是根據(jù)專業(yè)屬性字段組成的數(shù)學(xué)表達(dá)式或邏輯表達(dá)式,查找對應(yīng)的空間實(shí)體。靈活方便的條件定義,可實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的隨意查詢。(5)分析結(jié)果輸出功能可將查詢分析結(jié)果以圖形、文字、報(bào)表的形式輸出,使得圖文并茂,簡單直觀。2.2高高程數(shù)據(jù)文件的編輯(1)網(wǎng)格化功能可對離散的、隨機(jī)采樣的高程數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格化處理,將不規(guī)則的離散高程數(shù)據(jù)點(diǎn)網(wǎng)格化為規(guī)則的高程數(shù)據(jù)點(diǎn)。系統(tǒng)提供有距離加權(quán)平均、距離加權(quán)最小二乘、三角剖分插值及克立金等網(wǎng)格化模型算法;同時(shí),系統(tǒng)還可對高程數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行可視編輯校對以檢索數(shù)據(jù)的正確性。(2)數(shù)據(jù)插密功能可對規(guī)則網(wǎng)高程數(shù)據(jù)按雙三次曲面或線性進(jìn)行網(wǎng)格的加密內(nèi)插,以便減小模型數(shù)據(jù)的失真。(3)繪制等直線圖根據(jù)插密生成的數(shù)據(jù)文件,系統(tǒng)就可生成矢量式彩色等直線圖件。(4)繪制彩色立體圖功能可生成矢量式三維彩色立體圖,在完成高程數(shù)據(jù)到二維平面數(shù)據(jù)透視交換的同時(shí),根據(jù)在等直線追蹤過程中提供的信息數(shù)據(jù),對區(qū)域著色,產(chǎn)生彩色網(wǎng)狀立體圖。(5)剖面分析、面積體積量算功能提供了剖面圖繪制分析功能,可對剖面套色成區(qū);而量算功能可實(shí)現(xiàn)在高程范圍內(nèi)任意區(qū)域的地表面積、體積,及按給定高程后拉平區(qū)域所需的搬去方量、外運(yùn)方量及區(qū)域總方量等的量算輸出。(6)專業(yè)分析功能可根據(jù)高程數(shù)據(jù),使系統(tǒng)作坡度坡向分析、山脊溝谷提取分析、日照遮蔽區(qū)提取分析及趨勢分析等。2.3網(wǎng)絡(luò)查詢檢索功能Mapgis網(wǎng)絡(luò)分析子系統(tǒng)提供了方便的管理各類網(wǎng)絡(luò)的手段,用戶可以利用此子系統(tǒng)迅速、直觀地構(gòu)造整個(gè)網(wǎng)絡(luò),建立與網(wǎng)絡(luò)元素相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)庫,并可以隨時(shí)對網(wǎng)絡(luò)元素及其屬性進(jìn)行編輯和更新;系統(tǒng)提供了豐富有力的網(wǎng)絡(luò)查詢檢索及分析功能,用戶可用鼠標(biāo)點(diǎn)擊查詢,也可輸入任意條件進(jìn)行檢索,還可以查看和輸出橫斷面圖、縱斷面圖和三維立體圖;同時(shí),系統(tǒng)還提供在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中具有普遍意義的關(guān)閥搜索、最短路徑、最佳路徑、資源分配、最佳圍堵方案等功能,從而可以有效支持緊急情況處理和輔助決策。2.4遙感遙感數(shù)據(jù)庫圖象分析子系統(tǒng)能處理柵格化的二維空間分布數(shù)據(jù),包括各種遙感數(shù)據(jù)、航測數(shù)據(jù)、航空雷達(dá)數(shù)據(jù)、各種攝影的圖形數(shù)據(jù),以及通過數(shù)據(jù)化和網(wǎng)格化的地質(zhì)圖、地形圖、各種地球物理、地球化學(xué)數(shù)據(jù)和其它專有圖象數(shù)據(jù)。2.5空間分析功能此系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的三維交互地形可視化環(huán)境,利用DEM數(shù)據(jù)和專業(yè)圖象數(shù)據(jù),可生成近實(shí)時(shí)的二維和三維透視景觀,通過交互的調(diào)整分行方向、觀察方向、分行觀察位置、分析高度的參數(shù),可以生成近實(shí)時(shí)的分行鳥瞰景觀。此系統(tǒng)主要用途有:地形踏勘、野外作業(yè)設(shè)計(jì)、野外作業(yè)彩排、地質(zhì)構(gòu)造識別、野外選址、DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量評估等。自Mapgis面世以來,很多專家和學(xué)者將它強(qiáng)大的空間分析功能運(yùn)用于科研和生產(chǎn)中,收到了很好的效果。王麗瑛等在研究地面沉降的過程中,利用Mapgis的空間分析功能,檢索地下水位降落漏斗的分布面積,繪制地下水等壓線圖,進(jìn)行屬性統(tǒng)計(jì),繪制地面沉降累計(jì)沉積量等直線圖和不同角度的剖面圖以及地下水開采強(qiáng)度圖。把這些圖形進(jìn)行綜合分析,可以發(fā)現(xiàn)地下水位隨時(shí)間的變化規(guī)律,地面沉降與各種因素的關(guān)系,并能更準(zhǔn)確地找出產(chǎn)生地面沉降的原因,地面沉降發(fā)展變化的趨勢和規(guī)律,以進(jìn)行地面沉降預(yù)測,為地面沉降的綜合治理提供了科學(xué)依據(jù)。Mapgis應(yīng)用于云南元江等地區(qū)的成礦預(yù)測效果明顯,主要運(yùn)用點(diǎn)線關(guān)系、線區(qū)關(guān)系、點(diǎn)區(qū)關(guān)系等空間疊加分析功能來圈定成礦的有利部位。因此,Mapgis可應(yīng)用于礦產(chǎn)預(yù)測,并能在方法學(xué)上推動礦產(chǎn)預(yù)測學(xué)向前發(fā)展。3應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)Mapgis是運(yùn)行在PC486以上微機(jī)平臺的工具型軟件,它為用戶提供了兩種使用方法:一是利用軟件自身的各種功能,建立用戶的空間和專業(yè)屬性數(shù)據(jù)庫,并實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種專業(yè)檢索和分析;二是借助軟件提供完整的二次開發(fā)函數(shù)庫,并在Mapgis平臺上開發(fā)面向各自領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)。二次開發(fā)利用可視化軟件的高效方便編程功能,利用GIS系統(tǒng)軟件所提供的空間數(shù)據(jù)分析處理功能,集二者之所長,足以提高應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率,使GIS系統(tǒng)面向?qū)ο?具有良好的外觀和完善的功能,使人們不再需要面對復(fù)雜的GIS概念,這也是當(dāng)今世界地理信息系統(tǒng)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域。并且,在有些應(yīng)用方面,不需要GIS軟件的所有功能使用者,根據(jù)自己的需要進(jìn)行GIS系統(tǒng)的二次開發(fā),也是很必要的。根據(jù)用戶的工作需求和復(fù)雜程度,Mapgis平臺的二次開發(fā)提供了以下三種不同的開發(fā)方案。3.1基本api函數(shù)的開發(fā)Mapgis以標(biāo)準(zhǔn)C的接口形式,封裝了Mapgis所有的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和功能函數(shù);這種方法功能最強(qiáng),應(yīng)用環(huán)境也最廣,但編程量也最多。3.2圖形顯示和編輯這種方法主要是針對VC開發(fā)的用戶。因?yàn)镸apgis是用VC++開發(fā)出來的平臺,因此,對于圖形顯示和編輯用MFC派生了幾個(gè)視類對象,封裝了Mapcad的絕大部分功能。利用這些基本視類可以快速高效地實(shí)現(xiàn)編輯功能,而且在此基礎(chǔ)上還能靈活地增加自己特定的功能,而編程量也較少。3.3應(yīng)用mapgis進(jìn)行二次開發(fā)地震勘探方向這是一種更高、更通用的應(yīng)用接口,使得在可視化程度很高的開發(fā)環(huán)境下(例VB和DELPHI)進(jìn)行二次開發(fā)變得更加方便和簡單。在地學(xué)領(lǐng)域中,根據(jù)Mapgis提供的自身功能以及完善的二次開發(fā)函數(shù)庫,應(yīng)用人員可以按自己生產(chǎn)和科研的需要,開發(fā)出面向自己領(lǐng)域的,實(shí)用、界面美觀、易于操作的系統(tǒng)。高惠瑛等在開發(fā)沈陽市地震影響信息系統(tǒng)的應(yīng)用中,就用Mapgis進(jìn)行了二次開發(fā),加入了地震災(zāi)害預(yù)測與評估統(tǒng)計(jì)分析模塊,實(shí)現(xiàn)了對沈陽市地震影響和震害快速評估,以及信息查詢、更新等功能,為沈陽市宏觀估