MapGIS图像分析系统在区域重力点设计图制作中的应用

杨胜发， 张西君， 王 芳

(1.贵州省地质调查院，贵阳 550018； 2.贵州省地质物探开发应用工程技术研究中心，贵阳 550018)

MapGIS图像分析系统在区域重力点设计图制作中的应用

杨胜发1,2， 张西君1,2， 王 芳1

(1.贵州省地质调查院，贵阳 550018； 2.贵州省地质物探开发应用工程技术研究中心，贵阳 550018)

为提高区域重力点设计的进程，扫描1∶5万地形图作为地理工作底图，再利用MapGIS软件“图像处理”模块和“图像分析”模块等功能，对扫描的光栅图像进行格式转换和标准图幅的误差校正，并在校正后的光栅图像上设计重力点，最终得到与实际位置对应较好的重力点设计图。研究表明，该方法简单、快速、质量高，便于系统及时提取和数字化管理重力点。

MapGIS； 制图； 区域重力； 设计点位

0 引言

现阶段中国地质调查局主管的区域重力调查项目，是以1∶25万比例尺为基本单位实施的，主要为大比例尺的矿产远景调查服务，旨在圈定成矿远景区、断裂构造和隐伏岩浆岩体等，研究物探异常与矿产分布关系，摸清不同矿产成矿规律。区域重力点设计和重力工作布置，是区域重力调查的一个重要环节。以往采用传统的1∶20万地形图作为地理底图并设计区域重力点，当纸质图上的区域重力点设计存在问题时，修改极为不便； 随后虽改为计算机成图，但将扫描后的图件矢量化，再进行误差校正和投影变换，结果处理速度较慢、效率较低，且没有地理底图数据。因此，本文力求改进这2种方法设计重力点的不足，将扫描后图件进行光栅校正，再进行矢量化，形成具有地理信息的图件，同时考虑质量、速度和规模3方面影响，最终实现计算机快速批量化成图设计思路及数字化成图过程。

通过多次参加1∶25万(或1∶20万)多个图幅的区域重力调查，尤其是近年完成的“四川1∶25万泸州市、正安县幅基础地质调查修测”物探子项目区域重力调查的重力点设计工作后，将使用红蓝彩色铅笔在纸质地形图上设计重力点的传统方法和使用计算机扫描地形图设计重力点的数字方法进行对比： 应用计算机和MapGIS软件数字化成图，相对于用图纸设计区域重力点，更加整体规范、曲线均匀、色彩华丽，具有图面点位大小同比、布点密度均一、邻图拼接自由、重力测点(含重力基点)性质易于区分以及重力基点联测路线表示醒目等优势； 采用纸质材料设计重力点，成图效率低下、内容编辑困难、画错修改不便、图面书写潦草、信息易损难复、丢失难以找回、负载多重难辨，而采用计算机数字化后设计重力点，简化工作强度、出图快捷准确、编辑自由、图层清楚、复制方便、立等可取、备份海量； 此外，MapGIS软件除在区域重力工作中可以高质量高效率制作重力点位设计图和重力异常等值线图外，还可以应用于重力异常研究，进行矿产资源潜力评价预测、成矿规律综合预测、划分成矿远景区、解译线性和环形构造、提取岩浆岩异常体及形成物探空间数据库等。本文主要总结了使用MapGIS软件设计重力点工作图的几大工作要领，以及部分相关的具体细节和制图技巧。

1 重力点位设计概述

《区域重力调查规范(DZ/T 0082—93)》明确规定： 在1∶20万比例尺区域重力调查中，每一个测点所控制面积为4～8 km2，相当于在每一个1∶5万图幅中设计的重力测点应保证有70～80个，且应均匀分布； 当地形条件恶劣时，测点密度可适当放宽，在1∶20万(或1∶25万)的图幅中，其区域重力测点密度不应大于20 km2一个测点，且放宽面积不超过该图幅面积的10%[1]。

对于重力测点布设，应根据工作比例尺以及工区地质构造特点、地形和交通等条件，在所用地形图上布置，即充分结合地形图上的地形等级、地貌趋势、交通状况、人文地物、构造标志和重力Ⅰ级、Ⅱ级基点分布，在图纸上均匀布设重力测点，并充分考虑相关的工作要素。测点分布可呈不规则网形式(在地形条件允许的前提下可为规则网)，重要的是测点要尽量选在地形平坦且地物标志明显的地方，以便于野外实地定点，但在野外工作时可根据实地情况进行调整。

本文通过对MapGIS制图软件的图像处理、图像分析及使用技巧进行简述，采用1∶5万地形图作为野外工作底图完成重力点设计，再通过光栅扫描到计算机，利用MapGIS制图软件数字化处理，生成1∶25万比例尺的重力点工作布置设计图。其主要工作流程见图1。

图1 重力点设计图制作流程Fig.1 Drawing processes of gravity points design

2 资料收集与图件扫描

2.1 资料收集及相关处理

完成区域重力点的设计工作，首先需收集工作区内的地质图和地形图等资料，一般有4种信息的介质资料： 纸介质图、透明薄膜介质图、刻图薄膜介质图件数据图和图件数字化资料图。在上述信息资料中： 纸介质图在常温下变形最大； 透明薄膜介质图和刻图薄膜介质图的变形较小； 图件数字化资料图的变形最小且使用较多。本次工作收集的1∶5万地形图为纸介质图，经检查有微小变形，其误差来源主要为对图纸的多次折叠、反复褶皱和气候变化等因素，可产生1～2 mm的变形误差[2]。对其检查处理后，在扫描仪上扫描成光栅图像文件，再在计算机上进行相关处理和打印输出，并在打印图上进行重力点初步布设与光栅误差校正工作。

2.2 图件扫描

图件扫描主要是对所收集的1∶5万地形图底图进行原始图像扫描，为下一步设计重力点做准备。对图件扫描采用幅面大于底图的扫描仪一次完成，减少由图像拼接造成的误差，重力点设计制作使用MapGIS地理信息系统完成。对使用的1∶5万地形图，在扫描前应先检查图纸是否有折叠和褶皱等现象，若需要可采用熨斗进行熨平处理，从而最大限度减少图纸的变形误差。经过一系列抚平定形处理后，通过扫描仪扫描，生成.jpg或.tif格式的光栅图像原始文件； 再将光栅文件进行原样打印，对其打印好的地形图统一编号，确定工作图幅和工作区域； 之后交经验丰富的物探技术人员，按照区域重力调查点设计及布置原则等技术要求，并考虑与工作驻地和重力基点就近闭合的需要，在打印的地形图上完成重力点初步设计。

3 图像处理与光栅校正

3.1 图像处理

图像处理主要是对1∶5万地形图及其设计的重力点位图扫描后的原始光栅图像(.jpg或.tif)进行系列化处理，利用MapGIS软件“图像处理”模块完成，使处理后光栅图像正确投影到对应的图幅内。其主要过程是将扫描的1∶5万地形图光栅图像转换为能被MapGIS软件接受的专用文件，文件格式为.msi。

本次工作有60多幅1∶5万图幅，由于处理的图件较多，在进行图像处理与光栅校正之前，首先应对所有的图件进行统一编号(或排序)，以工作区范围为准，从左到右、从上至下进行，然后建立相应的文件夹，方便以后作业。

点击“文件”进入“数据输入”，再点击“图像转换系统”，选择图像转换类型(.jpg，.tiff和.bmp)，添加文件，处理的图幅较多时，可选择添加目录一次性全部导入。查看需转换的文件无误后，点击“转换”，当转换完成后，系统自动将转换的文件存入相应的文件夹中，最后点击“关闭”，完成图像转换操作。

3.2 光栅校正

光栅校正是一个比较复杂的处理过程，一般需要多个步骤才能实现，主要为生成对应的图幅图框文件、选择校正拟合方式、采集控制点和输出校正后的光栅图像[3]，该过程均在“镶嵌融合”模块中进行。

3.2.1 对应图幅图框文件生成

在图像分析系统中点击“文件”菜单，打开刚转换的.msi光栅图像，在能看清楚图幅编号的前提下，适当缩放图像，再点击“镶嵌融合”菜单移到“打开参照文件”下拉菜单上，点击“自动生成图框”，输入图幅编号，取消“采用大地坐标”，点击“确定”(图2(a))； 进入图框生成界面，点击输入保存文件名，确定后再输入图幅名称，点击“确定”(图2(b))，出现校正文件和参照文件的显示窗口。

图2 自动生成图框和保存图框文件界面Fig.2 File interfaces of the automatic generation frame and the save frame

图3 添加控制点界面Fig.3 Interfaces of adding control points

3.2.2 校正拟合方式选择

在图像分析系统中，几何校正的模型采用了多项式拟合法，该系统支持一阶到五阶的多项式几何校正变换。不同阶的多项式几何校正所需控制点数不同，为保证较高的校正精度，实际选择的控制点至少为理论数的3倍。因此，在本次工作中采用了一阶多项式拟合法，即1幅1∶5万地形图中至少需要3个以上控制点。

3.2.3 控制点采集

首先，在“镶嵌融合”下拉菜单里，点击“删除所有控制点”后，再点击“添加控制点”，在窗口的左侧选择光栅图像上的对应控制点位置，通过窗口放大和缩小功能精确对准位置； 然后，按空格键，此控制点便保存了，再用同样的方法读取和保存下一个控制点; 最后，完成整个图幅控制点的读取与保存(图3)。在所需控制点读取结束后，需认真检查数据质量，确保误差小于1 mm，然后进行校对预览，即查看校对光栅与参照图件的吻合情况，读取的控制点误差统计结果见表1。

表1 控制点数据

3.2.4 校正后光栅图像输出

在“镶嵌融合”下拉菜单里，点击“控制点浏览”和“校对预览”，查看校对光栅与参照图件吻合情况，检查无误后，点击“影像校正”，保存光栅文件，设置转换参数，选择重采样方式，点击“确定”，便可输出经过校正的光栅文件了。在光栅文件处理完成后，退出图像分析系统。

4 重力点位设计与制图

在“图形处理”的“输入编辑”中，打开图框文件和重力点文件，添加经过投影变换输出的光栅文件，便可以进行重力点位布设工作。将1∶5万地形图的点位设计数据采集到重力点文件中，点击“点编辑”，输入点图元、点参数和点子图，选择所需的子图号，设置子图高度、宽度、子图颜色和图层，点击“确认”就可进行重力点位数据采集了(图4)。

图4 重力点位数据采集Fig.4 Data acquisition of gravity points

当所有图幅的点位全部采集后，进行点位数据文件汇总，生成1∶25万重力点位设计工作布置图，在“图形处理”的“输入编辑”中新建工程文件，在工程中添加所有采集的重力点数据。依据相关要求，查看点位的密度是否合适，对过密或过稀的位置进行调整，使之符合要求，在确认无误后保存文件。在工程窗口中选择所有重力点文件，右键选择“合并文件”，输入保存文件名，点击“确定”后进行文件合并(图5)，待该过程完成后，删除上述所选文件。

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

在工程窗口中选择所有重力布点文件，双击进入单文件窗口，选择“其他”，进入选项中的整图变换[4]的键盘输入参数，在“点变换”和“参数变化”前边打勾，在比例参数X和Y比例中输入对应的比例常数(从1∶5万变换到1∶25万的比例常数为0.2)，点击“确定”，就能进行图幅变换了。将变换的点文件保存，关闭单文件窗口； 在工程窗口中，添加已经做好的1∶25万图框和图例文件，进行图廓整饰，一幅完整的重力点工作设计图就制作完成了。

5 结论

(1)应用MapGIS图像分析系统，可以更好地校正1∶5万地形图扫描后的光栅图像位置，形成精准的地理底图，对野外重力点布设和重力基点联测实地定点，提供了极大的方便和可靠的原始图件。

(2)在图像处理过程中，使用自动生成图框的方法，能够较好地实现地形图图像在重力点位设计中的几何校正，且操作简单，速度快，校正精度高。但是，在地形图矢量化过程中，数据处理过程复杂，处置速度慢，且容易出错，主要原因是大批量数据处理繁重且耗时较多。故需注意工作优化，提高工作效率并保证工作质量，提升计算机和MapGIS软件数字化成图的优势，并挖掘其潜力。

(3)利用MapGIS图像分析系统布设区域重力点，其步骤便捷、易操作，为区域重力点布设提供了一套便捷的制图方案，具有一定的借鉴和参考意义。

(4)MapGIS地理信息系统软件，是地勘行业非常强大的多功能软件，除了可以布设区域重力点外，还在重力异常与矿产分布关系研究、矿产资源潜力评价预测、成矿规律研究、成矿远景区划分、深部构造和隐伏岩浆岩研究以及物探空间数据库建设等方面，具有重要作用。

[1] 中国地质调查局.DZ/T 0082—2006 区域重力调查规范[S].北京:中国标准出版社,2006.

[2] 何明华.MAPGIS制图过程中的误差分析与校正[J].地矿测绘,2004,20(2):28-29.

[3] 吴志春,郭福生,姜勇彪,等.基于ERDAS IMAGINE的扫描地形图快速校正方法[J].辽宁工程技术大学学报:自然科学版,2011,30(6):861-865.

[4] 张国宏,何占玺.使用MAPGIS制图的技巧探讨[J].甘肃林业科技,1999,24(3):58-60.

(责任编辑： 刘永权，刘丹)

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

杨胜发,张西君,王芳.MapGIS图像分析系统在区域重力点设计图制作中的应用[J].中国地质调查,2017,4(4): 93-98.

2016-10-09；

2017-01-03。

中国地质调查局“四川1∶25万泸州市、正安县幅基础地质调查修测(编号： 12120114009801)”项目资助。

杨胜发(1964—),男,高级工程师,主要从事物探工程测量及计算机制图工作。Email： 506399702@qq.com。

P631.1; TP39; P285.1

A

2095-8706(2017)04-0093-06