多源地形数据在地质调查工作中的应用

唐国强, 方 明, 赵 佳, 张 宁

(湖北省地质局 第六地质大队,湖北 孝感 432100)

西部地区的基础建设落后,随着国家经济发展,西部基础地质调查进入了一个新的阶段,所需的基础性地理信息资料缺乏问题突出。

因工作需要,笔者参加了青海茫崖地区地质矿产调查项目前期工作。该项目前期工作特点之一是时间紧、收集资料难度大。如果采用常规的地质图地理底图编绘,周期长,完全不能满足该项目前期工作要求。

为给青海茫崖地区地质矿产调查项目前期工作及时提供地理底图,针对青海地区地形图现状,在不增加额外费用的情况下,笔者借助从互联网下载的ASTER GDEM、遥感影像等高程及影像数据,通过MapGis软件应用,较好地解决了多源、多精度数据的融合,为地质矿产调查项目前期工作用图提供了地理底图。

1 地形数据源分析

数据源分析是地图综合的基础工作,充分了解数据源的现势质量、图形质量和数据质量,保证编图基础的现势性、适用性、完备性和可靠性[1]。

1.1 ASTER GDEM数据

根据项目范围坐标,在CGIAR-CSI网站下载项目区的低精度数据及图形,输入要下载区的经纬度范围,进入下载页面进行下载。

下载的ASTER GDEM数据是中国科学院计算机网络信息中心科学数据中心在ASTER GDEM第一版本(V1)数据的基础上,加工生成的系列数据产品,采用UTM/WGS84投影,垂直精度20 m,水平精度30 m。

1.2 遥感影像数据

项目区内使用的遥感影像资料,是美国地球资源卫星2002年5月LANDSAT-7号ETM+经正射校正的影像数据,由八个波段合成,其中1、2、3、4、5、7波段分辨率为30 m,6波段(红外波段)分辨率为60 m,全色波段(8波段)分辨率为15 m。该数据基本无云霾遮盖,影像清晰度高。数据采集期间,植被、农作物、水体的变化不大,质量优良。采用7、5、1波段合成中融合了8波段,地面分辨率可达15 m。该图像色调明朗,影像清晰,层次分明,立体感强。

1.3 地理要素和调查资料

地理要素数据源收集与分析是项目前期必不可少的工作,数据源资料收集是否齐全、资料分析是否到位将直接影响到最终地理底图的质量[2]。

地理要素数据源主要为已有比例尺的地形图、行政区划图、交通图、水系分布图、天地图等。目前青海茫崖地区,大多还没有1∶5万及以上比例尺的地形图资料,项目只收集到<1∶5万比例尺地形图,及图幅的相应测量控制点成果,以便作为坐标转换、高程校正和图形校正之用;行政区划图、交通图、水系分布图和天地图尽可能收集比例尺较大的资料,以确保编绘的精度质量。

调查资料主要是项目人员前期调研提供的必要居民地名称略图及水系、道路等要素变更略图。

2 软件平台及数据处理流程

2.1 软件平台

目前,地理地图编绘主要以AutoCAD、ArcInfo、ArcGis、MapGis、WalkISurvey等大型制图软件系统作为平台,由于MapGis软件是基础性地质调查所推广使用的GIS系统,因此,这里选用中地公司的MapGis6.7软件作为平台。

2.2 编绘流程

通过对数据源资料的分析和选用的软件平台,笔者采用的编绘工艺流程(图1)如下:

(1) 利用收集的小比例尺地形图的各种控制点数据,与ASTER GDEM数据上相应点的采集,计算两坐标系之间的校正值;利用校正值对ASTER GDEM数据进行坐标系转换,形成新的地形图数据。

(2) 采用成图要求的图形数据比例尺、坐标系和投影参数,在MapGis投影变换模块下生成标准图框[3]。

(3) 将收集的基本地理资料进行彩色扫描形成行政交通水系光栅文件(*.tiff),在MapGis系统中,将多源数据误差校正、镶嵌配准至标准图框中进行矢量化。误差校正、镶嵌配准应满足精度要求。

(4) 在MapGis编辑系统中,将矢量化的行政交通水系图层和校正后的地形数据图层叠加后,形成新编地理底图。

(5) 以遥感影像为底图,对地理底图进行必要的修编,增强现势性。主要看地形地貌是否套合协调、地物位置是否正确。

(6) 利用项目野外人员提供的必要居民地名称略图及水系、道路等要素变更略图作为补充资料进行补充[4]。

图1 编绘工艺流程图Fig.1 Flow chart of compilation

3 数据精度分析

误差来源主要有:数据源误差、制图误差等方面。

3.1 数据源误差

项目区的制图资料数据来源本身在规范中允许存在有误差,包括成图(像)误差、图纸误差等。

成图误差规范中一般对中误差有明确规定,所以在成图过程中特别注意精度传播;计算机配置的显示器分辨率应能满足大比例尺地形图及图像显示和编辑精度的要求;数字化仪或扫描仪分辨率高并能满足精度要求;扫描图的分辨率不应低于300 dpi。

目前,ASTER GDEM数据的精度为30 m,笔者在制图工作中利用遥感影像资料和补充资料进行修编,可以有效提高成图精度,满足项目前期工作地质图地理底图的精度要求。

图纸误差是图纸受温度、湿度变化的影响产生伸缩及图纸人为因素而产生的误差,同时图纸在制印过程中也会产生误差,一般拉伸方向的误差要大于平行方向的误差。以上误差为不均匀的伸缩,因此要求底图平整、无折痕,最好采用聚脂薄膜原图作为扫描底图来控制误差。

扫描误差根据图幅比例尺的用途,选择不应低于300 dpi分辨率,一般能控制扫描误差在0.1 mm,而且也能满足作业要求。

通过对数据源的误差分析和采取相应的措施,完全能控制数据源产生的误差。

3.2 制图误差

制图综合误差主要有编绘误差、镶嵌配准误差。

利用计算机编绘是人工干预较强的工作,笔者不但面对GIS中大量的时空数据,更重要的是要将地理空间要素进行合理的表达。较好利用制图综合知识和经验,正确掌握制图综合方法。为了缩小编绘误差,在编图作业中不能采用光滑系数的方法对所采集的线条进行光滑。同时参与人员要求技术水平高、经验丰富。

镶嵌配准误差是应用软件进行图形配准产生的,在实际作业中,采集控制点数量可有效控制镶嵌配准误差,提高成图精度。

通过以上对数字化编图影响的平面误差分析,编图作业中只要对各项误差来源进行分析控制,完全能满足地质调查项目前期工作对地理底图的精度要求。

4 结束语

采用ASTER GDEM、遥感影像数据,与地理要素、调查资料相结合,在MapGis6.7软件平台下编绘地理底图,对制图质量进行控制,不仅完成了该地质调查项目前期工作地质图地理底图编绘,填补了青海茫崖地区大比例尺地形图的空白,而且提高了工作效率,缩短了作业周期,节约了经费。对缺少地形数据的西部地区,开展基础地质调查项目前期工作地理底图的编绘,具有一定的借鉴意义。