基于Arc GIS的产状符号矢量化方法研究

王 蕾

（江苏省基础地理信息中心，江苏 南京 210013）

0.引言

地质制图是地质勘查工作的基本组成部分，而符号是以图形的方式直观地表达地质图件中的要素，地质符号在地质制图工作中起着十分重要的作用。ArcGIS是一款美国ESRI公司开发的GIS专业软件，ArcGIS具有强大的空间分析功能[1]。然而，与其他GIS软件（如，MapGIS、SuperMap等）相比，ArcGIS系统内自带的符号较为单一，符号库功能较为薄弱，由于地质符号具有复杂性与多样性，因此ArcGIS并不能满足地质制图工作的需求。为了加快地质制图工作的规范化及标准化，近年来有众多学者致力于这方面的研究[2]。

产状用于表示岩层的产出状态，由倾向、倾角和走向三种要素共同表示，也称为产状三要素。其中，岩层所在平面与水平面的交线即为该岩层的走向线，走向线所指的方向即为岩层的走向，走向通常有两个角度表示，并且相差180°；与走向线垂直，并沿岩层面向下方引出的直线即为岩层的倾斜线，倾斜线的水平投影线的地理方位就是岩层的倾向，走向与倾向相差90°或270°；倾斜线与其水平投影线之间的夹角即倾角[3]。根据国家技术监督局发布的《中华人民共和国国家标准区域地质图图例》（1∶50000）规定，产状符号由垂直的两条长度不等的直线段表示，其中，长线表示走向，短线表示倾向，数字表示倾角[4]。在以ArcGIS为平台的地质图件矢量化过程中，一种方法是采用点要素表示产状，产状的三要素以文本的形式录入到属性表中，读数与手工录入的方式工作量较大，并且出错率高、工作效率非常低[5]。而另一种方法，将产状符号矢量化为线要素，以垂直的长线和短线表示产状要素，虽然这种方式比较方便快捷，而且符合产状符号的样式要求，但是本质上产状符号为点符号，这种绘制方式失去了符号的意义，在生产地质剖面图过程中不能直接使用。因此，本文以ArcGIS为平台，提出了一种地质制图过程中产状符号的制作及其矢量化方法，提高产状符号绘制的效率和准确性，为实现地质制图工作的规范化及标准化提供参考依据。

1.ArcGIS中制作产状符号

ArcGIS中符号的制作方法共有两种：一种是图片形式；另一种是字体形式。其中，前者为矢量格式，后者为栅格格式。针对较为复杂的点状符号，通常采用字体形式的符号，其优点在于符号不因放大或缩小而失真，并且字体符号所占用的空间较小。因此，本文采用字体形式制作产状符号。

ArcMap是ArcGISDesktop三个用户桌面组件之一，可用于数据的输入、编辑、查询、分析、输出，能够实现地图制图、地图编辑、地图分析等功能。在ArcMap的符号管理（Style Manager）中新建地图符号库，在地图符号库中选择点符号库（Marker Symbols），在点符号库中右键新建点符号，并命名为产状符号。岩层在空间分布状态的要素称为岩层产状要素，一般用岩层面在空间的水平延伸方向、倾斜方向和倾斜程度描述，分别称为岩层走向、倾向和倾角。因此，需要制作的产状符号由垂直的两条长度不等的直线段表示，其中，长线表示走向，短线表示倾向。（如图1所示）在符号类型中选择字体符号（Character Marker Symbol），选择ESRI Caves2中的符号，符合产状符号的样式要求。但是，该符号的长线为竖直状态，短线为水平状态，因此，需要设置角度，实现符号的旋转。设置旋转角度为90°，水平方向（X方向）位移设置为4，保证符号的锚点位置位于长线和短线的交点处，有利于后期的角度计算，这样即制作完成了地层产状符号。

图1 制作产状符号

2.地质图件中产状符号的矢量化方法

常见的地质图件包括平面综合地质图、地形地质图、地质剖面图和钻孔柱状图等。平面综合地质图反映区域所在的地理位置（如，经纬度、坐标线），主要居民点（如，城镇、乡村所在地）、地形、地貌特征等。通过平面综合地质图可以得到区域的地层、岩性、产状、断层等信息。地质剖面图是根据一定的比例尺，表示区域内某一个剖面上的地层关系的一种地图。剖面图可以勾绘出地形轮廓，并且进一步反映出区域内单个或多个地层的产状、分层、岩性、化石产出部位、地层厚度以及接触关系等地质特征。根据平面综合地质图上的产状符号及地层分布，通过剖切可以得到地质剖面图。将地质剖面图与平面综合地质图共同使用，可以直接获得地质构造的立体概念。岩层产状确定准确，可以正确反映岩层之间的空间分布情况，有助于了解地层的接触关系、计算矿产储量。因此，产状符号的正确绘制具有十分重要的意义，错误的符号绘制方式，将会影响地质平面图的剖切，从而影响矿产的储量计算，降低了地质图件要素绘制的准确性。在ArcGIS平台中，传统的产状符号绘制方法具有工作量大、出错率高的缺陷，或者使其失去了符号的意义。因此，本文利用ArcGIS强大的空间分析及数据处理功能，提出一种简单有效的产状矢量化方法，大大提高了地质图件矢量化的效率。

本文提出一种更加高效、精确的产状符号绘制方法，利用产状符号的走向线与倾向线之间的垂直关系，只需要采用固定的方向绘制走向线，通过ArcGIS的空间分析功能，进一步计算出产状的走向角度和倾向角度，并且利用ArcGIS的属性标注功能，在地图上可以标示出产状符号的角度，从而准确地完成产状符号的绘制。产状符号矢量化的具体流程（如图2所示）：

图2 产状矢量化流程图

2.1 矢量化走向线

为方便计算走向方位角，走向线的矢量化依据（如图3所示）从左向右的原则。以两个产状为例，箭头方向表示矢量化的方向，左边为起始点，右边为终止点。即保证符号的短线位于长线左侧，从而保证产状符号的角度正确。

图3 走向线矢量化依据

2.2 提取走向角度

由上述可知：走向线所指的方向为岩层的走向。根据从左向右的绘制原则可知：由正北方向顺时针旋转，到走向线所经过的角度，即为走向方位角。走向通常包含了两个角度，并且两个角度之间相差了180°，因此，由其中一个角度加上或者减去180°后，则能直接得出另外一个走向方位角。

2.3 计算倾向

已知走向与倾向之间相差了90°或270°，因此，可以利用已经求出的走向的度数进一步计算倾向的度数。由于在第一步矢量化的过程中，要求采用从左往右画线的固定顺序，因此，倾向应为走向线方位角逆时针旋转90°的方向。由此可知：当方位角小于90°时，倾向＝走向+270°；而当方位角大于或者等于90°时，倾向＝走向－90°。通过这种方式即可得到倾向。

2.4 录入倾角

在通常情况下，地质图件中产状中标示出的度数，即为该岩层的倾角，因此只需要根据标示的角度直接录入该符号的属性中，后面通过显示标注的方式即可显示出产状的倾角。

2.5 生成点要素

在地质图件中，通常用点要素表示产状，描述该岩层的倾斜程度。由上述过程可知：需要将线要素转化为点要素。在制作产状符号时，我们将符号在X方向的位移设置为4，（如图4所示）使得符号的锚点位于倾向线与走向线的交点位置，也就是产状符号的中心点位置。因此，只需要根据矢量化好的走向线，分别计算出每个走向线线段的中点，线段中点所在位置即为产状符号的坐标位置。

图4 产状符号预览

2.6 显示产状

由于所制作的产状符号的倾向线与正北方向重合，因此，产状符号的旋转角度即为与正北方向的夹角。由此可知：在原始地质图件中，产状符号的旋转角度等于岩层倾向。

3.实验验证

本文以一幅手绘综合平面地质图为示例，利用ArcGIS平台，采用先矢量化走向线，进一步计算走向和倾向的方式，对地质图上的产状符号进行矢量化，并且在图上最终显示产状符号，通过判断符号的旋转角度是否正确，从而验证本文所提出的产状符号矢量化方法是否正确、可靠。

3.1 走向线矢量化

在ArcCatalog中，新建线要素，并且将文件命名为走向线，用于存储产状的长线。在ArcMap中加载已经配准好的综合地质平面图，根据要求采用从左向右的原则绘制走向线，即长线。走向线矢量化完成以后，为每个走向线要素（如图5所示）的Id赋唯一值。红色线段即为矢量化好的走向线，Id值赋为1~5。

图5 走向线要素

3.2 提取走向的角度

在工具箱中打开空间分析功能，利用Measuring Gepgraphic Distributions中的Linear Directional Mean（计算平均线方向功能）。Input Feature Class选择之前创建的走向线文件。Case Field选择属性列Id，根据Id是唯一值默认每个走向线作为一个单独的个体，然后计算每个走向线的方位角。在属性表中可以看到，属性列CompassA即为每个走向线的方位角值。

图6 计算走向线角度

3.3 根据走向方位角计算倾向

通过上文可知：当方位角小于90°时，倾向=走向+270°；当方位角大于等于90°时，倾向=走向-90°。属性列CompassA中存储的方位角是产状的走向，因此，可以利用已经求出的走向计算倾向。例如，当方位角是95°时，判断属于大于等于90°范围，倾向等于5°；当方位角是80°时，判断属于小于90°范围，倾向等于350°。在属性表中新建字段用于存储倾向，打开属性计算器（field calculator），勾选Advanced，在VBA中写入如下代码：

Di m Output as double

I（f［CompassA］＜90）Then

Output=［CompassA］+270

ElseI（f［CompassA］＞=90）Then

Output=［CompassA］-90

End If

通过计算得到产状的倾向，存储在属性表中（如图7所示）：

图7 倾向属性列

3.4 生成产状点要素

为了避免重复劳动，可以根据已经矢量化完的走向线，计算每段走向线的中点，即为产状的中心点位置。利用ArcGIS工具箱中的数据管理工具，Features-Feature Vertices To Points功能，计算走向线的中点，生成产状要素。

在符号管理工具中为生成的点要素加载之前制作好的产状符号。每个产状的倾角即为地质图上已经标识出来的角度值，添加属性列用于存储产状的倾角，将倾角值录入对应的属性中（如图8所示）。将产状符号的标注设置为倾角，并且显示标注。

图8 倾角属性列

3.5 显示产状

在属性中修改产状的符号，选择已经制作好的产状符号，并且依据属性表中的倾向值大小，作为依据设置符号的旋转角度，从而完成产状符号的矢量化。产状符号矢量化后的结果（如图9所示），矢量化后的产状符号旋转角度与原图一致，提高了产状符号绘制的准确性和效率，基本符合地质制图的要求。

图9 矢量化后的结果

4.结束语

本文主要依据国家技术监督局发布的GB958-99《中华人民共和国国家标准区域地质图图例》规范，在ArcGIS中制作了产状符号，并讲述了基于ArcGIS的岩层产状符号的矢量化方法。经过实际应用，这种产状矢量化过程简单、高效。通过利用ArcGIS强大的数据处理及空间分析功能，只需要依据方向绘制走向线，即可得到产状符号的走向、倾向及符号的位置，提高了矢量化的效率。与传统的绘制方法相比，本文所提出的绘制方式产状符号依然为独立的点状符号，保证了其符号的意义，提高了符号的准确性。通过实验验证可知：这种产状符号的绘制方法能够与原始平面地质图保持一致，从而为地质图件规范化与标准化提供了参考。