地形圖縮編技術(shù)在地質(zhì)調(diào)查底圖生產(chǎn)中的應(yīng)用

答星，吳克友，單靜，楊曉東

(武漢市測(cè)繪研究院，湖北武漢 430022)

地形圖縮編技術(shù)在地質(zhì)調(diào)查底圖生產(chǎn)中的應(yīng)用

答星?，吳克友，單靜，楊曉東

(武漢市測(cè)繪研究院，湖北武漢 430022)

以武漢市城市地質(zhì)調(diào)查底圖生產(chǎn)項(xiàng)目為例，詳細(xì)介紹了1∶1萬(wàn)地形圖更新縮編1∶2.5萬(wàn)和1∶5萬(wàn)地形圖的技術(shù)路線，針對(duì)地形圖縮編生產(chǎn)及質(zhì)量檢查中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，做了一些分析和探討?？偨Y(jié)了多種要素的更新縮編方法，從而極大減少手工工作量，提高生產(chǎn)效率，并結(jié)合生產(chǎn)流程中的部分環(huán)節(jié)和問(wèn)題進(jìn)行了思考與闡述。

縮編更新；數(shù)字線劃圖；地圖綜合技術(shù)

1 引 言

隨著“十二五”進(jìn)程深入，大武漢的復(fù)興規(guī)劃重回國(guó)家戰(zhàn)略視野，把武漢建設(shè)成為國(guó)家“中心城市”，奠定了未來(lái)武漢在國(guó)家發(fā)展大局中的重要地位。隨著武漢建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大和延伸，由地表向地下空間拓展，對(duì)地質(zhì)背景、空間資源、環(huán)境容量等地質(zhì)工作需求變得越來(lái)越廣泛和迫切。為了有效推進(jìn)“武漢城市地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目”實(shí)施，做好城市地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害防治及礦產(chǎn)資源管理技術(shù)支撐等工作，武漢市測(cè)繪研究院成立了地質(zhì)調(diào)查工作專班，工作內(nèi)容主要包含工程地質(zhì)調(diào)查與勘探、水文地質(zhì)調(diào)查與勘探、基巖地質(zhì)調(diào)查、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查四個(gè)專項(xiàng)，數(shù)據(jù)涉及基巖地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等多個(gè)方面。地質(zhì)調(diào)查工作區(qū)域設(shè)計(jì)都市發(fā)展區(qū)、中心城區(qū)和開發(fā)區(qū)的工作精度為1∶2.5萬(wàn)，新城區(qū)的工作精度為1∶5萬(wàn)，因而利用縮編過(guò)的1∶2.5萬(wàn)和1∶5萬(wàn)地形圖作為地質(zhì)調(diào)查底圖能為地質(zhì)調(diào)查專業(yè)數(shù)據(jù)提供定向、定位的骨架和控制基礎(chǔ)，便于展示專題現(xiàn)象的分布與周圍地理環(huán)境的相互聯(lián)系和相互制約的規(guī)律，地理底圖是地質(zhì)圖的重要組成部分，也是編制地質(zhì)要素的基本骨架。本文采用測(cè)繪領(lǐng)域內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)，將遙感技術(shù)與地圖縮編技術(shù)結(jié)合起來(lái)，并利用多種軟件提高了更新生產(chǎn)的效率，根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)方案，探討并介紹了縮編更新的技術(shù)流程和關(guān)鍵技術(shù)。

2 地圖縮編概念和地理底圖的應(yīng)用現(xiàn)狀

地圖縮編是根據(jù)已測(cè)制的大比例尺地形圖和其他資料，通過(guò)一定的編繪法則和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)編制比例尺較小的地圖。地質(zhì)圖在地圖學(xué)的分類中屬于專題地圖，地質(zhì)圖能夠比文字更清晰直觀的表達(dá)各種地質(zhì)體之間的關(guān)系，一目了然地反映出區(qū)域地質(zhì)基本特征的時(shí)、空分布規(guī)律[1]。傳統(tǒng)地理底圖編制工藝方法有兩種:一是利用大比例尺地圖資料縮編小比例地理底圖，二是利用同比例尺地圖資料進(jìn)行等比例編制地理底圖[2]。當(dāng)前，國(guó)際地質(zhì)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)主要有以下特點(diǎn):強(qiáng)調(diào)國(guó)家地質(zhì)圖件的重要性；由專業(yè)性圖件向?qū)嵱眯詧D件發(fā)展；由單一地質(zhì)類圖件向多學(xué)科系列圖件發(fā)展；由地區(qū)性、國(guó)家級(jí)圖件向洲際及全球性圖件發(fā)展；由地表地質(zhì)圖向反映深部地殼結(jié)構(gòu)圖件發(fā)展；在圖件結(jié)構(gòu)、表現(xiàn)形式上進(jìn)行了諸多改革；利用地質(zhì)圖件普及地質(zhì)科學(xué)知識(shí)；由手工制圖走向計(jì)算機(jī)數(shù)字制圖[3]。地質(zhì)制圖的國(guó)外軟件主要包括ArcGIS、MapGIS，國(guó)內(nèi)包括Geoway，DoMap軟件，同時(shí)2D數(shù)字地質(zhì)圖還向3D地質(zhì)模型圖的方向發(fā)展，其中SRTM DEM軟件能增強(qiáng)圖件的立體感和可讀性，利用DEM可以對(duì)制圖綜合中水系的選取是否合理、地質(zhì)界線對(duì)比等進(jìn)行驗(yàn)證，以增強(qiáng)地質(zhì)圖件的精度，能為勘察過(guò)程中的勘探部署、臨時(shí)用地占道、交通協(xié)調(diào)等工作提供參考數(shù)據(jù)。

3 地圖縮編的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 線狀地物的處理方法

本次縮編生產(chǎn)過(guò)程中，較大一部分工作都是針對(duì)線狀地物要素處理。以線狀要素中的水系要素為例，主要通過(guò)資格法選取，同時(shí)要考慮連貫性問(wèn)題。以1∶2.5萬(wàn)和1∶5萬(wàn)地形圖中雙線河流寬度為例，大于0.4 mm是用雙線表示，不足0.4 mm用單線表示，而1∶1萬(wàn)地形圖中的河流單雙線表示則以0.5 mm(實(shí)地5 m)為分界，這類線狀要素取舍需要熟悉對(duì)比不同比例尺縮編的規(guī)范，利用資格法進(jìn)行區(qū)分。線狀要素的連貫性問(wèn)題則主要表現(xiàn)在同一編號(hào)的要素分岔情況和同一編號(hào)的要素不連通兩個(gè)方面，筆者則通過(guò)核查原數(shù)據(jù)可以解決分岔問(wèn)題，但對(duì)于不連通的情況，還要具體分析，如相同編號(hào)的道路通過(guò)更高等級(jí)的道路不連通為合理，而通過(guò)低等級(jí)的道路則需要核查相關(guān)資料判斷。縮編后的線狀要素線型可以利用ArcGIS中的Simplify Line工具自動(dòng)平滑處理也可以通過(guò)人工處理，其中人工處理過(guò)程主要包括線形化簡(jiǎn)處理、線狀地物移位及壓蓋三個(gè)問(wèn)題[4]。線形化簡(jiǎn)處理可解決因比例尺縮小而帶來(lái)的難以分辨的彎曲程度或簡(jiǎn)化過(guò)度妨礙了主要特征的顯示的問(wèn)題，可通過(guò)自動(dòng)刪除、合并的方法化簡(jiǎn)或手工編輯夸大特征的方式保留特有的形態(tài)。線狀地物移位和壓蓋問(wèn)題則依據(jù)相關(guān)制圖規(guī)定，如各地物最小間隔小于0.2 mm的，需進(jìn)行移位繪出，移位前考慮主次問(wèn)題，保證主要地物不動(dòng)。壓蓋問(wèn)題如鐵路和公路交叉時(shí)，鐵路符號(hào)不間斷，公路接在鐵路上，即鐵路壓斷公路表示。

3.2 面狀地物的處理方法

整個(gè)縮編項(xiàng)目對(duì)于面狀地物(如居民地、湖泊、水庫(kù)、坑塘)的處理主要考慮圖斑類要素的縮編工作。不同要素層的面狀圖斑在圖上應(yīng)構(gòu)成封閉的面，因此在勾描輪廓線時(shí)需要注意線條的閉合，以避免要素間出現(xiàn)交叉、錯(cuò)位、斷頭的現(xiàn)象，使邊線能構(gòu)成精確閉合的面域?？s編過(guò)程中可以綜合利用資格法和定額法對(duì)1∶1萬(wàn)中的面狀地物進(jìn)行取舍，如利用資格法判斷湖泊面積小于8 000 m2的可舍去不表示；對(duì)密集均勻分布的同類圖斑如池塘，考慮圖幅荷載，也可以根據(jù)定額法取舍。對(duì)需要融合的小圖斑可根據(jù)相同屬性、容差范圍滿足相應(yīng)比例尺縮編規(guī)范的要求，利用FME軟件中Dissolver、featuremerger、area on area overlay等函數(shù)自動(dòng)將分離的小圖斑合并到鄰近的滿足條件的大圖斑中，并統(tǒng)一圖斑屬性[5]。但由于不同比例尺地形圖的綜合指標(biāo)的不同，部分地物不僅無(wú)法自動(dòng)合并處理，還需要通過(guò)人工判讀進(jìn)行線型和屬性的變更，如1∶1萬(wàn)地形圖中依比例尺符號(hào)表示的房屋，在1∶5萬(wàn)地形圖可能以不依比例尺符號(hào)表示。對(duì)于面積小于一定指標(biāo)但有具有一定方位意義的面狀區(qū)域，如墳地面積小于圖上4 mm2的，則改換用獨(dú)立符號(hào)表示，不能簡(jiǎn)單的依據(jù)指標(biāo)刪除或綜合處理。對(duì)于面狀地物中設(shè)置植被符號(hào)表示時(shí)，作業(yè)時(shí)一般按圖式表示的間隔配置符號(hào)，而圖斑面積較大時(shí)，符號(hào)間隔應(yīng)放大1倍～3倍，同時(shí)可加注注記表示，以提高判讀效率。

3.3 數(shù)字注記的精度處理方法

由于1∶2.5萬(wàn)比例尺地形圖中數(shù)字注記類型的精度要求和1∶5萬(wàn)的比例尺地形圖有一定的區(qū)別，如1∶2.5萬(wàn)的高程注記保留1位小數(shù)，而1∶5萬(wàn)的比例尺地形圖中高程注記取整，因而需要對(duì)數(shù)字注記類圖層進(jìn)行處理。圖幅內(nèi)測(cè)量控制點(diǎn)相對(duì)較少，三角點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)、衛(wèi)星定位點(diǎn)等縮編處理時(shí)，點(diǎn)符號(hào)及注記只是放大表示且無(wú)需處理小數(shù)點(diǎn)問(wèn)題，因而宜采用人工取舍方式，保留高等級(jí)的點(diǎn)位注記。對(duì)于分布較多的高程點(diǎn)這類需要處理的小數(shù)點(diǎn)精度的點(diǎn)，宜通過(guò)圖層提取，筆者利用ArcGIS中的round或FME軟件中的Coordinate Rounder函數(shù)四舍五入截取坐標(biāo)后的小數(shù)到設(shè)置的精度。1∶2.5萬(wàn)、1∶5萬(wàn)比例尺地形圖的高程點(diǎn)數(shù)量密度在平原、丘陵地以10個(gè)～20個(gè)/100 cm2為宜，因而在通過(guò)1∶1萬(wàn)地形圖更新1∶2.5萬(wàn)地形圖的過(guò)程中，筆者首先通過(guò)利用ArcGIS軟件的resample函數(shù)實(shí)現(xiàn)高程注記點(diǎn)的預(yù)處理，按面積均勻提取高程點(diǎn)及注記，同時(shí)對(duì)地形變化較大區(qū)域再適當(dāng)人工補(bǔ)增一些高程注記點(diǎn)。該方法還適用于其他獨(dú)立地物的選取，如輸水渡槽、輸水隧道、涵洞等，從而減少成圖的負(fù)載。

3.4 等高線數(shù)據(jù)的自動(dòng)綜合方法

一幅地形圖內(nèi)通常以主要地形選取一種基本等高距，以1∶1萬(wàn)比例尺地形圖丘陵地形為例，等高距為1m，而1∶2.5萬(wàn)和1∶5萬(wàn)比例尺地形圖丘陵地等高距分別為5m和10m。利用已有1∶1萬(wàn)數(shù)據(jù)源中等高線數(shù)據(jù)綜合縮編到1∶2.5萬(wàn)及1∶5萬(wàn)圖幅數(shù)據(jù)時(shí)，等高線的抽稀取舍及等高線節(jié)點(diǎn)的綜合刪減問(wèn)題是提高縮編更新效率的難點(diǎn)。對(duì)于等高線的抽稀取舍問(wèn)題，筆者利用MicroStation提取已入庫(kù)Dgn格式的等高線及注記圖層，由于原圖內(nèi)等高線缺少高程屬性，因此要根據(jù)已有注記圖層，利用指定等高線高程等工具對(duì)各條等高線進(jìn)行批量賦值。然后利用FME軟件中的String Searcher函數(shù)對(duì)已賦高程屬性的等高線，按基本等高距進(jìn)行提取，最后分出計(jì)曲線、首曲線等圖層。等高線節(jié)點(diǎn)綜合刪減問(wèn)題，筆者借助Geoway平臺(tái)的Gentools工具，根據(jù)不同的地形類別和地形特點(diǎn)選擇不同的參數(shù)，該方法相較ArcGIS中設(shè)置統(tǒng)一參數(shù)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)批處理刪減的方法更有利于表現(xiàn)地形的局部特性[6]。

4 項(xiàng)目情況簡(jiǎn)介及技術(shù)路線

4.1 項(xiàng)目情況簡(jiǎn)介與技術(shù)規(guī)范

根據(jù)武漢市城市地質(zhì)調(diào)查工作的要求，需提供都市發(fā)展區(qū)約3 326 km2范圍內(nèi)1∶2.5萬(wàn)及1∶5萬(wàn)比例尺地形圖作為工作底圖。涉及主城區(qū)、武漢經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、東湖開發(fā)區(qū)共1 517 km2的1∶2.5萬(wàn)數(shù)據(jù)和6個(gè)遠(yuǎn)城區(qū)共1 809 km2的1∶5萬(wàn)數(shù)據(jù)，縮編區(qū)域范圍圖如圖1所示。

圖1 縮編區(qū)域范圍圖

為銜接武漢市的系列比例尺地形圖，地圖投影采用高斯-克呂格投影，按3°分帶，38帶，中央子午線為114°。平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1954年北京坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)采用采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，全區(qū)地形以平地、丘陵地形為主，基本等高距及注記數(shù)量依據(jù)國(guó)標(biāo)1∶2.5萬(wàn)、1∶5萬(wàn)、1∶10萬(wàn)地形圖圖式[7]規(guī)定，如表1所示。

基本等高距 表1

分幅和圖號(hào)命名參考國(guó)家地形圖分幅標(biāo)準(zhǔn)與特點(diǎn)，結(jié)合武漢市測(cè)繪研究院1∶2 000、1∶5 000、1∶10 000地形圖分幅規(guī)則，依據(jù)《武漢市1∶2.5萬(wàn)1∶5萬(wàn)1∶10萬(wàn)地形圖要素分類編碼及數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)》采用40 cm×40 cm正方形分幅，每幅1∶2.5萬(wàn)地形圖為100 km2，每幅1∶5萬(wàn)地形圖為400 km2。1∶2.5萬(wàn)，1∶5萬(wàn)地形圖的代碼均以1∶10萬(wàn)地形圖代碼“D”為基準(zhǔn)，地形圖分幅西南角XY坐標(biāo)值百千米數(shù)為基礎(chǔ)來(lái)分幅編碼，圖號(hào)命名規(guī)則如X(代碼)-XXX(X百千米) -XXX(Y百千米)—X(基準(zhǔn)碼)—X(順序碼)，基準(zhǔn)碼為圖幅比例尺的下一比例尺的編碼，編碼實(shí)行從左到右，從上到下，大小以1～4依次順編[8]。

4.2 項(xiàng)目技術(shù)路線與縮編原則

由于現(xiàn)有1∶1萬(wàn)和1∶2.5萬(wàn)的地形圖的現(xiàn)勢(shì)性已不能滿足基礎(chǔ)圖件要求，根據(jù)《武漢市利用1∶1萬(wàn)地形圖縮編1∶2.5萬(wàn)萬(wàn)地形圖工程項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)書》，采用2012年的1∶1萬(wàn)正射影像圖對(duì)都市發(fā)展區(qū)內(nèi)1∶2.5萬(wàn)地形圖進(jìn)行比照，對(duì)新增的道路、鐵路、建筑及搬遷的居民地、大面積用地性質(zhì)改變的進(jìn)行描繪(圖上面積不小于4 mm2)，對(duì)錯(cuò)漏要素和刪除地物在原圖面進(jìn)行標(biāo)注更新；描繪時(shí)按地類要素分層描繪，從而減少編圖工作量，對(duì)影像判讀不清晰的變化區(qū)域參考最新版的1∶2 000地形圖，并利用更新后的1∶2.5萬(wàn)地形圖數(shù)據(jù)縮編1∶5萬(wàn)地形圖。底圖生產(chǎn)流程如圖2所示。

圖2 底圖生產(chǎn)流程圖

本工程涉及1∶2.5萬(wàn)地形圖28幅，1∶5萬(wàn)地形圖16幅，縮編取舍原則依據(jù)國(guó)標(biāo)1∶2.5萬(wàn)、1∶5萬(wàn)、1∶10萬(wàn)地形圖編繪規(guī)范中的取舍原則，地物、地形(地貌)的綜合取舍遵從從主到次、從高級(jí)到低級(jí)、從整體到局部的原則，保證主要的、高等級(jí)的、具有整體意義的地形、地物的完整和位置正確[9]。對(duì)于城鎮(zhèn)居民地的編繪、街區(qū)內(nèi)房屋的綜合取舍，保留其外圍輪廓和街區(qū)平面圖形的特征以及房屋走向、位置、排列的特點(diǎn)。隨著比例尺縮小，道路、水系符號(hào)寬于實(shí)地大小并與居民地發(fā)生矛盾時(shí)，應(yīng)保證水系、道路位置的準(zhǔn)確，移動(dòng)居民地，同等重要地物矛盾時(shí)采取相互移位。農(nóng)村道路的取舍應(yīng)根據(jù)地理位置的實(shí)際意義而定，村與村之間一般至少應(yīng)選取一條主要連接道路。獨(dú)立地物應(yīng)根據(jù)重要性和分布密度選取，一般具有方位意義的地物應(yīng)表示。地形、地貌編繪應(yīng)正確表示自然形態(tài)和基本特征，如山頂、山脊、鞍部、斜坡、谷地等要素[10]。

5 結(jié) 論

此次地質(zhì)調(diào)查底圖生產(chǎn)工作縮編更新量大、工期緊，從數(shù)據(jù)組織到成圖交付總時(shí)耗約為1月，完成了都市發(fā)展區(qū)約1 517 km2的1∶2.5萬(wàn)地形圖數(shù)據(jù)和1 809 km2的1∶5萬(wàn)地形圖數(shù)據(jù)更新縮編工作。成果通過(guò)了精度評(píng)定與質(zhì)量檢查，及時(shí)為武漢城市地質(zhì)調(diào)查工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。利用地質(zhì)調(diào)查工作成果，可為武漢市第四紀(jì)地質(zhì)專題調(diào)查、地下空間開發(fā)利用適宜性研究、基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等多個(gè)科研專題奠定決策依據(jù)。本文圍繞多比例尺制圖綜合編繪技術(shù)和要點(diǎn)進(jìn)行闡述，制定“先更新，后縮編”的工作方案，并實(shí)行“二級(jí)檢查，一級(jí)審驗(yàn)”制度加強(qiáng)中間環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，筆者總結(jié)了縮編生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的若干技巧，提高了縮編更新技術(shù)水平和應(yīng)急保障服務(wù)水平。

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Discussion on Generalization Technology in Base M ap Production of Geologic Survey

Da Xing，Wu Keyou，Shan Jing，Yang Xiaodong
(Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China)

Taking the base-map production of theWuhan geologic survey as an example，themethod of downsizing 1∶25000 and 1∶50000 topographic maps was detailed in the paper.Some problems in map generalization and quality control techniques have been developed and summarized.The generalization method involving several elements used for updating and reducing the scale was summarized，which could reduce manual work consumedly and improve work efficiency.The problems combined with actual processwere also expounded and discussed.

generalization and updating；digital line graphic；map generalization technology

1672-8262(2013)05-19-04

P208.1

B

2013—02—07

答星(1983—)，男，工程師，主要從事數(shù)字影像生產(chǎn)與開發(fā)應(yīng)用工作。

精密工程與工業(yè)測(cè)量國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(PF2011-6)