针对剖面平面图的MapGIS应用与开发.pdf

第33卷第5期物 探 与 化 探Vol . 33,No. 5 2009年10月GEOPHYSI CAL 2.长安大学 西部地质资源与地质工程教 育部重点实验室,陕西 西安 710054 摘 要从应用角度出发,结合MapGIS软件的地理信息属性优势,以如何将老资料的纸质图如剖面平面图或平面 等值线图转换为离散点异常和磁异常数据如何直接在MapGIS软件中绘制剖面平面图为例,重点讨论了剖面平面 图在MapGIS软件中的再利用和绘制的方法,并开发了相应的补充辅助模块,说明了MapGIS软件在地球物理勘查 中的应用与开发潜力。 关键词MapGIS;地球物理;剖面平面图 中图分类号 P631. 1; TP302. 4 文献标识码 A 文章编号 1000 - 89182009 05 - 0587 - 05 随着地理信息系统的迅速发展, GIS在地质调 查工作中也得到了广泛的应用 [1 ]。在矿产地质调 查中,图元的MapGIS格式表示已成为行业要求, GIS软件除了提供图件绘制和输出等基本功能 [2 - 3 ] 外,它还具有多元信息对比的优势。我们可以将地 质、 物探、 化探等多种地学信息在同一个信息平台 MapGIS软件中融合 [4 ] ,方便多信息之间的对比、 分 析,相互验证数据及认识的正确性和全面性。同时, 在新一轮的地质矿产调查中,也要求各种图件在 MapGIS中绘制,以方便信息、 图件的存储、 管理和使 用,提高信息的利用率。 在物探工作中,像观测系统布置图、 实际材料 图、 平面等值线图、 成果解释图等的绘制,可以直接 利用MapGIS自带的模块来完成。但在物探资料的 收集、 采集及数据成图过程中,也会遇到一些特殊需 求,而MapGIS没有相应的模块,限制了我们的使 用。比如,如何将以前的纸质剖面平面图及平面等 值线图资料重新变成离散的数字资料,而进一步用 于数字处理;如何将采集的磁测资料在MapGIS中 绘制剖面平面图等。诸如此类的问题,我们可以借 助于MapGIS自身的功能和特点,作进一步的开发, 以实现上述专门特殊需求。 笔者结合上面的两个具体问题,以磁法勘探为 例,讨论如何借助MapGIS的“ 地理信息 ” 属性优势, 开发与之配套的模块,让老的物探资料起死回生,将 测量数据在MapGIS中自动成图。 收稿日期 2008 - 10 - 15;修回日期 2009 - 01 - 15 1 图元 离散信息互转的基本原理 1. 1 纸质图件信息转换为数字异常信息 1. 1. 1 异常剖面平面图转换为离散点异常 某一测线方向的异常平剖曲线图1a ,如果已 知异常曲线上某点的坐标为 x i, yi , 与之对应的测 线上的测点坐标为 X i, Yi , 我们可以根据两点间的 距离公式,求得这两点之间的距离di。根据di和成 图比例k,就可以求出 X i, Yi点处的异常值 ΔTi dik。这样,我们就间接地获得了测点 X i, Yi处 的数字异常信息 X i, Yi,ΔTi。 a 异常平剖曲线原始状态;b 旋转为水平测线状态的异常平剖 曲线,以方便计算测点坐标和异常值 图1 纸质剖面平面图转换成离散数字异常值原理 在实际计算过程中,我们容易获得成图比例k, 但如何从纸质的剖面平面图上获得一一对应的 x i, yi与 X i, Yi坐标对,并且在保证其精度的前提下, 如何获得较高的计算速度,确是制约这种计算方法 的核心问题。 物 探 与 化 探33卷 如果我们已知坐标 x i, yi , 结合测线方向,求 得过点 x i, yi且垂直于测线的直线方程;再获得测 线上的两点坐标,求得测线直线方程;根据两直线方 程求得交点坐标 X i, Yi ; 然后再根据距离公式求 di。这未尝不是一种方法,但每一点都要求解方程 组,其运算量必然变大。 另外一种计算方案,我们按测线方向进行坐标 系旋转,将图1a所示的某特定方向的测线旋转成为 水平,如图1b所示,在新坐标系下,与 x i, yi点对 应的坐标为 x ′ i, y′i , 因为测线水平,如果知道了测 线的横坐标Y′ i,则可以很方便的求得 diy′ i-Y′i 和与之对应的测点坐标 X ′ ix′i, Y′i。然后再进 行坐标系反旋转,便得到实际坐标系下的测点坐标 X i, Yi。采取这样的计算方法,避免了方程组的求 解,并且能更直接地求得di,减少了计算量。 按照上面的计算思路,我们利用MapGIS软件, 将图件按特定方式进行数字化,并进行坐标校 正 [5 - 7] ,以保证获得正确的坐标值。这样就可以获 得异常曲线上的符合要求的离散点坐标和相应的测 线坐标。然后设计程序,计算得到每一点的测点位 置和异常值。另外,对测线弯曲的情况,在数字化 时,需按该测线或线段是否有统一的方位角,分段数 字化各单元。这样划分计算单元,可以保证每一单 元的测线能旋转成真正水平的状态,以保证求得正 确的距离di。 1.1.2 平面等值线图转换为离散点异常 利用MapGIS对等值线进行数字化,我们可以 得到每一数字化点的坐标值,同时该等值线的异常 值我们可以从图上读取,但手动记录方式工作量大, 且容易出错。因此,如何将平面等值线图转换为离 散点异常的关键,就是如何在数字化的同时记录相 应的异常值,从而实现坐标值与异常值的自动一一 对应。 MapGIS软件允许编辑线属性结构,用户可根据 需要,创建新的属性,在数字化时输入相应信息,以 表征该线特征。我们可以利用该功能,将坐标与异 常值同时采集,再进行数据格式转换,实现平面等值 线图到离散点异常的转换。 在数字化前,利用“ 编辑线属性结构 ” 模块,为 线添加一个新的属性,并在设置“ 造线信息 ” 时,选 择“ 即时属性输入 ” 选项。按每一条等值线进行数 字化,在该线数字化结束时,将相应的异常值作为该 线的属性输入。对数字化完毕的整个线文件进行坐 标校正,使图件恢复其真实位置,以保证获得正确的 坐标值。然后将线文件转存为STDF格式,该文件 中包含了等值线数字化过程中的离散点坐标和相应 等值线的异常值。最后,根据数据格式设计程序,实 现测点位置与异常值的一一对应。 1.2 离散磁测结果转换为剖面平面图 将离散的磁测结果转换为剖面平面图的核心问 题,就是如何将离散的异常值转换成一条与测线相 匹配的异常曲线,使得异常曲线和测线可在同一坐 标系下,按给定的比例系数k,一一对应地绘制出 来。这就需要解决两个问题一个是如何将异常值 换算成对应的长度;另一个是如何使异常曲线和测 线相匹配,能在正确的坐标位置绘制这两条曲线。 第一个问题可以通过diΔTi/k得到。对于第 二个问题,其中一个计算方案,可以直接将di按x、y 方向进行投影分解,分别得到djx、djy,则某一坐标为 x j, yj的测点,它对应的异常曲线坐标为 x jdjx, yjdjy。这种计算方案简单,便于实现,但对数据 的要求比较苛刻,尤其在大倾角测线时,则可能无法 实现正确的测点排序,而出现测线和异常线迂回的 绘制错误。 为了能更好地保证观测系统和野外测量的灵活 度,确保绘图的正确性,对第二个问题,我们依然选 择坐标旋转的思想来解决。首先进行坐标系旋转, 将测线旋转成水平状态,此时,原坐标系中的测点坐 标 x j, yj , 在新坐标系下变为 x ′ j, y′j , 接下来对 测点按x′坐标进行排序,解决测量过程中可能出现 的测点迂回问题。然后计算异常值对应的长度dj, 则该点对应的异常曲线坐标可表示为 x ′ j, y′jdj 。最后,进行坐标系反旋转,将新坐标系下的异常曲 线坐标还原成原坐标系下的坐标 x ΔTj, yΔTj。 另外,图件中的其他需求信息,如测线号、 测点 号、 测点位置、 比例尺、 异常的填充区域,也需要计算 相应坐标系下的正确合理的坐标,以实现在相同坐 标系下各种信息的统一绘制。 要在MapGIS中绘图,首先要了解MapGIS软件 的文件存放方式和数据结构。MapGIS图形按点、 线、 区分类存放,与之对应的文件分别为点文件、 线 文件、 区文件。这三类文件的MapGIS明码格式文 件名后缀分别为. wat、. wal、. wap,其格式可以查阅 MapGIS帮助文档中的说明。这样,我们在求得正确 合理的坐标之后,只需要将数据按照MapGIS明码 格式输出,便可以轻松实现在MapGIS中显示了。 对需要的成图信息作一个简单的分类,测线号 标注、 测点号标注、 测点位置子图、 比例尺标注,存放 为点文件;测线、 异常曲线、 比例尺,存放为线文件; 异常的填充区存放为区文件。这些信息的独立存 885 5期刘华锋等针对剖面平面图的MapGIS应用与开发 放,使得图件信息相互独立,可单独使用,方便存取 和修改。 当然,这些数据也可以按照Surfer绘图软件的 数据格式输出,实现在Surfer软件中绘图。 2 实现转换结果 2. 1 剖面平面图转换为离散点 我们将上述转换方法应用于实际纸质剖面平面 图资料,以获得离散的点异常。转换过程可具体分 为如下几步 1将纸质资料转换为电子图片。 2借助MapGIS工具数字化。在数字化过程 中,借助软件可放大的优点,使数字化误差小于纸面 绘图误差,以充分保证数字化的精度。另一方面,尽 量保证数字化测点采样的密度,以获取足够比例精 度的测点分布。并且,在类似拐点等特殊点位置确 保有数字化点。这样以保证数字化过程不损失原始 测量信息。 3将数字化结果进行校正。一方面消除纸质 图件在保存过程中变形引起的误差和图件扫描过程 中引起的变形误差,另一方面将数字化的矢量图还 原到实际坐标位置。 4将校正后的结果,作为程序输入,计算得到 离散点的坐标及磁异常。 图2a是某测区实际剖面平面图扫描图件的一 部分。图2b是数字化并校正后的矢量剖面平面图。 它与原始图件进行比较可以发现,即使原始图件经 过旋转,也无法与校正后的数字化矢量图完全一致。 这就是纸质图件在存放和扫描过程中产生的误差造 成的,因此,图形校正过程是必需的。图2c是利用 计算得到的离散磁异常在MapGIS中绘制的平面等 值线图。 a 某块原始剖面平面图资料; b 数字化并校正后的剖面平面图; c 利用计算得到的离散点磁异常在MapGIS中绘制的平面等值线图 图2 实测资料的剖面平面图转换为离散异常 通过转换得到的离散异常,不仅可用于绘制电 子平面等值线图,与其他地学信息套合,一起分析、 使用,也可用于数据的再处理,用新的处理方法和技 术,提取以前没被发现的有价值的信息,还可用于图 件的无缝拼接等方面。 2. 2 离散点转换为剖面平面图 利用离散点转换为剖面平面图的基本原理,对 某地区1∶1万地面磁测部分数据进行计算,并在 MapGIS中绘制其剖面平面图,验证方法和程序设计 的合理性。 采用以下绘图参数①150 nT/cm,② 测点标注 频度为30,③ 标注与测线距离2mm;计算并生成测 线、 测线号标注、 测点位置子图、 测点号标注、 比例 尺、 比例尺标注、 异常曲线和异常填充区的MapGIS 明码格式文件。对得到的明码格式文件进行转换, 直接添加到一个新工程中,得到剖面平面图图 3 。 该剖面平面图绘制了测线、 异常曲线、 正异常区域的 填充,按选定的频度和选择的距离标出了测点标注, 并绘制了测点位置,在测线两侧均注明了测线号,自 动绘制了异常纵向和距离横向比例尺。 该方法实现了由离散异常到MapGIS平台下的 剖面平面图的直接转换,图件基本信息的自动绘制。 985 物 探 与 化 探33卷 图3 由实测异常绘制的MapGIS剖面平面 a 北西向测线部分MapGIS剖面平面图; b 南北向测线部分MapGIS剖面平面图; c 北东向测线部分MapGIS剖面平面图,在测点缺失位 置,自动识别断开,保证绘图的客观性 图4 不同方向测线的MapGIS剖面平面图实例 该方法不仅适合于任意角度的测线布置,允许同一 测区内不同测线的方位角有变化,而且允许同一测 线内不同测段有不同的方位角图 4 。另外,对测 线进行断点自动识别,保证绘图的客观性,如图4c 所示。这样提高了绘图精度,节约了绘图时间。 3 结论 笔者以如何将纸质的剖面平面图转换为离散点 异常和离散磁异常如何转换为MapGIS平台下的剖 面平面图为实例,设计开发了配套补充模块,用实际 资料说明了其有效性和实用性,表明了MapGIS软 件在地球物理勘探中的应用与开发潜力。 结合MapGIS软件的地理信息属性优势,采用 合适的计算方法,可以实现部分“ 老 ” 的物探资料的 信息重采,以方便用新的处理方法对其作进一步处 理和使用。对新的物探数据或处理结果,如果进行 合理转换,可以直接获得MapGIS平台下有效的显 示方式和存储方式,并可与多种地学信息在同一个 信息平台中融合,方便不同信息的对比、 分析,提高 信息的利用率。 参考文献 [1 ] 于长春,郭志宏,眭素文.航空物探领域的GIS开发与应用 [J ].物探化探计算技术, 2003, 251 39. [2 ] 吴信才. MapGIS地理信息系统[M ].北京电子工业出版社, 2004. 095 5期刘华锋等针对剖面平面图的MapGIS应用与开发 [3] 陈峰,李本军,刘海新. MapGIS软件在地质绘图上的应用[J ]. 科技咨询导报, 2007, 10 52. [4] 敖文波,周蒂,胡光道. MapGIS下重磁数据直接成图的实现及 意义[J ].物探化探计算技术, 2001, 233 281. [5 ] 贺奋琴,何政伟,尹建忠.基于MapGIS数字化地形图的技术应 用[J ].物探化探计算技术, 2003, 25 4 372. [6 ] 李志忠.基于MapGIS的扫描数字化地形图精度分析[J ].地矿 测绘, 2006, 223 29. [7 ] 杨金玲,朱大明,曹先革.基于MapGIS的误差校正改进方法 [J ].测绘工程, 2006, 151 31. THE APPL ICATI ON AND DEVELOPM ENT OFMapGIS FOR PROFI LEMAP L I U Hua2feng 1, 2 , L IQing2chun 2 , J I NG Yue2hong 2 1.Key Lab of Geophysical Exploration of CNPC, China Petroleum University, Beijing 102249, China;2.Key Lab ofW estern Geological Resources and Engineering of M inistry of Education, Chang’an University, Xi’an 710054, China AbstractThis paper has offered two kinds ofMapGIS applications to geophysical exploration based on advantages of GIS attributes in MapGIS, and developed assistantmodules . One is the transation of such printed maps as profile map and chorogram into the dis2 crete digital data, and the other is the direct drawing of the profile map in the MapGIS with the discrete digital magnetic data. Both means display the application and development potential of theMapGIS in geophysical exploration. Key wordsMapGIS; geophysical exploration; profile map 作者简介刘华锋1981 - ,男, 2007年毕业于长安大学,获硕士学位,现为中国石油大学北京在读博士生,主要从事地球物 理信息处理、 多次波衰减方法研究。 上接575页 [8 ] 孙建英.粒子群优化算法的分析及改进[D ].大连大连海事 大学, 2007. [9] 王晓英.改进的粒子群优化算法[D ].西安西北大学,2007. [10]赵会洋,王爽,杨志鹏.粒子群优化算法研究综述[J ].福建电 脑, 20073 40. [11]管志宁.地磁场与磁力勘探[M ].北京地质出版社, 2005. [12]柳建新.地球物理勘探在危机矿山深边部接替资源勘探中的应 用[J ].国土资源导刊, 2006, 33 120. [13]刘天佑,刘大为,詹应林,等.磁测资料处理新方法及在危机矿 山挖潜中的应用[J ].物探与化探, 2006, 305 872. [14]刘天佑,吴招才,詹应林,等.磁异常小波多尺度分解及危机矿 山的深部找矿以大冶铁矿为例[J ].地球科学中国地质大学 学报, 2007, 321 135. THE APPL ICATI ON OF PSO TO JO INT INVERSI ON OF SURFACE AND BOREHOLEMAGNATIC DATA ZHANGDa2lian 1 , L I U Tian2you 1 , CHEN Shi2xian 2 , ZHAN Ying2lin 2 1.Institute of Geophysics and Geomatics, China University of Geosciences, W uhan 430074, China;2. Central South Geological Survey of China Explora2 tion joint inversion of surface and borehole magnetic data; exhausted mine 作者简介张大莲1985 - ,女,中国地质大学武汉地球探测与信息技术专业研究生。 195