MAPGIS在贵州锦江、舞阳河流域水文地质调查中的应用

(贵州地质工程勘察院，贵州 贵阳550008）

MAPGIS是中地数码科技有限公司开发的新一代面向网络超大型分布式地理信息系统基础平台[1]。系统采用面向服务的设计思想、多层体系结构，实现了面向空间实体及其关系的数据组织、高效海量空间数据的存储与索引、大尺度多维动态空间信息数据库、三维实体建模和分析，具有TB级空间数据处理能力，可以支持局域和广域网络环境下空间数据的分布式计算，支持分布式空间信息分发与共享、网络化空间信息服务，能够支持海量、分布式的国家空间基础设施建设。

过去MAPGIS软件在地质调查项目中的应用都是等野外调查全部结束后，才利用它来进行图件制作、分析和统计等，因而使得MAPGIS不能参与整个调查项目的始终，容易造成室内工作与室外工作的脱节，同时也增大了数据在后期录入时产生的误差，影响到图件及数据库成果的精度。为了充分发挥地理信息在水文地质调查工作中作用，可以利用MAPGIS有针对性地对原始资料进行快速处理，为野外工作及时提供有关图件和数字化数据，有力地促进了地质调查工作的开展，同时加快了地质调查项目的数字化和空间数据库建设工作。

1 项目基本情况

锦江、舞阳河中下游岩溶流域位于贵州省东北部，为长江流域沅江水系四级支流。碳酸盐岩分布面积3263．6km2。行政区隶属铜仁地区的铜仁市、江口县、玉屏县、万山特区及松桃县、黔东南州岑巩县的部分乡镇，设计调查面积2500km2。

调查的主要内容包括查明流域内岩溶发育规律、水文地质条件、地下水化学特征及岩溶水开发利用条件、现状及潜力；并对整个流域系统进行六级岩溶水系统划分并对地下水天然补给量和可开采量进行计算，评价地下水质量；查清流域内岩溶干旱、水环境污染和饮水不安全为主的地质环境问题。

2 基础资料准备

项目在开展前期收集了工作区资料，包括地质图、水文地质图、地形图、行政区划图、农业区划图、森林分布图等纸质图件以及部分水利设施的数据资料。根据资料图件的复杂程度和野外工作需求的紧迫性，将这些资料分类后以不同方法进行处理，内容主要包括以下几个方面。

2．1 图形输入

图形输入方法主要有2种[2]：一种是数字化输入，采用数字化仪人工手扶游标跟踪，将原图资料转化为图形数据；另一种是扫描输入，通过扫描仪直接扫描原图，以栅格形式存贮于图像文件中，经过矢量化转换成矢量数据。

扫描输入是地质行业用图输入的一种较为便捷的输入方式。把原图直接扫描校正，根据项目所需的图形信息，对图形进行矢量跟踪取得所需矢量数据(详细流程见图1），本项目收集资料基本上都是传统纸质载体，所以也采用这种扫描输入的方式。

图1 扫描输入矢量化流程图

项目中使用的图面要素较简单的图件如地质图、水文地质图、行政区划图等所需时间较短的要素。进入 “图象镶嵌配准”模块，通过 “文件”下的“数据输入”将扫描图件转换为 MSI文件 ，打开MSI文件，进入 “镶嵌融合”执行 “控制点信息”，删除所有自动生成的控制点，进入 “镶嵌融合”下的 “DRG生产”“图幅生成控制点”“输入图幅信息”键入图幅号，确定。执行上步通过图幅生成控制点，生成了四个图廓点，通过点击该对话框不同的四个 “角点”在图象窗口，采准其对应的图面位置。由于本项目对精度要求较高，所以选择生成GCP，格网间距选 “10”通过 “顺序修改格网控制点”逐一配准格网，选择 “逐格网精矫正”开始矫正处理。

光栅校正处理好后进入MapGIS软件的输入编辑模块中将上述简单要素内容进行矢量化操作，矢量化操作中对精度要求的控制须同步进行，如光栅校正配准时误差较大，矢量化完成后还须进行矢量数据的误差校正才能保证数据的精度达到项目要求。

2．2 图形输入较耗时的数据处理

地形图是在地质调查工作中使用最频繁的图件，是地质调查工作的基础，基本上所有工作中都要用到。对矢量化工作来说，地形图是所有矢量化工作中最耗时间的图件，单幅标准图幅的地形图全要素扫描输入都需要耗费大量的时间才能完成，如果等到全部地形图矢量后再开展工作，整个项目就不能及时展开了。传统地质调查工作都是采用纸质图件作为野外用图，这种方法存在一些不足之处，一是纸质图件随时间、湿度、温度的变化会产生变形，图幅拼接有一定的困难，精度低；二是使用过程中不可避免地造成图面磨损和污染，重复利用率低，三是调查分组多，纸质图件需求量大，管理不易。为了快速为这次野外工作提供电子版地形图，可采用扫描、配准等方式处理成图，地形图光栅校正方法同前，校正完成后进入MAPGIS输入编辑模块，新建工程文件，选择添加MSI格式装入所有校正好的工作区地形图光栅文件，画出工作区边界，电子地形底图便制作完成，根据项目小组需要可在底图上添加地质、水点等其他专业内容便形成专题图件。形成的底图可在便携式计算机上使用，也可输出为纸质工作底图，因而十分方便、快捷。

3 野外工作中的MAPGIS应用

传统地质调查工作都是采用纸质图件作为野外用图[3]，随着信息化的发展，此次野外调查工作中采取了校正、拼接输出的纸质工作底图和相同的电子版数据底图同步进行。使用这2种方式的好处主要有以下3个方面。

3．1 野外调查精度高

在此次野外调查中，不仅使用了经校正、拼接的高质量纸质底图，同时还将装有工作区数字化底图的便携式计算机带到野外，实地调查时可以用经校正、拼接输出的工作底图，每天野外工作结束后，可将当天调查内容分类，用所获取的坐标投影在数字底图上，投影完成后和实地调查纸质底图上标注的信息进行比对，如偏差太大肯定有个数据存在问题，可以马上核实进行修正，将错误信息修正过来，免得日后野外调查完成后回到单位不能及时发现和修改存在的问题，提高了数据精度和工作效率。

3．2 自我小结检查直观

野外调查的各小组每天将调查后的数据分类录入计算机系统中，便可及时地分析调查点的数据，尤其是对图幅接边地带和各野外小组工作交叉区域的工作检查作用最为显著。因为各野外小组的调查点是标注在各自的纸质底图上，容易造成工作交叉区域调查点的遗漏或重复调查，而将数据输入到计算机后，调查人员可及时发现工作区域中野外调查缺失和重复的地方，并据此来制定补充调查路线和增加调查点，从而有力地保证了工作的精度。

3．3 辅助分析方便

纸质底图要素多，很多密集的地方使用放大镜也不容易看清，利用软件系统就不存在这个问题，可轻松地在电子底图上检查野外定点是否准确，纠正工作人员在野外工作中的误差；随着国民经济的发展，很多地方地形、地貌变化都比较大，有时调查人员在野外作业时地形图和实地对照不清楚，可以使用MAPGIS对该作业区卫星影像图进行校正和底图进行套合、对比分析。

4 内业工作中的MAPGIS应用

野外工作完成后，转而进入室内的资料整理，图件制作、成果报告编制、综合研究工作，运用野外采集的第一手信息，将其与传统方法相结合，不仅能提高工作效率，保证资料质量，并且能发掘新信息，同时更能加快各类水文地质、地质环境图件的更新和传输。内业工作中主要包括图形数据获取和空间数据建设2大类。

4．1 图形数据获取

地理信息数据分为2大类[4]，第1类是反映事物地理空间位置的信息，从计算机的角度称空间位置数据，也常称地图数据、图形数据；第2类是与事物的地理位置有关，反映事物其他特征的信息，可称为专题属性信息或属性数据。为了进行有效的查询、分析和管理等，必须将这2类信息都输入到MAPGIS系统中。获取信息是建立图形数据和属性数据库的最初步骤，非数字信息必须转换成数字形式才能被计算机接受。该项目中主要信息来自扫描矢量化、野外测量、遥感、现场调查、已有资料等。

该项目中图形数据的获取主要是利用扫描矢量化的方式，整合已有数据(如野外工作底图制作时已矢量化的数据等）和将工作区所涉及的资料按规范、标准和工作需求分层矢量化形成该流域完整的图形数据资料。

该流域所形成的图形数据成果主要有贵州省锦江、舞阳河中下游岩溶流域水文地质图(1／10万）、地下水资源分布图(1／10万）和地下水开发与地质环境综合整治规划图(1／10万）。

4．2 空间数据库建设

属性数据的获取途径来自已矢量化的图形数据[5]、遥感资料、野外地质调查、收集的工作区社会资料、已有资料等。获取的所有数据经过整理、分类、编码、转换等，在MAIGIS图形库中按要求录入，形成规范化、标准化的属性数据(详细流程见图2）。

根据中国地质调查局 《西南岩溶石山1∶5万地下水与地质环境调查空间数据库结构及GIS技术要求》要求，划分为以下图层和数据文件提交最终成果。

1）图层 ①图幅基本信息。包括图幅边框、图幅角点、图幅号、比例尺、调查单位、工作区分区等。②地理底图图层。以1∶5万地理底图为基础图件，包括境界线、境界面(行政区）城镇）（政府所在地）点、交通线、地形线、高程控制点、河流、水域面积等。③基础地质图层。包括地层界线、分区、褶皱、断裂、地层产状。④水文地质基础图层。包括碳酸盐岩类、地下水类型、地下水化学类型、地下水矿化度分区、地下水矿化度点、水文地质特征点、水文地质特征线、地下河系统、亚系统界线等。⑤水文地质参数图层。包括降雨入渗系数、地下水径流模数、地下水开采模数、给水度等。⑥岩溶专门水文地质图层。包括岩溶地貌类型分区、岩溶形态、岩溶水文地质特征点等。⑦岩溶地下水资源评价利用图层。包括地下水天然资源量、允许开采量、已开采量、地下水资源重要性比例系数、可有效开发利用量、潜力分区、地下水资源需求量等。⑧生态地质环境图层。包括石漠化、岩溶干旱缺水区、岩溶洪涝、水环境污染等。⑨其他图层。包括降雨量等值线、社会经济状况(国民生产总值、人均GDP、城镇居民及农民人均年收入）。⑩修饰。

2）数据文件 数据文件主要包括：地理底图数据文件、地质底图数据文件、水文地质基础数据文件、水文地质参数数据文件、岩溶专门水文地质数据文件、岩溶地下水资源评价利用数据文件、生态地质环境数据文件、其他数据文件。

图2 空间数据库建设流程图

5 结 语

在应用MAPGIS系统参与该项目的过程中，笔者获得了以下认识：①随着信息化在各行业中的不断深入，地质调查工作中信息化处理已成为一个重要组成部分，贯穿整个调查工作的始终。②在野外工作开展前期及时提供了较全面、精确的工作底图，为项目实施提供了大量丰富的数据信息。③野外工作开展期间验证、纠正了野外工作中的偏差，为后期工作调整和补充调查提供直观的信息，为阶段性总结提供最新、最准确的基础数据和调查数据，帮助完成初步的成果整理工作。④在室内成果整理工作和建库工作中很好的完成了工作任务，在岩溶环境地质综合调查工作中的应用取得了一定的成效。⑤存在的主要问题是对MAPGIS软件的全面了解不够，特别是空间分析功能的应用太少。在实际调查工作中发现软件的一些功能设置不是很适合调查工作的特点，存在使用不方便的情况，在以后的工作中应根据实际工作情况二次开发一些更贴近实际的应用程序，使信息化在地质调查中的应用更好、更快、更完善。

[1]吴信才．MAPGIS地理信息系统 [M]．北京：电子工业出版社，2004．

[2]龚健雅．地理信息系统基础 [M]．北京：科学出版社，2001．

[3]周立新，时坚．GIS技术在1∶5万岩溶水文地质综合调查野外工作中的应用 [J]．中国岩溶，2009，28（3）：269-274．

[4]郭达志．地理信息系统原理与应用 [M]．徐州：中国矿业大学出版社，2002．

[5]张新长．地理信息系统数据库 [M]．北京：科学出版社，2005．