CN104008167B - 一种采用单要素描述地质体的地质图建库方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用单要素描述地质体的地质图建库模型，采用全覆盖模式的地壳数据建库模型，将地质主体划分为地质界线、断层、地质体和地质主体注记4要素类；其以地质体最客观的地质属性为基础，依照区域地质调查的基本目的，设置“地质体类型”、“地质体名称”、“地质体代号”、“地质体时代”、“地质体描述”、“主要岩石名称”、“地质体含矿性”将地质图中对地质体的基本描述概括清楚。没有对地质体认识的主观分类，并且对未来可能出现的新的地质理论观点，保持了开放的状态，在不调整、修改整个数据库结构的前提下，方便地进行数据更新、扩充。本发明的有益效果是地质图空间数据模型描述客观、完整、通用性强。
Description
技术领域
本发明属于基础地质图空间数据建库技术领域，涉及一种采用单要素描述地质体的地质图建库方法。
背景技术
地质空间数据库，是近10年来在地理信息系统平台支撑下建立的关于基础地质矿产等内容的专业型数据库。地质空间数据与地理空间数据，相似之处在于针对地球表面现实状态进行空间和属性信息的描述；差别在于，地理空间数据所描述的地球表面属性内容属于地理特征范畴，而地质空间数据所描述的是地壳结构、组成物质和运动的表面特征。基础地质空间数据，是将构成地壳的岩石物质成分、不同岩石体之间的相互关系特征用地质图及其所附带的地质属性加以描述。基础地质空间数据库建设，需要一个客观、实用的地壳模型建立与描述方法。这一方法将决定所建地质图空间数据库的可行性、实用性。目前，通用的基础地质空间数据模型与地理空间数据模型相似，均采用将地球表面投影展开所形成地质图为基础，按照地质特征建立不同的要素图层，对地质体的空间属性和地质属性进行描述，从而建立地壳构成模型。
根据已知国内所建地质图空间数据库主要采用两种方法对地壳模型进行描述。
方法1：以目前地质理论、技术和地质图生产方法、过程，根据特征将全部地质体划分多个不同的面要素图层，每个要素图层以不同属性结构赋予不同的地质属性内容，对地壳表面特定的局部区域进行描述。并通过图层间相互叠加套合，构成对地质图，地壳模型的完整描述。
方法2：建立一个统一的地壳表面要素图层，但仅对其中部分裸露的地质体以目前地质理论、技术和地质图生产方法、过程，根据地质体特征划分类型，通过多个相应类型外挂表的形式对其进行地质特征描述，而对于水体、冰雪、沙漠等所覆盖的区域则仅进行地理地貌特征描述。
现有地壳数据模型都实现了利用地理信息系统平台，对地壳表面建立地质模型，但明显存在着定义上的漏洞，描述的不完整和扩展性、实用性较差的不足。
作为对地壳表面的地质模型的描述，其属性的定义应为地质特征。前述两种地质模型的描述方法均为地质、地理内容混用描述，单纯从地质内容视角观察，地壳表面的描述会产生“镂空”，所建地壳表面模型可能是不完全覆盖的，导致不完整。其中，方法1是将地壳表面的整体依据不同地质体分为多个要素图层进行描述，不同的面要素间缺乏可靠的拓扑关系，描述是不完整的；方法2将地壳表面放在同一个面要素图层和多个外挂表进行描述，由于是从不同的角度进行，同一要素图层既有地理描述，又有地质描述，对于地质意义来讲，描述依然是不完整的。
这两种已有的地质模型，对面要素图层及外挂表的划分均以当时已有的地质理论和信息技术发展水平为基础，同时采用的理论和技术水平受到时间和空间限制，加入了一些主观认识。以其中一种地质模型为基础建立的数据库，会限制和制约持有不同理论观点的学者的使用，如新的信息无法追加、所需要的信息查询不到；当新的理论出现后，已有数据库的更新扩展困难，受数据库结构的限制，新数据信息无法追加，如要追加的新数据地质特征与现划分类型不同或目前类型中没有，则只能丢掉部分信息或修改数据库结构。
发明内容
本发明一种采用单要素描述地质体的地质图建库方法，解决了以往地质图空间数据建库方法描述不客观完整、通用程度欠缺的问题。
本发明的一种采用全覆盖模式的地壳数据建库方法，将地质主体划分为地质界线、断层、地质体和地质主体注记4要素类；其以地质体最客观的地质属性为基础，依照区域地质调查的基本目的，设置“地质体类型”、“地质体名称”、“地质体代号”、“地质体时代”、“地质体描述”、“主要岩石名称”、“地质体含矿性”将地质图中对地质体的基本描述概括清楚。没有对地质体认识的主观分类，适合于持不同观点学者的使用，并且对未来可能出现的新的地质理论观点，保持了开放的状态，在不调整、修改整个数据库结构的前提下，方便地进行数据更新、扩充。尤其对新的、未知类型的岩石(地质体)其属性信息的采集、保存可以方便、完整。
在补充有关矿山、火山口、样品采集点、断裂等要素后，即构成完整的利用ArcGIS平台对地壳模型的描述。
本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：
步骤1：数据和软件准备：准备一幅比例尺为1:20万的地质图扫描件，栅格格式为tiff，在PC电脑上安装商业化程度较高的ArcGIS 10通用地理信息系统软件；
步骤2：数据地理校正：
在ArcGIS 10软件ArcMap桌面版中打开地质图扫描件，在图上采取控制点坐标30-50个，将校正后的扫描图件保存为GeoTIFF格式，此时，GeoTIFF文件带地理坐标信息；
步骤3：在ArcGIS 10桌面软件中，按照要素类划分方法，建立要素数据集命名Geology，在要素数据集下按照要素类划分方法中要素类代码分别建立各要素类；
步骤4：矢量化：
用ArcGIS桌面软件对校正后的1:20万地质图进行矢量化，使用Fix TopologyError Tool工具对拓扑关系类Geology_Topology进行拓扑检查，对发现的每一处错误进行修改，最终使通过拓扑检查的数据错误数为0；
步骤5：采用ArcGIS 10软件对要素类的属性采集编辑：
步骤6：建库，建成地质图空间数据库。
本发明的有益效果是地质图空间数据模型描述客观、完整、通用性强。
附图说明
图1是本技术方法建库用1:20万地质图扫描件；
图2是本发明按照要素类划分方法，对试验地质图建库的物理实现图；
图3是本发明数据建库方法中不同要素类之间，以及地质体各要素之间建立的拓扑关系图；
图4是本发明地质体建库方法实现的物理模型示例图；
图5是本发明在ArcGIS桌面版对试验用地质图件进行矢量化图；
图6是本发明建库属性编辑图；
图7是本发明对试验用1:20万地质图建库成果的图面表达图；
图8是本发明对试验用1:20万地质图建库成果的属性表展示图；
图9是本发明试验建库成果在通过GIS平台应用时，用ArcGIS桌面中打开后展示的图面截图；
图10是本本发明试验建库成果在通过GIS平台应用时，用ArcGIS桌面中打开后展示的属性表截图；
图11是方法1建设的地质图空间数据库显示的物理图层划分示意图；
图12是方法1将地理内容“水体”要素类去掉后出现“镂空”现象示意图；
图13是方法2建设的地质图空间数据库后，显示的物理图层划分，以及相应的数据模型技术文档中设计的关联图；
图14是方法2用MapGIS建设的地质图空间数据库图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
模型建立过程：地质图是地壳表面所表现出的地质特征的投影经比例变换后形成的图件。地质图空间数据库是以地质学家已经取得的以图形方式对地壳各种信息的描述为数据源，建立的地质空间信息库。
地质信息数据具有多维数据特征：
本方法以地质专业性、客观性、普遍适用性为基础，通过要素类和要素类的属性对地壳模型进行客观、合理的描述，即用GIS的“要素类”和“图形要素”对其中(1)、(2)、(3)进行描述；利用“属性表”对⑷、⑸进行描述。这些由野外直接观察得到的信息，客观性最高。
以往的对地壳模型描述多受已有地质图作者所依据的理论和观点的局限，采用事先根据填图作者的认识，将地质图分解为不同的图层(如：根据已有理论，将地质体划分为侵入岩、沉积岩、变质岩、火山岩等，以不同的图层分别表示)或对不同的地质体依据某种理论划分后，通过不同的外挂数据表的形式赋予不同的属性内容。
地质实体的信息，根据其取得的方法的不同，表现出不同的客观性特征。由野外直接观察得到的信息，客观性最高，而通过一定的理论观点解释而取得的信息，则往往需要依赖于某种假设和推理(如表1的地质信息客观性程度表)。前者几乎适用于所有的地质学家，后者的使用则受到一定的限制。
表1
本地壳模型描述方法，采用统一要素类(R_GeologicBody)和相对客观的地质属性内容对地壳进行描述。描述立足于所描述的地质体表现出的客观信息和地质学范畴，对于地表所反映的非地质信息(去除河流、沙漠、沼泽等地理描述内容；采用“被覆盖地质体”的概念，对被覆盖的地质实体从地质信息角度进行描述)进行屏蔽，选取地质体相对客观的地质信息为属性内容。
1、数据和软件准备：如图1所示，准备一幅比例尺为1:20万的地质图扫描件，栅格格式为tiff；在PC电脑上安装商业化程度较高的ArcGIS 10通用地理信息系统软件。
2、数据地理校正：
在ArcGIS 10软件ArcMap桌面版中打开地质图扫描件，通过地理坐标纠正工具在图上采取控制点坐标30-50个，在视图窗口中查看纠正预览效果直到满足要求，符合要求后校正保存扫描图件为GeoTIFF格式。此时，GeoTIFF文件带地理坐标信息。
3、在ArcGIS桌面软件中，按照表2的“要素类划分方法”，建立要素数据集命名“Geology”，在要素数据集下按照表2中要素类代码分别建立各要素类，如图2。
表2
表2是本发明的要素类划分方法，与表3共同组成本发明的核心数据建库方法；
表2中，1.【地质(Geology)】分为地质主体和其它地质实体两大类，2.地质主体包括地质界线、断层和地质体3个要素类以及地质主体注记类，3.地质体内容包括沉积岩、变质量、非正式地层单位、侵入岩、构造变形带、矿产和被覆盖的地质体等要素内容，其间存在严格的拓扑关系。
利用ArcGIS 10桌面版建立地质体要素类R_GeologicBody属性表结构，各字段的名称同【数据项代码】，字段别名同【数据项名称】，字段类型(L表示长整型、C表示字符型)、长度和约束条件(M表示必填项、O表示可选项)如表3所示是本发明的地质体要素类属性结构，是要素类划分方法地质要素数据集(Geology)中地质主体类中地质体要素类的详细描述，与表2共同构成本发明的核心数据建库方法。
表3
图2是按照表2要素类划分方法，对试验地质图建库的物理实现。
图3是数据建库方法中不同要素类之间，以及地质体各要素之间建立的拓扑关系。
在ArcGIS10桌面版中，在要素数据集Geology下建立拓扑关系类Geology_Topology，并按照图3所示从ArcGIS提供的拓扑列表中对R_GeologicBody、L_Geoline、L_Fault、P_Fossil等要素类添加拓扑规则。按照地质体数据建库方法建立地质体要素类属性表结构，如图4。
4、矢量化：
用ArcGIS桌面软件对校正后的1:20万地质图进行矢量化，使用Fix TopologyError Tool工具对拓扑关系类Geology_Topology进行拓扑检查，对发现的每一处错误进行修改，最终通过拓扑检查的数据错误数为0。如图5所示是在本技术方法在ArcGIS桌面版对试验用地质图件进行矢量化。图5为1:20万地质图矢量化结果。
5、采用ArcGIS 10软件对要素类的属性采集编辑：图6是本技术方法建库属性编辑。
图7是本技术方法对试验用1:20万地质图建库成果的图面表达，与图8共同构成完整的成果。图8是本技术方法对试验用1:20万地质图建库成果的属性表展示。图9是本技术方法试验建库成果在通过GIS平台应用时，用ArcGIS桌面中打开后展示的图面截图，与图10构成一组。图10是本技术方法试验建库成果在通过GIS平台应用时，用ArcGIS桌面中打开后展示的属性表截图。
在ArcGIS软件桌面版打开Geology要素数据集下，各要素类的属性表，录入各地质要素相应的属性信息。
6、建库成果与对比分析：
完成以上5步后，建成地质图空间数据库。
采用本发明技术方法建库成果数据在ArcGIS上打开后的图面和属性内容实际效果展示，地质体内容和相应的属性表内容完整与原始数据一致。
图11、图12为已有技术方法1建库方法示例和建库效果示意，
图11是打开获取的采用方法1技术建设的地质图空间数据库后，显示的物理图层划分。
图12是打开获取的采用方法1技术建设的地质图空间数据库后，将地理内容“水体”要素类去掉后，看到的地质内容图面效果，出现“镂空”现象。
该方法将整个地质体划分为不同的地质和地理要素图层，各图层属性表结构不同。由参与拓扑的相关的地质和地理面图层共同构成覆盖地表地质体，缺少地理内容，地质体将出现镂空现象导致不完整，如图12。图13、图14为已有技术方法2建库方法示例和建库效果示意。
图13是打开获取的采用方法2技术建设的地质图空间数据库后，显示的物理图层划分，以及相应的数据模型技术文档中设计的关联表。
图14是用MapGIS打开获取的采用方法2技术建设的地质图空间数据库后，看到的属性表结构和信息，没有看到技术文档描述的关联对象表，导致缺少相应的属性信息。
地质体要素类_GEOPOLYGON覆盖整个地壳表面，其属性表结构如图14所示。不同类别(如侵入岩、变质岩、沉积岩等)的非空间地质内容通过相应的二维表关联。本次获取的数据没有看到相应的Access或者其它格式表，不能关联相应的非空间地质内容，导致数据内容不完整。
通过在地质行业通用的ArcGIS和MapGIS软件平台上，对使用不同技术方法建库完成的地质图空间数据库进行应用对比，可以发现本技术方法具有建库成果的普遍适用性、易用性好、实用性高和易于扩张维护等特点，可以延长地质空间数据库成果的有效使用期限。本发明一种全覆盖模式的地壳数据建库方法，该方法对地质空间数据生产过程中地质实体进行完整客观描述，提供的成果数据开放性和扩展性好，适用程度高，解决了以往地质图空间数据建库方法描述不客观完整、通用程度欠缺和更新扩展难等问题。从地质学范畴定义了一个完整的“地质面要素图层(R_GeologicBody)”。建立以“客观”性为前提的属性结构，可以对地壳表面的构成进行完整的地质学范畴描述。以此方法所建立的地质图空间数据库的普遍适用性、可维护性和使用寿命有了大幅度提高。
Claims (1)
1.一种采用单要素描述地质体的地质图建库方法，其特征在于，是按照以下步骤进行：
步骤1：数据和软件准备：准备一幅比例尺为1:20万的地质图扫描件，栅格格式为tiff，在PC电脑上安装商业化程度较高的ArcGIS 10通用地理信息系统软件，其中，地质图建库的地质主体包括【地质体】、【地质界线】、【断层】和【地质主体注记】4种要素，所述地质主体内容的【地质体】要素，包括【沉积岩】、【变质岩】、【非正式地层单位】、【侵入岩】、【脉岩】、【构造变形带】、【矿产】和【被覆盖的地质体】8方面子类型客观描述地质体对象，要素间符合不重合、不压盖的拓扑关系，所述【地质体】要素的属性结构，用【要素编号】、【地质体类型】、【地质体名称】、【地质体代号】、【地质体时代】、【地质体描述】、【主要岩石名称】、【地质体含矿性】和【备注】9个字段信息描述，来描述地质体本身的空间、时间和内在属性；
步骤2：数据地理校正：
在ArcGIS 10软件ArcMap桌面版中打开地质图扫描件，在图上采取控制点坐标30-50个，将校正后的扫描图件保存为GeoTIFF格式，此时，GeoTIFF文件带地理坐标信息；
步骤3：在ArcGIS 10桌面软件中，按照要素类划分方法，建立要素数据集命名Geology，在要素数据集下按照要素类划分方法中要素类代码分别建立各要素类；
步骤4：矢量化：
用ArcGIS桌面软件对校正后的1:20万地质图进行矢量化，使用Fix Topology ErrorTool工具对拓扑关系类Geology_Topology进行拓扑检查，对发现的每一处错误进行修改，最终使通过拓扑检查的数据错误数为0；
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