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计算机绘制地质图技术方法 计算机制图技术始于20 世纪60 年代, 至今制图技术日趋完善。80 年代末中国引进该项技术, 并设计出相应的制图软件。本文介绍应用中国地质大学的MA PGIS 软件在编稿原图基础上进行地质图的输入、编辑及保证地质图的精度等方面的体会, 并对存在的问题提出讨论。 关键词 MA PGIS, 制图精度, 计算机绘制地质图分类号 TP302. 4, P623. 6 计算机辅助制图技术开始于20 世纪60 年代, 由于当时计算机的存储量小, 运算速度慢, 计算机只能完成一些简单的图件录入、编辑工作。进入80 年代后, 随着计算机技术的飞速发展, 计算机在制图中起着越来越重要的作用, 可以处理更多、更复杂的图形数据, 进行迭加、统计分析等。各种制图软件也日趋完善, 如美国的ARC�IN FO 、MA P IN FO 、in tergraph 等。中国自80 年代初引入计算机辅助制图技术后, 在吸收、借鉴国外软件的基础上, 设计出一些适合中国国情的计算机辅助制图软件, 如中国地质大学的MA PGIS 、北京大学的城市之星等。 计算机辅助制图随着条件的改善其应用范围日益广泛, 可用于城市规划设计、地下管网建设、人口普查、土地及森林资源利用、地方病及流行病学研究、环境保护等诸多方面。 1 计算机绘制地质图中的若干技术问题 1. 1 计算机绘制地质图的特色 计算机在处理基本图形要素的点、线、面方面具有快速、直接、方便的特色。在地质图中, 这三种图元的种类非常多, 点分为产状、注记、居民地等, 线分为水系、地质界线、断层、道路、境界等, 面分为地层单元、湖泊等。相同图元的参数又各不相同, 如居民地注记分为乡名和一般地名。线按粗细可分为地质界线、断层, 按线型可分为渐变的河流、虚线的推测地质界线及变质界线。图1 为三种不同的变质界线类型。按颜色可分为蓝色的水系、红色的断层、黑色的地质界线。 构成地层单元边界的线也是各种各样, 可能是地质界线, 也可能一边是河流, 一边是断层, 它的形态极不规则, 无一雷同, 压盖关系也很复杂, 如地质体中有侵入体、脉岩等图2。 图2 地层单元示例交接关系复杂、数据量大, 工作难度高。 1. 2 提高数据输入的速度和精度的方法 a. 输入 现阶段主要的输入手段有两种 一是数字化仪输入, 二是扫描仪输入。数字化仪通过游标采集图元的X 、Y 坐标, 将图形信息转换为矢量数据。数字化仪的采点 精度与工作者的熟练程度和认真仔细的工作态度有很大关系, 人为因素较多, 精度较扫描仪差, 且工作强度大。数字化完成一幅图相当于用游标将图件勾画一遍。但由于数字化仪投入低、收益多、易掌握, 现阶段仍普遍采用。 扫描仪具有速度快、精度高、操作简单的特点, 在对复杂图件的处理上有数字化仪无法比拟的优势, 因此越来越受到人们的喜爱。 扫描仪将图形信息转换为栅格数据, 通过光栅文件矢量化, 把栅格数据转化为矢量数据。目前绝大多数制图软件虽然既能处理矢量数据也能处理栅格数据, 但栅格数据一般只用于图像的叠加、分解、合成, 对图形进行编辑, 只能是对图形的矢量数据进行编辑。 扫描仪可将图件扫描为多种格式, 如. bmp 、. pcx 、. tif 、. eps 、. rlc 等, 其中最常用的是tif 格式。tif 格式又分为二值和灰度两种方式。二值方式只有0、1 两个灰度级, 灰度方式有1～ 225 个灰度级, 在此方式下, 扫描仪精确地读出每个象素点的灰度级。因此在相同扫描精度dp i 下, 灰度文件比二值文件大8 倍。文件尺寸的计算公式为 文件尺寸图件长dp i 宽dp i �8 从公式可以看出, 扫描精度dp i 越高, 文件越大, 计算机速度越慢。因此在线间距 1 mm 时, 采用≤300 dp i, 线距 1 mm 时, 可适当提高扫描精度以达到最佳扫描效果, 即不漏点, 线条清晰不粘边, 也可能会出现局部的小范围断线。 b. 输入预处理 一幅好的底图是获得理想效果的保证。最好采用薄膜图, 其次是平整干净的纸图, 对于图面复杂的图件应分版清绘, 地形和地质一定要分开, 否则矢量化时干扰很大, 影响速度和精度。 矢量化之前, 要仔细读图, 将图上的线条进行分类。划分原则是按线的粗细、颜色、线型。一般划分为地质、断层、变质带、水系、道路、境界等。有些线虽然线型、粗细不同, 但全图数量不多, 一般将其划分为一类, 如境界省界、州界、县界 和道路公路、机耕道、大路、小路 等。对点也按此原则进行划分。 c. 矢量化 矢量化有两种方式 全自动非细化矢量化和交互式矢量化。第一种方式由计算机自动完对所有线条的矢量化工作, 但由于扫描时线条不可能完全连续, , 的交接处也很多, 飞点图5 是由于该处光栅数据量过多, 计算机反复跟踪造成的, 处理时只需将打折部分的点删除即可。矢量化结束时飞点会比较多, 要认真处理, 特别是第一种情况较难发现。有飞点的地方较别处黑一些, 象个小线头, 这是飞点的识别标志。 矢量化时还应注意河流的方向, 要么从上游向下游矢量化, 要么反之, 全图一定要统一, 这样才不会出现河流倒流的情况。 矢量化是一个复杂而繁琐的过程, 要占到整个图幅总工作量的50 以上。图幅的精度、成图质量都与这个阶段有着密切的联系。 1. 3 编辑和校准中应注意的几个问题 a. 编辑编辑主要是为造区做准备。将构成地层单元边界的线叠加在一起, 处理线条之间的交接关系, 既不能“过头”, 也不能 “不足”图6。进行线的自动剪断时, 参数应 0. 2mm , 这样才能将两种相交关系的线剪断图7。 这些预处理工作完成后就可以开始造区。顺时针或逆时针跟踪每一边界, 方向一定要一致, 否则填充面色后会出现扭曲现象。在图8 中, 对①号区跟踪顺序应为a→b→c→d 或a→d→c→b。 b. 校准校准应完成二项工作, 一是精度校正, 二是配准。 精度校正主要是纠正数字化仪和扫描仪产生的误差, 以及底图自身的误差。底图不可能完全达 到理论尺寸, 绘图时的允许误差有0. 2mm , 底图在扫描过程中也会扭曲、歪斜。图8 区的跟踪顺序 首先作一标准图框, 通过自动采集控制点, 读出四个内图廓点的坐标, 把它们作为精度校正的理论值。再自动采集所做图幅的内图廓坐标, 输入理论值, 生成校正文件。这样系统就可以自动对点、线、面文件进行精度校正, 最后误差可 0. 01 mm 。 配准主要是对分版扫描的图幅进行套合。如果地形版的扫描文件为tif 1, 地质版的扫描文件为tif 2, 两个扫描文件的位置、大小均有差异。此时, 用同一理论值对两个文件进行精度校正后, 文件才能完全重合在一起图9。 2 提高计算机绘图技术的探讨 1. 人工智能在许多领域中得到广泛应用, 但在计算机制图中尚处于起步阶段。目前的制图软件仍处于“绘”制地质图阶段, 无法进行“编”图。其中一个重要问题是图9 配准地形等高线的制作, 图10 为一高山切割区等高线局部, 等高距为20 m , 扫描精度为800 dp i, 以牺牲计算机速度来达到扫描清晰, 扫描文件为436 兆字节, 矢量化耗时近3 个月。绘图员在绘制等高线时, 先绘出计曲线计曲线是指在绘制地形等高线时, 为了读图方便, 每两条或两条 以上等高线中安排的一条线型较粗的等高线, 再根据计曲线的形态, 按不同等高距在两根计曲线中插入四根或八根首曲线。怎样用计算机来模拟这个过程, 实现等高线的快速矢量化, 是急待解决的问题。在图幅拼接时, 人们很容易识别出哪些线应进行相应的联接, 如怎样实现计算机识别, 并自动联接。制图综合时, 计算机能否根 在计算机内进行制图综合、缩编。随着GPS 和便携机的普及, 野外直接采集数据, 室内编辑。这样才能大大地缩短制图周期, 提高效率。 3 结束语计算机辅助制图发展至今, 功能越来越完善, 使用越来越方便。制图技术下一步的发展目标是开放式和网络式, 形成通用的数据格式, 统一的流程, 统一的分析方法, 并进一步与GPS 、遥感、人工智能相结合, 最终形成智能化、自动化的制图系统, 具有广阔的发展前景。