2020, Vol. 29
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2. 辽宁省地质矿产调查院, 辽宁 沈阳 110032
2. Liaoning Geological and Mineral Survey Institute Co., Ltd., Shenyang 110032, China
随着我国工业化进程的不断推进，一些大宗矿产资源的匮乏已成为制约我国经济发展的瓶颈.在国家实施矿产资源“走出去”战略下，我国矿业企业和科研院所近些年在境外勘查开发及合作交流中已积累了大量基础地质矿产资料，但由于不同国家、不同地区地质研究程度不一，收集到的图件等数据存在数据格式不同、地球投影不同、图件编制质量参差不齐等问题.为提高境外地质资料利用程度和使用价值，为国家“一带一路”倡议和企业“走出去”提供高质量的境外地质矿产信息服务，故采用国际地学通用的ArcGIS软件将不同地区、不同地球投影、不同数据格式、不同比例尺、不同地质专业图件等数据通过数据转换、投影变换、地理配准、空间校正、属性信息标准化等（图 1），对数据进行管理与应用、集成与整合，形成标准统一的地学数据与符合要求的地学数据产品，达到信息共享和成果服务[1-3].
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图 1 境外多源地质专题图数据应用流程图 Fig.1 Flow chart of oversea multi-source geological thematic map data application |
ArcGIS软件支持shape、dwg、dxf等格式，通过这些数据格式，可以将其他软件形成的矢量数据转换成shape格式数据，利用ArcGIS软件建立地理数据集（GeoDatabase）实现数据管理功能.本文以东北亚地区多源地质专题图数据为例，数据转换中使用的ArcGIS软件为10.0版本，MapGIS软件为6.7版本，AutoCAD软件为2017版本，采用1984世界大地坐标系（World Geodetic System 1984，即WGS1984）.常用数据格式转换主要有以下几种情况.
1.1 MapGIS格式数据转换利用MapGIS软件的文件转换功能，读入MapGIS点文件（*.wt）、线文件（*.wl）、面文件（*.wp）文件，将数据保存为shape格式文件（*.shp）实现数据格式转换.数据转换时，应注意以下几点：
1）数据准备.首先是检查MapGIS格式数据是否完整无误，尤其是面文件的拓扑关系是否正确.第二要检查属性信息是否完整无误，能完整描述出属性信息所必需的字段，以及相应字段下所对应的属性值不能缺少，可利用“根据参数赋属性”，根据转换要求补充必要的属性信息[4-5].
2）数据投影.数据转换前，需在MapGIS软件中，将数据通过投影变换转换成地理坐标系，以经纬度为单位，再进行转换.
3）文件命名. MapGIS格式数据的点、线和面文件是通过文件后缀识别，数据转换成shape格式后，需在文件名前面分别加“P＿”表示点文件、“L＿”表示线文件、R＿表示面文件来进行识别.
1.2 具有坐标的点数据转换具有坐标的点数据，包括txt文本格式、Excel格式和dbf格式数据.通过ArcMap中“添加X、Y数据”功能，根据数据中定义的X和Y坐标创建点要素临时图层，ArcMap中称为事件图层.由于临时图层中数据是不可编辑的，需将图层通过“导出数据”功能导出shape格式文件，方可对该要素进行编辑，导出时可选择坐标系用于定义输出点要素的空间参考.
对于txt文本格式的数据文件，X、Y、Z数据之间用逗号分割；对于Excel格式、dbf格式数据，指定X、Y字段后，其他列数据自动导入，作为点的属性数据.
1.3 AutoCAD格式数据转换在ArcMap中，可以直接打开dwg文件，自动形成5个图层组：注释（annotation）、点（point）、多边形线（polyline）、多边形（polygon）和多面体（multiPatch）.可将图层数据导出shape格式数据或另存为图层文件. AutoCAD数据没有投影，故可以利用“空间校正”方法，将其校正到数据的实际空间位置上.
1.4 CorelDraw格式数据转换利用CorelDraw软件形成的地质专题图，可按图层进行转换，分别转换成dwg格式文件.在ArcMap中，直接打开dwg数据，然后导出shape格式数据. CorelDraw数据没有投影，故可以利用“空间校正”方法，将其校正到数据的实际空间位置上[6].
2 数据的地图投影 2.1 坐标系及转换在ArcGIS地理数据集中，每个数据框都需包含一个坐标系，用于定义数据的地图投影，在同一坐标系下可集成、叠加不同数据源的数据图层.本文建立的地理数据库采用WGS1984坐标系，故所有数据均需经过投影变换将数据统一到该坐标系下.
若专题图上已标注了坐标系统参数，对图像数据进行数字化时应采用原图标注的坐标系统参数.数字化成果转换成shape格式后，通过ArcMap提供的动态投影，更改数据框的坐标系.利用图层数据导出功能，选择图框坐标系，将其转换到规定的坐标系下.
但实际工作中，所收集的专题图未标注坐标系统参数的占多数，需对专题图所采用的投影方法进行判断，可采用与其匹配较好的坐标系统及参数.转换前将数据框定义为数据原有的坐标系，数据导出时，选择图框坐标系，使数据具有了原有的坐标系.再利用ArcMap动态投影功能，将其转换到规定的坐标系下.
2.2 投影类型及判断方法1）圆锥投影：圆锥被置于地球上，圆锥和地球沿两条纬线相交，这两条纬线就是标准纬线.沿中央子午线对面的经线切开圆锥，并将其展平为平面❶.
❶ESRL.AreGIS 10 Help.2010
2）圆柱投影：圆柱被置于地球上.圆柱可沿一条纬线（正常情况）、一条经线（横轴情况）或其他线（斜轴情况）接触地球❶.
❶ESRL.AreGIS 10 Help.2010
3）常用投影判断方法：判断常用投影方法的几个特点如表 1 [7-8].
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表 1 常用投影方法的特点 Table 1 Characteristics of common projection methods |
地理配准是使用地图坐标为图像数据指定空间位置.精确定位图像数据对数据管理、建立数据库至关重要.
3.1 图像的地理配准图像地理配准前，在ArcCatalog中通过选择图像的属性，编辑空间参考，将图像的地图投影参数赋予图像.图像地理配准时，一般采集方里网或经纬网的交点作为图像的控制点，利用地理配准工具，与图像中的对应点实际地理位置建立连接，对图像进行地理配准.图像配准后，选择地理配准工具中“更新地理配准”功能，使图像具有准确的空间位置.数据所在的目录将增加.jgwx和.jpg.aux.xml两个文件[9].
3.2 多源地质专题图的地理配准由于不同年代、不同制图单位等因素导致多源地质专题图的编制质量参差不齐，存在同一图幅系列专题图数据的空间位置与地理位置存在误差的情况.如果对系列专题图进行逐一误差校正，即使校正十分准确，校正后的数字化数据受各图像套合误差影响，也会产生误差，因此可采用如下方法进行空间定位.
利用Photoshop软件，将系列图像叠加，并视其中一个图像为理论图像，其他图像通过图层放缩、旋转等方法使图像套合误差最小.图像叠加后，依次输出同分辨率、同大小的图像，用于地理配准使用.应先对理论图像进行地理配准，保存地理配准数据.由于所有图像的分辨率和图像大小均相同，故可用同一个地理配准数据依次对其他图像进行地理配准.
4 数据空间校正空间校正用于矢量数据的整合，或将精度不高的数据以理论空间数据为参考提高精度，即将数据从一个坐标系转换到另一个坐标系，或纠正几何变形等.
4.1 数据的空间校正矢量数据进行空间校正时，先建立经纬网或方里网、理论控制点两个理论值文件，经纬网或方里网用软件形成，理论控制点一般取经纬度或方里网交点的坐标值.理论控制点与待校正数据中相对应的点建立移位连接，将图件校正到理论数据空间位置上，并建立空间校正文件，利用空间校正文件对其他数据进行空间校正.创建理论控制点的方法可参考本文1.2节.
4.2 多源地质专题图数据空间校正多源地质专题图数据存在图中经纬网或方里网与实际地理位置不一致等情况，需对矢量数据对应的原始图像进行地理配准，以配准后图像中经纬网或方里网交点作为待校正数据的控制点，将数据校正到理论数据空间位置上.
5 属性信息标准化在属性填写阶段，按照中国地质调查局《全球地质矿产数据库建设指南》要求（表 2），补充或完善相关要素的属性结构及属性字段内容❶.
❶中国地质调查局发展研究中心.全球地质矿产数据库建设指南
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表 2 成矿省面元属性结构表 Table 2 Attribute structure of metallogenic province |
若专题图已标注坐标系统参数，数字化时应采用原图标注的坐标系统和参数.对于质量较好（制图软件直接输出、非扫描获得）的图像，可取较少的控制点进行地理配准.地理配准时，要做平移和放缩变换，变换方法可选择“一阶多项式（仿射）”方法.
专题图标注有坐标系统参数，对该图像地理配准的RMS总误差可以忽略不计.若专题图未标注坐标系统参数，可采用与其匹配较好的坐标系统及参数.数据质量可以借助图像比例尺来衡量，即图像地理配准的RMS总误差小于（比例尺分母/1000）/4时，如比例尺为1/1 000 000的图像，其RMS总误差小于250，图像上误差小于0.25 mm.如图 2、3、4所示，比例尺为1/9 000 000的图像，其RMS总误差为779.15621，符合要求.
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图 2 地理配准误差示意图 Fig.2 Example of geographical registration error |
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图 3 图像标注的比例尺和投影 Fig.3 Scale and projection of image |
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图 4 ArcMap下坐标系设置示意图 Fig.4 Coordinate system setting in ArcMap |
本文就利用ArcGIS软件，对境外多源地质专题图数据应用中数据格式转换、地图投影、地理配准、空间校正等几个关键问题进行了探讨和研究，得出如下结论.
1）利用ArcGIS软件以shape格式作为数据转换中的公用格式，将不同矢量数据格式转换成shape格式，进行数据管理.
2）若专题图已标注坐标系统参数，数字化时应采用原图标注的坐标系统和参数；若专题图未标注坐标系统参数，可采用与其匹配较好的坐标系统及参数.
3）对于质量较好的图像，可取较少的控制点进行地理配准.地理配准要做平移和放缩变换，空间校正方法可选择“仿射变换”方法.
4）对于图像中经纬网或方里网与实际地理位置不一致的多源地质专题图数据，对图像进行地理配准，以配准后图像中经纬网或方里网交点作为待校正数据的控制点，将数据校正到理论数据空间位置上.
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