应用ArcGIS制作矿山监测野外调查图的研究
冯彦平1, 冯燕明2, 荆青青3
1.山东科技大学,青岛 266510
2.青岛科技大学,青岛 266042
3.中国国土资源航空物探遥感中心,北京 100083

第一作者简介: 冯彦平(1984-),女,硕士研究生,从事数字图像处理及遥感解译方面的研究。

摘要

制作野外调查图是保证野外调查顺利进行,从而获得完整可靠数据资料的重要工作。本文就应用ArcGIS制作矿山监测野外调查图进行了探索,提出了完整的制图方案,并对在制图过程中遇到的重要问题及难点问题进行了分析。

关键词: ArcGIS制图; 矿山监测; 野外调查图
中图分类号:TP282 文献标志码:A 文章编号:1001-070X(2010)02-0118-04
The Drawing of the Field Investigation Map in Mine Monitoring Based on ArcGIS
FENG Yan-ping1, FENG Yan-ming2, JING Qing-qing3
1.Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266510, China
2. Qingdao University of Science and Technology,Qingdao 266042, China
3. China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources, Beijing 100083, China
Abstract

The construction of the field investigation map is an important task which can guarantee the smooth performance of field survey so as to obtain complete and reliable data. This paper has dealt with the drawing of the field investigation map in mine monitoring by using ArcGIS, proposed a comprehensive mapping program and analyzed the important problems and difficulties encountered in the construction of such a map.

Keyword: ArcGIS mapping; Mine monitoring; Field investigation map
0 引言

地图采用图式符号语言来表达空间对象的数量、质量等特征, 使其更形象化、准确化, 具有可读性和可量测性。自动制图是GIS的主要功能之一, 通过图形编辑, 可根据用户的需要对数字地图进行整饰, 按照规定的符号、注记和颜色进行图形显示或图形输出[1]。在ArcGIS中, ArcMap提供了一体化的完整地图绘制、显示、编辑和输出的集成环境。在进行矿山监测野外实地调查时, 地图是一个必不可少的工具, 制作一幅清晰易读的、富有实际价值的地图有利于在野外辨别方位及寻找目标, 还可以根据具体的考察在地图上实时地标注一些辅助信息, 以便重新修改图斑等。本文通过研究应用ArcGIS制作矿山监测野外调查图的整个过程, 从中总结了其中的重要环节和主要问题, 为以后制图提供参考。

1 制图过程
1.1 数据准备

选择遥感图像作为底图, 以利于更好地检查解译结果; 收集监测地区的矿权、矿山规划和行政界线等数据以检查矿山开采状况, 评价矿山环境; 根据野外工作选择制图的矢量数据; 提前选好野外点、野外路线和野外区, 既做到少走弯路, 节约时间, 又保证检查到所有的矿种类型、不确定的地物和有问题矿山; 添加收集的地名(村级)、国道、省道及河流等辅助信息, 以尽快找到调查目标。制图的数据要求尽量全面, 但同时保证地图清晰易读。

1.2 数据处理

1.2.1 转换数据格式

由于数据的来源不尽相同, 需要数据格式转换为统一的shape文件。例如, 野外调查制图时收集到的监测区村名格式是Google Earth地标格式kmz文件, 需要应用ArcGIS 9.3的新功能转成shape文件。

1.2.2 转换投影坐标

将所有数据统一到同一投影坐标系下, 以利于数据的准确显示和估计两点之间的距离。

1.2.3 编辑属性

进行一些必要的属性编辑。填写野外记录表时需要标注解译的图斑编号, 所以解译的矢量数据需要加入编号字段; 野外点数据加入验证信息字段, 描述每个野外点具体需要验证的信息[2]

1.3 地图符号化

符号化的原则是按目标物的特点确定地图符号的基本形状, 以符号的颜色或者形状区分事物的性质, 例如开采点、野外点等用点表示, 野外路线、行政界线等用线表示, 开发占地、环境污染区域等用面表示。

一般来说, 符号化方法可分为单一符号、分类符号、分级符号、分级色彩、比率符号、组合符号及统计符号等。在制作矿山监测野外调查图时, 开发占地进行了分类显示, 以便开采场、矿石堆及排土场等地物在地图上直观地显示; 矿权进行了分级显示, 以利于了解矿山的规模。在此可以使用Layer Properties里的Symbology选项, 如果Symbol Selector里没有想要的符号, 可以通过Style Manager进行样式编辑、修改和创建[3]

1.4 地图标注

地图标注可以使地图内容更加丰富, 提高地图的使用价值。文字标注位置的选择是否恰当, 排列是否美观, 将直接影响到电子地图的清晰易读性和使用价值。根据野外需要, 对村名、解译图斑编号、矿权名称、野外点编号、野外点验证信息等进行标注。

ArcGIS支持下文字标记形式有标注(Label)和注记(Annotation)两种, 二者如何选择取决于如何控制文本显示以及在ArcMap中如何存储文本。对一个图层中的部分或所有要素的标注可以独立或者动态地创建, 但有的时候用注记更好些, 注记可以由标注转成或从一个图层(Coverage)导入。动态创建的标注将在漫游和缩放后按照当前地图比例尺下的最佳位置重画, 因为动态创建的标注被作为一个图层属性存储, 改变设置(如等级分类, 符号或者标注位置等)将影响到图层中的标注。注记可以从一个草图创建或从一个已有的图层中转换, 当使用其中的方法创建注记时, 当前的比例尺将被作为参考比例尺, 注记要素总是用参考比例尺规定的尺寸显示。

1.5 地图编辑

地图编辑是一个非常复杂的过程, 要将准备好的地图数据通过完整的地图表达出来, 以传递信息, 满足生产、生活中的实际需要。这个过程中涵盖了很多内容, 包括版面纸张的设置、制图范围的定义、制图比例尺图名、图例、坐标网等的确定。为了携带方便, 并根据监测区大小, 此次调查图把纸张设置成为1.3 m× 0.9 m, 分4张纸打印。1 m分辨率的遥感图像可制成1:1万的地图, 但1:2万比例尺即可满足野外需要。为了确定位置和量算距离, 同时加入了经纬网和公里网, 最后添加标题、比例尺、指北针及图例等信息。

1.6 地图输出和成果打印

编辑好的地图通常按两种方式输出: 一种是借助打印机或绘图机硬拷贝输出; 另一种则是转换成通用格式的栅格图像, 以便于在多种系统中应用。对于前者, 关键是要选择设置与编辑地图相对应的打印机和绘图机; 而对于后者, 关键是设置好满足需要的栅格采样分辨率。ArcMap提供了多种输出文件格式, 如JPG、TIF、PDF、EMF和BMP等, 转换后的栅格或矢量地图可以在很多其他环境中应用。

经过以上工作, 最后的矿山监测野外调查图如图1显示。

图1 最终矿山监测野外调查图Fig.1 The final field investigation map of mine monitoring

2 制图过程中的重点及难点
2.1 比例尺的选择

在相同像元分辨率的情况下, 成图比例尺的大小与出图分辨率有关。成图比例尺过大, 出图分辨率过小, 图像会模糊不清, 甚至出现“ 马赛克” 图案, 影响成图质量; 比例尺过小, 又会造成信息损失和资源浪费。通常情况下, 一般认为人眼分辨率为0.1 mm, 即1 mm单位距离内人眼能分辨10条线或10个像元。换句话说, 出图分辨率254 dpi时, 与人眼分辨能力最相吻合, 以此分辨率出图可达到最佳成图比例尺。但经多次反复实验, 认为人眼的分辨率最高可达0.25~0.3 mm 左右, 即1 mm单位距离内人眼能分辨3~4个像元, 相应地出图分辨率可达76~100 dpi之间[4]。根据以上分析, 由于使用的遥感图像为分辨率1 m的GeoEye数据, 所以其最佳成图比例尺为1:10 000, 最大成图比例尺为1:3 000~1:4 000。据此, 野外图比例尺绝不能超过最大成图比例尺, 实际上按照野外需要, 比例尺小于最佳比例尺即可, 经实验使用1:20 000的比例尺比较合适。

2.2 野外点、野外路线及野外区的制作

野外调查工作部署主要依据遥感图像的解译程度和自然地理条件等因素确定。根据矿山监测项目的特点和不同的调查内容及工作区域, 按照一定的面积强度, 典型地抽取样地进行地面核查, 检验修正遥感资料的解译成果, 提高遥感成果的精度。原则上, 对于有疑问的图斑要做到100%实地调查, 对其他图斑实地验证率不少于图斑的5%。在此选择的野外点要覆盖所有有疑问的点及越界、无证、环境污染和地质灾害等有问题的矿点。对于那些在遥感影像上不能确定的图斑和开采混乱、分布清楚的大片地区, 采用野外调查实地圈定。根据路程最小原则和考虑自然地理条件、路况等信息制作野外路线, 最后综合考虑给野外点和野外区编号。

2.3 地图符号化和自动标注

地图符号化时, 对开发占地、道路使用了分类符号, 矿权使用了分类和分级组合符号, 即Quantity by category。在矿权分类中首先使用Group value根据矿权有效期止进行了分类合并, 分为过期、未过期两种。然后根据设计规模把矿权分成了3个级别, 如图2所示。

图2 矿权的符号显示Fig.2 The symbols display of mining rights

地图标注具有释义与定位的双重功能, 在制作标注时一个重要的问题是标注覆盖和重叠现象。默认设置下, 有些开采点、开采面编号被开发占地编号覆盖。把开采点的Feature Weight(FW)改成high后, 开发占地的编号又被开采点编号覆盖(图3(a)), 全部改成high后覆盖依然存在(图3(b))。若都把Place Overlapping Labels选中, 则出现重叠现象, 依然无法辨认编号信息(图3(c))。

图3 标注覆盖和重叠显示比较Fig.3 The display comparison of annotation coverage and overlap

修改各个参数后发现重叠现象依然存在, 最后考虑使用Convert Labels to Annotation进行处理, 由于开采点、开采面文件图斑较少, 而且开发占地内部不会重叠, 把开采点、开采面转换, 最后手动调整少量重叠的注记即可。经过转换发现不用手动调节, 重叠现象没有了(图4)。原先推测这是由于标注转成注记后成了一个图层, 开发占地的标注只可能覆盖其他标注而不会覆盖图层的原因。但经过多次试验, 标记转换成注记后重叠现象有的存在, 有的消失, 这要具体问题具体分析。

图4 使用Convert Labels to Annotation后结果Fig.4 The results after using Convert Labels to Annotation

3 结论

相对于以往的GIS软件, ArcGIS不仅可以按照要素属性编辑和表现图形, 还可直接绘制和生成要素数据, 在数据视图按照特定的符号浏览地理要素, 同时也可在版面视图生成打印输出地图; 有全面的地图符号、线形、填充和字体库, 支持多种输出格式; 可自动生成坐标格网或经纬网, 能够进行多种方式的地图标注, 具有强大的制图编辑功能。本文只是应用ArcGIS制作矿山监测野外调查图, 以探讨利用ArcGIS进行完整制图的过程。研究证实ArcGIS具有强大的制图功能, 能够高效并且准确地完成矿山监测野外调查图的绘制。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 李军, 高光大, 王芳, . 基于ArcGIS平台的地质制图的实现[J]. 地质通报, 2009, 28(1): 150-154. [本文引用:1]
[2] 王林松, 田永中, 徐永进, . 基于ArcGIS的土地利用图的制图综合技术研究[J]. 安徽农业科学, 2008, 36(36): 16225-16226, 16228. [本文引用:1]
[3] 钱敏. 基于ArcGIS数据库的地图制图方法初探[C]//江苏省测绘学会2003学术年会专集. 江苏, 2003, 174-176. [本文引用:1]
[4] 王晓红, 聂洪峰, 李成尊, . 不同遥感数据源在矿山开发状况及环境调查中的应用[J]. 国土资源遥感, 2006(2): 69-71. [本文引用:1]