引用本文
苏永红. 基于MapGIS的极值无偏地球化学等值线图生成方法[J]. 物探与化探, 2016,40(5): 1026-1029.
SU Yong-Hong. A tentative discussion on the method for generating the extreme value of non-partial geochemical contour map based on MapGIS[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2016,40(5): 1026-1029.
Doi:10.11720/wtyht.2016.5.29  
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基于MapGIS的极值无偏地球化学等值线图生成方法
苏永红
甘肃省地矿局 第一地质勘查院,甘肃 天水 741020

作者简介: 苏永红(1965-),男,地质找矿专业高级工程师,长期从事GIS制图技术培训和质量监控工作。

收稿日期: 2015-09-08
摘要

在MapGIS中自动生成地球化学等值线时,用三角剖分方法能最大程度地保留原始信息,但其图面可视化效果差,后期修改整饰的工作量巨大。用Gird网格化数据生成等值线,又会出现元素浓集中心和极值点位置存在一定程度的偏差和位移的情况,对后期的地球化学特征分析和异常查证工作带来了不便。经过研究发现,把离散采样点分析数据中的极值点提取出来,按照一定的阀值给极值点建立缓冲区,通过点对区空间分析,把规则网格数据中位置距离极值点较近,可能影响到三角剖分网优化效果的畸形网格节点剔除;再把离散的极值点数据和剔除了畸形网格节点的规则网格数据合并,进行三角剖分等值线追踪,很好地弥补了三角剖分生成等值线可视化效果差和网格化数据生成等值线出现浓集中心偏移的不足。该方法无需借助其他软件工具,在MapGIS中即可实现极值无偏移的地球化学等值线生成,既兼顾了制图精度,又满足了可视化效果,有很强的实用性。

关键词: MapGIS; 极值点提取; 三角剖分; 离散数据网格化; 地球化学图
中图分类号:P632 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2016)05-1026-04 doi: 10.11720/wtyht.2016.5.29
A tentative discussion on the method for generating the extreme value of non-partial geochemical contour map based on MapGIS
SU Yong-Hong
No.1 Institute of Geology and Mineral Exploration, Gansu Bureau of Geological Exploration, Tianshui 741020, China
Abstract

The triangular subdivision method can maximally retain the original information when generating geochemical contour in the MapGIS automatically, but its surface visual effect is poor and huge finishing workload will be changed later. When Gird generates isoline grid data, there will be a condition that the accumulation centers of elements and the point location of extreme value will change to some extent, and it is not convenient for analysis of the geochemical characteristics and the anomaly verification work in late stage. Based on studies, the author found that if the extremum points in the discrete sampling point analysis data are extracted, buffer is established for the extremum value points according to a certain threshold, through point-to-area spatial analysis, the deformed grid nodes in the regular grid which are relatively close to the extremum points and might affect the triangle subdivision mesh optimization are rejected. After that, the discrete extreme value point data and the regular grid data that have rejected the deformed grid nodes grid data are merged, followed by triangular subdivision contour tracking. These measures satisfactorily make up the shortcomings of the two methods mentioned above. This method does not need using other software tools and only employs the MapGIS. The method can generate geochemical contour of extreme values without deviation, and both the mapping accuracy and the visual effect are fairly good, thus having good practicability.

Keyword: MapGIS; extreme point extraction; triangulation; discrete data gridding; geochemical maps

在MapGIS 软件中可以通过多种方法将样品分析数据自动生成地球化学等值线图, 快速高效地显示工作成果。该方法在地质行业中得到了广泛的应用, 但在地球化学数据成图过程中, 特别是在1:5万水系沉积物测量成图时, 究竟采用什么方法绘制地球化学等值线图, 一直是一个让很多技术人员纠结的问题。

三角剖分方法生成等值线, 是直接对原始的散点分析数据进行不规则三角网插值, 虽然能保证图面的真实性和原始数据的完整性, 最大程度地保留原始信息, 但其生成的等值线不够圆滑, 且等值线上很容易出现拐点或相交的问题, 图面美观性和完整性都较差, 后期修改整饰的工作量巨大。

离散数据网格化方法生成等值线, 是先将散点数据按照一定的插值算法插值产生规则的Gird矩形网格数据, 再进行等值线追踪, 虽然有效解决了三角剖分生成的等值线圆滑度低、后期整饰工作量大的问题, 但由于受到插值算法的影响, 插值生成的规则网格节点无法与原始的高值点在位置上保持一致, 用以取代高值点的网格节点无法保持高值点原有的数据特征, 因此用Gird数据生成的等值线, 通常会出现元素浓集中心和极值点位置不吻合的现象, 导致异常中心存在一定程度的偏差和位移, 对之后的地球化学特征分析和异常查证工作带来了诸多不便。为了解决这个问题, 我们急需找到一种既可以兼顾制图精度, 又可以满足可视化效果的方法。

1 理论基础

任泽、刘修国等[1]提出了一种极值无偏的地球化学等值线图生成方法理论, 先把提取到的极值点数据与网格化生成的规则矩形网格点数据合并, 再把距离高值点很近、可能会严重影响等值线可视化效果的网格节点作为畸形网格点删除, 然后在此基础上构建不规则三角剖分网进行等值线追踪, 通过极值点和规则矩形网格点分别控制等值线图的精度和可视化效果。采用该算法制作的等值线图元素浓集中心与极值点位置完全吻合, 曲线光滑美观, 不仅可以提高地球化学图的表达精度, 还有效解决了地球化学图中元素浓集中心与极值点偏移的问题。

在该算法理论的指导下, 笔者通过研究发现, 只要方法应用得当, 用大家已经很熟悉的制图软件MapGIS, 就可以实现极值无偏移的地球化学等值线生成。下面就详细介绍一下该方法在MapGIS中的具体操作流程和步骤, 供同行们交流参考。

2 基于MapGIS的实现方法探讨
2.1 数据投影生成点文件

在Excel中将需要成图的数据整理保存为x、y坐标及元素含量(以Au为例就是:x、y、Au)3列, 并检查无误后将文件另存为制表符分隔的(* .txt)文件。在MapGIS投影变换子系统中, 通过“ 用户文件投影转换” 投影生成带有元素含量值属性的属性点文件“ Au_dat.wt” 。

2.2 规则网格数据节点文件生成

要在规则网格数据中插入或合并原始的高值点, 就必须先对原始采样点位的分析数据进行网格化处理, 并转换为与原始高值点格式相同的点文件。在MapGIS中有多种离散数据网格化的方法, 为了和后面的操作对应一致, 这里采用读取数据点高程的方法来读取元素分析值进行数据网格化。

2.2.1 离散数据网格化

在MapGIS数字地面模型子系统(DTM分析)中, 选择菜单“ 文件→ 打开数据文件→ 点数据文件” , 选择属性点文件“ Au_dat.wt” , 再选择菜单“ 处理点线→ 点数据高程点提取” , 弹出高程属性项选择对话框, 选择元素含量属性项“ Au” 。

选择菜单“ Grd模型→ 离散数据网格化” , 网格化方法选择“ 距离幂函数反比加权网格化” , 网格间距的选择一般要小于原始采样点的分布间隔, 但也不能过细。1:5万水系沉积物测量每1 km2采样在4~6个, 网格间距可在250~500 m之间选择, 本例中网格间距设置为0.5 km× 0.5 km(图上距离10 mm)。在搜索规则不变的条件下, 搜索半径的变化对数值点区域的等值线不产生影响, 但是要影响到空区的填充[2], 通常是根据客观反映实际的地质情况来确定, 本例中搜索半径选择为1 250 m(图上距离25 mm)。实际设置网格参数时, x方向和y方向坐标数值起点坐标应适当减小并取整, 终点坐标应适当加大并取整, 网格间距设为10 mm, 搜索半径设为25 mm。

点击“ 文件换名” , 指定文件保存位置和要保存的文件名称“ Au_Grid.GRD” , 再点击右上角的“ 确定” 按钮, 完成数据网格化。

2.2.2 网格数据导出为(x、y、z)格式文本

继续在MapGIS数字地面模型子系统(DTM分析)中, 选择菜单“ 文件→ 打开三角剖分文件” , 打开前面保存的网格数据文件“ Au_Grid.GRD” , 然后选择菜单“ 文件→ 输出高程数据” , 保存类型选择为“ 非规则det文件名” , 指定要保存的文件名“ Au_Grid.det” 。要注意的是这里的文件扩展名“ .det” 一定要输入, 不能省略。

把刚保存的“ Au_Grid.det” 文件名修改为“ Au_Grid.txt” , 用记事本打开, 把开头的“ notGrid” 修改为“ x, y, Au” (图1), 保存退出。

图1 修改文本内容和文件名

2.2.3 (x、y、z)数据投影生成网格数据节点

在MapGIS投影变换系统中, 通过“ 用户文件投影转换” 对“ Au_Grid.txt” 文件中的数据进行投影, 操作时要勾选“ 不需要投影” , 不用设置用户和结果投影参数(图2), 文件名指定为“ Au_Grid.wt” , 其他参数和前面数据投影生成点文件时的参数保持一致, 即可得到带有元素含量插值属性的点文件“ Au_Grid.wt” 。

图2 投影参数设置

2.3 极值点提取

在MapGIS数字地面模型子系统(DTM分析)中, 利用“ 高程点标注制图” 功能可以很方便的提取原始分析数据中的高值点。

选择菜单“ 文件→ 打开数据文件→ 点数据文件” , 选择属性点文件“ Au_dat.wt” , 再选择菜单“ 处理点线→ 点数据高程点提取” , 弹出高程属性项选择对话框, 选择元素含量属性项“ Au” 。

选择菜单“ Tin模型→ 快速生成三角剖分网” 生成三角剖分网, 然后选择“ Tin模型→ 整理三角剖分网…” , 直接点“ 确认” 对生成的三角剖分网边进行规范整理, 再选择“ Tin模型→ 追踪剖分等值线” 。这一步操作只是为了提取极值点才进行剖分等值线追踪, 为了使提取的极值点不至于太多, 等值线间隔可以适当抽稀, 特别是低值区的等值线, 可以保留少量几条即可。除了“ 等值线套区” 是必选项以外, 其他参数都可以选择默认值而不做修改(图3), 点击“ 确定” 生成等值线。

图3 设置等值线参数

选择菜单“ 模型应用→ 高程点标注制图” , 设置缺省的极值点子图符号和符号尺寸, 勾选“ 输出标注到属性字段” 和“ 等值区内部极值点标注” (图4), 点“ 确认” 提取极值点。关闭窗口提示保存时, 只保存“ NONAME1.wt” 点文件, 并命名为“ Au_Max.wt” , 其他文件都可以选择“ 否” 不保存。

图4 高程点标注参数

在工作文件夹中直接双击打开刚才保存的“ Au_Max.wt” , 删除左侧和下方的坐标数值, 修改点属性结构, 把字段名称“ 极值标注” 修改为“ Au” , 其他不变, 保存退出, 极值点提取完成。

2.4 畸形网格点剔除

判断网格节点是不是畸形网格点, 主要看它与临近高值点之间的距离, 小于设定阀值的就是畸形网格节点。在MapGIS中, 按照预先设定的阀值(缓冲区半径)给高值点做缓冲区, 与临近高值点之间的距离小于阀值的网格节点都会落在缓冲区覆盖范围之内(图5), 通过点对区相减分析就可以把这些畸形网格节点剔除。

图5 缓冲区范围内的畸形网格点

阀值(缓冲区半径)是判断矩形网格节点是否为畸形节点的依据, 可根据矩形网格间距的0.5~1倍来选择。阀值过小, 可能会造成与原始的极值点距离过近而使矩形网格节点不能有效剔除, 影响最终绘制等值线的可视化效果; 阀值过大, 又可能造成与原始的极值点距离较远的矩形网格节点被过多剔除, 影像制图精度。在实际应用时, 阀值(缓冲区半径)应根据分析数据的具体情况进行调整。

在MapGIS空间分析子系统中, 选择菜单“ 文件→ 装点文件→ 点数据文件” , 选择并打开“ Au_Max.wt” , 再选择菜单“ 空间分析→ 缓冲区分析→ 求全部点缓冲区” , 在弹出的择对话框中勾选“ 点” , 再点选“ 矢量法” 、“ 固定半径” , 然后在固定半径输入框中输入预先设定的距离阀值(图6)。本列中设定阀值为0.25 km(选取矩形网格间距的一半, 图上距离 5 mm), 点击“ 确定” , 指定文件名为“ 高值点缓冲区.wp” 。

图6 缓冲区参数设置

选择菜单“ 文件→ 装点文件→ 点数据文件” , 选择并打开“ Au_Grid.wt” , 再选择菜单“ 空间分析→ 点空间分析→ 点对区相减分析” , 在叠加文件1和2中分别选择“ Au_Grid.wt” 和“ 高值点缓冲区.wp” , 点“ 确定” , 指定保存文件名为“ Au_Grid_B.wt” , 就得到剔除了畸形网格节点的点文件。

2.5 数据合并及等值线生成

用添加文件或复制粘贴的办法把剔除了畸形点的“ Au_Grid_B.wt” 和 “ Au_Max.wt” 文件合并保存为“ Au_And.wt” , 再通过三角剖分生成等值线, 裁剪掉溢出工作区(内图框)以外的数据内容, 即可得到高值点无偏移的地球化学等值线图, 具体操作方法不再赘述。

3 结论

实践证明, 不用编程开发和复杂的函数计算, 也无需借助其他专业软件和辅助工具, 利用MapGIS自身的功能, 就可以轻松实现极值无偏移的地球化学等值线生成。该方法不仅能够有效解决地球化学图中元素浓集中心与极值点偏移的问题, 提高地球化学图的表达精度, 同时还解决了三角剖分生成等值线的扩边问题(图7)。

图7 三种等值线效果对比

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 任泽, 刘修国, 张剑波, 等. 一种极值无偏的地球化学等值线图生成方法[J]. 物探与化探, 2015, 39(3): 610-614. [本文引用:1]
[2] 伍卓鹤, 赵献军, 陈明. MAPGIS高程模型网格化参数的确定及网格化模型的选择[J]. 广东地质, 2013, 18(4): 56-61. [本文引用:1]
[3] 高艳芳. 离散数据网格化参数的确定和数学模型的选择以Sufer70、Mapgis60为例[J]. 地质与勘探, 2002, 38(增刊): 139-142. [本文引用:1]
[4] 吴信才. MapGIS地理信息系统[M]. 北京: 电子出版社, 2004. [本文引用:1]