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物探与化探, 2019, 43(1): 153-160 doi: 10.11720/wtyht.2019.1322

方法研究·信息处理·仪器研制

航空物探工作程度图批量定制技术研究

冯磊, 周伟, 陈瑶, 李文吉

中国自然资源航空物探遥感中心,北京 100083

Research on technology of batch customizing aero geophysical survey regions maps

FENG Lei, ZHOU Wei, CHEN Yao, LI Wen-Ji

China Aerospace Geophysical and Remote Sensing Center for Natural Resources, Beijing 100083,China

责任编辑: 王萌

收稿日期: 2018-09-6   修回日期: 2018-11-23   网络出版日期: 2019-02-20

基金资助: 中国地质调查局专项项目.  DD20189821
中国地质调查局项目“秦岭及天山等重点成矿区带航空物探调查”.  DD20160066

Received: 2018-09-6   Revised: 2018-11-23   Online: 2019-02-20

作者简介 About authors

冯磊(1988-),男,工程师,主要从事航空地球物理与遥感信息技术应用研究工作。Email:fl@agrs.cn 。

摘要

为满足行业及社会用户对多尺度、跨区域的航空物探工作程度图的大量需求,为数据资料收集、地质调查工作规划部署等提供借鉴和参考依据,笔者以全国航空物探测区元数据库为数据源,按照“数据字典管理制图标准、模板文件管理图面样式、用户参数创建图面要素”的技术方法,开展航空物探工作程度图的批量定制功能研究,并基于ArcGIS Engine和C#编程语言开发实现了基于数据驱动的航空物探工作程度图批量定制程序。在航空物探调查资料的社会化服务和“秦岭及天山等重点成矿区带航空物探调查”等项目工作部署及实施过程中取得了较好的应用效果,共计完成全国35个区域70余幅航空物探工作程度图的制作与服务,部分产品图件已经发布至“地质云”提供互联网在线服务。

关键词： 航空物探 ; 工作程度图 ; 数据驱动 ; 批量定制图件 ; 数据字典

Abstract

Aero geophysical survey regions maps reflect the information of aero geophysical survey work in the past, and also provide references for survey data collection and survey work planning. In order to fulfill the large demand of industrial and social users for multi-scale and cross-regional aero geophysical survey regions maps, the authors employed National Aero Geophysical Metadata Database established by AGRS to carry out studies of batch creating maps. According to the technical route of “graphic standards stored in data dictionary, drawing style managed by template files, dynamic drawing elements by user parameters”, the technique of batch customizing aero geophysical survey regions maps is realized. The technology achieved good application results in the socialized service of aero geophysical survey data and the project deployment and implementation of “Aero geophysical surveys in key ore-forming areas such as Qinling and Tianshan”.

Keywords： aero geophysical survey ; survey regions map ; data driven ; batch customizing maps ; data dictionary

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本文引用格式

冯磊, 周伟, 陈瑶, 李文吉. 航空物探工作程度图批量定制技术研究. 物探与化探[J], 2019, 43(1): 153-160 doi:10.11720/wtyht.2019.1322

FENG Lei, ZHOU Wei, CHEN Yao, LI Wen-Ji. Research on technology of batch customizing aero geophysical survey regions maps. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2019, 43(1): 153-160 doi:10.11720/wtyht.2019.1322

0 引言

航空物探调查工作程度是开展地质调查工作规划和部署的重要基础数据,及时进行全国航空物探调查工作程度图的动态更新,有利于理清中央、地方、社会投资开展的基础性地质调查工作现状,有利于协调和衔接中央、地方公益性地质工作,有利于统筹部署重点成矿区带、重要经济区、扶贫工作区等重要区域的公益性基础地质工作[1,2,3]。

虽然随着信息化技术水平的提高,制图方式有了很大的进步,原来的手工编绘逐步被计算机数字制图所取代,但是当前的数字制图模式仍缺乏系统的解决方案,尤其在专业化应用、内容更新、图库分离、数据冗余等方面仍存在较多问题,信息技术应用水平亟待提高。陈志军等实现了基于ArcPy脚本语言的勘查地球化学图件的批量成图功能,采用变量与对象绑定的方式读取参数并应用于批量制图,提高了勘查地球化学图件的制图效率,但是其工作重点为面向地球化学栅格数据的统计分析与制图,且脚本语言无法独立执行[4],难以应用于航空物探专业领域的在线批量制图需求。

为更好地满足制图流程标准化、内容动态更新、数据利用率提高等需求,笔者提出基于数据驱动的航空物探工作程度图批量定制技术解决方案,按照“数据字典管理制图标准、模板文件管理图面样式、用户参数创建图面要素”的技术路线完成了具体功能开发,在实际生产工作中大大节省了人物资源,提高工作效率。

1 制图需求分析

航空物探工作程度图通常包含地理信息、专业要素、图面整饰等主要内容,其中,地理信息反映了工作区域所处的地理位置、周边环境等信息,专业要素的图形化渲染直观表达出测量方法、测量比例尺等信息,图面整饰内容包含了图名、图例、图框、比例尺、指北针等,图件整体应当遵循“正确完整、清晰醒目、整齐美观、使用方便”的基本要求[5,6]。

现行的航空物探工作程度图编制基本沿用传统的编图模式[7,8,9,10],依托单机MapGIS软件,根据资料收集情况,将已有工作测区范围一一添加到图件中,然后根据不同的测量比例尺、测量方法、测量精度等进行符号化渲染,最后添加图式图例、图框,输出栅格文件,(如图1)。以张家口—承德测区为例,其测区覆盖范围内的航空物探工作程度图[11]如图 2所示。

图1

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图1   现行编图工作模式

Fig.1   Current drawing map workflow


图2

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图2   航空物探工作程度图示例[11]

Fig. 2   Example of aero geophysical survey regions map


编图过程中的每个步骤都需要人工完成或者人机交互完成,不仅工作细节繁琐,存在反复修正的情况,而且效率较低,难以满足多区域、大批量的工作程度图定制需求。

为满足计算机程序批量制图需求,采用空间数据库GeoDatabase[12,13,14]存储和管理测区信息、地理底图,解决资料收集和测区绘制问题;采用数据字典[15,16]管理符号渲染标准,建立各类图面要素与符号之间匹配关系,解决符号自动化渲染问题;建立管理数据表,存储图件图名、图例、图框等信息,减少图式图例的人工输入和修整工作量;通过开发程序自动将矢量数据输出栅格图片,支持多分辨率、多文件格式,以分别满足报告插图、打印出图等使用场景。

2 数据库及功能设计

2.1 航空物探测区概况数据

中国自然资源航空物探遥感中心(简称“航遥中心”)依托国家专项资金支持,已经建立了我国最为全面的航空物探测区元数据库,含国家、地方投资开展的航空磁、电磁、伽马能谱、重力测区近千个[17]。测区元数据库是航空物探工作程度图的主要数据源之一。测区属性信息包含测区名称、空间范围、测量比例尺、测量方法、测量精度、工作年代、资料存档单位等基本信息,核心数据表及部分数据项如下图 3所示。

图3

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图3   航空物探测区元数据表

Fig.3   Metadata tables of aero geophysical survey regions


以“项目概况信息”为核心数据表,项目和测区之间为一对多的关系,每一个项目通过外键与航磁、重、电、放测区表、资料信息表建立关联关系,测区的空间范围信息存储在空间数据库(GeoDatabase)中,该存储方式能够满足属性检索和空间范围检索需求。

2.2 数据字典设计

为实现程序对测区要素的自动化渲染,针对测区元数据中的不同比例尺、测量方法、测量年代(测量精度)采用不同的符号化渲染方案,采用数据字典技术管理符号化渲染标准[18,19,20,21],如比例尺与填充颜色建立对应关系,测量方法与轮廓线型建立对应关系,测量年代与填充花纹建立对应关系,设计的数据字典表如表1、表2、表3下所示。

Table 1   Data dictionary of scale and color numbers

序号比例尺COLORRGB颜色样例
11∶10000#FF7F00255,125,0
21∶50000#FFFF00255,255,0
31∶100000#0070FF0,110,255
41∶250000#6EB446110,180,70
51∶500000#96DCF0150,220,240
61∶1000000#D2D2D2210,210,210
7……………………

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Table 2   Data dictionary of survey methods and line types

序号测量方法线型线颜色线型样例
1航磁DASHED255,0,0
2航重DOTTED0,255,0
3航放DASHDOT0,0,255
4航电DASHDOTDOT100,100,100
5航空遥感SOLID0,0,0
6……………………

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Table 3   Data dictionary of survey quality and padding patterns

序号测量精度填充填充样例
1中低精度DOTTED
2高精度SOLID
3………………

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为了实现图式图例信息的自动添加,需要建立数据表存储某一类图件的默认值信息[22,23,24],每一类图件,对应一套制图参数,存储参数的数据表结构如表4所示。

表4   图面基本信息数据字典(部分)

Table 4  Data dictionary of basic infomation in maps

序号字段名字段描述字段类型备注
1ID序号INT主键ID
2MB_NAME模板名称VARCHAR(100)一套模板对应一系列参数
3TITLE_VISIBLE图名是否可见BOOL1—可见,0—不可见
4COMPASS_VISIBLE指北针是否可见BOOL1—可见,0—不可见
5LEGEND_VISIBLE图例是否可见BOOL1—可见,0—不可见
6SCALE_VISIBLE比例尺是否可见BOOL1—可见,0—不可见
7GRID_VISIBLE图框网格是否可见BOOL1—可见,0—不可见
8TITLE_SIZE图名字号大小INT字号
9TITLE_VERTICAL图名水平位置INT1—居左,2—居中,3—居右
10TITLE_HORIZON图名垂直位置INT1—居上,2—居中,3—居下
11TITLE_TOP图名向上偏移量FLOAT中心点离原位置的偏移量
12TITLE_LEFT图名向左偏移量FLOAT中心点离原位置的偏移量
13COMPASS_SIZE指北针大小FLOAT指北针默认大小,百分比
14COMPASS_VERTICAL指北针水平位置INT1—居左,2—居中,3—居右
15COMPASS_HORIZON指北针垂直位置INT1—居上,2—居中,3—居下
16COMPASS_TOP指北针向上偏移量FLOAT中心点离原位置的偏移量
17COMPASS_LEFT指北针向左偏移量FLOAT中心点离原位置的偏移量
18LEGEND_SIZE图例大小FLOAT图例默认大小,百分比
19LEGEND_VERTICAL图例水平位置INT1—居左,2—居中,3—居右
20LEGEND_HORIZON图例垂直位置INT1—居上,2—居中,3—居下
21LEGEND_TOP图例向上偏移量FLOAT中心点离原位置的偏移量
22LEGEND_LEFT图例向左偏移量FLOAT中心点离原位置的偏移量
23SCALE_SIZE比例尺大小FLOAT比例尺默认大小,百分比
24SCALE_VERTICAL比例尺水平位置INT1—居左,2—居中,3—居右
25SCALE_HORIZON比例尺垂直位置INT1—居上,2—居中,3—居下
26SCALE_TOP比例尺向上偏移量FLOAT中心点离原位置的偏移量
27SCALE_LEFT比例尺向左偏移量FLOAT中心点离原位置的偏移量
28……………………

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2.3 功能实现

采用C#编程语言、基于DotNet3.5框架和ArcGIS 10.1平台开发实现了航空物探工作程度图的批量定制功能开发,数据库采用Oracle 11g,为满足实际需求,该程序具备如下主要功能模块:批量定制模块、数据源配置模块、输出配置模块、模板设计模块和数据字典维护模块。

功能组成结构如下图4所示:

1) 批量定制模块:根据用户输入参数,以及数据字典中的默认参数,批量创建矢量图件的工程文件、图层文件以及符号化渲染,直接成图预览,提供可视化界面供用户微调参数, 可支持批量加载已经建立好的图件名清单。

2) 数据源配置模块:实现多数据源的配置功能,为数据提取奠定基础,如测区要素来源于航空物探工作程度数据库,底图要素来源于测绘成果数据库,资料档案信息来源于航空物探遥感目录数据库等,具备对多数据源访问接口的维护验证功能。

3) 输出配置模块:按照用户需求输出矢量图件或者栅格图件,支持栅格输出参数设置,如分辨率、文件格式等。

4) 模板设计模块:支持在可视化界面下对制图模板的设计,包括各类图面要素的位置、大小、底图信息等,并保存具体参数到数据库中。

5) 数据字典维护模块:支持对数据库中的各类参数数据字典值进行增删改查等操作。

图4

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图4   程序功能组成结构

Fig.4   Main function modules of the program


程序的核心功能模块为批量定制模块和模板设计模块,批量定制模块的操作界面如下图 5所示,左侧通过按钮项设置一次出图的数量及图名、选择的模板类型,右侧可以实时预览最终成图的效果,也可以通过加载文本格式的图件清单,一键输出对应图件。

图5

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图5   批量定制图件界面

Fig.5   Interface of batch drawing maps


模板设计模块的界面如图 6所示,左侧选择模板后,右侧会实时出现该模板对应的图件样式,设置不同参数的值之后,右侧图面要素会实时联动改变,从而达到参数驱动模板制图的目的。

图6

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图6   模板设计界面

Fig.6   Interface of templates design


3 应用实例

在中国地质调查局部署开展的“秦岭及天山等重点成矿区带航空物探调查”二级项目中,共计部署了30余个测区,按照传统的工作方式,每个测区在开展测量工作前期,均需要收集资料形成该区域的航空物探工作程度,由于测区较多、空间分布相对分散、测量资料年代跨度大,需要投入较多的人力才能完成[25]。而依托航空物探工作程度图批量定制程序的应用,快速实现了覆盖30多个测区、70多张工作程度图的批量定制。原本需要几十人同时开展数天的工作才能完成的工作量[26],现在只需要不到一个小时就能完成,极大提高了工作效率。同时,在图件一致性、美观程度以及资料权威性方面,均优于原有的手工制图成果。

通过批量制图完成的东天山—启鑫地区不同测量方法的航空物探工作程度图如下图7所示。除应用于“秦岭及天山等重点成矿区带航空物探调查”二级项目之外,该技术还为航遥中心的日常资料社会化服务提供制图服务,如实时更新“地质云”中发布的中国陆域航磁工作程度图信息等。

图7

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图7   航空磁、电、放、遥感工作程度

Fig.7   Aero magnetic, electrical, radioactive survey regions maps

a—aero magnetic survey regions map;b—aero electrical survey regions map; c—aero radioactive survey regions map;d—aero remote sensing survey regions map


4 结论

笔者通过开展航空物探工作程度图的批量定制技术研究,按照“数据字典管理制图标准、模板文件管理图面样式、用户参数创建图面要素”的技术路线,实现了基于数据驱动的航空物探工作程度图批量定制,并基于ArcGIS和空间数据库的开发完成具体功能,既实现了不同专题图件的模板参数定制管理,又具备批量出图能力,在航空物探调查资料的社会化服务和中国地质调查局“秦岭及天山等重点成矿区带航空物探调查”等项目工作部署及实施过程中均取得了良好的应用效果。随着各类地学空间数据库的不断建立完善,可通过扩展数据字典、规范元数据标准的方式将本技术应用于更多类别专题图件的批量定制工作中。

The authors have declared that no competing interests exist.
作者已声明无竞争性利益关系。

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在分析MapGIS自带的图框绘制功能存在的不足和航空物探图框构成的基础上，应用C＃语言 和MapGIS K9的二次开发接口，开发航空物探图框绘制软件。实际应用表明，该软件能快速、方便地绘制不同种类的图框，提高工作效率；图框要素样式库易维护、易扩展， 用户可根据实际需要进行定制。

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[J]. 地质学刊, 2014,38(3):408-411.

DOI:10.3969/j.issn.1674-3636.2014.03.408      URL     [本文引用: 1]

基于B/S模式的《地质矿产术语分类代码》(GB 9649—1988)修编平台是提高该标准修编工作效率的一种必然手段,而数据字典在该平台中的穿插使用保证了修编工作的合理与安全。通过论述数据字典技术在实现修编平台的修编权限控制、修编版本管理功能中的具体应用,体现了数据字典技术在数据处理方面的独特优势。数据字典技术在该平台中的应用,不仅对修编人员的修编权限进行了灵活的约束,而且修编过程中产生的不同版本也得到了有效的管理。

Wang X Q, Kang C X .

Application of data dictionary in revision platform of geology and minerals terminology classification codes

[J]. Journal of Geology, 2014,38(3):408-411.

[本文引用: 1]

王林飞, 薛典军, 李芳 , 等.

海洋航空物探数据库建设进展

[J]. 海洋地质前沿, 2017,34(3):8-14.

URL     [本文引用: 1]

本着"不搞重复建设,海陆统筹"的思想设计了航空重力数据库表结构,与航磁总场、航磁梯度、航电、航空伽玛能谱一起建成了统一的航空物探数据库,实现"海陆一张图"的航空物探勘查全过程数据的管理。基于GeoProbe平台,采用插件技术和WebGIS技术研发数据服务软件,与完善后的数据库数据采集软件、航空物探遥感资料目录服务系统,构成一体化的航空物探数据管理服务体系。采取规范的数据整理流程和严格的数据质量检查措施,入库更新了渤海、黄海等约3.5万km~2的海洋航空重力数据,形成覆盖渤海、黄海、东海、南海南部及海岸带约497万km~2的海洋航空物探数据库,可提供全海域一张图的系列服务产品,从而为基础调查项目的工作部署、数据处理及成果解释、报告编写等工作提供基础资料及成果信息共享和服务。

Wang L F, Xue D J .

A Marine aeromagnetic database for efficient data management

[J]. Marine Geology Frontiers, 2017,34(3):8-14.

[本文引用: 1]

刘浩军 .

航空物探平剖图自动绘制的可视化处理

[J]. 物探与化探, 2004,28(2):147-149.

DOI:10.3969/j.issn.1000-8918.2004.02.016      URL     Magsci     [本文引用: 1]

<p>简要介绍了航空物探平面剖面图的自动绘制方法,给出了绘制中对一些问题的处理方法;重点介绍了彩色渐变填充着色、彩色渐变渲染着色等几种可视化处理方法,并提出了着色中渐变度、透明度概念及应用方法。</p>

Liu H J .

Visualization proccesion of aero geophysical profile map in automatic plotting

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2004,28(2):147-149.

Magsci     [本文引用: 1]

王海涛, 苏志军, 秦进春 .

基于ArcEngine的带状图批量制图方法研究

[J]. 测绘与空间地理信息, 2017,40(8):54-67.

URL     [本文引用: 1]

带状图具有折点位置难处理、生成算法复杂等特点,是城市地下管线信息系统建设的难点之一。本文基于ArcEngine组件对象模型,提出了一种通过计算带状图图幅顶点坐标的途径生成带状图的方法,对带状图顶点坐标计算方法及折线端点处理方法进行了重点研究,提出了基于ArcEngine索引图的带状图批量制图输出方法,并且最后通过实验验证了研究方法的可行性。

Wang H T, Su Z J, Qin J C .

Study on batch mapping method of strip chart based on ArcEngine

[J]. Geomatics and Spatial Information Technology, 2017,40(8):54-67.

[本文引用: 1]

张龙, 汪新庆 .

基于数据字典的空间数据库通用建库技术

[J]. 国土资源遥感, 2014,26(1):173-178.

DOI:10.6046/gtzyyg.2014.01.29      URL     Magsci     [本文引用: 1]

<p>作为空间信息基础设施，空间数据库的建设效率和质量决定了地学信息项目的成败。目前空间数据库建库大多与特定GIS平台相关，建库过程繁杂、效率低下。为了适应复杂多变的建库需求，通过分析空间数据库数据模型的结构化表达，研究并提出利用数据字典存储数据模型，自动化建库的技术方法。多个项目实践验证该方法能够显著降低建库复杂性，提高建库效率，具有一定的通用性。</p>

Zhang L, Wang X Q .

General Geo-spatial database construction method based on data dictionary

[J]. Remote Sensing for Land & Resources, 2014,26(1):173-178.

Magsci     [本文引用: 1]

汪新庆, 刘刚, 韩志军 , 等.

地质矿产点源数据库系统的模型库及其分类体系

[J]. 地球科学, 1998,23(2):199-203.

DOI:10.3321/j.issn:1000-2383.1998.02.020      URL     [本文引用: 1]

Wang X Q, Liu G, Han Z J .

The case model base and its classification system of geological and mineral point -source database system

[J]. Earth Science, 1998,23(2):199-203.

[本文引用: 1]

康承旭, 汪新庆, 缪谨励 , 等.

云平台下mapgis图件在arcgis中还原显示技术研究

[J]. 测绘科学技术学报, 2015,32(5):539-544.

DOI:10.3969/j.issn.1673-6338.2015.05.021      URL     [本文引用: 1]

MapGIS和ArcGIS两个GIS平台拥有不一样的符号库及渲染表达方式,这就造成在MapGIS平台下产生的图件数据要想在ArcGIS平台中还原显示较为困难.通过分析两种GIS平台下图件数据的文件格式及图面渲染方式,在Map2Shp文件转换软件和GIS二次开发技术的支持下,总结了一套半自动化完成还原显示的技术流程,在实际工作中有效地解决了文件转换过程中图面渲染内容丢失、工作量大等问题.同时在云平台虚拟环境中完成该技术流程,为同一GIS平台不同版本不兼容的问题提供了解决方案,并且缩短了图面渲染的时间,从而提高了工作效率.

Kang C X, Wang X Q, Miao J L , et al.

Study of restoration display of mapgis maps in arcgic based on cloud platform

[J]. Journal of Geomatics Science and Technology, 2015,32(5):539-544.

[本文引用: 1]

张龙 .

地质矿产图例符号数据模型及应用——以全国矿产资源潜力评价数据为例

[D].武汉:中国地质大学( 武汉),2014.

[本文引用: 1]

Zhang L . Geological minerals legend symbol data model and its application——take the national mineral resources potential evaluation data as an example[D]. Wuhan: China University Of Geosciences( Wuhan), 2014.

[本文引用: 1]

汪新庆, 方勇军 .

矿产地质志数据模型应用技术研究

[J]. 地质学刊, 2017,41(3):379-383.

DOI:10.3969/issn.1674-3636.2017.03.003      URL     [本文引用: 1]

为了更好地组织和管理地学数据,快速推广国家标准编码,满足地学成果数据入库要求,需要将采集好的数据进行建模、整理及标准化编码,以达到合理组织入库、更好地利用成果数据库的目的。从全局地学数据入库要求出发,建立全局数据库模型,将地学全局数据模型转换为计算机模型,并在该模型的基础上开发相应功能,实现地学数据的半自动化整理与编码,为快速推广标准编码和地学数据库建设提供支持。

Wang X Q, Fang Y J .

Research on application technology of mineral geology data model

[J]. Journal of Geology, 2017,41(3):379-383.

[本文引用: 1]

万建华, 熊盛青, 范正国 , 等.

全国航空物探工作现状及未来工作重点浅析

[J]. 中国矿业, 2011,S1:151-154.

URL     [本文引用: 1]

在新一轮矿产资源勘查评价工作中,航空物探工作要先行。本文在分析我国航空物探工作现状及存在问题的基础上,就今后一段时期内航空物探工作重点进行了简要的探讨,为我国"十二五"期间的航空物探工作部署提供参考。

Wan J H, Xiong S Q, Fan Z G .

The current situation and the future focus of aero geophysical survey in China

[J]. China Mining Magazine, 2011,S1:151-154.

[本文引用: 1]

夏玲燕, 杨雪, 丁燕云 .

中国陆域航磁系列图编制与研究进展

[J]. 物探与化探, 2017,41(5):958-962.

DOI:10.11720/wtyht.2017.5.25      URL     [本文引用: 1]

航磁图件是地球物理调查基础图件,也是认识地质构造特征的重要参考资料。本文介绍了我国陆域航磁编图概况,总结了陆域航磁调查及数据编图的工作进展,展示了陆域航磁系列编图的重要成果。

Xia L Y, Yang X, Ding Y Y .

The progress in the compilation and study of aeromagnetic map series for China’s land field

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2017,41(5):958-962.

[本文引用: 1]

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