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标题

地质辅助制图系统研发

范文

陈先正张铭丰王瑞霞杨猛

摘? 要：在油气勘探过程中，获取的大量地质信息需要进行可视化，以便提高地质研究工作的效率。然而传统手工制图方法已无法满足地质研究工作对效率的需求。针对这一现状，开发基于ArcEngine二次开发平台的地质辅助制图系统，以空间数据库进行数据组织和存储，运用GIS的空间插值获得属性的分布场，并转化为地质图件，实现图件的矢量编辑，以提高绘制地质平面图的速度。

关键词： ArcEngine; 空间数据库; 空间插值; 矢量编辑

中图分类号：TP391? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? 文章编号：1006-8228（2020）02-21-04

The research and development of geological auxiliary cartography system

Chen Xianzhen， Zhang Mingfeng， Wang Ruixai， Yang Meng

（School of Geoscience，Yangtze University， Wuhan， Hubei 430100， China）

Abstract： In the oil and gas exploration process， it is required to visualize a large amount of geological information， so as to improve the efficiency of geological research work. However， the traditional map-making method is unable to meet the demand of geological research work for the efficiency. On account of that situation， this paper develops an auxiliary geological map-making system based on ArcEngine Secondary Development Platform. The system organizes and stores data by spatial database， gets the distribution field of attributes by GIS spatial interpolation， and converts it to geological map， which realizes the vector editing of the map， and improves the mapping efficiency of planar geological map.

Key words： ArcEngine; spatial database; spatial interpolation; vector edit

0 引言

地質平面图作为地质信息的重要载体[1]，记录着地质工作者在长时间勘探过程中的研究成果。传统地质制图的过程复杂，成图周期长，劳动强度大，制图工作者迫切需要提高地图制作的自动化程度[2]，快速完成制图。ArcGIS自身具有强大的平台优势，借助其相对成熟的空间数据存储与管理方法，可实现地质图件的集成管理与企业网内部的共享。

随着计算机软件和地图理论的不断结合，ArcGIS技术已广泛应用于地质专业制图领域，一些先进的石油公司早已对地质制图系统进行研发，例如Geo Frame系统、Bend Link Ex软件等[3]。但是就我国的情况而言，在实际运用中仍然存在以下三个问题：①企业软件与油田实际需要不完全相符;②数据导出形式不公开;③矢量编辑功能不强[4]。因此，研发一个符合国内实情的油气地质自动-半自动制图系统非常重要。

1 系统设计

地质辅助制图系统以ArcGIS二次开发平台作为基石，意在开发出一套更适用于国内的自动-半自动地质平面图绘制系统。这个系统操作简便，功能简洁，剔除了过于复杂的制图过程，非专业人士也可以达到更好的绘制结果，大大提高制图效率和质量，可为之后的地质勘探提供有效的信息支持和决策帮助[5]。

1.1 系统体系架构

地质辅助制图系统是以C/S模式来搭建。图1显示了本系统的三层式体系架构，包括逻辑层、应用层和数据层。其中，数据层为系统提供数据支持，逻辑层表示了系统完成的主要功能，应用层则是用户根据需求制作地质平面图[6]。

数据层包含3大部分，分别是油气专业数据库、制图模板库和任务相关的数据库。

⑴ 油气专业数据：主要包括井位X、Y地理坐标数据表和各项属性数据，属性数据主要是指每一口油井所附带的关于地质基本信息的数据。系统以此作为插值字段来进行空间插值分析。

⑵ 制图模板库：制图模板主要是包括地理底图、制图模板等。在地质平面图制作完成后，配置专属的地理地图，使地质平面图更具有针对性，并且丰富了地图自身信息[7]。

逻辑层以数据层为基础执行制图的逻辑操作，应用层以逻辑层为基础，用户可以根据制图标准来制作实际所需的地质平面专题地图[8]。

1.2 系统模块设计

系统界面主要划分为四个部分：标题栏、工具栏、内容列表以及地图展示栏。根据本系统需求分析的结果，辅助制图系统主要划分成四个功能模块：基本操作功能模块、地质制图总模块、地图处理模块、排版出图模块，如图2所示。

⑴ 基本操作功能模块

该模块实现系统的基本操作，包括数据的添加、保存、图件的放大和缩小等基本功能。其样式主要是参考Arcmap进行设计，保证良好的用户体验。

⑵ 地质制图总模块

该模块实现制图的基本功能。利用空间插值法：由点成面，将Excel中所包含的属性信息通过算法预测，将区域的地质信息反映在界面上，并以此为基础生成等值线图。

⑶ 地图处理模块

该模块实现对数据的二次编辑。主要包括以下两个方面：①对由空间插值算法生成的栅格数据集进行渲染，有利于提取地质信息并提高数据读取的准确性;②对等值线进行矢量修改，使其更加符合实际，再通过等值线的平滑，使地质信息更好的展示在图件上。

⑷ 排版出图模块

该模块主要实现地质图件的排版出图。通过加载Arcmap的地图模板库，可根据制图要求添加图名、图例、比例尺等制图要素，排版设计自由。而且以ArcGIS自身的优势，使图件导出格式多样化，增强数据间的交流。

2 功能实现

2.1 Excel表格数据转点数据

将含有油井地理位置和其他属性数据的Excel表数据转换成点要素类。通过构造的Excel连接字符串来获取Excel中的Sheet列表数据，并将获取到的列表添加到界面中的“选择坐标数据表”下拉数据表中，当“选择坐标数据表”发生变化时，系统即通过遍历把所需表中的列名加载到“成图X字段”和“成图Y字段”中。数据的读取是通过构造数据库操作变量，利用SQL查询来获取，在判定各设置条件完整后，便可进行数据成图。

2.2 空间插值

空间插值的原理主要是通过输入的已知点的值来预测规定范围内其他单元的值。空间插值是将空间数据集通过算法，转换成连续曲面。在ArcEngine封装好的类库中，通过调用“Raster InterpolationOp Class”实现空间插值分析，空间插值的方法主要通过上述类的“IInterpolationOp2”接口实现，而通过“IRaster Analysis Environment”接口可实现对空间插值环境变量的设置。

2.3 栅格渲染

选择合适的渲染方法来对栅格数据集进行处理，从而达到更好的视觉效果，有利于地质工作者从中提取那些需要用图件去表达的信息。本系统采用两种渲染方式：唯一值配色渲染、分级色彩渲染。

唯一值配色渲染是根据要素属性值来设置的，相同属性值的地理要素赋予相同的颜色。这种方法能够反映出地图要素的数量或者质量的差异。

分级色彩渲染是将要素属性值按照一定的分级方法分成若干级别，再用不同的颜色来表示不同级别，可以明确地反映制图要素的数量差异。色彩选择和分级方案是分级色彩表示法中的重要环节。

2.4 等值线的生成

等值线是根据空间插值生成的栅格数据集，输入等值线间距后而生成的[9]。等值线的实现是通过调用“ISurfaceOp”接口中的“Contour”方法。

等值线计算的基本步骤如下：

⑴ 由用户选择并输入栅格数据集;

⑵ 按照制图的要求来设置等值线的间距;

⑶ 调用Contour方法，返回等值线数据集;

⑷ 调用CartographyTools的SmoothLine方法，实现等值线的平滑;

⑸ 显示等值线结果数据，如图3所示。

2.5 地图整饰

地图整饰是指地图不仅要包含处理后的地质数据，还要按照制图要求来添加要素，这些整饰要素的使用方法都可在ArcEngine的“MapSurround”对象中调用实现[10]。主要包含添加标题、图例、指北针和比例尺。

2.6 打印输出

打印输出是制图系统的基本功能之一，主要分为两种类型：一种是地图通过打印机或者绘图仪进行打印，显示在纸质图上;另一种是地图格式的转换输出，即把地图转换输出为不同的文件格式[11]。通过调用打印设置对话框、打印预览对话框和打印对话框，结合ArcEngine的“Printer”类和“Paper”类，可实现打印设置、打印预览和打印输出三个功能。

3 结束语

该系统的开发以ArcGIS二次开发平台为依托，进行地质平面图的辅助制图系统研发。明显缩短制图时间，提高制图效率，增强数据间的交流为本系统的三大亮点。在研发过程中，借助ArcGIS平台的优势，以进行矢量二次编辑为中心开展，从一定程度上弥补了目前国内相关制图软件的二次编辑能力不强的缺点。但软件目前仍存在一些问题，需要进一步研究和改进。

系统还需要增强对矢量数据和栅格数据的修改能力，提高图件的准确度，使之更加适应实际勘探与生产。另外，尽管单纯的ArcGIS二次开发平台在地质图件的制作方面有很大的优势，但是在后续开发中，仍要考虑到与其他专业制图软件优势的结合，提升本系统的实用性。

参考文献（References）：

[1] 李军，高光大，王芳.基于ArcGIS平台的地质制图的实现.地质通报[J].2009.28（1）：150-154

[2] 包世泰，余应刚，夏斌，etal.GIS技术在工程地质制图中的应用.工程勘察[J].2005.23（2）：1-3

[3] 马莉，刘旭.计算机绘图软件在矿山地质专业中的应用.科技信息[J].2012.23（6）：16-16

[4] 刘小驰，邢廷炎.基于ArcEngine的油气专题制图系统设计与实现.测绘学报[J].2015.44（1）：32-33

[5] 段建刚.基于ArcEngine开发插件式GIS应用程序.测绘与空间地理信息[J].2015.3（5）：137-138

[6] 杨帆.煤矿地质地理信息系统设计与实现——以陕西省红石岩煤矿为例[D].硕士，西安科技大学，2013.

[7] 焦汉科，黄悦.基于ArcEngine的插件式GIS开发框架设计与应用研究[J].测绘与空间地理信息，2017.12（1）：128-131.

[8] 边雪清，韩有文，王海芹.专题地图制图系统设计与實现.测绘科学[J].2009.54（1）：165-168

[9] GoovaertsP.Acoherentgeostatisticalapproachforcombining choroplethmapandfielddatainthespatialinterpolationofsoil properties.EuropeanJournalofSoilScience[J].2011. 62（3）：371-380

[10] 方衎，王山东.基于ArcGIS Engine的数字地图逻辑拼接. 地理空间信息[J].2014.16（1）：164-165

[11] 陈玲.基于ArcEngine的地图打印系统的设计与实现.信息与电脑（理论版）[J].2014.12（10）：176-177

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