略述城市地质调查地理底图之资料选取和编图方法
中图分类号：P28 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（a）-0241-02
地形图是地形测量或遥感资料解释绘制的，是经济建设、国防建设和科学研究中不可缺少的工具；也是编制各种更小比例尺普遍地图、专题地图和地图集的基础资料。
因自然和人类经济活动影响，经过一定时期后，地形图现势性会发生一定的变化，尤其经济发达区，在大规模的城市建设，旧城改造，新城区扩张，城市面貌，特别是社会经济要素变化深刻。
长江中游城市群伴随中部经济崛起及武汉城市圈所引领的湖北东部经济一体化的发展，城市地下空间开发利用、城市环境地质调查和保护等工作日益重视，急需摸清城市地质地质环境。自2008来，武汉市已先后启动了武汉城市圈环境地质调、武汉深部岩溶地质调查、武汉三维地质填图等专门性的城市地质工作。
地形图是地质工作立项、论证、规划、设计、研究、调查和成果集成必不可少的基础资料，资料的现势性是工作质量的重要保证。
1 地质调查对地形图一般要求及存在问题
地质调查一般是以一定比例尺地形图为基础进行地质填图或地质测量，其工作部署、设计等都要在地形图上进行，包括调查路线设计、钻孔布置、地面物探布线等工作，而地形图现势性对工作质量有直接影响。现势性不好，地形地物与实际不符，调查线路会布置得不合理，钻孔也可能布置到建筑物等不合理的地方。
以武汉深部岩溶区项目武昌图幅野外工作为例，先期用1993版地形图，因未考虑汤逊湖周边大学城及其它建设，经过20多年发展，交通及城市建设已发生了巨大变化，在调查过程中，发现所用地形图与实地差别极大，导致工作不能顺利进行。
地质调查填图或地质测量精度有明确的要求，所采用的各种手段和方法，若因地形图现势性不足，会影响调查成果质量，也不能很好的揭示工作区地质现象的发生、发展及其规律。
2 地形图现势性
2.1 制图资料
制图资料包括基本资料和补充资料。基本资料一般是地质调查规定精度的同等比例尺或更大比例尺地形图。补充资料用于补充和修正基本资料的不足，可选用最新行政区划图、交通图、航片、卫片，及其它可用的图形资料、文字资料或数据资料，以及野外工作过程所采集到居民地、山峰等有关资料。[1-2]
2.2 制图资料现势性
地质调查所用基本资料地形图，来源的主要途径是到国家测绘管理部门购买或相关领域收集，而购买或收集地形图，往往因测绘产品保密特殊性，存在两方面问题，一是收集周期长，二是成图年代久，资料现势性严重不足，不能满足需求。
2.3 现势性不足的解决方法
地质调查工作所用地形图，往往要进行地图编绘，才能得到适应需求的简化地形地理底图。而制图资料是确保地理底图质量的重要因素。
3 制图资料的收集
武汉岩溶塌陷调查，为属国家重点地区岩溶塌陷调查项目子项，自2012年始至2014年，已先后开展了武昌幅、汉阳幅、金口镇幅等1∶50000岩溶调查。下面以此为案例论述资料选取原则及编绘地形地理底图方法。
原则，尽量收集距项目工作年最近的基本资料和补充资料，充分利用项目已有遥感影像资料，尽可能利用开放性免费资料，以实用、经济快速编图为目的。
基本资料情况：为1∶5万矢量地形要素（DLG）地形图，为“十五”国家基础地理信息库建设工程完成，经与纸质地形图对比，三幅图均实为1993前出版的纸质地形图数字化成果。
补充资料情况：①2008年版“武汉市地下水区划图”（栅格数据）（以下简称“区划图”），比例尺为1：15万，②2007年产1∶5万正射SPOT5卫星影像，③2013年GOOGLE地图影像。④百度地图。
4 资料质量分析
（1）基本资料与补充资料SPOT5卫星影像对比分析、与GOOGLE地图影像对比分析，武昌、汉阳、金口镇三幅图形，除中心城区变化稍小，城郊结合部及远城区，居民地、街道、道路差别很大，基本资料反映为农村式居民地、低等级道路，而在影像图上反映为城市式居民地和街区，路网发达，基本资料上反映为水域的部分地区，大多变成了居民区和街道，2000年后修建的快速城市高等级出口道路、及长江上新建的军山大桥、长江二桥、天兴洲大桥、二七大桥，武广高铁等均没有反映。典型的有东西湖区常青花园，基本资料图为养殖鱼场；与汤逊湖比邻的庙岭大学城，基本资料图为江夏区农村，有部分城镇式居民地，但大多数为零星分布的农村式居民地。
（2）“区划图”为武汉市勘测院2011完成项目，含有较完整的武汉城区及郊区道路网和内部环线、行政名称等。缺点是比例尺较小，投影参数及坐标系不详。
（3）SPOT5卫星影像与GOOGLE地图影像对比，前者为正射投影影像，北京54 坐标系，后者为84坐标系、非正射投影影像。前者影像清晰度一般、部分地方辨识困难，后者清晰度高，同时内容也新，可弥补前者不足。
（4）百度地图，含有较完整和清晰的居民地及其它注记名称，可作为名称注记修编来源。
5 编图技术要求和方法
（1）基于所编地理底图用于工作布置及野外踏勘、最终成果等目的，以基本资料地形图为基础，以补充资料为数据源修编基本资料地形图，侧重修编水系、道路、街区和重要建设工程（如大型桥梁等）。
（2）统一坐标系，基于基本资料图和SPOT5卫星影像均为北京54坐标系，拟定最终编绘地理底图坐标系为北京54坐标系，通过一定技术方法，将其它补充资料也转换为北京54坐标系。 （3）以MAPGIS6.7或ARCGIS9.3为工作平台，进行影像配准、坐标系转换、图形编辑和数字化。
（4）考虑地质调查图件需要，主要反映水系、居民地、道路、地貌等地理要素（行政界线与基本资料图一致）。
6 影像配准与坐标转换方法
在数字化地图制图中，影像（图像）配准，多指将不具备投影参数的图片，通过一定的数学方法转换成与标准地形图（或对应区域地形图）对应地理位置一致。坐标转换，则指将一种投影的地图（矢量或栅格），通过一定的数学方法（若参考椭球不同，则多用三参数法、或七参数法）转换另一种投影。
目前大多数图像配准方法通常可分两类：基于特征的方法和基于区域的方法。基于特点的方法首先在图像中提取特征，然后利用特征间的相似性进行匹配。常用的基于特征的方法包括了基于点特征、线特征和面特征三种[3]。
三参数法与七参数法均依赖特定的测量控制点，因保密原因，获取困难，费用也高，通过前述资料质量分析，本文提出基于点特征点方法处理图像，可不考虑参考椭球影响。
MAPGIS和ARCGIS均能进行影像配准和投影转换，考虑地质成果数据为MAPGIS格式，拟选前者为工作平台，具体方法如下：
（1）打开MAPGIS67影像分析处理程序，打开并转换一幅标准正射SPOT5卫星影像图片成MAPGIS内部格式（MSI），在影像校正工具菜单中打与这对应标准图框，采集控制点（只要四个角点），再进行影像精确几何校正，就可生成一幅配准有标准投影的MSI文件。
（2）GOOGLE地图影像网上下载，方法是通过成都水经注科技公司谷歌卫星下载器下载所需标准图幅影像（实际比标准图范围略大）。
（3）以上述配准好SPOT5卫星影像为参照，重复“1“的过程，打开并转换GOOGLE地图影像成MAPGIS内部格式（MSI），选择若干均匀分布的特征控制点（如道路的交叉点、建筑物的拐点等），经影像精确几何校正，就可一张近似正射影像（如图1）。
（4）“区划图”的处理，以一张1∶100000大武汉基础地理底图（矢量格式）（54坐标系）为参考，仍重复“1“的过程，打开并转换“区划图”，选择若干均匀分布的特征控制点（如道路的交叉点、河流交汇处等），经影像精确几何校正，再经投影变换成1：50000，就可得到一张与标准地理底基本吻合的参考图像。
7 实际应用
（1）以汉阳幅为例，其地理特征以汉江为界，北部为汉口和东西湖区，地势平坦，海拔高程多在20 m左右；南部为汉阳、汉南和蔡甸区，地势自西南向东偏北由低山向平原区过渡，最高海拔111 m，间龙岗，湖区等水体分布较广。
（2）与现势资料相比，全图幅主要变化特征是城区由市中心向外扩展，新增道路网、街区等地理要素没有表达，水域也有变化，部分原为湖区（或沼泽）已变成城市居民地。个别山体因采矿而发生了局部形态变化，但总体地貌特征变化不明显，又因缺少DEM数据，地貌修编方法是只删除不合理等高线和不合理的高程点。原湖区（或沼泽）变为居民地的，根据制图综合原则，进行较大程度取舍，将街区、居民地的主要轮廓特征表示出来，同时合理处理街区与外部道路网协调和选取密度。
（3）水体的主要变化总体特征是水域面积缩小（因填埋），根据SPOT5卫星影像（参照GOOGLE地图影像）修编实际水体边线。
（4）道路网修编仍以SPOT5卫星影像为背景，参考“区划图”，新增武汉三环、汉蔡高速、京巷澳高速、汉洪高速等重要交通线及大型桥梁，同时修编主城区内部道路网，达到布置合理，图面清晰。
（5）地理名称编辑，在基本资料图基础上，参考百度地图等资料，新增重要居民区、大型厂矿、学校，如常青花园、东风汽车公司、江汉大学等属地名称。
（6）汉阳幅修编投入工作量近1月/1 人完成，经野外实地踏勘完全满足工作需求。其成果如图2示。
8 结语
（1）该文通过分析城市地质调查工作对地形图需求，及需求瓶颈和存在原因，说明地形图在一定时空会发生变化和变化原因，进而提出了解决问题的必要性。
（2）笔者结合多年地图编图和地质工作经验，指出地形图在地质调查工作重要作用，提出通过编绘地理底图方法满足地质调查工作。
（3）在全面分析地理底图编绘与制图资料的关系基础上，就解决地质调查工作地形图修编，论述了基本资料与补充资料关系，及其利用程度和方法。
（4）通过所编制汉阳幅地理地图成功案例，说明采用本文所述方法，不仅能缩短成图周期、节约经费，而且能解决地形图现势性不足。
