应用MAPGIS数字高程模型制作第四系地层厚度等值线图

应用MAPGIS数字高程模型制作第四系地层厚度等值线图
摘要利用MAPGIS数字高程模型绘制第四系地层厚度（指第四系地层底板最大埋深与第四系顶板零厚度的差值）变化图，从数据来源，分析武汉市第四系地层底板埋深数据，结合工作区第四系厚度特征，提出了数据预处理方法，通过四种不同的网格化方法制图对比，相关参数设置，论述了采用Kring泛克立格法网格化模型绘制第四系厚度等值线图效果较好，方法简单、快速，能真实的反映工作区第四系厚度变化特征。

关键词数字高程模型；第四系地层厚度；等值线
第四系地层厚度等值线图是重要的基础地质图件，用等值线法反映区域第四系厚度变化的图件，适用于新构造沉降—堆积区，据此可推算第四纪沉降的速率，编制方法与地形图、构造等值线图等相同。

如果能用计算机软件自动绘制第四系厚度变化等值线图，且构建具有内部数据属性的图形文件，为后续分析应用提供基础，MAPGIS软件能满足此方面的需求。

MAPGIS是武汉中地数码研制的大型基础地理信息系统软件平台，是一个集先进的图形制作、图像处理、数字测图、遥感处理、矢量分析、栅格分析、网络分析、属性统计汇总、三维建模等功能于一体的大型软件系统。

从外部数据录入到数据库建设，从数据库转换到了数据库编辑，再到维护与建立拓扑关系，具自动绘制等值线等多种图形及空间分析为一体的空间信息系统。

1 获取原始数据
1）充分获取某一区域大量的第四系厚度及边界约束数据是图件编制的基础条件。

边界约束条件既包括平面上分布范围的数据又包括第四系底界的数据。

一般在工作中，第四系平面分布的约束数据可依据地质图和第四系地质调查获取。

第四系底界及厚度数据的获取需大量搜集前人钻探、物探、民井、地基开挖等相关资料，进行综合分析、对比分层，对于无可利用资料控制的空白区，必要时应布置一定的综合物探和第四系钻孔，以确保图件编制基础数据的真实可靠；
2）工作区域的选取及特征，以武汉岩溶塌陷调查项目2012年度工作图幅（武昌H-50-49-D）为工作区域，位于江汉平原东部边缘隆起地带，总的地势是西南、东北高，中部及西北低，以波状起伏垄岗地形为主，最高点位于调查区南西部的八分山，标高272.3m 。

最低点位于湖区，与汤逊湖、黄家湖水面高程一致，水面高程为17m。

区内基岩出露较少，绝大部分隐伏于第四纪地层之下；
3）钻孔数据是编制本工作图幅第四系地层厚度等值线图主要数据源，总计204个孔，分布如图1示。

钻孔分布总体趋势是北边较密集，西南角稀疏；
4）第四系地层与出露基岩边界线、第四系地层与水域的边界线，两者与绘制第四系地层厚度等值线图密切相关。

基岩出露区地形均高出相邻第四系地层
区，第四系厚度变化是越接近基岩越薄，至边界为零厚度；本区水域边线，除极少量与出露基岩相接触，其它均与第四系地层接触，其第四系地层厚度变化与邻近陆地基本一致。

第四系、基岩、水域分布关系如图示2。

图1 钻孔分布示意图
1.工作区内钻孔
2.工作区外钻孔
3.内插加密孔
图2 第四系区和基岩区及水域分布关系示意
1.第四系区；
2.基岩区；
3.水域
2 原始数据的整理
1）在MAPGIS属性管理子系统中给钻孔赋第四系厚度属性，如图3示。

图3 钻孔厚度
2）根据前述钻孔分布特征，在钻孔分布较少或没有其它任何资料的空白区，依据武汉市第四系厚度特征，最大深度不超过60m，一般河湖岸带多为20m～30m，参照已有钻孔进行内插加密、并赋与相近钻孔近似厚度值。

3）边界线赋值，依据前述出露基岩边界线、水域的边界线，均与绘制第四系地层厚度等值线图密切相关，建立MAPGIS线文件，构建与钻孔属性相同的内部属性结构，并赋厚度值。

经反复试验其厚度赋值如下图4示。

图4 边界线厚度
3 离散数据网格化
钻孔数据和边界线数据均为离散数据。

计算机自动绘制等值线图关键是网格化原始数据（生成GRD 数学模型），即对不规则分布的原始数据采用一定的网格方法进行插值，在原始数据分布范围内生成规则间距分布的数据点，因此绘制等值线图的核心是确定数学模型。

离散数据网格化生成GRD 模型操作如下：
1）在MAPGIS中，进入空间分析下的数字地面模型分析子系统（DTM），首先选择文件菜单，打开点类钻孔数据文件和线类边界数据文件；
2）点线三角化处理，选择处理点线菜单中高程点/线子菜单，此功能用于从原始钻孔数据、边界线数据快速直接生成Delaunay三角网，形成原始离散数据点；
图5
3）离散数据网格化，在GRD模型菜单下激活此项功能，系统弹出如下对话框如图5 ，该对话框显示了取值范围，网格化密度，网格化方法等可调节的参数设置和模型选择。

网格化方法有距离幂函数反比加权网格化、Kring泛克立格法网格化、稠密数据中值选取网格化、稠密数据高斯距离权网格化等四种。

选项和参数设置好后，点击确定按钮，生成扩展名为“GRD”的系统内部文件。

4平面等值线图绘制
在GRD模型菜单下打开平面绘制菜单，调用网格化“GRD”类文件，弹出如图6对话框。

参数设置有等值线套区、绘制色阶、光滑处理、等值层值、线参数、点参数等设置，光滑度选择程度高，等值层值根据工作特征和参考国家基本地形图等高距确定。

1）等值层值的确定，参照我国常用比例尺地图的等高距规定：比例尺为1：25000，等高距为5m；比例尺为1：50000，等高距为10m、20m、30m…。

根据工作区第四系地层厚度特征及厚度值极差，综合考虑图面其它要素，以最能真实反映第四系厚度变化特征，达到图面清晰美观，经反复试验，最终确定适宜等值层值为5；2）线参数，定义第四系厚度等值线的线型、线颜色、线宽、线类型（一般用折线）等；
3）注记参数，一是确定要标注的厚度线，二是确定注记字体的大小、颜色、格式等选项。

设定以上参数完成，按确定按钮，第四系厚度等值线图将自动绘制完成，生成点、线、面三个文件，保存文件即可。

5应用实例
1）不同离散数据网格化方法生成GRD模型转化成第四系地层厚度等值线图差异较大，其中Kring泛克立格法网格化模型绘制效果较好，距离幂函数反比加权网格化模型绘制的次之，另两种方法不能真实反映成第四系地层厚度变化特征。

以本文所选工作区，用四种不同网格方法绘制的第四系地层厚度等值线图如7示。

其中Kring泛克立格法绘制图线条圆滑；基岩与第四系接触边界附近等厚度线，与山体（或岗地）形态基本吻合；
①距离幂函数反比加权②Kring泛克立格法③稠密数据中值选取④稠密数据高斯距离权
图7 同一数据不同网格方法绘制对比图
2）整理成图，将上述等厚度线图点线两个文件添加到所在工作区地质背景图中，进行必要的编辑修饰，去掉工作区外和落在水域的多余点线，调整绘制不合理局部等值线，绘制图示图例，就可得到一张第四系等厚度等值线图。

如图8
示。

图8 第四系厚度等值线图
6认识与结论
1）自MAPGIS问世，地质部门成果图件均以MAPGIS格式汇交，在此论述第四系厚度等值线图制作是必要的；
2）笔者结合多年制图实践，充分应用其强大功能，结合工作区第四系厚度变化特征，收集了制图所需基础钻孔数据，分析剔除不符合特征的极端数据，构建了第四系与基岩接触边界和第四系与水域接触边界之特征线文件，提出了边界线厚度处理方法；
3）针对钻孔在工作区内分布不均衡，结合工作区第四系厚度变化特征，采用类似地形等高线法加密钻孔数据点；
4）在数字高程模型功能应用上，通过不同网格化方法及相关参数设置处理的对比效果图，得出Kring泛克立格法网格化模型绘制等厚度线效果好；
5）方法简单、快速，所绘图较真实地反映了工作区第四系厚度变化特征。

只要控制好参数可适用于不同比例尺第四系厚度等值线图的绘制。

参考文献
[1]聂海涛，杨涛.武汉市岩溶塌陷调查项目总体设计.湖北省地质环境总站，2012.
[2]马霄汉，桂承新，代朝铭.湖北省武汉市水文地质工程地质综合勘察.1989.
[3]MAPGIS使用手册空间分析.中地公司.
[5]地形图绘制.中国人民解放军测绘学院，1981.。