辽宁省1∶20万区域水文地质图空间数据库建库方法及研究成果

丁世春 (辽宁省矿产勘查院，辽宁沈阳 110032)

20世纪70年代末到80年代初，按照原地质矿产部统一布署，辽宁省开展了系统的按国际图幅进行的1∶20万区域水文地质普查工作，共测编了27个图幅，另外涉及到4个邻省图幅，总面积超过16万km2(包括邻省跨图幅面积)，已覆盖全省。从1999年开始，中国地质调查局根据国家发展战略和国民经济建设发展需求，按照国土资源大调查“数字国土工程”基础数据库重点建设总体规划，在全国区域水文地质普查工作成果的基础上，以1∶20万区域水文地质成果图件为基础依据，建立了全国最为基础并具有代表意义的水文地质成果数据库。2001～2004年辽宁省按照中国地质调查局下达的任务，依据“区域水文地质图空间数据库图层及属性文件格式标准”［1］开展此项工作，完成了辽宁省全部28幅的1∶20万区域水文地质图空间数据库建设工作［2］。

1 资料收集及整理

1∶20万水文地质图空间数据库涉及地理、地质和水文3类数据，建库前收集资料时主要包括地形图、地质图、综合水文地质图、区域水文地质普查报告、区域地质调查报告、区域水文地质普查规范等。各种图件均为正规出版图，所用区域水文地质普查报告及区域地质调查报告亦通过审查验收。

将收集的地理图、地质图数据参照《地质图空间数据库建设工作指南》［3］，按所规定标准进行分层数字化。水文地质图数据按照《区域水文地质图空间数据库图层及属性文件格式标准》执行，对于无法划分图层的数据，则归入装饰图层。具体做法如下:

对地理内容，采集了综合水文地质图上所有的地理信息，包括:河流、湖泊、水库、交通、境界、等高线、高程点、居民地和政府所在地。其中居民地依据比例尺用面表示，政府所在地取其对应的居民地中心位置以点表示。

地质内容中的地层分区、地层产状、断裂，按图上实际单元进行采集。

在水文地质方面，对地下水类型、地下水富水性、地下水水质、水文地质特征点，按图上实际图元单位采集。地下水类型和地下水富水性参与拓扑，地下水水质则不参与拓扑。对于含水层的多层结构，则分层建立地下水类型及地下水富水性图层。

对向斜轴、背斜轴构造，地面分水岭等，不挂接属性，仅作为图内整饰部分在图面上予以表示。

2 水文地质图空间数据库建设方法及流程

按照工作所引用的标准实施建库工作，具体工作方法如下。

2．1 图元编码编制 按《区域水文地质图空间数据库图层及属性文件格式标准》中的图元编码规则编制。例如图幅编号为K－51－19图幅的图元编码为KI19+4位顺序号。各图层的图元编码具有唯一性。

2．2 TIC点编号编制 按《区域水文地质图空间数据库图层及属性文件格式标准》中的TIC点编号规则编制。即采用指定点坐标的DM格式经纬度数值，用9位数字表示。前5位为经度，后4位为纬度。例如某一 TIC点坐标为120°00'00″、38°41'00″，则该点的 TIC 点编号为“120003841”。

2．3 数据卡片的填写方法和过程 根据《区域水文地质图空间数据库图层及属性文件格式标准》所规定的数据项内容设计数据卡片格式，通过综合水文地质图和“区域水文地质普查报告”收集相关数据，按属性结构要求逐项填写卡片。数据卡片中的图元编号与各专业图形分层中的图元编号一一对应。

2．4 图形数字化 将相同内容的成图要素放入同一层内进行矢量化。水系矢量化方向是从上游到下游，铁路和双线公路取中线矢量化。整个矢量化过程在放大40倍左右的窗口下进行，不使用MapGIS提供的“光滑线”功能［4］。

2．5 图形编辑修改和误差校正 对矢量化后的图形进行编辑修改，以确保图形质量符合原图质量要求。包括各图层中没有遗漏和多余的数据;该连的线必须相连，该断的线必须断开;“T”型相交必须进行结点平差;所有的多边形必须闭合。

为消除在图形数字化过程中因手工操作、扫描仪精度、原图图纸变形等因素产生的误差，必须对经图形编辑修改后的综合文件进行误差校正。利用MapGIS系统提供的误差校正功能，采集不少于23个控制点，将所有数据校正到其对应的标准图框上。

2．6 拓扑处理 挑选出参与拓扑处理的线进行一次性拓扑重建。拓扑错误检查无误后，根据图幅实际情况进行合并区操作，形成地质体图层、地下水类型及富水性图层;然后，根据制图标准要求，对地质体及水文地质体逐一着色。

2．7 数据录入方法 图形属性数据填写卡片后，利用Fox-Pro软件录入图形属性数据。

2．8 属性联结 将已建立的属性数据文件和数字化图形数据文件，通过ID号主关键字段进行挂接，使空间数据图形与非空间数据属性联系在一起。利用它们的一一对应关系，由图形到属性，再由属性到图形，对图形和属性数据进行检查，以确保数据的准确性。

2．9 质量自检和互检 检查内容包括图形数据检查和属性数据检查两种。图形数据检查为图形内容、图元参数、精度要求、图外整饰等;属性数据检查为数据项内容、数据类型、与图元对应关系等。

检查方法包括:①输出全要素彩喷图，对照原图进行2～3次检查;②将所有图层添加在一起检查套合精度，将各图层分别添加到标准图框中检查图形精度。③利用MapGIS软件的属性输出功能，输出属性表，与人工编制的属性表对应检查。

2．10 格式转换 图形数据经过编辑处理及误差校正后，被移到进行了坐标平移和旋转、左下角坐标为(0，0)的标准图框上。图幅间无法进行拼接，须进行投影转换。具体做法如下:

(1)高斯投影的空间位置平移。利用MapGIS投影转换子系统将校正到标准图框上的图形投影到高斯投影的北京大地坐标系上。

(2)高斯投影转换成地理坐标系。利用MapGIS投影转换子系统将高斯投影的图形转换成以经纬度为单位的无投影的地理坐标系上。

(3)将MapGIS数据转换成ArcInfo格式。将MapGIS格式的点、线、面数据(地理坐标系，以度为单位)输出E00格式，通过E00格式转换成ArcInfo格式数据。

综上所述，根据当前常用的数字地质图空间数据建库工作流程［5－6］和辽宁省1∶20万区域水文地质资料的实际情况，总结出了辽宁省区域水文地质图空间数据库建库流程(图1)。

3 专业分层

根据《区域水文地质图空间数据库图层及属性文件格式标准》要求及1∶20万水文地质综合空间数据库专业内容，并结合辽宁省实际情况，将整个信息分成5大类:基本信息、地理信息、地质信息、水文地质信息及水文地质专题信息，把逻辑内容相同的空间信息尽量划分在同一图层。据此原则，将辽宁省1∶20万区域水文地质图空间数据库进行划分，结果见表1。

表1 专业图层划分情况

4 质量监控

为了保证建库工作质量，项目组从组织上和监控体系两方面采取了一系列必要的措施，确保了数据准确、内容真实、精度可靠。

4．1 建立工作日志制度 每个作业人员每天按要求填写工作日志，全面、完整地记录当天工作内容。

4．2 建立自检、互检制度 项目组每个成员既是操作员，又是质量检查员。对每一个步骤所得出的中间成果要进行100%自检和互检。

图形数据录入后，由操作人员对编辑好的图层进行100%屏幕质量检查、修改、补充，确定无遗漏和无错误后再进行属性联结。属性数据录入后，在屏幕上对录入的数据进行100%自检和互检，然后再打印输出与属性表进行校对。确定无误后，再与图形数据进行联结。

4．3 抽检制度 每一成果图件抽取10%进行检查，确保所检查的内容全部符合质量要求。

4．4 初审制度 聘请从事水文地质专业人员组成专家检查组，对成果图件逐一进行最终检查并形成成果初审意见书，以保证最终成果质量符合规范要求。

5 结论与研究成果

1∶20万区域水文地质图空间数据库的建设工作是一项宏大的利用信息技术集成创新的工程，为今后水工环地质信息化工作，尤其是大规模的数字化生产工作奠定了坚实的基础。该研究基于空间数据库技术，以水文地质图信息的特性为研究主题，从理论上研究和解决了区域水文地质图要素由传统的纸介质存贮向空间数据库建设过程中的转化问题。通过辽宁省1∶20万区域水文地质图空间数据库的建立，主要取得了以下研究成果:

(1)结合水文地质专业和空间数据库技术特性对水文地质专业数据库建设方法，进行了全面的分析和评价，提出了水文地质信息与区域水工环空间信息一致性表达的建库方法与规则，明确了所有图元只录入一次，这样保证了各图层相同图元的完全套合。确定了线要素采集集中由河流、海岸线、水库、断层、地层界线、水文地质界线、富水性界线、其他界线的采集顺序，对保证空间数据的采集精度、公共要素的处理提供了可行性，避免了空间图层空间时的微小误差冗余问题。

(2)结合辽宁省1∶20万区域水文地质图的空间特性，将水文地质图信息划分为30个空间图层。此种图层划分将复杂的水文地质要素表述得简单、清晰、明了化，更易于水文地质信息的检索查询和分析评价，该种方法为相关领域的信息化建设标准和指南的制定提供了可行性的方法和思路。但是由于水文地质学在其相关领域的基础地位和广泛性应用，决定了必须建立全面的能够直接共享和服务于水文地质信息系统的各种水文地质信息规则。国家虽已颁布了有关水文地质空间数据库建库的标准规范，这些标准规范在我国水文地质空间数据库建设中起到了很好的指导作用，但仍然无法将已有的信息资源库完全统一整合起来，如在水文地质图的富水性分区中存在的双层结构(如上覆松散岩类孔隙水、下覆碎屑盐类裂隙孔隙水)，部分工作者将其按同一属性结构以2个空间图层进行划分，而部分工作者将属性字段增加以一个空间图层来表示，虽然表述地下水富水性的要素并未丢失，但给后续的分析和评价使用此资料埋下了隐患。因此，亟待进一步建立更加完善的科学、系统、高效区域水工环空间数据库建设标准。

总之，辽宁省1∶20万区域水文地质图空间数据库的建立，不仅是对辽宁省多年来水文地质成果资料的整理，而且对今后国土资源合理开发利用、推动地矿工作信息化系统建设工作都具有深远的意义。

［1］中国地质调查局．区域水文地质图空间数据库图层及属性文件格式标准［S］．2001．

［2］辽宁省地质矿产研究院．1∶20万数字水文地质图空间数据库(辽宁)工作报告［R］．2004．

［3］中国地质调查局．地质图空间数据库建设工作指南2．0版［S］．2001．

［4］陈为公，陈为标，蔡洪春．基于MAPGIS的地学空间数据库中数据质量的研究［J］．地质与资源，2002，11(4):233 －235．

［5］姜义，张崇山，苏灵芬，等．数字地质图数据库工作流程［J］．中国区域地质，2002，20(1):42 －49．

［6］张顺金，张引娥，李学燮．地学空间数据库建库工艺流程简介［J］．福建地质，2002，209(1):42 －49．