Question

三维建模的基础数据与预处理

Answer 1

（一）基础地质数据资料

地下水系统建模所涉及的基础资料有图文数据、矢量位图，不同比例、不同坐标系的数据，建模时需要进行数据融合、转换，仔细分析原始资料，存精去伪，才能为模型构建奠定坚实的基础。黑河流域建模资料主要由甘肃省地质调查院提供。

1.黑河流域地图

黑河流域矢量地图是研究黑河的基础图件，是地质大调查的标准用图，它划定了流域的研究边界，钻孔、剖面线都可在其上标出地理位置。从建模的需求考虑，还在上面绘制了流域内断层的位置和各盆地的分界线。

2.钻孔资料

主要包括钻孔各地层深度、岩性、所属时代等与地质结构相关的内容。钻孔数量有240多个，主要分布在黑河流域平原区。钻孔数据已装订成册记录，为符合建模数据的要求，把钻孔全部录入到地下水资源数据系统access数据库Gwexplore中。

3.剖面图

按照建模对地质剖面的要求，我们与甘肃水文二队的地质技术人员共同绘制了黑河流域的地质剖面图，剖面主要集中在流域平原区各盆地内，使用MapGIS软件进行绘制。图b为绘制的一张剖面图，它由MAPGIS的区文件WP、线文件WL、点文件WT组成。图a表示绘制的58条剖面线，剖面线投影到黑河流域地图上，以红色表示。

剖面绘制比例为横1∶20万，纵1∶1万。剖面绘制以地层岩组为主，流域内主要绘制第四系下更新统—全新统、第三系，还有少量的白垩系、侏罗系以及花岗岩侵入体，颜色以淡黄至浅绿为主，山区由于资料少，采用透1∶20万地质图的方式勾出一薄层地表岩层，因为20万地质图对于大区域来说内容太细，不能反映规律性的东西，所以建模主要集中在平原区的盆地内进行。

在绘制剖面图过程中，参考查阅了大量的图文资料及钻孔资料，现列举如下：

（1）黑河流域1∶20万地质图；

图5-1 黑河流域水文地质剖面线片面分布图

图5-2 黑河流域典型水文地质剖面

（2）黑河流域1∶20万地形图；

（3）张掖盆地1∶20万水文地质立体结构图；

（4）黑河流域1∶20万综合水文地质图；

（5）河西走廊1∶50万第四系松散层等值线及底界高程图；

（6）河西走廊中东段诸盆地1∶20万电测深推断第四系松散层及厚度图；

（7）黑河干流中游地区1∶20万地下水位拟和图；

（8）黑河干流中游地区1∶20万地貌图；

（9）黑河干流中游地区1∶20万潜水埋深及等水位线图；

（10）黑河流域1∶20万区域水文地质普查报告；

（11）区域地质调查报告多本；

（12）区域地质测量报告多本。

4.地表等高线DEM数据

此数据为国家基础地理信息中心标准数据，数据格式为ARC/INFO类型，比例尺为1∶25万，坐标为地理坐标格式，椭球参数为北京54/克拉索夫，坐标单位为度。

除地表高程线外，还有地表地理信息数据，以多层形式存放。黑河流域所用的图号是：J4701—J4712，K4701—K4716。

5.地下水顶板、底板、水位等值线图

此图件是对黑河流域地下水系统进行了平面和垂向上分区划分。主要是依据黑河流域地下水补、径、排的关系以及地下水类型进行划分。绘制地下水系统平面分区图和垂向上的单层和多层分区图，潜水底界埋深和承压水顶板埋深，以及基底埋深和构造分布等内容。此图件为保定方法所提供，比例尺为1∶100万。

图5-3 黑河流域基底埋深构造图

6.卫星地面遥感图片

收集的遥感影像图片是合成好的，进行几何精纠正的图片资料，在影像图片边上有经纬度，可以使用MapGIS进行校正。

图5-4 黑河流域卫星影像照片

7.地下水动态观测资料

流域内观测资料包括一系列的气象、降水等与地下水相关的数据记录。模型构建需要地下水水位变化的动态观测资料，它包括观测点的位置、坐标、孔深、监测层位及状况，和水位、水温及水位动态曲线。我们收集了近两年的流域水位和有记录的降水观测资料，数据以EXCEL表形式存放。

8.文档资料

文档资料为黑河流域的勘探、科研报告，包括项目汇报书、区域水文地质普查报告、专题研究报告等。这些资料为模型的建立具有重要的参考价值。

（二）数据预处理

数据预处理是使数据资料整合成统一比例、投影的图件，完成DEM数据、遥感影像数据、MapGIS等数据集成融合、精度匹配的问题。需解决的问题有图文资料的投影转换、比例缩放、范围裁减、数字化、几何校正、坐标匹配等。

1.坐标系统和高程系统的选择

从收集的资料看，对流域内所做的工作大多是基于高斯坐标的基础上进行绘图，因此，本建模采用高斯-克里格坐标系统。所有的资料都向高斯投影转换，转换的高斯-克里格投影参数如下：

坐标系类型：投影平面直角坐标系

投影类型：高斯克力格投影

比例尺：1∶500000

椭球面高程：0

坐标单位：mm

投影面高程：0

投影中心点经度：993000

投影区任意点纬度：370000

投影带类型：任意

投影带序号：20

坐标系统选定后，还需要确定高程系统，由于收集的资料都以标高为单位，即以1956年黄海平均海水面为基准。因此，本次建模不再设立自定义高程系统，以标准高程进行建模。

2.地表数据预处理

原始数据以ARC/INFO格式存放，首先需要用ARC/INFO软件将此数据转换为MapGis格式的文件，进行接图操作，把分块的小图拼装为一张大图，进行投影变换，然后以源投影参数比例为25万，地理坐标格式，椭球参数为北京54/克拉索夫，比例尺为1，坐标单位为度的投影方式转换为目标投影方式。投影转换完毕后，进行等高线的高程数据属性提取，使用MAPGIS属性库管理模块进行提取，转换成DBF格式数据库文件，再使用FOXPRO转换成文本文件。MAPGIS把等高线文件转成MAPGIS明码数据文件格式，这样，每条线段与高程数据一一对应，就有了地表的三维坐标。

3.黑河流域地图预处理

黑河流域地图以兰伯特格式存在，与上面相同，采取同样的方式进行投影变换。转换为50万比例的高斯投影。

4.不明投影方式的图件预处理

由于收集到的图件资料较多，有个别的图纸投影方式不明确，这就需要进行投影识别，即把已知投影和比例的文件进行不同形式的投影变换，然后进行对比，以确认投影方式，如果比较效果不明确，则进行图形的误差校正，使不明投影方式的图件与目的投影相符，达到数据的融合一致。

5.剖面文件预处理

对剖面的输入涉及到两个文件，即剖面线文件和剖面文件。剖面线需在已投影的流域地图上单独提取出来，转变为MAPGIS明码文件。剖面使用MAPGIS的转换模块转换成DXF文件。

剖面的坐标需要按照规定进行调整，即设定剖面左下角标尺的横坐标为零，纵坐标为实际高程除以剖面纵向比例后的数值，以毫米为单位。剖面线方向为从左向右，这样才能保证剖面在输入系统后与剖面线保持一致，不会出现剖面与剖面线相分离的现象。

6.遥感卫片的处理变换

遥感卫片的处理需要使用ERDAS软件进行波段叠加处理，即多波段低分辨率影像数据的光谱信息与单波段高分辨率影像数据的分辨率信息进行融合。在建模阶段，还需要使用MapGIS软件进行几何校准及配准，用PHOTOSHOP软件进行图像的格式变换和裁剪，以符合流域建模分辨率、工区的要求。