gis下長周期大地電磁資料可視化管理平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)

1、第 3 3 卷 第3 期物探 化探 計(jì) 算技 術(shù) 2 0 1 1 年5 月文章編號(hào) ：l 0 0 l —l 7 4 9 ( 2 0 11 ) O 3 —0 2 9 6 —0 4G I S下長周 期大地 電磁 資料可視化 管理 平臺(tái)的研究 與實(shí)現(xiàn) 覃慶炎， 張偉， 王西沖( 成都理工大學(xué) 信息工程學(xué)院， 四川 成都 6 1 0 0 5 9 )摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)資料管理方式的不足 ， 提 出了利用數(shù)據(jù)庫并結(jié)合 G I S技術(shù)對(duì)長周期大地 電

2、磁 資料進(jìn)行可視化 管理的方法， 將工區(qū)測(cè)點(diǎn)信息與行政 區(qū)域信 息、 道路 交通信 息、 地形 苛程模 型和 地質(zhì)構(gòu)造信 息等多種空間數(shù)據(jù)源相融合 ， 闡述 了該平臺(tái)的 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和 實(shí)現(xiàn)過程。并針對(duì)數(shù)據(jù)反 演前的測(cè)線投影與測(cè)點(diǎn)距計(jì)算問題 ， 介紹 了測(cè)點(diǎn)高斯平面投影與最小二乘下測(cè)線直線擬合 的實(shí)現(xiàn)方法。應(yīng) 用表 明， 該平 臺(tái)以直觀 簡潔、 圖形可視化 的方式對(duì)資料進(jìn)行 了有效管理， 同時(shí)也 為野 外生產(chǎn)工作和資料的定性處理與解釋 ，

3、提供 了必要的信 息支持。關(guān)鍵詞 ：長周期大地 電磁 ； G I S ； 測(cè)線投影 ； 工區(qū)地質(zhì) 中圖分類號(hào)：P2 0 8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ：A0 前言 自二十世紀(jì)八十年代以來 ， 我國比較系統(tǒng)地開 展了大陸深部巖石圈的調(diào)查研究工作 ， 長周期大地 電磁測(cè)深法作 為深部地球 物理勘探 中的一種有效 方法， 在 國家科技攻關(guān) 、 重點(diǎn)基礎(chǔ)研究等計(jì) 劃， 以及 國際合作研究課題 中都得到 了廣泛應(yīng)用 。深部地 球物理資料的基礎(chǔ)性、 探索性特點(diǎn) ，

4、 及其在地球科 學(xué)研究中的重要地位 ， 是今后地殼 一上地幔結(jié)構(gòu) 、地球動(dòng)力學(xué)、 地球構(gòu)造演化等研究的重要資料。因 此 ， 對(duì)于長周期大地 電磁資料 的有效組織和管理 ，屬于深部地球科學(xué)研究 中的一個(gè)基礎(chǔ)問題 。傳統(tǒng) 的數(shù)據(jù)管理 ， 大多采用分級(jí)文件 目錄的方 式進(jìn)行管理 ， 簡單地以工區(qū)、 測(cè)線 、 測(cè)點(diǎn)為 目錄的方 式 ， 對(duì)實(shí)測(cè)資料按不同的分類命名進(jìn)行存放。隨著 資料數(shù)量 的增加 ， 資料 的保存和管理極 易混亂 、 目錄結(jié)構(gòu)體系

5、也越來越龐大 ， 使得今后對(duì)已有資料的 查找與再利用變得極為繁瑣 。為此 ， 作者在傳統(tǒng)的 以文件 目錄形式存放數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上 ， 提出了結(jié)合數(shù) 基金項(xiàng) 目：國家 自 然科學(xué)基金 ( 4 0 8 3 9 9 0 9 )收稿 日期 ：2 0 1 0—1 2—1 7改 回 日期 ：2 0 1 1 — 0 3— 2 2據(jù)庫管理和 G I S 技術(shù) ， 來建立一個(gè)可視化平臺(tái)來管 理野外 實(shí)測(cè)資料。首 先 ， 將 與實(shí)測(cè) 資料相關(guān) 的工 區(qū)、 測(cè)線

6、、 測(cè)點(diǎn)及 資料存放 目錄等信息存放到數(shù)據(jù) 庫 ， 其次結(jié)合 G I S對(duì)于空間數(shù)據(jù)管理 的優(yōu)勢(shì) ， 將測(cè) 點(diǎn)位置信息 、 道路交通信息、 地形高程信息、 區(qū)域地 質(zhì)信息等多種空間數(shù)據(jù)源 ， 顯示到同一可視化圖層 上， 為用戶提供一個(gè)直觀的、 簡潔 的、 交互式的、 圖形化的資料管理平臺(tái)。此外 ， 在平臺(tái)數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能 的實(shí)現(xiàn) 中， 考慮到數(shù)據(jù)反演前的測(cè)線投影與測(cè)點(diǎn)距 計(jì)算問題 ， 引用了測(cè)點(diǎn)高斯平面投影與最小二乘下 測(cè)線直線擬合的方法。

7、1 可視化管理平 臺(tái)功能介紹 地理信息 系統(tǒng) ( G I S ) 是用于對(duì)空 間信息進(jìn)行 采集 、 存儲(chǔ)、 管理 、 空間分析、 顯示和輸 出的現(xiàn)代化 工具 ， 能夠在 同一個(gè)人機(jī)可視化交互 界面上 ， 將多 個(gè)不同的空間數(shù)據(jù)源進(jìn)行整合、 處理 、 分析和顯示 。長周期大地電磁資料管理平臺(tái)與 G I S 技術(shù)相結(jié)合 ，提供 了工 區(qū)空間信息顯示 ， 測(cè)點(diǎn)與測(cè)線繪制 ， 資料 2 9 8物探化探計(jì)算技 術(shù) 3 3 卷 個(gè)開源免費(fèi)的 A

8、c t i v e X組件 ， 功能上與 M a p X類似。( 2 ) 開發(fā)語言。平 臺(tái)選 用功 能強(qiáng) 大且應(yīng)用 成 熟的 V C++ 語言 ， 基 于 M a p Wi n G I S控件進(jìn)行二次 開發(fā) 。利 用 M F C開發(fā) 出人機(jī) 交互 界 面 ， 來 完 成 G I S 空間數(shù)據(jù)和圖層管理 的相關(guān)功能。( 3 ) S Q L i t e 數(shù)據(jù)庫。平 臺(tái)的數(shù)據(jù)庫 ， 選用開源 免費(fèi)的 S Q L i t e 輕量級(jí)文件數(shù)據(jù)庫

9、， 使用 S Q L語 言 創(chuàng)建 ， 存儲(chǔ) ， 查詢工區(qū)各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息記錄， 所設(shè) 計(jì)的測(cè)點(diǎn)信 息表 的字段分別 為工 區(qū)名稱 、 測(cè)點(diǎn) 編 號(hào) 、 經(jīng)度、 緯度 、 高程 、 存放路徑。( 4 ) 空間數(shù)據(jù) 源。平 臺(tái)的空間數(shù)據(jù)源 引入 了覆蓋全國各級(jí)行政 區(qū)劃及居 民點(diǎn)分布信息 的行政 區(qū)劃數(shù)據(jù) ， 覆蓋了全 國山川、 河流分 布信息 的 自然 地理數(shù)據(jù)和道路交 通數(shù)據(jù) 、 地形高程數(shù)據(jù) ， 以及地 質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)。2 ． 2 測(cè)點(diǎn)平

10、面投影方法 長周期儀器觀測(cè)到的位置信息 ， 是地心坐標(biāo)系 下的經(jīng)緯度坐標(biāo) ， 表達(dá)形式為大地經(jīng)緯度 ， 即 ( 日一經(jīng)度 ，一 緯度 ， 日一 海拔高度) 。測(cè)點(diǎn)之間的距離 計(jì)算 ， 必須在投影平面直角坐標(biāo) 系下進(jìn)行 ， 因此首 要的工作就是要將空間大地坐標(biāo)系下大地經(jīng)緯度 (，， 日) ， 轉(zhuǎn)換成投影平面直角坐標(biāo) 系下 的二 維平面坐標(biāo) ( 戈， Y， h) ， 平 臺(tái)采用 高斯 一 克 呂格 投影法則 。高斯 一 克 呂格投影是設(shè)想用

11、一個(gè)橢圓柱橫套 在地球橢球的外面， 并與設(shè)定的中央經(jīng)線相切 。橢 圓柱的中心軸通過橢球體中心 ， 然后用一定 的投影 方法 ， 將中央子午線兩側(cè) 各一定經(jīng)差范 圍 內(nèi)的地 區(qū)， 投影到橢圓柱 面上 ， 再將此柱面展開即成為投 影面。高斯 一克 呂格投影分帶有兩種形式 ， 即 6 。帶和 3 。 帶 。以 6 。 帶為例 ， 我 國 6 。 帶中央子午線 的 經(jīng)度 ， 由 7 5 。 起每隔 6 。 而至 1 3 5 。 ， 共計(jì) l 1

12、 帶 ( 1 3 帶 ～ 2 3 帶 ) ， 帶號(hào)用 ／ 7 , 表示 ， 中央子午線 的經(jīng)度用 表示 ， 它們 的關(guān)系是 L 0 = 6 n一 3 。3 。 帶較 6 。 帶劃分 更細(xì) ， 使得投影變形產(chǎn)生的誤差更小。為了盡量減 小投影誤差 ， 平臺(tái)在對(duì)測(cè)點(diǎn)投影變換前 ， 首先判 斷 工區(qū)起始測(cè)點(diǎn)與終止測(cè)點(diǎn)的經(jīng)度差值 ， 根據(jù)差值大 小初步確定投影帶寬 ， 再根據(jù)帶寬確定帶號(hào)。帶號(hào) 應(yīng)滿足讓盡量多的測(cè)點(diǎn)都投影到該帶中， 最后確定 該工

13、區(qū)投影的中央子午線 的經(jīng)度， 算法流程如圖 2所示。2 ． 3 工區(qū)測(cè)線擬合方法 平臺(tái)采用最小二乘法來擬合直線 ， 使得工區(qū)所 圖 2 測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)投 影計(jì)算流程 圖F i g ． 2F l o w c h a r to ft h ec o o r d i n a t ep r o j e c t i o n有測(cè)點(diǎn)與該直線 間的距離和最小 。設(shè) 工區(qū)測(cè)點(diǎn)數(shù) 為 Ⅳ個(gè) ， 測(cè)點(diǎn)的平面投影坐標(biāo)分別為 N 1 (， Y) ，m ( x 2 ， Y

14、 2 ) 、 ?、 N n ( x，) ， n = 1 、 2 、 ?、 N， 令擬 合直線表達(dá)式為 Y = k x+ b ， 式中有兩個(gè)待定參數(shù) ：k 代表斜率 ， b 代表截距。在最小二乘下 k 、 b 分別 為 ：． n ( ∑Y) 一 ( ∑) ( ∑) ，)( ∑) 一 ( ∑X i ) ‘( 1 )一二( ∑) 一 ( ∑X i )設(shè)投影點(diǎn)坐標(biāo)為 (， ) ， ： ) ， i = 1 、 2 、 ?、 N， 則 有式 ( 2

15、 ) 。= ( 2 )Y= k x f + b2 ． 4 計(jì)算測(cè)點(diǎn)距 根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo) ， 擬合出一條在最／ 1 ~ - - “乘下 的最優(yōu)測(cè)線 。將各測(cè)點(diǎn) 的平面坐標(biāo)投影 到該 測(cè)線上 ， 再選擇第一個(gè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)， 各點(diǎn)與基準(zhǔn) 點(diǎn)通過二點(diǎn)間距離公式 ， 得 出測(cè)點(diǎn)間距。設(shè)測(cè)點(diǎn)距 為 d，= 0 、 1 、 2 、 ?、 N一 1 ， 則有式 ( 3 ) 。c f 0～ ( 3 )d f= d f一 1 + ~ ／ (一i