Компьютерная технология создания полотна геологической карты на основе разномасштабных геолого-картографических материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.35, кандидат технических наук Спиридонов, Виктор Альбертович

• Спиридонов, Виктор Альбертович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Спиридонов, Виктор Альбертович

Введение.

Глава 1. Методики и технологии обновления мелко- и среднемасштабных геологических карт. Современное состояние.

1.1. Основные подходы к решению задачи обновления мелко- и среднемасштабных карт.

1.2. Программно-технологическое обеспечение задачи обновления геологических карт.

1.2.1. Обзор технологий построения векторных цифровых моделей карт.

1.2.2. Обзор векторных цифровых моделей и средств их редактирования.

1.2.3. Обзор средств пространственной генерализации цифровых геологических карт.

Глава 2. Методико-технологическое обеспечение автоматизированного построения полотна мелко- и среднемасштабных геологических карт.

2.1 Общая методико-технологическая схема построения полотна геологической карты

2.1.1. Создание рабочей цифровой картографической основы для обновления полотна геологической карты.

2.1.2. Построение рабочего макета карты на основе разномасштабных геолого-картографических материалов.

2.1.3. Построение карты с учетом результатов обработки специализированных основ

2.2. Методические и технологические аспекты объектной векторизации.

2.2.1 Подготовительный этап объектной векторизации.

2.2.2. Выделение площадных и линейных объектов карты.

2.2.3. Классификация объектов растровой карты.

2.2.4. Построение векторной цифровой модели карты.

2.3. Методические и технологические аспекты автоматизированной пространственной генерализации геологической карты.

2.3.1. Формализация априорных представлений эксперта о территории карты.

2.3.2. Генерализация линейных объектов карты.

2.3.3. Генерализация площадных объектов карты.

2.3.4. Оценка качества пространственной генерализации и экспертное редактирование

2.4. Методические аспекты организации компьютерного редактирования.

2.4.1. Выбор векторной модели данных при проведении экспертного редактирования.

2.4.2. Основные операции экспертного редактирования.

2.4.3. Организация визуальной среды экспертного редактирования.

Глава 3. Алгоритмическое и программно-технологическое обеспечение автоматизированного построения полотна геологической карты по крупномасштабным источникам.

3.1. Блок объектной векторизации.

3.1.1. Процедуры объектной векторизации.

3.1.2. Интерфейс объектной векторизации.

3.2. Блок пространственной генерализации.

3.2.1. Процедуры пространственной генерализации.

3.3. Блок экспертного редактирования.

Глава 4. Апробация компьютерной технологии на создании геологических карт разных районов.

4.1. Макет ГГК масштаба 1:1000000 третьего поколения листов R-51,52 (Тикси).

4.2. Актуализация геологической основы территории листов R-48-XI, XII, XV, XVI,

XVII, XVIII, XXI, XXII (западная часть Анабарского щита с обрамлением).

4.3. Обновление ГК масштаба 1:200000 листа L-42-II (центральный Казахстан).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Компьютерная технология создания полотна геологической карты на основе разномасштабных геолого-картографических материалов»

Геологические карты масштабов 1:200000 и 1:1000000 являются основным источником фундаментальной информации, обеспечивающим рациональное недропользование, развитие геологических знаний о строении территорий, динамике природных процессов и явлений. Необходимость планомерного обновления мелко- и среднемасштабных карт обусловлена многими факторами, к важнейшим из которых относятся их «старение» и постоянно возрастающая потребность в более полной геологической информации для решения природопользовательских и природоохранных задач. Острый дефицит ряда полезных ископаемых, изменение инфраструктуры минерально-сырьевой базы страны и ориентировка на устойчивое развитие регионов определяют актуальность комплексных разномасштабных прогнозно-поисковых исследований, основой которых является геологическая карта.

Ключом к обновлению мелко- и среднемасштабных карт служит обобщение результатов проводимых ранее разномасштабных работ, их критическая оценка и создание на базе ретроспективной информации рабочих макетов геологических карт. В связи с резким сокращением в последние годы геолого-съемочных работ основным подходом к обновлению становится комплексирование макетов геологических карт, построенных по разномасштабным ретроспективным материалам, с результатами интерпретации геофизических, геохимических и дистанционных данных. Систематизировать, обобщить и эффективно задействовать в процессе построения карты накопленный картографический потенциал реально только с применением новейших методик и автоматизированных технологий геологического картографирования на основе геоинформационных систем (ГИС). Научные исследования и методические разработки в области геологического картирования проводятся рядом ведущих институтов (ВСЕГЕИ, ФГУНПП «Аэрогеология», ВНИИОкеангеология, ВНИИЗарубежгеология, СНИИГГИМС, ГНЦ ВНИИГеосистем и др.) и к настоящему времени позволили создать научно-методическую основу для регламентации и формализации этих работ.

Вместе с тем существует ряд проблем, которые тормозят автоматизацию процесса создания и обновления геологических карт. К ним относится разобщенность программно-технологических решений разных этапов картосоставления, фрагментарность и «геометричность» автоматизированной технологии пространственной генерализации карт, отсутствие удобных средств редактирования цифровой информации, позволяющих в полной мере задействовать потенциал эксперта-геолога. Большой объем картографической информации и трудоемкость создания векторных цифровых моделей часто становятся препятствием для целенаправленного использования компьютерных технологий геологического картопостроения. Это делает актуальным поиски новых эффективных технологических решений для ввода и использования ретроспективной пространственной информации.

Таким образом, остается актуальным создание методики и технологии автоматизированного построения полотна геологической карты, которые учитывали бы современный уровень развития программно-технических средств, а также разработка отдельных технологических модулей работы с пространственной информацией, ориентированных на специалиста-предметника, позволяющих ему проводить работу в привычных и традиционных условиях.

Целью работы является разработка методики и технологии обновления полотна геологической карты по ретроспективным разномасштабным материалам и ее алгоритмическая и программно-технологическая реализация.

Основные задачи работы

1. Анализ компьютерных технологий, используемых при решении задач обновления мелко- и среднемасштабных геологических карт.

2. Разработка методики и технологии автоматизированного создания полотна геологической карты по ретроспективным разномасштабным материалам и результатам интерпретации специализированных основ.

3. Создание программно-технологических средств, обеспечивающих автоматизацию основных этапов создания полотна геологической карты:

• построение цифровых векторных моделей,

• пространственную генерализацию геолого-картографической информации,

• экспертное редактирование результирующих векторных карт.

4. Апробация компьютерной технологии на создании цифровых геологических карт для районов с различным геологическим строением.

Научная новизна

1. Впервые разработана методика и компьютерная технология автоматизированного создания векторных цифровых моделей геологических карт методом объектной векторизации.

2. Предложена новая технология автоматизированного построения полотна мелко- и среднемасштабных геологических карт по ретроспективным данным более крупного масштаба методом последовательной дифференцированной генерализации картографических объектов с учетом особенностей геологического строения территории.

3. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение объектной векторизации, пространственной генерализации полотна карты, объектного векторного редактирования.

Практическая значимость.

Практическая значимость исследований заключается в разработке основных программно-технологических средств работы с пространственной информацией при создании и обновлении геологических карт, что позволяет в полной мере использовать огромные массивы ретроспективной информации и обеспечить построение геологических карт масштабного ряда 1:200000 - 1:1000000 - 1:2500000 на единой технологической основе.

Использование технологии объектной векторизации, основанной на распознавании картографических объектов по растровым изображениям, снижает трудозатраты при создании векторных цифровых моделей карт и расширяет возможности применения и внедрения ее в производственных организациях.

Созданная технология объектного редактирования векторных карт максимально приближена к традиционному редактированию на бумаге, что позволяет более полно задействовать потенциал специалиста-геолога при компьютерном создании геологической карты.

На основе разработанной технологии проведено создание геологических карт четвертичных и дочетвертичных отложений листов R-51,52 (Тикси), L-42-II (Центральный Казахстан, Джезказган), R-48-XI,XII,XVI,XVII,XXII (Анабарский щит).

Защищаемые положения

1. Предложенная методико-технологическая схема автоматизированного обновления геологических карт обеспечивает создание согласованных векторных моделей исходных карт, обобщение разномасштабных данных путем последовательной дифференцированной генерализации векторных моделей карт масштабного ряда, увязку с результатами интерпретации специализированных основ и окончательное редактирование карты.

2. Разработанная компьютерная технология создания векторных моделей карт методом объектной векторизации, основанная на распознавании картографических объектов по растровой карте и их отождествлении с одним из образов легенды, позволяет повысить уровень автоматизации при создании цифровой геологической карты и обеспечивает оперативность ее построения за счет отсутствия стадии геометрического ввода информации.

3. Автоматизированная технология пространственной генерализации крупномасштабных карт, реализующая последовательный дифференцированный подход к генерализации картографических объектов с учетом их геологических свойств и пространственных взаимоотношений, является эффективным средством систематизации, картографического обобщения и использования информационного потенциала ретроспективных материалов.

4. Разработанное программно-технологическое обеспечение объектного редактирования векторных карт предоставляет геологу удобный многофункциональный инструмент для формирования полотна результирующей карты благодаря использованию объектной модели данных, поддержке топологических отношений внутри и между слоями цифровой модели, реализации возможности редактирования в традиционном стилевом оформлении, многооконности и синхронизации изображения.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы содержит 105 страниц машинописного текста, 35 иллюстраций. Список литературы включает 78 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геоинформатика», Спиридонов, Виктор Альбертович

Выход

Jj А

Рис. 3.3.1.5. Страница настроек редактора карты.

Над Точечными объектами (рис.3.3.1.4) определены следующие манипуляции: перемещение, объединение, удаление точечных объектов; изменение атрибутивных данных; разделение многосвязных объектов на простые.

На четвертой странице (рис.3.3.1.5) представлены настройки редактора. Флаг совместного редактирования устанавливает межслойные топологические отношения соседства и пересечения для разных слоев карты.

-TBI *1

Полигон I Линия | Точна I Опции Топология |

Проверка топологии wtwl/^l G3

Исправление топологии полигонов

СЗЛ) 04В

Вы моя 1 tl

1 А

Рис. 3.3.1.6. Страница коррекции цифровой модели.

Страница коррекции цифровой модели включает в себя операции проверки и исправления внутрислойной и межслойной топологии.

При визуализации карты в ГИС ИНТЕГРО можно использовать любое количество окон (определяется в установках системы). Масштабирование изображения выполняется в последнем окне, при этом выбирать область масштабирования можно в любом из окон редактора. При таком подходе можно одновременно иметь несколько окон редактируемой карты в разных масштабах. Этим достигается обзорность и детальность карты в процессе редактирования. Во всех окнах редактируемой карты, а так же в окнах, принадлежащих любой другой карге, синхронизируется положение курсора. Для визуализации дополнительной информации ее достаточно открыть как новую карту. На рис.3.3.1.1. показано позиционирование курсоров для трех разных карт в различных картографических проекциях.

Рис. 3.3.1.7. Позиционирование курсора в нескольких окнах редактора ГИС

ИНТЕГРО.

Глава 4. Апробация компьютерной технологии на создании геологических карт разных районов.

Разработанная технология эффективно используется при различных видах геологосъемочных и прогнозно-поисковых работ, начиная от актуализации Государственных геологических карт (ГГК) среднего и мелкого масштаба, создания геолого-картографической основы при геолого-минерагеническом картировании, прогнозно-минерагенических карт на различные виды полезных ископаемых (золото, алмазы и другие) до проведения поисковых работ. Апробация разработанной технологии проводилась на создании геологических карт масштабов 1:200000 и 1:1000000 для районов различного геологического строения, включая рифейско-юрский чехол Сибирской платформы, архейско-нижнепротерозойский кристаллический фундамент Анабарского щита и Оленекского поднятия, а также мезозойской складчатой области Северного Верхоянья и герцинской складчатой области Центрального Казахстана.

Разитие крупных технологических блоков выполнялось в разное время, по мере накопления опыта и оптимизации имеющихся технологических решений. Блок пространственной генерализации и экспертного редактирования был разработан при работе над листами геологической карты масштаба 1:1000000 R-51,52 и масштаба 1:200000 L-42-II. Трудозатраты на построение векторных цифровых моделей ретроспективных карт листа R-51,52 привели к созданию блока объектной векторизации. Актуализация геологической основы на западную часть Анабарского щита выполнена с применением всех технологических блоков построения полотна геологических карт.

4.1. Макет ГГК масштаба 1:1000000 третьего поколения листов R-51,52 (Тикси).

Работа проводилась в рамках разработки единой технологии автоматизированного создания ГГК-1000/3 совместно с ФГУНПП «Аэрогеология». Территория листов относится к Якутской алмазоносной провинции и Западно-Верхоянской золотоносной металлогенической зоне, и в связи с этим сравнительно хорошо изучена. Для построения карты было использовано 36 сдвоенных листов геологических карт масштаба 1:200000 и 260 сдвоенных листов геологических карт масштаба 1:50000, выполненных в разные годы ФГУНПП «Аэрогеология» и ПГО «Якутскгеология». Результатом работы стал комплект карт, состоящий из геологической карты дочетвертичных образований (рис.4.1.1), геологической карты четвертичных отложений, карты закономерностей размещения полезных ископаемых, минерагенических карт на золото и алмазы.

Рис. 4.1.1. Макет ГГК масштаба 1:1000000 листов R-51,52 (Тикси).

Лист R-51 располагается на северо-востоке Сибирской платформы. В его пределах развиты ниж не протерозойские метаморфические породы и гранитоиды фундамента, венд-кембрийский терри ген но-карбонатный платформенный чехол и мезозойские терри генные породы При верхоянского прогиба. Выделяются несколько разновозрастных комплексов основных, субщелочныч и кимберлитовых пород, сопровождающих многоэтапную активизацию рифтогенеза на северо-востоке платформы.

Лист R-52 включает разные зоны Верхоянской складчатой области, сложенные терригенными породами карбона, перми и триаса, смятыми в складки и надвинутыми на мезозойские породы При верхоянского прогиба. Складчатая структура осложнена надвигами, сбросо-сдвигами, силлами и дайками долеритов разного возраста, а также кайнозойскими рифтогенными структурами.

Топооснова на листы R-51 и R-52 масштаба 1:1000000 была получена от ГЛАВНИВЦ (Москва) в виде покрытий ARCINFO. Геофизическая основа на территорию листов R-51,52 создавалась в ВИРГРудгеофизика (Санкт-Петербург); дистанционная основа построена по снимкам Landsat ТМ и КТЭ-200 во ВНИИКАМ (Санкт-Петербург). Обработка геохимических данных и построение геохимической основы было выполнено в ИМГРЭ (Москва).

При работе над проектом использовалось следующее программное обеспечение: ГИС ARCINFO (ESRI), ГИС ИНТЕГРО (ВНИИГеосистем), программа сшивки и привязки растровых данных RECTIFY (ВНИИГеосистем), программа векторизации MAPEDIT (Резидент), программа построения серийных легенд ЛЕГЕНДА-2000 (ЗапСибГеолсъемка, ВНИИГеосистем).

Ретроспективные материалы разных масштабов сканировались с разрешением 300 dpi в полноцветном варианте. Отдельно по листам R-51 и R-52 в ГИС ИНТЕГРО были построены идеальные географические сетки листов масштаба 1:50000 и 1:200000. Координатная привязка растровых картографических изображений осуществлялась по идеальным сеткам в программе RECTIFY.

Анализ и оценка исходных данных проводились по растровым монтажам масштабов 1:50000, 1:200000 и комплексному монтажу масштаба 1:1000000 на всю территорию работ. Приоритет при создании комплексного монтажа отдавался более современным материалам крупного масштаба.

Серийная легенда масштабов 1:200000 (Нижнеленская и Верхоянская) на момент начала работ не была создана, а к серийной легенде масштаба 1:1000000 (Лено-Анабарская серия) еще не приступали. Поэтому растровые монтажи разных масштабов активно использовались при построении указанных серийных легенд. Серийные легенды строились в программе ЛЕГЕНДА-2000. В процессе разработки технологии была создана и утверждена на НРС ВСЕГЕИ новая легенда Нижнеленской серии масштаба 1:200000 и фрагмент Лено-Анабарской серии масштаба 1:1000000.

В результате анализа и оценки ретроспективных материалов были выявлены следующие недостатки:

• разное расчленение стратифицированных толщ и массивов интрузивных пород в пределах карт одного масштаба, созданных разными авторами.

• серьезные разногласия на стыках листов разных авторов (листы R-51-43-A,B; R-51-43-В,Г; R-51-44-A,B; R-51-44-B,H

• сильно отличающаяся степень нагрузки тектоническими элементами у разных авторов.

Для устранения выявленных недостатков использовались региональные схемы стратиграфического расчленения, схемы сопоставления магматизма и дистанционная основа.

Построение векторных цифровых моделей осуществлялось путем векторизации с использованием программы MAPEDIT, корректировка цифровых моделей на начальном этапе проводилась в ГИС ARCINFO. Время, затраченное на построение и редактирование цифровых моделей (8 месяцев, 12 человек), послужило основанием для поиска и развития новых способов векторизации и редактирования.

На этапе построения рабочего макета геологической карты дочетвертичных образований проводилась последовательная генерализация от масштабов 1:50000 и 1:200000 к масштабу 1:1000000. В дополнение к общей схеме осуществлялось выравнивание степени нагрузки тектоническими элементами по листам R-51-33-A,B; R-51-33-В,Г; R-51-34-A,B; R-51-34-B,r; R-51-35-A,B; R-51-35-B,r; R-52-XXI,XXII; R-52-XXVII,XXVIII. Пространственная генерализация выполнялась в среде ГИС ИНТЕГРО.

В процессе формирования априорных представлений эксперта о генерализуемой территории особо были выделены комплексы субщелочных основных пород и кимберлитов, которые контролируют развитие рифтогенных прогибов. На бортах последних нередко формируются алмазоносные кимберлиты. Порядок генерализации устанавливался отдельно для стратиграфических и нестратиграфических подразделений в пределах крупных геологических блоков, выделенных по общей схеме структурно-тектонического районирования территории. Так, в пределах Оленекского поднятия (лист R-51), приоритет при генерализации стратиграфических подразделений устанавливался по возрастному и структурному принципам. Породы венда (Туркутская, Маастахская, Хатыспытская свиты), подчеркивающие слабовыраженные антиклинальные складки в пределах сложной блоковой структуры Оленекского поднятия, получили больший приоритет чем породы кембрийского возраста. В пределах Хараулахского выступа для нестратиграфических (магматических) подразделений, приоритет отдавался подразделениям, важным с точки зрения геологического развития территории. В девонское время закладывались рифрогенные прогибы на северо-востоке Сибирской платформы (например, Кютюндинский грабен), изучение которых важно для прогнозирования площадей с алмазоносными кимберлитами. Поэтому более высокий приоритет при генерализации этой области имели девонские магматические комплексы.

В результате анализа картографической информации было установлено несколько отдельных схем генерализации геологических подразделений: утрирование размеров для Молодинского долеритового комплекса на листе R-51 и Ортохаинского комплекса субщелочных базальт-долеритов (R-52); утрирование структуры (мощности) пород юрского и триасового возраста для сохранения особенностей сложной складчатой структуры зоны сочленения Предверхоянского прогиба и Верхоянской складчатой области; утрирование размеров объектов неогенового возраста, важных для установления раннечетвертичной истории формирования золото- и алмазоносных россыпей.

Построение рабочего макета проводилось отдельно по листу R-51 и листу R-52 в два этапа. На первом этапе по картам масштаба 1:50000 строились карты масштаба 1:200000. На втором этапе из объединенного макета масштаба 1:200000 была получена карта целевого масштаба. Сшивка векторных макетов выполнялась в модуле сшивки ГИС ИНТЕГРО. При переходе от 1:50000 к 1:200000 масштабу геологические подразделения переводились в серийные легенды Нижнеленской и Верхоянской серии в соответствии со схемами масштабного перехода от ретроспективных легенд к легенде целевой карты. При генерализации от 1:200000 к 1:1000000 масштабу выполнялся перевод геологических подразделений в легенду Лено-Анабарской серии.

Перед генерализацией линейных объектов проводились следующие операции:

• разделение объектов по углу (предельный угол |90| градусов)

• объединение в многосвязные объекты в двойном цикле (внешний по расстоянию между конечными точками объектов, внутренний по углу). Диапазон расстояний устанавливался от 0 до 2 км, а для углов от 0 до 20 градусов.

Для отбора линейных объектов вычислялись следующие характеристики: длина, направление, амплитуда вертикальная и горизонтальная. Относительный возраст разломов определялся по горизонтальной амплитуде многосвязного объекта и направлениям секущих объектов. Проведенный анализ позволил выделить несколько основных направлений разломной тектоники и определить их относительный возраст. Например, для листа R-51 было установлено, что разломы субмеридианального простирания имеют более древнее заложение, чем северо-западные и северо-восточные разломы. Субширотные разломы были отнесены к разряду долгоживущих. Для выделения зон однонаправленных разломов использовался пересчет «вектор - сеть» в ИНТЕГРО. Рассчитывались следующие характеристики: длина по основным направлениям и количество уникальных значений по направлению. В блоковом окне вычислялась длина части объекта имеющая заданное направление. Раствор угла устанавливался в пределах 20 градусов. Размер ячейки анализа составил 1 км и 5 км для масштабов 1:200000 и 1:1000000 соответственно.

При отборе линейных объектов больший приоритет придавался тем объектам, направление которых совпадало с блокообразующими направлениями, выделенными по структурно-тектонической схеме (субмеридианальным, северо-западным, северовосточным). Для листа R-52 особое внимание уделялось разломам мелового возраста северо-западного и северо-восточных направлений, диагональных к основному вектору складчатой напряженности, а так же типу объекта (надвиги, разломы).

Для генерализации площадных геологических подразделений создавались рабочие сеточные слои с размером ячейки 200 метров для масштаба 1:200000 и 1000 метров для масштаба 1:1000000. Совмещение генерализованного слоя линейных объектов и слоя площадных объектов проводилось на растровой основе, общий радиус совмещения составил 3 ячейки.

В пределах зоны интенсивной блоковой тектоники Оленекского поднятия, напряженной складчатости фронтальной зоны складчатой области надвинутой на платформу, сложных разновозрастных комплексов габро-долеритов Хараулахского выступа платформенного основания были выделены и генерализованы вручную места сгущения геологической информации. Фрагменты с повышенной плотностью геоинформации определялись в результате расчета по растровой карте формальных характеристик в блоковом окне 10x10 ячеек (количества уникальных объектов и количества уникальных подразделений) и расчета суммы этих характеристик в скользящем окне 20x20 ячеек с дальнейшим отсечением по пороговому значению.

Отбор площадных объектов на остальной территории листов был ориентирован на конкретную операцию генерализации (объединение, утрирование и удаление) и проводился по результатам расчета формальных характеристик. Предварительно были созданы дополнительные сеточные слои распределения семантических характеристик объектов: возраста, типа, состава пород. Для площадных объектов вычислялись: пространственные характеристики (площадь, периметр, блочность, удлиненность, округлость, изометричность, протяженность) и характеристики взаимоотношения семантических и пространственных свойств объектов (амплитуда возраста по границе, выделение тектонических границ объекта, близость объектов в пределах выделенных групп и отдельных подразделений, преобладающий состав и подразделение).

На последнем этапе рабочий макет геологической карты уточнялся по сводной схеме линейных и площадных элементов, построенной по геофизической, геохимической и дистанционной основам. С помощью сводной схемы специализированных основ были уточнены:

• основные блокоограничивающие и региональные разломы (по геофизическим и дистанционным данным);

• контуры невскрытых гранитных интрузий (по локальным геофизическим и геохимическим аномалиям);

• поля потенциально алмазоносных кимберлитов (по концентрации локальных магнитных аномалий на отдельных участках);

• структура Далдынского поднятия (по геофизическим и дистанционным материалам);

• контуры геологических объектов под чехлом четвертичных отложений (по дистанционным данным);

• уточнение положения базальных алмазоносных конгломератов Нижне-Ладинского яруса (по локальным магнитным аномалиям).

Созданные карты ГГК-1000/3 листов R-51,52 прошли проверку в Якутском региональном геологическом управлении.

4.2. Актуализация геологической основы территории листов R-48-XI, XII, XV, XVI, XVII, XVIII, XXI, XXII (западная часть Анабарского щита с обрамлением).

Создание обновленной геологической основы западной части Анабарского щита (рис. 4.2.1) связано с проведением Геолого-минерагенического картирования (ГМК) масштаба 1:200000 на уран и золото, а так же поисковых работ на платину. Работа продолжается в настоящее время и проводится совместно с ФГУНПП «Аэрогеология». Применение разработанной компьютерной технологии позволило оперативно построить векторные цифровые модели ретроспективных карт и актуализировать 6 листов геологических карт масштаба 1:200000. Лист карты R-48-XVII обновлен с использованием 8 сдвоенных листов геологических карт масштаба 1:50000. Подготовка интерпретационных специализированных основ (геофизической и дистанционной) выполнена во ВНИИГеосистем.

Территория сложена архей-раннепротерозойскими гнейсами и кристаллическими сланцами с интрузиями габбро-анартозитов и гранитов, несогласно перекрытых грубообломочными рифейскими породами. Наиболее перспективными на уран и золото является рудоформационный тип несогласия. Прогноз платина связан с расслоенными интрузиями габбро-анартозитов.

Анализ и обобщение минерагенической информации на базе актуализированных карт позволил выделить Западно-Анабарскую золото-ураноносную минерагеническую зону и наметить перспективные участки для прогнозирования и поисков месторождений золота и урана.

По актуализированной геологической основе листов R-48-XI, XII, XV, XVI, XVII, XVIII, XXI, XXII создан макет минерагенической карты на золото и уран, в основе которого лежит отображение структуры и состава терригенного рифея и рельеф кристаллического фундамента. В результате обработки первичных данных и результатов дешифрирования снимков LANDSAT ЕТМ получены следующие результаты:

• существенно изменено представление о строении интрузивного массива габбро-анартозитов, установлена его первичная расслоенность и связанная с ней платиноносность

• выявлены купольные структуры и поля распространения пироксен-амфиболовых пигматитов

Ретроспективные легенды актуализировались по фрагменту серийной легенды масштаба 1:200000 (Анабарская серия). Построение ВЦМ ретроспективных карт выполнялось в модуле объектной векторизации ГИС ИНТЕГРО. Трудозатраты на построение и первичное редактирование ЦМ 6 листов ГК масштаба 1:200000 и 8 сдвоенных листов масштаба 1:50000 составили 18 человеко/дней. Апробация технологии объектной векторизации будет ниже продемонстрирована на примере листа R-48-IX,X.

Аналоговая карта листа R-48-IX,X сканировалась в полноцветном варианте с разрешением 300 dpi и была сохранена в формате TIF без LZW компрессии. Сегментация и перевод полноцветного изображения в полутоновое выполнялся в программе PhotoShop. В результате конвертации растровых данных было создано два сеточных многослойных файла в формате TOS (ИНТЕГРО). В первый вошли слои расслоенного по трем каналам (R, G, В) изображения и полутоновое изображение исходного растра карты; во второе такие же слои изображения легенды.

Снятие маски линейного и точечного «шума» выполнялось с применением специализированной фильтрации по полутоновым сеточным данным. Параметры скользящих окон при этом составили 7x7 и 20x20 пикселей. Довыделения маски «шума» не потребовалось.

В результате обработки изображения легенды было задано 17 площадных, 4 линейных эталона основного разбиения и несколько эталонов, имеющих дополнительный статус (вторичные изменения, состав пород и другие). По цвету линейных эталонов проведено выделение слоев линейных объектов. Дополнительные интервалы по каждому цветовому каналу позволили полностью охватить цветовые вариации линейных объектов и фона.

Для построения маски границ площадных объектов выполнено сложение 3-х слоев линейных объектов соответствующих: границам геологических объектов (черный), разломам (красный) и дайкам (сине-зеленый цвет). При отбраковке объектов, не принадлежащих маске границ (геологические знаки, крап, подписи и другие), устанавливались следующие параметры: минимальный размер объекта 50 пикселей; диаметр линейных объектов до 4 пикселей. При объединении пунктирных линий были установлены следующие параметры: дистанция между конечными точками разных объектов 20 пикселей, угол объединения до 30 градусов. Растровые площадные объекты выделены по маске границ как набор 4-х связных ячеек, не принадлежащих границам, и перекодированы в уникальное значение.

В рамках подготовки к эталонной классификации, по растровому изображению со снятой маской «шума» и изображениям эталонов, проведен расчет дополнительных сеточных препаратов: вертикальная, горизонтальная и две диагональных маски штриховок, фильтрация Лапласа и вычисление цветовых мод в скользящем окне. Размер скользящего окна при выделении маски штриховок составил 7x7 пикселей, мода определялась в окне 11x11 пикселей. Полученные растровые объекты были разделены на 3 группы: малые (до 50 пикселей), средние (до 200), крупные (свыше 200). В пределах растровых объектов вычислялись следующие формальные характеристики: средний цвет и дисперсия по 3 каналам, цветовые моды по 3 каналам, площадь штриховок разных направлений и направление преобладающей штриховки. Малые объекты в классификации участие не принимали, средние - классифицировались только по цветовым характеристикам, крупные - по цветовым и текстурным. Результат правильной классификации средних объектов составил около 80%, крупных - более 90%.

Растровая модель карты на лист R-48-IX,X состояла из 4-х слоев: одного площадного и трех линейных. При переводе растровой карты в векторное представление выполнено общее сглаживание границ с радиусом 50 метров, объединение линейных объектов по простиранию. Временные затраты на построение векторной модели листа R-48-IX,X составили 2 человеко/дня.

Результат актуализации геологической основы заверялся контрольными полевыми исследованиями, в целом подтвердившими хорошее качество картографического материала.

Рис. 4.2.1. Геологическая карта масштаба 1:200000 листов R-48-XI, XII. XV. XVI, XVII, XVIII. XXI. XXII (западная часть Анабарского щита е обрамлением).

4.3. Обновление ГК масштаба 1:200000 листа L-42-II (центральный Казахстан)

Работа проводилась в рамках доизучения территории Джезказганского района, перспективного на поиски месторождений меди. Выполнен ввод 6 листов карт масштаба 1:50000 и 1 листа масштаба 1:200000. Анализ и картографирование минерагенических факторов и поисковых признаков, нашедших отражение на обновленной карте масштаба 1:200000, позволил дополнительно к существующим прогнозировать потенциальные рудные узлы медистых песчаников.

Обновление проводилось по следующим материалам:

• Геологическая карта Джезказганского рудного района масштаба 1:200000

• Геологическая карта Джезказганского рудного района масштаба 1:50000

• Геологическая карта L-42-II масштаба 1:200000 (1959г.)

• Карта аномального магнитного поля изолинии АТа масштаба 1:200000.

• Карта Гравитационное локальное поле. Масштаб 1:200000.

• Карта суммарной мощности отложений девона-перми и результаты дешифрирования космоснимков масштаба 1:200000.

• Геолого-геофизические разрезы по опорным профилям масштаба 1:200000.

• Карта геохимических аномалий Джезказганского рудного района масштаба 1:200000.

На территорию листа L-42-II составлена Госгеолкарта масштаба 1:200 000, изданная в 1959 г. В семидесятых годах перспективная часть территории была закартирована в масштабе 1:50 000. Подразделения общей шкалы на этой карте детально расчленены на региональные и местные: горизонты, свиты, слои, уточнен возраст некоторых частей разреза, установлены новые, неизвестные ранее отложения фаменского яруса верхнего девона.

На генерализованной карте отражено более дробное, чем на изданной карте, расчленение стратиграфических подразделений. В частности, не только разделены показанные на изданной карте совместно белеутинские и дальненскиеслои, относящиеся к визейскому и намюрскому ярусам. Выделены дальненский горизонт везейского яруса и белеутинский горизонт намюра, разделенный на две части. Нашли отражения неизвестные ранее уйтасская свита и сульциферовый горизонт фаменского яруса верхнего девона.

Разрывные нарушения объединены по направлениям, расклассифицированы по отношению к границам геологических подразделений (близкие к простиранию, круто секущие границы, лежащие внутри подразделений целевого масштаба). Из оставшихся удалены разломы, не смещающие геологических границ. Удалены также мелкие детали геологических границ, не отвечающие масштабу карты целевого масштаба.

Рис.4.3.1. Фрагмент карты L-42-II, 1) фрагмент листа масштаба 1:200000; 2) фрагмент ГК50 Джезказгане кого рудного района; 3) схема перехода к новой легенде масштаба 1:200000; 4) фрагмент обновленной карты масштаба 1:200000.

По результатам обновления геологической карты на территорию Джезказганского рудного района выполнен комплексный прогноз, в основу которого положена многоэтапная модель рудного поля стратиформных медистых песчаников, учитывающая минерагенические факторы седиментогенного, метаморфогенного и гидротермального этапов формирования оруденения.

Результаты апробации компьютерной технологии показали, что выполненные исследования являются эффективным средством картографического обобщения, позволяют снизить трудозатраты, повысить объективность, качество и достоверность полученной геологической карты, полностью задействовать информационный потенциал для обеспечения обоснованности и эффективности прогнозно-поисковых исследований в районах разного геологического строения.

Заключение

В результате исследований разработана компьютерная технология создания полотна геологической карты на основе ретроспективных разномасштабных геолого-картографических материалов, при этом получены следующие основные результаты:

1. Проанализировано современное состояние компьютерных технологий картопостроения и отмечены актуальные направления их совершенствования.

2. Разработана методико-технологическая схема автоматизированного построения цифровых карт геологического содержания по результатам предшествующих разномасштабных работ на основе ГИС.

3. Создана геоинформационная технология построения полотна цифровой геологической карты по материалам предшествующих разномасштабных работ и результатам интерпретации специализированных основ.

4. Разработано функциональное и алгоритмическое обеспечение основных этапов технологии создания полотна геологической карты: построение цифровых векторных моделей, пространственную генерализацию геолого-картографической информации, экспертное редактирование результирующих векторных карт.

5. Выполнена программная реализация основных этапов компьютерной технологии построения цифровых геологических карт на основе смешанного растрово-векторного подхода, в том числе: создание векторных цифровых моделей карт геологического содержания по отсканированным растровым изображениям; дифференцированной генерализации, экспертного объектного редактирования карт.

6. Разработанная компьютерная технология апробирована на создании и актуализации геологических карт в различных регионах и геологических обстановках: Сибирской платформы и Верхоянской складчатой области (Макет Государственной геологической карты масштаба 1:1000000 третьего поколения, листы R-51,52 - Тикси); Центрального Казахстана (обновленная геологическая карта Джезказганского рудного района масштаба 1:200000, лист L-42-II); Анабарского щита и рифейского платформенного чехла (актуализированная геологическая карта масштаба 1:200000 листы R-48-XI,XII,XVI,XVII,XXII).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Спиридонов, Виктор Альбертович, 2005 год

1. Андреев B.C., Митракова О.В., Чесапов JI.E. Принципы и технология генерализации геологических карт при создании Госгеолкарты 1000/3. — Геоинформатика, №3, М., 1999 г.

2. Асланикашвили А.Ф. Метакартография. —Тбилиси, Мецниереба, 1974 г.

3. Афанасьев Н.Ф., Петров К.М., Теосев А.В. Математические методы в геологическом дешифрировании аэрофотоснимков. — М., Недра, 1981 г.

4. Берлянт A.M. Геоиконика. — М., Астрея, 1996

5. Берлянт A.M. Образ пространства: карта и информация. — М., Мысль, 1986 г.

6. Берлянт A.M., Мусин О.Р, Собчук Т.В. Картографическая генерализация и теория фракталов. — М., 1998 г.

7. Бугаевский JI.M. Математическая картография. — М., Златоуст, 1998 г.

8. Бурдэ А.И. Картографический метод исследования при региональных геологических работах. — JL, Недра, 1990 г.

9. Бурдэ А.И., Заболоцкий Е.М.Проблемы теории и практики геологической картографии — Советская геология, №8, М., 1989 г. с.3-10

10. Васмут А.С., Бугаевский Л.М., Портнов A.M. Автоматизация и математические методы в картосоставлении. — М., Недра, 1991 г.

11. П.Власов М.Ю., Горбачев В.Г., Рудной Б.П. Концептуальные топологические отношения в ГИС — Инф. Бюллетень ГИС-ассоциации №2(4), М., 1996 г., с. 17

12. Временные требования к организации, проведению и конечным результатам геолого-съемочных работ завершающихся созданием Госгеолкарты 200 (второе издание). /Отв.редактор Межеловский Н.В. — М., 1999 г.

13. Геоинформатика. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В,Я. и др. — М.,МАКС Пресс, 2001 г.

14. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов. Баранов Ю.Б., Берлянт A.M. и др. — М., ГИС-Ассоциация, 1999 г.

15. Голуб Дж., Ван Лоун Ч. Матричные вычисления: пер. с англ. — М., Мир, 1999 г.

16. Голубенко И.С., Ручкин Ю.А., Ворошин С.В. Двухмерный анализ формы полигональных объектов в геоинформационных системах геологического содержания. — Геоинформатика №3, М., 2004 с.3-12

17. Г.Р.Державина, 2002 г., Вып. 19, с.38-39

18. Горбачев В.Г.Топологические отношения в МГИС — (www.integro.ru)

19. Гутников И.А., Мецнер Д.Б., Чесалов Л.Е. Компьютерная технология построения легенд геологических карт «ГИС INTEGRO Легенда-1000». — Геоинформатика №2, М., 2001 г.

20. Девис Дж.С. Статистический анализ в геологии. / Пер. с англ. В 2 кн. — М., Недра, 1990 г.

21. ДеМерс М. Географические информационные системы: Основы. — М., Дата+, 1999 г.

22. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. / Пер. с англ. — М., Мир, 1976 г.

23. Дэвид М.Теобалда Топология и шейп-файлы — ArcReview, № 4, М., 2001 г.

24. Единая распределенная компьютерная модель геологического строения России.1. М.,ГЕОС, 2001 г.

25. Инструкция по представлению, вводу и преобразованию цифровых моделей карт в среде ГИС INTEGRO. — М., ВНИИгеосистем, 1999 г.

26. Инструкция по составлению и подготовке к изданию листов Государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1:200000 (Рос ком недра).1. М., 1995 г.

27. Инструкция по составлению и подготовке к изданию листов Государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1:1000000. — СПб., ВСЕГЕИ, 1999 г.

28. Интерактивная графическая система управления данными АДК. Руководство пользователя. — СПб., СпкцИКЦ РГ, 1999 г.

29. Использование материалов космических съемок при региональных геологических исследованиях (Методические рекомендации) — М., 1985 г.

30. Компьютерное обеспечение работ по созданию Государственной геологической карты Российской Федерации. // Материалы 5-го Всероссийского совещания-семенара г.Ессентуки. — Новочеркасск, 1998 г.

31. ЗККостюк Ю.Л., Новиков Ю.Л. Объектная векторизация на основе графовой модели. // Материалы Международной конференции «Дискретный анализ и исследование операций». — Новосибирск, Изд-во Ин-та математики, 2000 г.

32. Костюк Ю.Л., Новиков Ю.Л. Эффективная скелетизация бинарных изображений. «Геоинформатика-2000». // Труды Международной научно-практической конференции. — Томск, Изд-во Том.ун-та, 2000г.

33. Кузнецов O.J1. Никитин А.А. Геоинформатика. — М., Недра, 1992 г.

34. Лавров Е.И. Разработка ГИС-технологий автоматизированной генерализации линейных объектов гидрографии. // Диссертация на соиск. уч. степени кандидата тех.наук. — Барнаул, 2001 г.

35. Майкл Зейлер Моделирование нашего мира. — М., МГУ, 2001 г.

36. Мильнер А.А., Маргулис Л.Г. Пакет прикладных программ ввода, хранения, первичной обработки и анализа геолого-геофизической информации программной системы решения геолого-прогнозных задач. Часть 1. — М., ВИЭМС, 1985. Вып. 4(82)

37. Михайлов А.Е. Структурная геология и геологическое картирование. — М., Недра, 1973 г.

38. Новиков Ю.Л. Эффективные алгоритмы векторизации растровых изображений и их реализация в ГИС. // Диссертация на соиск.уч. степени кандидата тех.наук. — Томск, 2002 г.

39. Обработка и отображение информации в растровых графических системах. — Минск, ИТК АН БССР, 1989 г.

40. Организация фундаментальной базы первичных данных в геологосъемочной экспедиции. Методические рекомендации. — Л., Из-во ВСЕГЕИ, 1991 г.

41. Оскорбин Н.М., Жилин С.И., Лавров Е.И. Концептуальная схема системы автоматизированной картографической генерализации. — Барнаул, Известия АГУ, 1(23), 2002 г.

42. Основы мелкомасштабного геологического картирования. Методические фрекомендации. / Отв. исполнитель С.И.Стрельников. — СПб., Издательство ВСЕГЕИ, 1995 г.

43. Перегудов Ф.И. Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. — М.: Высшая школа, 1989 г.

44. Ратайский Л. Развернутая концепция картологии. Картография. — М., 1983 г., Вып.1. с.57-66.

45. Родионов Д.А. Статистические решения в геологии — М., Недра, 1981 г.

46. Розенфельд А. Распознавание и обработка изображений с помощьювычислительных машин. — М., Мир, 1972 г.

47. Свентэк Ю.В. Вопросы генерализации и точности при использовании банков цифовых данных //Банки географических данных для тематического картографирования. — М., 1987г., с170-175.

48. Свентэк Ю.В. Картографическая информация и познавательные уровни картографирования //Научно-технический прогресс и проблемы теории картографии. — М.,1987 г., с35-42.

49. Серапинас Б.Б. О применении вероятностных зависимостей к математическому обоснованию генерализации. — М., Вестн. Моск.ун-та. Сер. Геогр., №4, 1978 г., с.38-45.

50. Скворцов А.В. Обзор алгоритмов построения триангуляции Делоне. // Вычислительные методы и программирование Т.З — Томск, 2002 г.

51. Создание Госгеолкарты-200 с применением компьютерных технологий. Методическое руководство. / Отв. исполнитель Москаленко З.Д. — М., МПР РФ, 1999 г.

52. Создание государственных геологических карт на базе ГИС ИНТЕГРО. Методические рекомендации. / Отв. исполнитель Черемисина Е.Н. — М., МПР, 2001 г.

53. Соловицкий В.В. Общий алгоритм автоматической генерализации тематических карт, составленных способом качественного фона с помощью ЭВМ. // Новые методы в тематической картографии. — М., Изд. МГУ, 1978 г., с.103-113

54. Спиридонов В.А. Экспертное редактирование при автоматизированном создании геологических карт. — Геоинформатика, №1, М., 2005 г.

55. Спиридонов В.А., Андреев B.C. Совершенствование технологии создания геологических карт на основе ГИС INTEGRO. — Геоинформатика, №2, М., 2003 г.

56. Спиридонов В.А., Андреев B.C., Финкельштейн М.Я. Решение задачи комплексного прогноза золоторудных узлов по территории Восточного Верхоянья. — Геоинформатика», №3, М., 1999 г.

57. Спиридонов В.А., Деев К.В. Технологический подход к созданию нового поколения геологических карт на основе генерализации. // В сб. докладов The

58. Mining РшнЬгат Symposium. International Section Mathematical Methods in Geology. — Prague: 1999. — Vol. MC: Other Problems. — p. MCI0

59. Спиридонов В.А., Чесалов JI.E, Суханов М.Г. Электронная картография и геоэкологические исследования. // Труды Международной научной конференции «Геофизика и современный мир». — М., 1993 г.

60. Степанов Г.Н. Слухи о преждевременной кончине векторизаторов сильно преувеличины. — ГИС Бюллетень №3(25), М., 2000 г.

61. Строение земной коры Анабарского щита. Розан О.М., Вишневский А.Н., Глуховский М.З. и др. — М., Наука, 1986 г.

62. Талеб М.А. Комбинированные алгоритмы сегментации цветных изображений. // Диссертация на соиск.уч.степени кандидата тех.наук. — Минск, 2002 г.

63. Технология автоматизированного построения серийных легенд и корреляционных схем. — СПб., 2003 г.

64. Технология автоматической векторизации рельефа. — http://www.easytrace.com

65. Цветоделение с помощью Easy Trace. — http://www.easytrace.com

66. Черемисина Е.Н., Андреев B.C., Митракова О.В., Чесалов JI.E., Деев К.В. Разработка методики и технологии создания ГГК-1000 третьего поколения и серийной легенды. // Тезисы докладов третьего рабочего совещания по Госгеолкарте 1000/3. — М.-СПб., 1999 г.

67. Шнэр Д. и Райтсел Д. Редактирование в ArcMap. — М., МГУ, 2001 г.

68. Щиголев Б.М. Математическая обработка наблюдений. — М., Наука, 1969 г.

69. Энди Митчелл. Руководство ESRI по ГИС анализу — М., МГУ, 2001 г.

70. Clarity Technical Information. Map and Geodata Generalisation. — http://www.laser-scan.com

71. Easy Trace. Пакет программ интерактивной векторизации растровых изображений. Руководство пользователя. — М., Easy Trace Group, 1998 г.

72. Egenhofer M.J., Herring J. Categorizing Binary Topological Relationships between Regions, Lines and Points in Geographic Databases. // University of Maine, Department Survey Engineering, 1992 r.

73. Egenhofer M.J.,Franck A.U. Object-Oriented Modeling for GIS // URISA Journal,1992, №4(2)

74. Map EDIT. Программа автоматизированной векторизации картографических материалов. — М., АО «Резидент», 1997 г.

75. Maplnfo Professional Руководство пользователя. Maplnfo Corporation, Troy, New York, 2000 г.

76. Parent С. Spaccapietra S., Zimanyi E., et.al. Modeling Spatial Data in the MADS Conceptual Model //Proc.of the International Symposium on Spatial Data Handling, SDH 98.-Vancouver, Canada, 1998 r.