段星星, 李文明, 杜 輝

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 西安地質(zhì)調(diào)查中心,陜西 西安 720054)

規(guī)則測(cè)網(wǎng)土壤測(cè)量的數(shù)字化方法技術(shù)研究

段星星, 李文明, 杜 輝

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 西安地質(zhì)調(diào)查中心,陜西 西安 720054)

利用C#高級(jí)程序設(shè)計(jì)軟件自編采樣點(diǎn)位設(shè)計(jì)軟件,即可按照指定的起止坐標(biāo)值、點(diǎn)線距、樣品編號(hào)字母等信息自動(dòng)批量生成含監(jiān)控樣位置的采樣點(diǎn)位坐標(biāo)表。在此基礎(chǔ)上,充分利用現(xiàn)有的Coord、MapGIS、GPSBabel、MapSource、UltraEdit等軟件,快速制作完成采樣點(diǎn)位設(shè)計(jì)圖及坐標(biāo)值批量導(dǎo)入GPS導(dǎo)航儀。該方法高效解決了規(guī)則測(cè)網(wǎng)土壤測(cè)量采樣點(diǎn)位圖編制及測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)批量輸入手持GPS的問(wèn)題,提高了化探測(cè)網(wǎng)的布設(shè)速度,縮短設(shè)計(jì)過(guò)程及野外生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間,方便野外定點(diǎn)采樣,具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

地球化學(xué);數(shù)字化;C#;GPSBabel

近年來(lái)數(shù)字化系統(tǒng)在地質(zhì)調(diào)查工作過(guò)程中得到了廣泛地推廣與應(yīng)用,尤其是區(qū)域地質(zhì)填圖工作。地球化學(xué)勘查事業(yè)歷經(jīng)60多年的艱辛和挫折,已發(fā)展成為中國(guó)地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)勘查工作中不可或缺的方法技術(shù)之一,取得了一流的調(diào)查數(shù)據(jù)和令人矚目的找礦成果[1],據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),90%以上的貴金屬和有色金屬礦產(chǎn)均是依據(jù)區(qū)域化探成果發(fā)現(xiàn)的[2]。近年僅新疆東天山地區(qū),就發(fā)現(xiàn)了玉海銅(鉬)礦、白鑫灘銅鎳礦、阿齊山鉛鋅礦、路北銅鎳礦、沙西銅礦、哈西金礦等一批重要找礦線索。當(dāng)前,一方面是地球化學(xué)勘查找礦效果顯著,另一方面卻是數(shù)字化程度相對(duì)于其他地質(zhì)調(diào)查工作手段明顯偏低。規(guī)則測(cè)網(wǎng)室內(nèi)采樣點(diǎn)位圖制作通常依據(jù)制圖軟件圖形處理功能來(lái)完成,如MapGIS軟件通常是利用其陣列拷貝功能,按要求設(shè)定好列數(shù)、列間距、行數(shù)、行間距等,生成規(guī)則測(cè)網(wǎng)采樣點(diǎn);規(guī)則測(cè)網(wǎng)中各采樣點(diǎn)坐標(biāo)值則通過(guò)Excel等軟件計(jì)算求得或通過(guò)MapGIS等多個(gè)軟件完成[3],其操作步驟多,工作量大,容易出錯(cuò)。測(cè)網(wǎng)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)則通過(guò)人工逐個(gè)輸入手持GPS,傳統(tǒng)做法中為簡(jiǎn)化這一輸入過(guò)程,野外現(xiàn)場(chǎng)直接依據(jù)手持GPS實(shí)時(shí)坐標(biāo)值變化開(kāi)展野外定點(diǎn)工作,如8點(diǎn)/km2規(guī)則測(cè)網(wǎng)前提下,通常工作流程是先找到線,GPS橫坐標(biāo)值后三位250或750,然后依次找點(diǎn),橫坐標(biāo)后三位值為125、375、625、875。這種方法執(zhí)行的前提是通過(guò)事先約定俗成原則布點(diǎn),對(duì)于熟練的采樣工來(lái)說(shuō)是很方便的,但對(duì)于首次操作GPS導(dǎo)航儀,開(kāi)展野外采樣的技術(shù)工人就存在一定的不便,而且要求測(cè)線必須是正南正北向。信息化時(shí)代,計(jì)算機(jī)技術(shù)日益強(qiáng)大,借助計(jì)算機(jī)軟件讓復(fù)雜的工作簡(jiǎn)單化,進(jìn)一步提高化探測(cè)量各流程中數(shù)字化程度,及其在土壤地球化學(xué)測(cè)量中的應(yīng)用變得尤為重要。

筆者在從事1∶5萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量的過(guò)程中,綜合前人在這方面的研究成果[4-11],發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)現(xiàn)有的MapGIS、GPSBabel、MapSource、Coord、UltraEdit和基于C#程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)的規(guī)則測(cè)網(wǎng)采樣點(diǎn)位設(shè)計(jì)軟件,輕松實(shí)現(xiàn)規(guī)則測(cè)網(wǎng)的土壤地球化學(xué)測(cè)量從采樣點(diǎn)位設(shè)計(jì)到野外現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集流程數(shù)字化運(yùn)行管理,實(shí)現(xiàn)一次原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備,即可完成帶屬性采樣點(diǎn)位圖制作和批量實(shí)現(xiàn)采樣點(diǎn)導(dǎo)入GPS導(dǎo)航儀等功能[12](圖1),確保采樣點(diǎn)位設(shè)計(jì)和野外采樣導(dǎo)航坐標(biāo)數(shù)據(jù)的一致性,且極大縮短野外生產(chǎn)的前期準(zhǔn)備時(shí)間。

圖1 方法技術(shù)流程圖Fig.1 Flow chart of methods and techniques

1 相關(guān)軟件及技術(shù)介紹

1.1 Coord軟件

Coord軟件是一款體積小、功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易用的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工具軟件,它可以實(shí)現(xiàn)不同橢球之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,同一橢球的直角坐標(biāo)、地理坐標(biāo)和平面坐標(biāo)相互轉(zhuǎn)換。如北京54到西安80坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換,西安80到地方坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換,西安80坐標(biāo)系下的直角坐標(biāo)到地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等(http://www.gpsworld.com)。

1.2 GPSBabel軟件

GPSBabel是一款簡(jiǎn)單易用、免費(fèi)的GPS數(shù)據(jù)管理器,可以用于管理航點(diǎn)和航跡數(shù)據(jù),支持Garmin、Magellan等GPS導(dǎo)航儀軟件(http://www.gpsbabel.org)。

1.3 UltraEdit軟件

UltraEdit是一套功能強(qiáng)大的文本編輯器,可以編輯文本、十六進(jìn)制、ASCII 碼,完全可以取代記事本,可同時(shí)編輯多個(gè)文件,而且即使開(kāi)啟很大的文件，速度也不會(huì)慢(http://baike.baidu.com)。

1.4 MapGIS軟件

MapGIS是中地?cái)?shù)碼集團(tuán)的產(chǎn)品名稱(chēng),是中國(guó)具有完全自主知識(shí)版權(quán)的地理信息系統(tǒng),是全球唯一的搭建式GIS數(shù)據(jù)中心集成開(kāi)發(fā)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)遙感處理與GIS完全融合,支持空中、地上、地表、地下全空間真三維一體化的GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)(http://baike.baidu.com)。

1.5 MapSource軟件

MapSource為Garmin開(kāi)發(fā)的一款GPS數(shù)據(jù)管理軟件。MapSource是針對(duì)Garmin GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理、編輯、應(yīng)用的一個(gè)軟件。MapSource存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的文件一般是后綴名為gdb的數(shù)據(jù)庫(kù)文件。存儲(chǔ)的內(nèi)容主要包括航點(diǎn)、航跡、航線、地圖(http://baike.baidu.com)。

1.6 C#

C#是微軟公司發(fā)布的一種面向?qū)ο蟮?、運(yùn)行于.NET Framework之上的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。C#是一種安全的、穩(wěn)定的、簡(jiǎn)單的、優(yōu)雅的,由C和C++衍生出來(lái)的面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。C#綜合了VB簡(jiǎn)單的可視化操作和C++的高運(yùn)行效率,以其強(qiáng)大的操作能力、優(yōu)雅的語(yǔ)法風(fēng)格、創(chuàng)新的語(yǔ)言特性和便捷的面向組件編程的支持成為.NET開(kāi)發(fā)的首選語(yǔ)言。

2 原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1 編寫(xiě)采樣點(diǎn)位設(shè)計(jì)軟件

采樣點(diǎn)位設(shè)計(jì)軟件采用微軟C#開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。軟件設(shè)計(jì)首先依據(jù)起止點(diǎn)坐標(biāo)以及點(diǎn)線距值之間的關(guān)系分別求取各采樣點(diǎn)編號(hào)、坐標(biāo)值及數(shù)量;然后將坐標(biāo)數(shù)量按照50個(gè)/批次樣品,利用隨機(jī)數(shù)算法在每批樣品中隨機(jī)選擇4個(gè)樣品位置插入監(jiān)控樣,并在一列中標(biāo)注為1,每批次樣品結(jié)束樣標(biāo)注為2,其他樣品標(biāo)注為2;最后輸出文本格式文件。

2.2 軟件校驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)設(shè)置所需的參數(shù)及輸出目錄(圖2),其中線距設(shè)置時(shí),如果起點(diǎn)坐標(biāo)小于終點(diǎn)坐標(biāo),點(diǎn)線距取正值,反之則取負(fù)值,樣號(hào)中輸入擬打頭的樣品編號(hào)字母,最終生成滿(mǎn)足要求的txt文件(圖3)。

圖2 采樣點(diǎn)位設(shè)計(jì)軟件參數(shù)設(shè)置圖Fig.2 Parameter setting of design software of sampling position

圖3 采樣點(diǎn)位設(shè)計(jì)軟件采樣點(diǎn)位生成圖Fig.3 Graph resulting sampling points of design software of sampling position

3 原始數(shù)據(jù)制作采樣點(diǎn)位圖

3.1 生成標(biāo)準(zhǔn)圖框

利用MapGIS投影變換模塊—系列標(biāo)準(zhǔn)圖框—鍵盤(pán)生成矩形圖框,生成1∶5萬(wàn)或1∶1萬(wàn)等設(shè)計(jì)要求的比例尺采樣點(diǎn)位圖圖框點(diǎn)線面文件[8](平面直角坐標(biāo)系統(tǒng),高斯—克呂格,比例尺為設(shè)計(jì)要求的,坐標(biāo)單位為mm)。

3.2 采樣點(diǎn)投影

利用MapGIS投影變換模塊—投影轉(zhuǎn)換—用戶(hù)文件投影變換,開(kāi)展采樣點(diǎn)投影工作。投影工作首先分別設(shè)定“用戶(hù)投影參數(shù)”和“結(jié)果投影參數(shù)”,其中“用戶(hù)投影參數(shù)”指的是通過(guò)采樣點(diǎn)軟件生成的數(shù)據(jù)格式,結(jié)果投影參數(shù)為采樣點(diǎn)位圖標(biāo)準(zhǔn)圖框參數(shù);然后點(diǎn)擊“指定分隔符”設(shè)置“空格”分隔符,依據(jù)原始數(shù)據(jù)中的列分隔符,選擇相應(yīng)的分隔符號(hào);此處一定要注意設(shè)定坐標(biāo)值X和Y值為雙精度數(shù)據(jù),另設(shè)定X位于3列,Y位于4列;最后點(diǎn)擊“投影變換”(圖4),即可得到采樣點(diǎn)原始文件(圖5)。

3.3 制作采樣點(diǎn)位圖

首先新建MapGIS工程文件,從前面生成采樣點(diǎn)位圖標(biāo)準(zhǔn)圖框文件中導(dǎo)入地圖參數(shù),添加標(biāo)準(zhǔn)圖框點(diǎn)線面文件和采樣點(diǎn)文件;然后在點(diǎn)編輯里面選擇“根據(jù)屬性賦參數(shù)”,在表達(dá)式里面輸入諸如“監(jiān)控樣==1”,點(diǎn)擊確定后,在隨后彈出的“選擇點(diǎn)參數(shù)類(lèi)型”里面選擇“子圖”,即可按整個(gè)圖面的要求給定參數(shù),據(jù)此完成其他點(diǎn)屬性確定;最后按照土壤測(cè)量有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)插入重復(fù)樣,補(bǔ)充完善責(zé)任欄、圖例等相關(guān)內(nèi)容后,即完成采樣點(diǎn)位設(shè)計(jì)圖的編制工作。

圖4 MapGIS投影變換Fig.4 Projection transformation of MapGIS

圖5 采樣點(diǎn)位原始圖Fig.5 Primitive diagram of sampling position

4 設(shè)計(jì)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入GPS導(dǎo)航儀

4.1 GPS坐標(biāo)源數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

GPS數(shù)據(jù)導(dǎo)入要求源數(shù)據(jù)格式為地理坐標(biāo)系統(tǒng),單位為度,所以需要利用Coord軟件將圖3中的平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。首先打開(kāi)Coord軟件,“設(shè)置”→“高斯六度帶投影” →“中央子午線”;然后選擇“文件轉(zhuǎn)換”→“格式”→“自定義”;最后按照自定義格式準(zhǔn)備文本格式數(shù)據(jù),選擇“文件轉(zhuǎn)換”→“源坐標(biāo)類(lèi)型”項(xiàng)中勾選“平面坐標(biāo)”,“選擇目標(biāo)坐標(biāo)類(lèi)型”項(xiàng)中勾選“大地坐標(biāo)”,點(diǎn)擊“箭頭”按鈕即可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)(圖6)。具體坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理及詳細(xì)步驟可參考汪陵等(2013)(圖7)[13]。

圖6 平面坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)大地坐標(biāo)系統(tǒng)圖Fig.6 System diagram of plane coordinate system to geodetic coordinate

圖7 計(jì)算結(jié)果圖Fig.7 Calculation results

4.2 GPS數(shù)據(jù)制作

本文已在Garmin GPS為例中介紹了GPS數(shù)據(jù)制作方式。首先使用UltraEdit軟件打開(kāi)上一步制作的GPS坐標(biāo)源數(shù)據(jù),充分利用UltraEdit軟件所帶的列編輯功能,配合office excel軟件,按表1中的數(shù)據(jù)格式要求準(zhǔn)備數(shù)據(jù)后,直接復(fù)制保存到文本文件中;然后使用上文提到的GPSBabel軟件,在輸入文件格式項(xiàng)中選擇“Garmin MapSource-txt”格式,在輸出格式項(xiàng)中選擇“Garmin MapSource-mps”,選擇保存位置,點(diǎn)確定即完成GPS數(shù)據(jù)制作。

4.3 GPS數(shù)據(jù)導(dǎo)入

使用Garmin GPS自帶的MapSource軟件打開(kāi)上一步準(zhǔn)備好的mps格式文件,使用傳送發(fā)送到設(shè)備,即完成采樣點(diǎn)位數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入Garmin GPS導(dǎo)航儀(表1)。

表1 采樣點(diǎn)位導(dǎo)入GPS導(dǎo)航儀數(shù)據(jù)格式

5 結(jié)語(yǔ)

(1) 本文利用C#編寫(xiě)的規(guī)則測(cè)網(wǎng)采樣點(diǎn)位設(shè)計(jì)軟件,簡(jiǎn)單高效地自動(dòng)生成采樣點(diǎn)位坐標(biāo)表。該軟件不僅可以用于規(guī)則測(cè)網(wǎng)土壤測(cè)量中,也可以用在物探磁法和重力等規(guī)則測(cè)網(wǎng)的布設(shè)工作。軟件目前處于設(shè)計(jì)的初級(jí)階段,存在諸多可以改進(jìn)的地方,筆者旨在拋磚引玉。

(2) 綜合現(xiàn)有Coord、MapGIS、GPSBabel、MapSource、UltraEdit等軟件,實(shí)現(xiàn)規(guī)則測(cè)網(wǎng)土壤測(cè)量在完成一次原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備后,即可快速制作完成帶屬性的采樣點(diǎn)位設(shè)計(jì)圖及坐標(biāo)值批量導(dǎo)入GPS導(dǎo)航儀。

(3) 方法技術(shù)的研究旨在提高工作效率和質(zhì)量,實(shí)際使用過(guò)程中必須嚴(yán)格遵守相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),不能機(jī)械地參照本文所述方法執(zhí)行。

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(責(zé)任編輯：陳文寶)

Research on Digital Technology for Application of Regular MeasuringNetwork of Soil Survey

DUAN Xingxing, LI Wenming, DU Hui

(Xi’anInstituteofGeologyandMineralResources,ChinaGeologicalSurvey,Xi’an,Shaanxi720054)

C# Advanced Programming Software has programmed a software designing sampling points,which can automatically generate batch of letters containing the specified starting and ending coordinates of point line,sample number and other information. On this basis,the full use of existing Coord,MapGIS,GPSBabel,MapSource,UltraEdit softwares,can quickly create complete design sampling point and the way the coordinates are bulk imported in GPS navigator. This method effectively solves the traditional geochemical soil survey grid and the problems in coordinates batch inputting handheld GPS,which improves the speed of the geochemical survey grid,cuts down the design process,field preparation time,and field sampling easily,yielding a certain value.

geochemistry; digitalization; C#; GPSBabel

2015-05-25;改回日期:2015-07-13

段星星(1983-),男,工程師,碩士,巖石學(xué)、礦物學(xué)、礦床學(xué)專(zhuān)業(yè),從事勘查地球化學(xué)工作。E-mail:86000536@qq.com

P208; P59

A

1671-1211(2016)01-0109-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201601020

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20151217.0912.008.html 數(shù)字出版日期:2015-12-17 09:12