方 明, 唐國強(qiáng), 常 彪, 孔維華, 盧海波, 彭 輝, 趙 健, 王 彪, 韓嘯天, 孫益斌

(1.湖北省地質(zhì)局 第六地質(zhì)大隊(duì),湖北 孝感 432099; 2.江西有色地質(zhì)勘查二隊(duì),江西 贛州 341099)

地質(zhì)工作在不斷地深入,已經(jīng)突破二維向三維發(fā)展,野外地質(zhì)調(diào)查不管是傳統(tǒng)的路線、剖面、槽井硐鉆,還是天然或人工形成的不規(guī)則的坎崖坑基,都需要快速、精確的數(shù)據(jù)采集,以滿足地質(zhì)建模的需要。

1999年至今,原國土資源部、中國地質(zhì)調(diào)查局在國土資源大調(diào)查等專項(xiàng)中,設(shè)置了多個與數(shù)字地質(zhì)調(diào)查技術(shù)研究、系統(tǒng)研發(fā)及推廣應(yīng)用相關(guān)的項(xiàng)目,通過螺旋式開發(fā)模式,研制并完善了數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)(DGSS)。數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)涉及的工作內(nèi)容有:中—大比例尺地質(zhì)礦產(chǎn)填圖、探礦工程編錄與采樣、地球化學(xué)勘查、地球物理勘查、重砂測量、遙感地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)檢查和綜合研究、資源儲量估算、礦體三維建模等[1]。

隨著數(shù)字地質(zhì)調(diào)查技術(shù)的深入推廣及不斷應(yīng)用改進(jìn),數(shù)字化填圖已成為野外工作的重要工具,顯示出較多優(yōu)越性。一些新技術(shù)、新方法、新設(shè)備的應(yīng)用需要前置與組合,為快速采全、采準(zhǔn)第一手?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)。

目前,野外路線已實(shí)現(xiàn)P過程(及地質(zhì)要素)的GPS定位聯(lián)動、電子羅盤應(yīng)用及地質(zhì)云的初步融合,但仍感PRB過程不夠人性化,結(jié)合多年野外實(shí)踐對野外數(shù)據(jù)采集APP提出改進(jìn)建議,以期實(shí)現(xiàn)野外數(shù)字地質(zhì)調(diào)查PRB過程更加智能化、人性化,逐步實(shí)現(xiàn)野外地質(zhì)調(diào)查智能感知[2],減少后期桌面整理工作量,騰出時間和精力提升室內(nèi)聯(lián)圖和數(shù)據(jù)分析等工作質(zhì)量。

1 野外數(shù)據(jù)采集現(xiàn)狀

野外地質(zhì)調(diào)査是基礎(chǔ)性地質(zhì)工作。通過近20年的發(fā)展,野外路線數(shù)據(jù)采集器從最初的Windows CE、Windows mobile操作系統(tǒng)到現(xiàn)在流行的Android操作系統(tǒng);硬件方面也有質(zhì)的飛躍——由原來256 MB內(nèi)存、64 MB閃存的多設(shè)備(錄音筆、照相機(jī)、攝像機(jī)、藍(lán)牙GPS、記錄本素描、羅盤)組合到現(xiàn)在3～8 GB內(nèi)存、64 GB閃存的功能集于一體(照相、攝影、錄音、GPS、電子羅盤、電子手圖手簿)的工業(yè)智能機(jī),采用的是無后蓋全封裝,其防水抗震性能好、體積小、重量輕、便于攜帶。

野外地質(zhì)調(diào)査數(shù)據(jù)采集軟件從RGMap、PEData到AoRGMap、AoPEData,架構(gòu)未有大的改動,仍以堆棧式數(shù)據(jù)采集,加入少量的GPS聯(lián)動功能。

從野外路線采集PRB數(shù)據(jù)操作流程[3](圖1)可以看出,數(shù)據(jù)采集基本功能已完備。

以往的設(shè)備及操作系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)其智能化、人性化。與現(xiàn)行的Android手機(jī)相比存在以下系統(tǒng)及功能問題:

(1) 設(shè)備問題。以往數(shù)據(jù)采集器為多設(shè)備組合,不但充電與攜帶不便、協(xié)調(diào)配合差,而且轉(zhuǎn)入桌面系統(tǒng)需要導(dǎo)入鏈接?，F(xiàn)采用智能機(jī)后,已實(shí)現(xiàn)“一機(jī)在手皆擁有”,產(chǎn)狀通過電子羅盤自動填寫數(shù)據(jù),照片、素描、錄音、錄像皆動態(tài)鏈接。

圖1 野外路線采集PRB數(shù)據(jù)操作流程圖(據(jù)李超嶺,2005修改)Fig.1 Flow chart of PRB data acquisition operation for field routes

(2) GPS數(shù)據(jù)的利用。以往GPS數(shù)據(jù)只是作為航跡監(jiān)控手段,PRB過程需人工操作。由于采集器屏幕不靈敏造成人機(jī)交互不友好,PRB數(shù)據(jù)空間精度差,后期桌面整理工作量大。目前,已實(shí)現(xiàn)GPS空間數(shù)據(jù)聯(lián)動P過程、地質(zhì)要素(產(chǎn)狀、化石、樣品、素描、照片等)及地球物理、地球化學(xué)采樣等過程空間數(shù)據(jù)專屬性編輯功能。R過程、B過程有待完善。

(3) 手圖與手簿。手圖沒有多大改進(jìn),一直是點(diǎn)(地質(zhì)點(diǎn)、地質(zhì)要素)、線(分段路線、點(diǎn)上或點(diǎn)間路線)及點(diǎn)注記,看不出一點(diǎn)地質(zhì)內(nèi)容,應(yīng)增加R過程Free圖層自動標(biāo)注巖性代號功能(路線右側(cè)),在桌面系統(tǒng)可在路線左側(cè)畫巖性花紋,增加路線地質(zhì)內(nèi)容表現(xiàn)力;以往無手簿瀏覽功能,現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)該功能,手簿符合閱讀習(xí)慣,應(yīng)增加手簿修改、回填PRB屬性數(shù)據(jù)功能。

完善手圖與手簿功能,對野外路線結(jié)束后在約定地點(diǎn)等候值班車(接送)時間段的初步整理工作十分必要。

(4) 質(zhì)量控制與檢查及手標(biāo)本的利用問題。以往只能對同天臨近的多條路線手標(biāo)本進(jìn)行目測統(tǒng)一定名后遺棄,然后需要將路線導(dǎo)入至桌面系統(tǒng),初步整理才能開展質(zhì)量控制與檢查發(fā)現(xiàn)問題,現(xiàn)在只要能完善(1)～(3)項(xiàng)功能,實(shí)現(xiàn)APP的自動繪圖及標(biāo)注功能,達(dá)到節(jié)省整理時間的目的,就能及時質(zhì)量控制與檢查,安排第二天工作,同時對手標(biāo)本進(jìn)行加工、管理與鑒定分析(簡易高倍電子放大鏡、礦物巖石光譜快速分析儀、X熒光快速分析儀)。

(5) 關(guān)于結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)與字典庫。以往結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)屬于堆棧式,點(diǎn)擊一個P、R、B過程需要逐一對其屬性結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行(錘擊)選擇,未建立聯(lián)動機(jī)制,如:(左右)填圖單位、點(diǎn)側(cè)、接觸關(guān)系與接觸界線類型、巖性名稱與代號等。解決這個問題需要對PRB過程屬性數(shù)據(jù)聯(lián)動及字典庫結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行流程設(shè)計,避免結(jié)構(gòu)性屬性數(shù)據(jù)選擇錯誤,使野外地質(zhì)人員更專注于P過程(地質(zhì)描述)、R過程(路線描述)、B過程(界線描述)等宏觀地質(zhì)特征的記錄。

2 改進(jìn)建議

2.1 路線地質(zhì)調(diào)查

2.1.1GPS自動采點(diǎn)設(shè)置

GPS自動采點(diǎn)設(shè)置距離應(yīng)隨比例尺自動設(shè)定,圖面間隔米距為1 mm(如:比例尺1∶50 000自動設(shè)置為50 m,比例尺1∶25 000自動設(shè)置為25 m)。因?yàn)閿?shù)據(jù)采集器手圖方里網(wǎng)尺度太大,這個1 mm就是基本標(biāo)尺，便于點(diǎn)距控制。對圖面表示的最小地質(zhì)體寬度(1 mm)、點(diǎn)距選取等實(shí)際工作距離控制很有幫助。

2.1.2GPS采點(diǎn)過程中的PRB分解與聯(lián)動

運(yùn)用GPS采點(diǎn)實(shí)現(xiàn)P、R、B等過程精確采集與繪圖是實(shí)現(xiàn)APP智能化的關(guān)鍵。 GPS與PRB過程的關(guān)系見表1。

表1 PRB過程與GPS定位點(diǎn)的關(guān)系Table 1 Relationship between PRB process and GPS location point

(1) P過程?？臻g位置只與單個GPS坐標(biāo)點(diǎn)有關(guān):點(diǎn)擊“”,再點(diǎn)擊下部展開菜單中的“”,實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)采集坐標(biāo)并彈出對話框一次完成,其他地質(zhì)要素“”、“”、素描(須從“路線數(shù)據(jù)”菜單中調(diào)出)、“”亦有此功能,非常智能、便捷。節(jié)省了后期點(diǎn)要素整理—移動、坐標(biāo)重寫入動作，解決了點(diǎn)要素與GPS坐標(biāo)不一致的問題。

這個功能可進(jìn)一步擴(kuò)展至其他專業(yè)的數(shù)據(jù)采集過程中,如化探采樣、物探點(diǎn)數(shù)據(jù)采集等等。

(2) R過程。空間位置與兩個及以上的GPS坐標(biāo)點(diǎn)有關(guān):數(shù)據(jù)采集APP中已實(shí)現(xiàn)GPS航跡生成,能否實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊“”,點(diǎn)擊“點(diǎn)間(GPS)”(須修改程序添加),拾取GPS一個起點(diǎn)、一個終點(diǎn)生成航跡，轉(zhuǎn)存為點(diǎn)間路線并彈出對話框,省略后期點(diǎn)間路線整理—移動折線點(diǎn)至GPS點(diǎn)上的動作,實(shí)現(xiàn)路線(平面、剖面)距離標(biāo)準(zhǔn)化,解決人為折線移點(diǎn)冗余動作及路線不通過GPS點(diǎn)等問題。

(3) B過程?？臻g位置與單個GPS坐標(biāo)點(diǎn)或P過程及界線走向、傾向有關(guān):是否可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊“”,點(diǎn)擊“點(diǎn)間界線(GPS)”(須修改程序添加),彈出對話框調(diào)用電子羅盤量取界線產(chǎn)狀,通過GPS點(diǎn)生成一條三點(diǎn)走向線(線方向?yàn)閺纳现料?從左至右。Bn,n為非0正整數(shù));點(diǎn)擊“點(diǎn)上界線”(須修改程序添加),彈出對話框調(diào)用電子羅盤量取界線產(chǎn)狀,通過地質(zhì)點(diǎn)(P點(diǎn))生成一條三點(diǎn)走向線(B0)。桌面系統(tǒng)整理只需對界線進(jìn)行“V字形法則”調(diào)整。

(4) PRB過程流程化聯(lián)動。將P、R、B等過程精確采集、智能化繪圖流程與屬性聯(lián)動結(jié)合是實(shí)現(xiàn)APP人性化的關(guān)鍵。

分析一條路線的PRB過程:

① 首點(diǎn)(路線號與地質(zhì)點(diǎn)號相同)的P過程或PB過程;② 路線中同一PRB過程下的RB;③ 路線中PRB過程轉(zhuǎn)換下的(當(dāng)前)R(下一)P、(當(dāng)前)R(下一)P(下一)B過程。

PRB過程流程化聯(lián)動可增加一個PRB按鈕,其程序流程見圖2。

在PRB過程智能化采集中,還需要解決PRB屬性數(shù)據(jù)的繼承問題,如根據(jù)填圖單位、巖性等的繼承問題,地質(zhì)界線左右地層單位自動填寫等等。

2.1.3其他

在文字描述、素描圖對話框及照片編輯中增加“產(chǎn)狀”按鈕,調(diào)用電子羅盤,使產(chǎn)狀格式“傾向∠傾角”。對不反映在手圖圖面上的構(gòu)造如節(jié)理、裂隙、線理、褶皺樞紐等產(chǎn)狀進(jìn)行量取,豐富路線手簿的宏觀記錄。

增加素描、照片方位自動添加功能。增加照片編輯功能,在照片上添加文字說明、產(chǎn)狀、線條等。增加地質(zhì)要素(產(chǎn)狀、樣品、化石、素描、照片)屬性與子圖參數(shù)聯(lián)動機(jī)制。增加斷層產(chǎn)狀與性質(zhì)組合子圖(斷層面產(chǎn)狀子圖+示動盤子圖)。增加PRB對話框中巖性代號;在free圖層中,R過程在路線右側(cè)標(biāo)注巖性簡寫(或巖性代號)。后期桌面系統(tǒng)整理可在左側(cè)畫花紋符號,豐富路線手圖的地質(zhì)表現(xiàn)力。增加信手剖面圖GPS高程信息生成功能,解決擴(kuò)邊路線(段)無法生成的問題。

圖2 建議野外路線數(shù)據(jù)PRB采集APP程序流程圖Fig.2 Proposed flow chart of PRB acquisition APP program for field route data

通過以上功能的完善,為野外數(shù)據(jù)采集的效率及質(zhì)量(取全、取準(zhǔn)、快速)提供有利的保證。一天的野外工作結(jié)束后,回到駐地即可進(jìn)行交流與統(tǒng)一聯(lián)圖,完善信手剖面、小結(jié)、統(tǒng)計工作量與自互檢工作,而后及時導(dǎo)入PRB庫。

階段性整理各小組匯總路線至小組手圖中,導(dǎo)出記錄,編輯手圖、手簿并進(jìn)行項(xiàng)目組檢查,形成野外電子紙介資料(供專抽檢、野外驗(yàn)收用)。

2.2 實(shí)測剖面

實(shí)測剖面的實(shí)質(zhì)就是一條精度更高的地質(zhì)路線。以往受測量技術(shù)限制,采用半儀器法(羅盤、測繩或皮尺)導(dǎo)線測制,由于皮尺較長,仍然存在誤差,需起點(diǎn)、終點(diǎn)控制平差。

實(shí)際操作中,可采用激光角度測距儀結(jié)合GPS采點(diǎn)定位進(jìn)行測制,減小收放拉測繩的工作強(qiáng)度,提高測量精度。如何將激光角度測距儀功能組合至APP中并進(jìn)行鏈接是需要解決的問題。

2.3 工程編錄

2.3.1地質(zhì)界線(分層線)輪廓

在工程素描中,實(shí)際地質(zhì)界線往往不是一條平直的線,一般需要手工描繪,應(yīng)像輪廓線一樣進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)庫管理及繪制。

2.3.2地質(zhì)體內(nèi)的地質(zhì)現(xiàn)象

在工程素描中,地質(zhì)體內(nèi)存在包體、脈體、褶皺、小斷層等地質(zhì)現(xiàn)象,一般需要手工描繪,應(yīng)增加Free圖層像輪廓線一樣采集數(shù)據(jù)繪制。

2.3.3坎、崖、(采)坑、基巖及地貌的素描

對于一些天然或人工的典型地質(zhì)現(xiàn)象露頭——坎、崖、(采)坑、基巖、地貌的素描一般采取信手素描或照片素描,但作為數(shù)字化采集,特別是作為精度較高的重點(diǎn)露頭解剖或在探礦工程中時,信手素描或照片素描往往不能滿足要求。對于這類天然或人工不規(guī)則的露頭,無法建立測線、人力難以協(xié)作測量,應(yīng)考慮建立立體建模建庫模式,如采用立體攝影測量建模、激光角度測距儀建庫等。

2.4 物化探采樣

物化探數(shù)據(jù)(樣品)采集已實(shí)現(xiàn)GPS空間位置聯(lián)動屬性表數(shù)據(jù)采集。設(shè)計的位置滿足采樣需求，即為正常采集；但對于設(shè)計的位置不能滿足采樣要求需要變更的，就缺少(樣品點(diǎn))采集數(shù)據(jù)變更表。尤其是按規(guī)則測網(wǎng)(線)布設(shè)的物化探采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集經(jīng)常存在采樣點(diǎn)位置變更的情況需要說明，樣品采集數(shù)據(jù)變更表是必不可少的。

2.5 數(shù)據(jù)安全與輸出

對于未保存自動關(guān)閉程序,可否加一個自動保存功能？

路線數(shù)據(jù)輸出為野外路線電子手簿W(wǎng)ORD版時,總是先R后B(點(diǎn)上界線描述在下一點(diǎn)間路線描述之后),且無R、B標(biāo)識,應(yīng)完善輸出功能。

3 結(jié)論

通過對數(shù)字填圖野外數(shù)據(jù)采集APP的現(xiàn)狀分析,重點(diǎn)對野外地質(zhì)路線采集PRB過程空間定位與屬性聯(lián)動的功能實(shí)現(xiàn)可行性論述,提出了改進(jìn)建議。

在野外,每個地質(zhì)人員路線整理時間2～3 h不等,耗時耗精力。通過對數(shù)字填圖野外數(shù)據(jù)采集APP的改進(jìn),不但能加快數(shù)據(jù)采集速度,而且能保證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確度,還節(jié)省大量的野外整理時間,產(chǎn)生的效果亦十分顯著。

地質(zhì)大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)到來,各種新方法、新技術(shù)、新設(shè)備層出不窮。只有將新方法、新技術(shù)、新設(shè)備充分融合,才能使野外地質(zhì)調(diào)查更人性、快捷、智能。野外地質(zhì)一線人員不具備軟件開發(fā)能力,值此“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的時代環(huán)境下,提出數(shù)字填圖APP改進(jìn)建議,以期有能力的個人或單位采納借鑒。

致謝:本文是作者承擔(dān)多個中國地質(zhì)調(diào)查局工作項(xiàng)目使用數(shù)字填圖系統(tǒng)APP的心得。成文過程中,得到了中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心張萬平研究員、李光明研究員,及局發(fā)展研究中心袁桂香研究員的悉心指導(dǎo),在此一并表示衷心的感謝。