孫建平，張樂勤，萬詩文

（1.池州學(xué)院 資源環(huán)境學(xué)院，安徽池州247000；2.池州市國土資源規(guī)劃勘測院，安徽池州247000）

野外數(shù)據(jù)是進(jìn)行礦產(chǎn)資源勘查的基礎(chǔ)資料，其質(zhì)量直接影響礦產(chǎn)資源的開采率和經(jīng)濟(jì)效益。野外數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容既包括巖石的巖性、磁場值等屬性信息，也包括興趣點(diǎn)的空間定位信息以及礦產(chǎn)資源的空間形態(tài)信息（點(diǎn)、線、面等）。具有信息種類繁多、內(nèi)容復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)[1]。目前我國大部分地區(qū)礦產(chǎn)資源勘查工作仍然停留在傳統(tǒng)人工作業(yè)模式，數(shù)據(jù)采集主要是手工方式記錄野外數(shù)據(jù)，再對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理篩選，最終輸入到數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一管理和分析，不僅工作量大、效率低、而且容易發(fā)生錄入錯(cuò)誤[2]。此外進(jìn)行野外勘查工作，還要收集與研究區(qū)域相關(guān)的大量紙質(zhì)圖件和資料，也不方便攜帶和查詢。

隨著GIS技術(shù)的快速發(fā)展，其與移動(dòng)智能終端和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合形成的移動(dòng)GIS技術(shù)成為21世紀(jì)地理信息領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，已經(jīng)成功地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，例如重慶移動(dòng)規(guī)劃辦公系統(tǒng)、青島的“掌上世園游”系統(tǒng)、山東省情移動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)都是移動(dòng)GIS技術(shù)的典型應(yīng)用。移動(dòng)GIS不僅能提供導(dǎo)航定位服務(wù)，還能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、管理和分析，將其運(yùn)用于礦產(chǎn)資源調(diào)查工作中可以大幅地提高野外數(shù)據(jù)采集和處理的效率，也能快速地建立礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理、更新和共享。工作人員還能將測區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)電子化隨身攜帶，在任何地點(diǎn)、任何時(shí)候都能查詢到任何需要的數(shù)據(jù)，達(dá)到3A（anytime，anywhere，anything）效果[3]。

1 移動(dòng)GIS介紹

移動(dòng)GIS，即移動(dòng)地理信息系統(tǒng)，目前有兩種定義方式，即狹義與廣義之分，狹義的移動(dòng)GIS是指運(yùn)行于移動(dòng)終端并具有桌面GIS功能的移動(dòng)GIS系統(tǒng)，它不存在與服務(wù)器的交互，是一種離線運(yùn)行模式;廣義的移動(dòng)GIS是一種集成系統(tǒng)，是GIS，GNSS(衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng))、移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)等技術(shù)的集成，需要移動(dòng)終端與服務(wù)器進(jìn)行交互，此模式較單機(jī)模式相對復(fù)雜，屬于集成式的服務(wù)系統(tǒng)，可以隨時(shí)隨地獲取需要的信息和服務(wù)[4-5]。文章所描述的野外數(shù)據(jù)采集信息化系統(tǒng)采用的是后一種模式，既能從服務(wù)器端獲取研究區(qū)域相關(guān)的數(shù)據(jù)，又能將工作人員在野外采集到的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析。

1.1移動(dòng)GIS的特點(diǎn)

移動(dòng)GIS是利用移動(dòng)終端在野外完成數(shù)據(jù)的采集與處理等工作，因此除了具有傳統(tǒng)GIS的特點(diǎn)外還有以下特點(diǎn)：

1.1.1移動(dòng)性 即GIS設(shè)備不需要固定在某個(gè)地點(diǎn)，不受運(yùn)行平臺(tái)和傳輸介質(zhì)的限制，并且能夠與服務(wù)器實(shí)時(shí)交互，即工作人員可以攜帶移動(dòng)終端到任何工作地點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，而且可以獲取服務(wù)器端的數(shù)據(jù)和地理服務(wù)，滿足工作需求[6-7]。

1.1.2數(shù)據(jù)資源多樣性、分散性 在野外作業(yè)中，用戶所需信息通常都是多種多樣的，單一的數(shù)據(jù)源往往不能滿足要求，因此要求移動(dòng)系統(tǒng)支持多種多樣的傳輸方式。用戶通過需確定數(shù)據(jù)和信息需求，將數(shù)據(jù)和信息在移動(dòng)終端和服務(wù)器端進(jìn)行傳輸[7]。

1.1.3離線與在線的結(jié)合性 離線與在線的移動(dòng)GIS應(yīng)用各有優(yōu)勢。離線應(yīng)用的數(shù)據(jù)在本地存儲(chǔ)，可以使移動(dòng)終端剝離無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為用戶提供去網(wǎng)絡(luò)化的功能集成服務(wù)，進(jìn)行更深入的數(shù)據(jù)應(yīng)用與挖掘，在線應(yīng)用的優(yōu)勢則在于對移動(dòng)端本地存儲(chǔ)要求低，而且可以實(shí)時(shí)看到數(shù)據(jù)的更新[8-9]。

1.2體系結(jié)構(gòu)

移動(dòng)GIS的架構(gòu)主要包括客戶端、服務(wù)器和數(shù)據(jù)源三部分，分別承載在表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層，如圖1所示。其中表現(xiàn)層是移動(dòng)GIS客戶端的承載層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)展現(xiàn)及用戶交互，能夠支持各種移動(dòng)終端，如平板電腦，智能手機(jī)等；業(yè)務(wù)邏輯層是整個(gè)系統(tǒng)的核心，包含大量的GIS服務(wù)和功能，能夠?qū)崟r(shí)與表現(xiàn)層和數(shù)據(jù)層進(jìn)行交互，大量的數(shù)據(jù)處理、計(jì)算與分析均在該層完成；數(shù)據(jù)層即管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，是移動(dòng)GIS的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，為業(yè)務(wù)邏輯層提供所需要的各種數(shù)據(jù)，能夠?qū)⒍嘣磾?shù)據(jù)進(jìn)行有效的集成和管理[10]。

圖1 體系結(jié)構(gòu)圖

2 池州市礦產(chǎn)資源勘查現(xiàn)狀

池州市礦產(chǎn)資源豐富，礦產(chǎn)品產(chǎn)值占市國內(nèi)生產(chǎn)總值的12.4%，礦業(yè)經(jīng)濟(jì)是工業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一。池州市現(xiàn)有礦山360余個(gè)，其中小礦多，大中型礦少，單一礦少，混合礦多，資源勘查量大，但在目前的野外勘查工作中，大部分工作都是純?nèi)斯ね瓿?，存在著工作量大，工作效率低且?shù)據(jù)安全性低等弊端[11]。由于勘查進(jìn)度緩慢，直接影響礦產(chǎn)資源開采量，而且造成大量的資源浪費(fèi)。近幾年來，隨著池州經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源消耗大大加快。因此，加大礦產(chǎn)資源勘查投入，加強(qiáng)高新技術(shù)在野外礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用，提高礦產(chǎn)資源開采率，已是當(dāng)務(wù)之急。

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用

文章針對目前礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)采集存在的問題，結(jié)合移動(dòng)GIS技術(shù)，給出了一套完整的從硬件到軟件的礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)采集信息化的解決方案，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于移動(dòng)GIS的礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)采集信息化系統(tǒng)，從而提高野外數(shù)據(jù)采集處理的能力。

3.1開發(fā)平臺(tái)

采用的移動(dòng)終端為天寶軍工級(jí)平板電腦Yuma，操作系統(tǒng)為Windows 7專業(yè)版，32GB硬盤存儲(chǔ)，Intel Atom雙核CPU，電池可續(xù)航8小時(shí)，內(nèi)置GPS差分精度可達(dá)2到5米。顯示屏在陽光直射下能保證良好的可見性，能滿足用戶的多種網(wǎng)絡(luò)連接需求。

數(shù)據(jù)采集信息化系統(tǒng)以Microsoft Visual Studio 2010為開發(fā)平臺(tái)，采用C#編程語言，ArcGIS Engine10組件庫和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle進(jìn)行系統(tǒng)的研究和開發(fā)，有較好的可行性。

3.2存在問題及解決方案

3.2.1多源數(shù)據(jù)導(dǎo)航 數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵工作是獲取異常點(diǎn)的信息，因此確定異常點(diǎn)的位置是一個(gè)關(guān)鍵的問題。通常的做法是依靠GPS導(dǎo)航完成，大多數(shù)導(dǎo)航是基于矢量數(shù)據(jù)的。而很多勘查工作集中在山區(qū)，缺乏時(shí)效性強(qiáng)的矢量數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)通過矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和失柵一體化的方式解決基于數(shù)字柵格地圖（DRG）和數(shù)字正射影像（DOM）的精確導(dǎo)航問題，即實(shí)現(xiàn)基于地形圖和影像圖的多源數(shù)據(jù)導(dǎo)航。

3.2.2空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 系統(tǒng)在運(yùn)行過程中要實(shí)時(shí)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，數(shù)據(jù)既包括文字、數(shù)字等屬性信息，又包括空間位置和巖石形態(tài)等空間信息，因此為了實(shí)現(xiàn)信息化管理和數(shù)據(jù)共享，要構(gòu)建空間數(shù)據(jù)庫。本系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)為Oracle，為了使常規(guī)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫能夠存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)，采用空間數(shù)據(jù)庫引擎ArcSDE來進(jìn)行空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建。

3.2.3數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 由于礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)由不同的儀器設(shè)備獲取，數(shù)據(jù)來源不同，格式差異大，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，需要連同樣品號(hào)以及相關(guān)的說明性數(shù)據(jù)一起組成空間數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，這需要解決多源數(shù)據(jù)的集成問題。首先根據(jù)數(shù)據(jù)與平板電腦的連接方式不同，選擇不同的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配；其次需要解決數(shù)據(jù)與GPS位置一致性問題；最后將相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，以壓縮二進(jìn)制的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，以節(jié)省嵌入式數(shù)據(jù)庫的空間。

3.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)能夠通過移動(dòng)終端設(shè)備來完成礦產(chǎn)資源勘查中的路線導(dǎo)航、勘查路線設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和成圖等工作，系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖2所示。

3.3.1路線導(dǎo)航 野外工作首先在要進(jìn)行路線導(dǎo)航工作，系統(tǒng)可以訪問基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，加載底圖數(shù)據(jù)，要實(shí)現(xiàn)程序與內(nèi)置的GPS接收機(jī)的連接，通過接收GPS信號(hào)來獲取定位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前點(diǎn)位居中顯示及漫游等功能。由于在礦產(chǎn)資源勘查中需要進(jìn)行剖面測量工作，用戶可以通過點(diǎn)選或者坐標(biāo)輸入的方式選擇目標(biāo)點(diǎn)，獲取目標(biāo)點(diǎn)距當(dāng)前點(diǎn)的距離和方位。

3.3.2勘查路線設(shè)計(jì) 進(jìn)行資源勘查工作通常要采集異常點(diǎn)的磁場值、磁化率值等，并進(jìn)行地質(zhì)剖面測量，因此需要事先設(shè)計(jì)勘查路線，為進(jìn)行剖面測量提供參考，并進(jìn)行導(dǎo)航。勘查路線設(shè)計(jì)提供了兩種方法，一是在底圖上通過點(diǎn)選確定剖面起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)，然后根據(jù)工作要求確定測量線路的點(diǎn)間距，二是通過坐標(biāo)輸入的方法確定起始點(diǎn)，然后在圖中定位，進(jìn)而輸入點(diǎn)間距，但在實(shí)際工作中，會(huì)遇到一些特殊情況，比如工作人員發(fā)現(xiàn)某地磁場變化過大時(shí)，可能要減小點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離，即要進(jìn)行測線加密，系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況對原有選定點(diǎn)范圍內(nèi)的測線進(jìn)行加密。以上方法同樣適合于進(jìn)行測網(wǎng)的設(shè)計(jì)，只是將確定點(diǎn)間距改為確定線間距。

3.3.3數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)的核心模塊，資源勘查工作中野外數(shù)據(jù)采集涉及到的內(nèi)容很多，如物性數(shù)據(jù)、重力數(shù)據(jù)、剖面數(shù)據(jù)等，目前系統(tǒng)根據(jù)研究區(qū)域的工作要求可以進(jìn)行物性數(shù)據(jù)和剖面數(shù)據(jù)采集，但是系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，可以根據(jù)實(shí)際需要增加其他數(shù)據(jù)的采集功能。

在物性數(shù)據(jù)采集中，要確定物性點(diǎn)的巖性和磁化率值，以及該點(diǎn)的相關(guān)屬性信息，如點(diǎn)號(hào)、地理坐標(biāo)等，如果打標(biāo)本還要記錄標(biāo)本號(hào)，此外可以對采集的磁化率值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如計(jì)算均值、最值、方差等。系統(tǒng)能夠自動(dòng)獲取經(jīng)緯度和高程坐標(biāo)，工作人員需手動(dòng)錄入磁化率值和巖性信息，錄入磁化率值后，各種統(tǒng)計(jì)信息（最大值、最小值、平均值、均方差等）可由后臺(tái)計(jì)算得出，如信息輸入錯(cuò)誤，可刪除后重新輸入。確保數(shù)據(jù)輸入無誤，即可將數(shù)據(jù)存入測量項(xiàng)目的磁化率屬性表中。工作人員可以事先設(shè)計(jì)采樣個(gè)數(shù)，當(dāng)采樣數(shù)達(dá)到預(yù)期的要求時(shí)，程序會(huì)有提示功能。

剖面測量是在事先設(shè)計(jì)好的測線上按一定間距測量磁場值，有露頭時(shí)測量磁化率和巖石的巖性及三要素。數(shù)據(jù)采集時(shí)用戶在輸入剖面名稱和點(diǎn)間距后即可得到點(diǎn)號(hào)，點(diǎn)號(hào)的命名規(guī)則是“剖面名+該點(diǎn)距原點(diǎn)的距離”，這是為了后期畫堆疊圖方便。當(dāng)工作人員發(fā)現(xiàn)磁場值變化較大時(shí)，可以加密測線。經(jīng)緯度和高程坐標(biāo)可以直接讀取，磁場值、巖性、巖石三要素、備注等可信息由工作人員自己輸入。

3.3.4數(shù)據(jù)成圖 對于采集到的野外數(shù)據(jù)，可以通過野外終端直接處理并進(jìn)行成圖，數(shù)據(jù)成圖分為磁化率統(tǒng)計(jì)圖、磁場剖面圖、地質(zhì)剖面圖和巖石物性分布圖等，可以根據(jù)制圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行符號(hào)化，并進(jìn)行地圖整飾。通過這些圖件更直觀地分析研究區(qū)域內(nèi)的礦石分布情況，提高找礦價(jià)值。

3.3.5空間分析與查詢 野外數(shù)據(jù)除了可進(jìn)行成圖之外，還可以進(jìn)行簡單的查詢與分析，如通過距離分析在地圖上丈量長度和面積，通過鄰近度確定地圖要素間的關(guān)系等，通過空間分析與查詢可以幫助用戶更好地發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，做進(jìn)一步的處理工作。

3.3.6數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)在工作的過程中要實(shí)時(shí)與數(shù)據(jù)庫發(fā)生交互，數(shù)據(jù)庫主要包括兩個(gè)部分，即基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和勘查數(shù)據(jù)庫，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中保存用于導(dǎo)航的底圖文件、成圖的符號(hào)庫以及與測區(qū)相關(guān)的數(shù)據(jù)，而勘查數(shù)據(jù)庫用于保存采集到的數(shù)據(jù)及可視化后的圖件。

3.4野外實(shí)驗(yàn)情況

為了檢驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)用性和穩(wěn)定性，在池州市黃山嶺礦區(qū)進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)，工作人員利用移動(dòng)終端進(jìn)行了導(dǎo)航、測網(wǎng)測線設(shè)計(jì)、磁化率數(shù)據(jù)采集、磁場數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)成圖等功能的測試，系統(tǒng)穩(wěn)定性良好，能夠滿足野外工作要求，圖3和圖4是進(jìn)行物性數(shù)據(jù)和剖面數(shù)據(jù)采集的界面，圖3和圖4為利用采集數(shù)據(jù)繪制的磁場剖面圖和地質(zhì)剖面圖。

圖3 磁場剖面圖

圖4 地質(zhì)剖面圖

4 結(jié)論

為了提高礦產(chǎn)資源勘查的工作效率，以Trimble Yuma為平臺(tái)，設(shè)計(jì)并開發(fā)了適合野外實(shí)際應(yīng)用的野外數(shù)據(jù)采集信息化系統(tǒng)，界面友好、操作簡單、方便實(shí)用。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無紙化作業(yè)，獲取高精度GPS定位信息，進(jìn)行路線導(dǎo)航，數(shù)據(jù)采集、勘查路線設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)成圖及空間查詢和分析，通過一系列測試，能夠滿足野外數(shù)據(jù)采集及信息化的要求，大大提高了野外工作效率。但目前系統(tǒng)的設(shè)計(jì)只是實(shí)現(xiàn)了較常規(guī)的數(shù)據(jù)采集及處理功能，具有良好的可擴(kuò)展性，隨著移動(dòng)終端硬件設(shè)施不斷提高，后面還可以進(jìn)一步深入研究，如加入地理統(tǒng)計(jì)等空間分析功能，對采集到的數(shù)據(jù)不僅能夠進(jìn)行可視化處理，還能夠進(jìn)行更深層次的分析，以對礦產(chǎn)資源的開采和規(guī)劃利用提供幫助。

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