郝 明，張建龍*，鄧昌榮，梁 虹

（1.成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川 成都 610081）

基于3S技術(shù)的野外地質(zhì)工作管理與服務(wù)體系

郝 明1，張建龍1*，鄧昌榮1，梁 虹1

（1.成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川 成都 610081）

通過對(duì)3S技術(shù)、北斗技術(shù)、網(wǎng)格技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的集成協(xié)同研究，搭建了西南地區(qū)野外地質(zhì)調(diào)查生產(chǎn)調(diào)度、突發(fā)事件、應(yīng)急處置的遠(yuǎn)程服務(wù)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)體系和管理平臺(tái)，建立了基于3S技術(shù)的野外地質(zhì)工作管理與安全保障服務(wù)的4級(jí)結(jié)構(gòu)體系。在西南地區(qū)開展了不同地貌特征、不同類型項(xiàng)目的示范應(yīng)用，形成了以“成都地質(zhì)調(diào)查中心→省級(jí)地調(diào)院（野外工作站）→野外駐地→單兵”為主線的野外地質(zhì)工作管理與服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)了野外地質(zhì)調(diào)查工作的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理與服務(wù)，最大化地保障了地質(zhì)隊(duì)員的人身安全，構(gòu)建了現(xiàn)代野外地質(zhì)工作管理與服務(wù)的新模式，對(duì)全面推進(jìn)地質(zhì)工作的現(xiàn)代化具有重要意義。

3S技術(shù)；北斗技術(shù)；地質(zhì)調(diào)查；管理服務(wù)；安全保障

野外地質(zhì)調(diào)查工作通常在艱險(xiǎn)地區(qū)開展，野外獲得的第一手信息極為寶貴。受制于個(gè)人能力和觀察環(huán)境，野外觀察可能會(huì)漏掉極為有用的信息。為有效在野外一線獲取地質(zhì)數(shù)據(jù)，并使其信息量盡可能豐富和準(zhǔn)確，通過現(xiàn)代化工具實(shí)現(xiàn)野外地質(zhì)工作部署、專家會(huì)診、遠(yuǎn)程指導(dǎo)等方面的需求越來越迫切[1]。

野外地質(zhì)工作的特點(diǎn)是點(diǎn)多線長(zhǎng)、高度流動(dòng)、分散作業(yè)，工作點(diǎn)遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，交通和通信極其不便，地質(zhì)隊(duì)員可能遭遇各種困難，如遇到野獸、迷路和車輛拋錨等。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在青藏高原設(shè)立了拉薩、西寧、格爾木、烏魯木齊、喀什5個(gè)野外工作站，提供野外安全保障和后勤服務(wù)[2]，但是近年野外地質(zhì)工作事故還是頻發(fā)，北京、西安地質(zhì)單位的6位隊(duì)員在可可西里遇難[3-4]，野外地質(zhì)隊(duì)員的安全保障工作形勢(shì)嚴(yán)峻，亟待加強(qiáng)。

為了解決野外地質(zhì)工作、管理、服務(wù)與安全保障等方面存在的諸多問題，國(guó)土資源部于2010年啟動(dòng)了公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“基于3S技術(shù)的野外地質(zhì)工作管理與服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”，在西南地區(qū)開展了基于3S技術(shù)的野外地質(zhì)工作管理與服務(wù)的4級(jí)結(jié)構(gòu)體系示范應(yīng)用，取得了非常好的效果，驗(yàn)證了該體系的可行性。

1 體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

將部署在西南地區(qū)的大區(qū)中心結(jié)點(diǎn)、各省級(jí)地質(zhì)調(diào)查院結(jié)點(diǎn)、野外工作站結(jié)點(diǎn)、野外駐地結(jié)點(diǎn)和野外地質(zhì)隊(duì)員手持式移動(dòng)北斗終端結(jié)點(diǎn)，通過3S技術(shù)、北斗技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)格技術(shù)鏈接起來，形成互聯(lián)互通、結(jié)構(gòu)層次分明的結(jié)點(diǎn)體系。以西南大區(qū)中心結(jié)點(diǎn)為第1級(jí)點(diǎn)，建立4級(jí)樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；并以西南大區(qū)中心結(jié)點(diǎn)作為中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局下屬子結(jié)點(diǎn)，形成全國(guó)性的結(jié)點(diǎn)體系。

1.1 體系架構(gòu)

該體系以西南大區(qū)中心結(jié)點(diǎn)為第1級(jí)結(jié)點(diǎn)，以四川省地質(zhì)調(diào)查院、云南省地質(zhì)調(diào)查院、西藏自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院和拉薩工作站為第2級(jí)結(jié)點(diǎn)，以野外駐地結(jié)點(diǎn)為第3級(jí)結(jié)點(diǎn)，以野外地質(zhì)隊(duì)員（單兵）為第4級(jí)結(jié)點(diǎn)。各級(jí)結(jié)點(diǎn)間采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，下級(jí)結(jié)點(diǎn)接收（發(fā)出）的信息能被它所有的上級(jí)結(jié)點(diǎn)管理，同時(shí)，上級(jí)結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息也可以被下級(jí)結(jié)點(diǎn)接收，如圖1所示。

圖1 體系架構(gòu)圖

圖2 功能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

1.2 體系建設(shè)

體系建設(shè)工作包括成都地質(zhì)調(diào)查中心結(jié)點(diǎn)建設(shè)、省級(jí)地調(diào)院結(jié)點(diǎn)建設(shè)、拉薩工作站結(jié)點(diǎn)建設(shè)、野外駐地結(jié)點(diǎn)建設(shè)和野外地質(zhì)隊(duì)員移動(dòng)結(jié)點(diǎn)建設(shè)。

1）硬件建設(shè)。各結(jié)點(diǎn)除了配備基本的服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)外，還相應(yīng)地配置了北斗中心式指揮機(jī)、北斗普通型指揮機(jī)、北斗藍(lán)牙通信與定位模塊、掌上電腦等設(shè)備，各結(jié)點(diǎn)主要設(shè)備部署及用途，如表1所示。

2）軟件建設(shè)。在各節(jié)點(diǎn)部署了GSIGrid野外地質(zhì)調(diào)查管理服務(wù)與安全保障系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、人員信息查詢、北斗短信查詢、路線追蹤、緊急搜救、交互通信和路徑分析等功能。系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3）數(shù)據(jù)庫建設(shè)。建立了西南地區(qū)野外地質(zhì)工作基本信息庫，包括單位信息庫、人員信息庫和北斗設(shè)備數(shù)據(jù)庫等。

表1 各結(jié)點(diǎn)主要設(shè)備部署及用途

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

1）北斗衛(wèi)星技術(shù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)正在實(shí)施的自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由空間段、地面段和用戶段3部分組成?？臻g段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等若干個(gè)地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端[5]。

2）3S技術(shù)。GIS是具有采集、存儲(chǔ)、處理、查詢、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[6]。RS為人類觀測(cè)地球表層系統(tǒng)的巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈各圈層之間的動(dòng)態(tài)變化、相互作用、相互關(guān)系提供了全面系統(tǒng)、快速準(zhǔn)確的信息獲取手段[7]。20世紀(jì)90年代，GPS、RS和GIS三者的集成應(yīng)用[8]，構(gòu)成了整體的、實(shí)時(shí)的和動(dòng)態(tài)的對(duì)地觀測(cè)、分析和應(yīng)用的運(yùn)行系統(tǒng)。

2 示范應(yīng)用介紹

西南地區(qū)江河縱橫、湖泊棋布，有人煙稀少，環(huán)境惡劣的青藏高原，也有植被茂密，高差起伏的高山峽谷，是我國(guó)地形地貌最為復(fù)雜的地區(qū)。這些迥異的地形地貌特征，為基于3S技術(shù)的野外地質(zhì)工作管理與服務(wù)體系的驗(yàn)證提供了良好的場(chǎng)所。成都地質(zhì)調(diào)查中心聯(lián)合四川、云南、西藏地調(diào)院（拉薩工作站）在不同地貌環(huán)境下開展了不同類型項(xiàng)目（區(qū)調(diào)、礦調(diào)、遙感地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害）的示范應(yīng)用，如圖3所示。

圖3 西南地區(qū)示范項(xiàng)目分布圖

2.1 實(shí)例應(yīng)用

1）在“云南1∶5萬師宗、瀘西、隆德、舍得幅區(qū)調(diào)”項(xiàng)目進(jìn)行野外示范期間，開展了3S技術(shù)在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查野外工作中的業(yè)務(wù)交流及指導(dǎo)和生產(chǎn)調(diào)度等方面的應(yīng)用。中心領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)專家通過北斗衛(wèi)星通信功能與野外項(xiàng)目組人員進(jìn)行了溝通和業(yè)務(wù)交流，掌握了野外現(xiàn)場(chǎng)的工作實(shí)施情況。地質(zhì)人員將野外現(xiàn)場(chǎng)遇到的難題向室內(nèi)專家求證咨詢，專家們現(xiàn)場(chǎng)對(duì)問題進(jìn)行研討，并將形成的建議反饋給野外項(xiàng)目組，從而保證了野外工作的順利開展，提高了野外地質(zhì)調(diào)查工作的精度和質(zhì)量（見圖4）。

2）“班公湖—怒江成礦帶礦產(chǎn)資源地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目在藏北進(jìn)行野外示范期間，由于連續(xù)幾天的下雨，項(xiàng)目組一支分隊(duì)的越野車陷車，幾經(jīng)周折也無法將車開出。該分隊(duì)迅速利用北斗藍(lán)牙模塊發(fā)送報(bào)警短信，野外駐地、拉薩工作站、承擔(dān)該項(xiàng)目的四川地質(zhì)調(diào)查院和成都地調(diào)中心同時(shí)收到報(bào)警信息，根據(jù)報(bào)警短信的定位坐標(biāo)，確定了陷車的位置，統(tǒng)一指揮調(diào)度展開聯(lián)合救援，根據(jù)追蹤到的野外地質(zhì)隊(duì)員移動(dòng)軌跡，安排距離陷車位置最近的車輛前去救援，并成功將陷車救出，如圖5所示。

圖4 示范應(yīng)用一

圖5 示范應(yīng)用二

2.2 示范應(yīng)用分析

1）實(shí)現(xiàn)了野外地質(zhì)工作實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理與服務(wù)。承擔(dān)單位或相關(guān)管理部門可隨時(shí)了解野外地質(zhì)項(xiàng)目的實(shí)施情況、野外地質(zhì)隊(duì)員的工作區(qū)域，可對(duì)野外隊(duì)員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)；野外地質(zhì)隊(duì)員也可把野外的重要成果和進(jìn)展及時(shí)向相關(guān)部門進(jìn)行匯報(bào)，如需要調(diào)整工作部署，領(lǐng)導(dǎo)和專家可快速作出回應(yīng)。管理部門可以把項(xiàng)目管理各階段工作通知野外人員，提醒他們做好相關(guān)的準(zhǔn)備；管理人員可把其他項(xiàng)目取得的進(jìn)展和成果通知野外地質(zhì)隊(duì)員，使得隊(duì)員可以在自己的工作中加以關(guān)注。

2）最大化地為野外地質(zhì)隊(duì)員提供了安全保障。野外地質(zhì)隊(duì)員一旦遇到危險(xiǎn)等緊急情況，可以一鍵式報(bào)警或發(fā)送信息求援，野外駐地、野外工作站、項(xiàng)目實(shí)施單位和管理單位等可聯(lián)合行動(dòng)，統(tǒng)一調(diào)度指揮救援，同時(shí)野外地質(zhì)隊(duì)員通過北斗的位置信息，可以形成野外地質(zhì)隊(duì)員路線軌跡，為實(shí)施救援提供了重要的參考信息，實(shí)現(xiàn)安全服務(wù)的新模式。

3 結(jié) 語

通過建立的西南地區(qū)基于3S技術(shù)的野外地質(zhì)工作管理與服務(wù)體系，為西南地區(qū)野外地質(zhì)工作管理、安全保障提供了現(xiàn)代化的技術(shù)方法，形成了野外地質(zhì)調(diào)查生產(chǎn)管理、突發(fā)事件應(yīng)急處置和遠(yuǎn)程服務(wù)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)體系，為管理部門和野外地質(zhì)調(diào)查人員提供了地質(zhì)調(diào)查工作管理與服務(wù)的新模式。隨著北斗技術(shù)的發(fā)展，其在地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用將越來越成熟，作用越來越大。

[1] 李超嶺,劉暢,劉園園,等.基于3S技術(shù)的野外地質(zhì)調(diào)查工作管理與服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用示范[M].北京∶地質(zhì)出版社,2013

[2] 何凱濤,李志忠,汪大明.基于遙感衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星的野外地質(zhì)調(diào)查服務(wù)與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào),2012(3)∶203-212

[3] 光明網(wǎng).3名地質(zhì)隊(duì)員在可可西里失蹤[EB/OL]. http∶//tech. gmw.cn/2012-03/03/content_3696926_2.html,2012-03-03/2015-05-22

[4] 西部網(wǎng)新聞?lì)l道.陜西3名地質(zhì)隊(duì)員在可可西里失蹤[EB/ OL]. http∶//news.cnwest.com/node_34186.html, 2015-05-22

[5] 丁辰.北斗導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要作用[J].射頻世界,2010(4)∶9-12

[6] Habibah Lateh, Vasugiammai Muniandy. ICT Implementation among Malaysian Schools∶ GIS, Obstacles and Opportunities[J]. Procedia Social and Behavioral Sciences, 2010(2)∶2 846-2 850

[7] 薛重生.遙感技術(shù)在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用研究[J].地質(zhì)科技情報(bào),1997(增刊1)∶15-22

[8] 李德仁.地球空間信息學(xué)的機(jī)遇[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2004,29(9)∶753-756

P208

B

1672-4623（2016）05-0055-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.017

郝明，博士，工程師，研究方向?yàn)镽S與GIS應(yīng)用。

2015-06-04。

項(xiàng)目來源：國(guó)土資源部公益性行業(yè)基金資助項(xiàng)目（201011010）；中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查資助項(xiàng)目（121201010000150007 ）。（*為通訊作者）