羅曉鋒 鄭有偉 朱雪鋒 田兵 王艷艷

摘要：隨著“數(shù)字地球”戰(zhàn)略的提出和“數(shù)字國(guó)土”工程的啟動(dòng)，數(shù)字化填圖技術(shù)已成為區(qū)域地質(zhì)調(diào)查發(fā)展的必然趨勢(shì)，新的時(shí)代需求給當(dāng)代大學(xué)地質(zhì)專業(yè)野外實(shí)習(xí)提出了更高的要求。本文以北京周口店為例，在闡述數(shù)字化填圖技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)地質(zhì)填圖方法的缺陷，基于國(guó)家地質(zhì)調(diào)查局推廣使用的數(shù)字化填圖系統(tǒng)RGMAP，從前期準(zhǔn)備、野外實(shí)習(xí)、后期成圖等階段，探討了野外地質(zhì)實(shí)習(xí)中數(shù)字化地質(zhì)填圖技術(shù)的應(yīng)用情況和存在問(wèn)題，為地質(zhì)專業(yè)野外實(shí)習(xí)應(yīng)用數(shù)字化填圖技術(shù)提供了參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化填圖技術(shù);區(qū)域地質(zhì)調(diào)查;野外地質(zhì)實(shí)習(xí);RGMAP

中圖分類號(hào)：G642??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Application?of?Digital?Mapping?Technique?in?the?Field?Geological?Practice

Luo?Xiaofeng1????Zheng?Youwei1???Zhu?Xuefeng1???Tian?Bing1??Wang?Yanyan2

1.Institute?of?Mining?and?Coal，?Inner?Mongolia?University?of?Science?&?Technology?Inner?MongoliaBaotou?014010;2.Engineering?Training?Center，?Inner?Mongolia?University?of?Science?&?Technology??Inner?MongoliaBaotou???014010

Abstract：?With?the?introduction?of?digital?earth?strategy?and?the?launch?of?digital?land?project，?digital?mapping?technique?is?an?inevitable?trend?of?regional?geological?survey?in?the?information?age，?and?the?demand?of?the?new?era?puts?forward?higher?requirements?for?the?field?geological practice?teaching?of?geological?majors?in?contemporary?universities.?In?the?Zhoukoudian?village，?for?example，?this?paper?on?the?basis?of?digital?mapping?technique，?in?view?of?the?defects?of?the?traditional?geological?mapping?method?based?on?the?National?Geological?Survey，?promote?the?use?of?RGMAP?digital?mapping?system，?from?the?preparation，?the?field?practice，?the?last?stage?of?mapping，?etc，?this?paper?discusses?the?field?geological?practice?in?the?application?of?digital?geological?mapping?technology?and?the?existing?problems，?It?provides?reference?for?the?application?of?digital?geological?mapping?technique?in?geological?field?practice.

Keywords：?digital?mapping?technique;?regional?geological?survey;?field?geological?practice;RGMAP

地質(zhì)填圖是地質(zhì)專業(yè)最基礎(chǔ)性的工作，因此是該專業(yè)學(xué)生必須掌握的一項(xiàng)基本技能。隨著“數(shù)字地球”戰(zhàn)略的提出和“數(shù)字國(guó)土”工程的啟動(dòng)[1]，國(guó)家、社會(huì)、企業(yè)、高校等對(duì)地質(zhì)填圖在內(nèi)容、方法、技術(shù)和精度上都提出了更高的要求，傳統(tǒng)的地質(zhì)填圖已無(wú)法滿足當(dāng)今信息化時(shí)代發(fā)展的需要，數(shù)字化地質(zhì)填圖技術(shù)正是在這種歷史背景下應(yīng)運(yùn)而生，它也是信息時(shí)代地質(zhì)學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)[2]。

過(guò)去，人們常采用傳統(tǒng)地質(zhì)填圖[3-5]，即通過(guò)野外踏勘和觀測(cè)，將獲得的第一手基礎(chǔ)資料記錄在紙質(zhì)野外工作簿上，并將相應(yīng)的地質(zhì)點(diǎn)及界限標(biāo)繪在地形圖上，連接并繪制成地質(zhì)圖件。這種填圖方法基本能滿足普通需求，但在填圖效率、使用便捷性、數(shù)據(jù)采集精度、可存儲(chǔ)量等方面存在著諸多缺陷，導(dǎo)致地質(zhì)資源信息不能及時(shí)充分得以利用[6-7]。而開(kāi)展數(shù)字化填圖技術(shù)后，地質(zhì)填圖過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集、圖件繪制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖件共享等全部采用信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)調(diào)查全過(guò)程的信息化，這是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。

一、數(shù)字化填圖技術(shù)

地質(zhì)填圖是將野外觀察到的各種地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象按一定比例尺投繪在地理底圖上構(gòu)成地質(zhì)圖的過(guò)程;數(shù)字化地質(zhì)填圖技術(shù)以地質(zhì)理論為基礎(chǔ)，利用地質(zhì)“新三大件”即掌上電腦、數(shù)碼相機(jī)和GPS對(duì)野外地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行采集，通過(guò)數(shù)字化地質(zhì)填圖系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)建立基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用建立的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行剖面圖繪制和地質(zhì)圖填繪過(guò)程，最終形成并輸出各類地質(zhì)圖件的全過(guò)程數(shù)字化技術(shù)。

（一）設(shè)備裝置

數(shù)字化地質(zhì)填圖所需要的主要設(shè)備包括：①掌上電腦。主要用于野外采集數(shù)據(jù)，2018之前我校主要租用中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）周口店實(shí)習(xí)基地的掌上機(jī);近幾年，隨著智能手機(jī)的普及，配備Android2.2版本操作系統(tǒng)的普通智能手機(jī)均可滿足需要，針對(duì)手機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出了AoRGMAP數(shù)字地質(zhì)填圖系統(tǒng)。②GPS。人手1部，均為Unistrong品牌。③便攜式電腦。學(xué)生基本都有，不能滿足情況下可借用學(xué)院機(jī)房筆記本電腦，保證每小組2臺(tái)，事先安裝相應(yīng)軟件。④數(shù)碼相機(jī)。均已配備，如遇意外可用智能手機(jī)替代。⑤數(shù)字語(yǔ)音錄入筆。均已配備，保證每小組2支。其他裝備如樣袋、記號(hào)筆、噴漆、電池等工具也應(yīng)準(zhǔn)備齊全。

（二）軟件系統(tǒng)

數(shù)字化地質(zhì)填圖應(yīng)用中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局于2005年開(kāi)發(fā)使用的RGMAP3.0數(shù)字填圖系統(tǒng)（現(xiàn)已升級(jí)到5.0版本）及其配套軟件，該填圖系統(tǒng)實(shí)際上就是一種集“3S”（GIS地理信息系統(tǒng)、GPS全球定位系統(tǒng)、RS遙感技術(shù)）技術(shù)為一體的野外地質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，已成為我國(guó)地質(zhì)行業(yè)數(shù)字地質(zhì)填圖的主要技術(shù)系統(tǒng)，主要包括RGMap（野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、RGSection?（野外實(shí)測(cè)剖面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、MEMAPGIS（數(shù)字填圖（桌面）系統(tǒng)）三大主塊和SKETCH（素描圖系統(tǒng)）和GPS模塊，其中，RGMap是關(guān)鍵部分，其核心是數(shù)字PRB過(guò)程，即將野外地質(zhì)路線調(diào)查過(guò)程分解為地質(zhì)定點(diǎn)P（Point簡(jiǎn)寫為P）過(guò)程、分段路線R（Routing簡(jiǎn)寫為R）過(guò)程和點(diǎn)點(diǎn)界線B（Boundary簡(jiǎn)寫為B）過(guò)程，通過(guò)對(duì)野外觀測(cè)到的各種地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行描述、分類、歸納，然后存儲(chǔ)到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)點(diǎn)、地質(zhì)路線和地質(zhì)界線上樣品、產(chǎn)狀、化石、素描、照片、巖性等空間位置和屬性數(shù)據(jù)的集成管理和分析[8-10]。

（三）工作流程

數(shù)字化地質(zhì)填圖與傳統(tǒng)地質(zhì)填圖的工作流程基本一致，依次為組織隊(duì)伍、資料收集、路線踏勘、實(shí)測(cè)剖面、野外填圖、圖件繪制、資料整理、報(bào)告編寫、成果提交、資料歸檔等工作，其不同點(diǎn)在于，數(shù)字化地質(zhì)填圖的大部分工作借助于掌上電腦利用數(shù)字化填圖系統(tǒng)RGMAP及其配套軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、圖件繪制、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)以及資料整理與管理[11]。因此，前期準(zhǔn)備工作量較大，如資料收集，以前僅僅是收集好需要比例尺的地理底圖即可，開(kāi)展數(shù)字化填圖后，需要對(duì)調(diào)查區(qū)已有的地質(zhì)調(diào)查、地球化學(xué)、地球物理等資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化，對(duì)收集的各種圖件進(jìn)行轉(zhuǎn)化和預(yù)處理，但中、后期工作量相應(yīng)減少。

二、填圖實(shí)習(xí)現(xiàn)狀分析

（一）實(shí)習(xí)現(xiàn)狀

北京周口店實(shí)習(xí)基地是中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）于1954年建立的，主要供地質(zhì)類專業(yè)學(xué)生進(jìn)行野外區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)。我校從2014年開(kāi)始在該地區(qū)進(jìn)行為期三周的地質(zhì)填圖實(shí)習(xí)，2018年開(kāi)始探索數(shù)字化地質(zhì)填圖實(shí)習(xí)，主要針對(duì)地質(zhì)工程專業(yè)大三階段，每年實(shí)習(xí)人數(shù)約80名，它是該專業(yè)的一門必修實(shí)踐課程，其目的是讓學(xué)生掌握區(qū)域地質(zhì)調(diào)查方法，學(xué)習(xí)野外地質(zhì)工作技能，培養(yǎng)新時(shí)代所需要的專門人才。

（二）填圖現(xiàn)狀

我校的地質(zhì)填圖實(shí)習(xí)和大多數(shù)地質(zhì)院校一樣，基本沿用比較傳統(tǒng)的地質(zhì)填圖方法，即學(xué)生在大一暑假秦皇島認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用地質(zhì)“老三大件”（羅盤、地質(zhì)錘和放大鏡）、紙質(zhì)地質(zhì)圖和野外記錄簿在野外進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)填圖實(shí)習(xí)。隨著信息化時(shí)代的發(fā)展，這種填圖方法難以滿足國(guó)家、社會(huì)和企業(yè)的需求，為此，我們調(diào)整了教學(xué)方案，將為期21天的實(shí)習(xí)一分為二，前11天為傳統(tǒng)地質(zhì)填圖實(shí)習(xí)，后10天為數(shù)字化地質(zhì)填圖實(shí)習(xí)，室內(nèi)資料整理可返校后進(jìn)行。

三、數(shù)字化填圖的實(shí)施方案

（一）前期準(zhǔn)備

實(shí)習(xí)開(kāi)始前先進(jìn)行實(shí)習(xí)動(dòng)員，明確本次實(shí)習(xí)的目的及意義，對(duì)實(shí)習(xí)進(jìn)行部署說(shuō)明，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組分工，對(duì)裝備進(jìn)行配置分發(fā)。針對(duì)數(shù)字化填圖新技術(shù)，可進(jìn)行為期3～4天的強(qiáng)化培訓(xùn)，主要以講座形式進(jìn)行，熟悉“新三大件”的使用，可在校內(nèi)適當(dāng)模擬演練。此外，收集適當(dāng)比例尺的地形圖作為數(shù)字化填圖的底圖，對(duì)不同坐標(biāo)系的地形圖資料進(jìn)行轉(zhuǎn)換，需要矢量化的進(jìn)行矢量化處理，時(shí)間緊迫時(shí)這一部分工作可預(yù)先準(zhǔn)備好，指導(dǎo)老師直接交給學(xué)生使用。

（二）野外實(shí)踐

野外實(shí)踐是本次實(shí)習(xí)的主體部分，分為三個(gè)階段。

①野外路線踏勘。按照設(shè)計(jì)好的路線進(jìn)行踏勘，指導(dǎo)老師首先對(duì)踏勘區(qū)地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行講解，然后對(duì)地質(zhì)圖判讀、方位確定、野簿記錄格式及信手剖面圖繪制等基本技能進(jìn)行詳細(xì)講解和示范，利用半天時(shí)間在?“煤炭溝～蘿卜頂～二畝崗”?教學(xué)路線進(jìn)行實(shí)踐演練。踏勘時(shí)，可將路線分成三個(gè)階段，初期階段采用老師講解、學(xué)生聽(tīng)記的方式，中期階段采用老師啟發(fā)、學(xué)生回答的方式，后期階段采用師生互動(dòng)、互相提問(wèn)的方式，以培養(yǎng)學(xué)生的地質(zhì)思維能力，尤其對(duì)于多解性和模糊性的地質(zhì)現(xiàn)象和問(wèn)題，如何判斷其合理性是該階段培養(yǎng)的主要目標(biāo)，以改變老師前面跑、學(xué)生后面跟，老師前面講、學(xué)生后面記的被動(dòng)式受教狀態(tài)。對(duì)實(shí)習(xí)區(qū)出露的各地層進(jìn)行時(shí)代確定、對(duì)各類型巖石進(jìn)行野外識(shí)別、對(duì)各類地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行分析判斷，學(xué)會(huì)信手剖面圖的繪制。踏勘時(shí)采用穿越法，盡可能地垂直地層走向，條件不允許時(shí)，至少保證與地層走向大于60°。

②數(shù)字化實(shí)測(cè)剖面。數(shù)字化實(shí)測(cè)剖面采用RGSection?系統(tǒng)，將事先準(zhǔn)備好的地形底圖導(dǎo)入掌上電腦，通過(guò)GPS定位系統(tǒng)，從設(shè)計(jì)好的起點(diǎn)出發(fā)，沿著設(shè)計(jì)方位前進(jìn)，在有巖性變化、地質(zhì)構(gòu)造、地層分界、特殊巖石（層）、方位或坡度變化明顯的位置定點(diǎn)記錄，錄入該點(diǎn)的巖性、構(gòu)造、地層（包括化石）、巖石（層）信息、坐標(biāo)等信息。具體分工到人：如1人負(fù)責(zé)測(cè)量產(chǎn)狀，1人采集標(biāo)本及拍照，1人進(jìn)行巖性、構(gòu)造、地層辨別，1人進(jìn)行掌上電腦操作，1人進(jìn)行方位校正和指導(dǎo);下一條路線時(shí)5人依次輪換角色，直到每個(gè)角色都實(shí)踐至少一次為止，當(dāng)天完成標(biāo)本、樣品、資料等的整理，最后用電腦完成地質(zhì)剖面圖的繪制。

③數(shù)字地質(zhì)填圖。首先，指導(dǎo)老師給每小組指定實(shí)習(xí)區(qū)域，學(xué)生根據(jù)老師分配的實(shí)習(xí)任務(wù)，獨(dú)立完成區(qū)域填圖任務(wù)。填圖過(guò)程務(wù)必按填圖規(guī)范和要求進(jìn)行，要發(fā)揚(yáng)“艱苦樸素，求真務(wù)實(shí)”的地質(zhì)人精神和良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作文化，爭(zhēng)取成為多動(dòng)手、多動(dòng)腳、多動(dòng)嘴、多動(dòng)腦的“四多”學(xué)生。其次，將實(shí)習(xí)區(qū)地質(zhì)資料導(dǎo)入掌上電腦填圖系統(tǒng)，按指定的區(qū)域設(shè)計(jì)野外路線，建立野外手圖。在數(shù)字地質(zhì)填圖路線過(guò)程中，小組內(nèi)同學(xué)要做到“五勤”，即勤學(xué)、勤問(wèn)、勤看、勤跑、勤記錄，尤其是勤跑，對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象復(fù)雜的地質(zhì)點(diǎn)要反復(fù)思考，相互討論，務(wù)必當(dāng)天弄清。每天跑完路線后及時(shí)把野外采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并入庫(kù)。

（三）資料整理及成果提交

由于實(shí)習(xí)安排在八月底到九月中旬，天氣炎熱，因此采用上午6：30-13：00跑路線采集數(shù)據(jù)，下午14：30—17：30室內(nèi)整理當(dāng)天野外采集數(shù)據(jù)，晚上設(shè)計(jì)及預(yù)案第二天路線和檢備裝備，當(dāng)全部路線結(jié)束后，將采集到的數(shù)據(jù)再集中進(jìn)行整理，并繪制各種地質(zhì)圖件，之后完成實(shí)習(xí)報(bào)告的撰寫，圖件和實(shí)習(xí)報(bào)告必須按照規(guī)范進(jìn)行。如遇降雨、災(zāi)害等不可抗力因素對(duì)上午的跑路線有所影響，順延到下午跑路線，下午的資料整理可順延到晚上，依次累推。成果提交時(shí)首先個(gè)人自檢，接著小組互檢，然后導(dǎo)師檢查審核，最后提交入庫(kù)。

四、結(jié)論與建議

（1）我校從2014年開(kāi)始周口店填圖實(shí)習(xí)，2018年開(kāi)始探索數(shù)字化地質(zhì)填圖實(shí)習(xí)，對(duì)比以往傳統(tǒng)的填圖實(shí)習(xí)，數(shù)字化填圖實(shí)習(xí)不但提高了填圖效率和精度，而且還讓學(xué)生掌握了現(xiàn)代化的填圖技術(shù)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)學(xué)生的積極性和能動(dòng)性，不再一報(bào)告定終身，不再讓“四多”和“五勤”學(xué)生吃虧，不再是女生得高分，得到學(xué)生的支持和認(rèn)可。

（2）數(shù)字化填圖技術(shù)改變了傳統(tǒng)的地質(zhì)成果表現(xiàn)形式，創(chuàng)建了數(shù)字地質(zhì)填圖過(guò)程的可視化，其資源的可閱性和共享性更高效、更快捷，這種填圖技術(shù)符合地質(zhì)信息化時(shí)代的要求，為學(xué)生將來(lái)的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

（3）我校填圖實(shí)習(xí)課時(shí)配分較短，建議以后延長(zhǎng)到四周甚至一個(gè)月，同時(shí)增加實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，保證教學(xué)質(zhì)量。同類院校80人次班級(jí)配備至少4-6名教師，而我校僅2名教師，確實(shí)偏少。同時(shí)，建議在該專業(yè)大二下學(xué)期開(kāi)設(shè)10-16課時(shí)的填圖理論課程。

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基金項(xiàng)目：2020年內(nèi)蒙古科技大學(xué)重點(diǎn)教改項(xiàng)目：數(shù)字化填圖技術(shù)在野外地質(zhì)實(shí)習(xí)中的應(yīng)用——以北京周口店為例（項(xiàng)目編號(hào)：JY2020004）

作者簡(jiǎn)介：羅曉鋒（1978—??），男，漢族，陜西旬邑人，碩士研究生，講師，主要從事礦產(chǎn)資源勘查與評(píng)價(jià)教學(xué)研究工作。