地理信息系統(tǒng)在工程地質實習中的應用探討

彭俊　榮冠

【摘要】工程地質是一門實踐性很強的專業(yè)基礎課程，而野外地質實習是工程地質教學過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，如何在較短的時間內提高野外地質實習教學質量，是一項亟待深入研究的教學課題。通過將地理信息系統(tǒng)引入到野外地質實習中，可以精確地反映當前的地形地貌特征，也方便學生在實習過程中及時定位查找路線，辨別當?shù)氐牡刭|情形；另一方面，采用地理信息軟件能夠高效完成路線剖面圖的繪制，還能夠讓學生熟悉地質調查的電子化辦公過程，培養(yǎng)和提升學生地質調查整理、分析、繪圖的能力，為以后從事相關工作奠定基礎。

【關鍵詞】工程地質 ； 野外地質實習 ； 地理信息系統(tǒng) ； 教學改革

【Abstract】Engineering geology is a professional basic course which emphasizes practice. Practice teaching is an indispensable part in the teaching of engineering geology. How to improve the efficiency of practice teaching in a short time is a topic which needs in-depth study. By introducing the geographic information system into practice teaching of engineering geology， the current geomorphic characteristics can be accurately reflected. It also helps students to find the location and the path during the practice teaching. On the other hand， the profile map of the routine can be effectively drawn using the geographic information system based software. The ability of geological surveying， analysing， and drawing of the students can be greatly improved in the process.

【Key words】Engineering geology； Practice teaching； Geographic information system； Teaching reform

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）08-0136-02

1.引言

工程地質是工程科學與地質科學相互滲透、交叉而形成的一門基礎學科，是研究工程建設活動與自然地質環(huán)境相互作用和相互影響的一門學科，它以地質學科的理論為基礎，運用數(shù)學與力學理論和工程技術及方法來解決與工程規(guī)劃、設計、施工和運營有關的地質問題[1]。與傳統(tǒng)的數(shù)學、力學學科不同，工程地質是一門實踐性很強的學科，著重解決與工程規(guī)劃、設計、施工與運行有關的工程安全評價涉及的地質問題。因此，工程地質課程被多所工程類院校設置為本科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課程。

工程地質課程的教學主要分為課內基礎理論教學和野外地質實習教學兩部分[2]。課堂教學主要基于已有的教材，講解關于巖石礦物、巖石、地質構造、地質作用、地下水、巖體工程特性、大壩、隧洞、邊坡等知識；而野外地質實習主要進行巖石、地質構造的辨識，了解、掌握不同的地質作用、地下水作用對工程巖體結構的影響，并初步建立工程地質條件的分析與評價能力等。

野外地質實習是工程地質教學過程中的重要組成部分，具有很強的實踐性，如何提高目前我國野外地質實習的質量，使學生通過野外地質實習扎實掌握工程地質相關概念及基本原理，并使學生初步具備分析工程地質條件及解決工程地質問題的能力，是一個很值得探討的問題。本文結合筆者近年來的野外地質實習教學經(jīng)歷，對工程地質野外實習教學改革進行一些探索，主要探討將地理信息系統(tǒng)引入到野外地質實習中的可行性，這種引入不僅能夠提高野外工作效率，還可以對基本地質概念和水利水電工程相關基礎知識等方面有更深入的了解。

2.野外實習在工程地質課程中的重要性

2.1野外地質實習的重要性

工程地質教學具有實踐性很強的特點，這就決定了工程地質野外實習教學是工程地質教學過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。學生在書本中與課堂上所學的地質專業(yè)知識大多是抽象的，對于各種工程地質現(xiàn)象，學生如果只通過書本上的描述去想象，得到的理解往往是片面的、機械的，甚至有可能是錯誤的。因此，在工程地質課程的學習中，必須到野外親自考察，找到地質概念的原型，才能加深對地質概念和地質作用的理解，使抽象的地質理論更加具體化、形象化。如斷層是工程地質學中的基本概念，但學生要理解斷層的規(guī)模與工程特性、現(xiàn)場鑒別方法及其對工程的影響是較困難的。通過現(xiàn)場露頭可以較直觀地了解斷層的三種形態(tài)類型及其基本特征，對于較大規(guī)模的斷層可引導學生從地形地貌不協(xié)調、地層的重復或缺失、伴生構造及構造巖及地表地下水的異常分布等方面來認識斷層。在此基礎上再分析斷層的級別、特征及其對工程的影響學生就容易理解和熟悉。

野外工程地質實習是鞏固和加深地質課堂基礎知識的有效途徑，是理論聯(lián)系實際培養(yǎng)學生掌握科學方法和獨立能力的重要渠道。野外地質實習的主要任務是讓學生親自接觸各種真實的地質現(xiàn)象及工程問題，讓學生用已學到的理論知識來觀察現(xiàn)象、分析條件、提出解決問題方法與措施的教學手段[3]。野外地質實習的教學質量直接關系著學生理論聯(lián)系實際的有效性，也是保證和檢驗工程地質課程教學效果和質量的關鍵，因此，提高野外地質實習的教學效果，對于培養(yǎng)高水平的大學生具有重要意義。

2.2工程地質實習的現(xiàn)狀及問題

目前工程地質實習教學主要在野外進行，基于相關的工程背景或者尋找地質特征明顯的區(qū)域展開，根據(jù)不同院校的課程設置，一般安排1至2周的野外地質實習。通過老師給學生講解，幫助學生使用學會野外定位和高程標定方法，在地形圖上找到觀測點的坐標位置；幫助學生認識不同觀測點的地質年代、地層巖性、地質構造、水文地質、環(huán)境地質等信息；通過室內作業(yè)幫助學生掌握資料整理、分析、匯編的方法、根據(jù)不同測點繪制觀測路線剖面圖的方法等。其目的是培養(yǎng)學生野外典型地質現(xiàn)象的觀察能力、深化對工程地質課程理論知識的理解，培養(yǎng)專業(yè)思維能力；培養(yǎng)學生地質報告的撰寫能力，為今后閱讀工程地質、水文地質的文獻奠定基礎；培養(yǎng)學生艱苦奮斗、實事求是、團結協(xié)作的工作作風。

根據(jù)筆者近年來的野外地質實習教學經(jīng)歷和調研資料，目前我國野外地質實習還存在較多不足之處，較大程度地影響了野外地質實習的質量。比如學生在野外實習過程中需要攜帶圖紙版的地形圖，在實習時需要在地形圖上定點觀測位置以及該點的基本地質特征，同時還要攜帶各種設備，包括錘子、地質羅盤儀和GPS定位系統(tǒng)等，攜帶較為不便；實習區(qū)域的地形圖較為陳舊、分辨率低且模糊不清，長期沒有得到更新，無法準確地反應地形地貌，加之近年該區(qū)域工程建設頻繁，因此容易產(chǎn)生識別誤差；另外學生的室內作業(yè)基本上還依賴于手工繪制，在手繪過程中，剖面圖的修改非常不便，而且手繪的圖例也參差不齊，這樣不僅效率低下，而且無法跟上目前自動化、信息化作業(yè)的步伐。

因此，對工程地質野外實習教學的教學理念與教學方法進行探索和改革是一項非常緊迫的任務[4-5]?；诋斀駮r代的需求，結合目前地質實習教學的方針和以人為本的指導思想，探索合適的工程地質野外實習教學方法，提出科學可行的工程地質野外實習的教學理念，對于提高野外地質實習的效率、培養(yǎng)實踐和動手能力強的高水平大學生具有重要意義。

3.基于地理信息系統(tǒng)的地質實習改革探索

3.1地理信息系統(tǒng)在地質實習中的使用

地理信息系統(tǒng)指的是由電子計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)所支撐的，對地理環(huán)境信息進行采集、存儲、檢索、分析和顯示的綜合性技術系統(tǒng)。將地理信息系統(tǒng)引入到地質實習中主要是借助相關專業(yè)地理信息處理軟件，完成實習路線不同觀測點的野外數(shù)據(jù)采集、野外數(shù)據(jù)導入和地質剖面圖的繪制等內容。

野外數(shù)據(jù)采集是實現(xiàn)數(shù)值化地質調查的基礎，主要需要收集不同觀測點的地質年代、地層巖性、地質構造、水文地質、環(huán)境地質等一系列數(shù)據(jù)。通過收集的野外數(shù)據(jù)掌握不同區(qū)域的地形地貌特征并分析其地質成因；獲取基本的地層巖性特征，包括巖石類型、顏色、成分、結構、構造、風化情況等、地層分布以及地層的基本要素和接觸關系等；識別基本的地質構造，包括斷層、節(jié)理、褶皺等，通過野外識別方法判斷地質構造的發(fā)生，查找相關依據(jù)判斷地質構造的類別，描述其位置、大小、規(guī)模、產(chǎn)狀要素；收集不同區(qū)域的水文地質條件，分析地下水的分布、井和泉的出露形式等；判斷基本的物理地質現(xiàn)象，如滑坡、巖溶、沖溝等的分布范圍、高程、組成物質、地質構造及地下水等。電子資料的豐富及詳實與否，直接決定了地質實踐教學活動的效果。

野外數(shù)據(jù)導入主要借助專業(yè)數(shù)字填圖裝置，它是一種用于數(shù)字填圖的現(xiàn)代化野外設備，主要包含五個基本裝置：野外數(shù)據(jù)采集的掌上計算機；GPS；便攜式計算機；數(shù)碼照相機和數(shù)碼攝相機；數(shù)字語音錄入筆?；谝巴馐占牡刭|數(shù)據(jù)，可以實時地借助數(shù)字填圖技術將基本的地質信息導入到相關的繪圖軟件中，對形成的點、線、面等數(shù)據(jù)按照一定的要求進行投影轉換。轉換后的信息就可以直接借助繪圖軟件繪制觀測路線的平面圖以及剖面圖。

3.2實例分析

以三峽秭歸泗溪實習路線為例，首先在實習路線不同觀測點記錄該處的坐標、高程，在地理信息軟件中標出該點的信息，同時將記錄的地質年代、地層巖性、地質構造、水文地質、環(huán)境地質等地質信息錄入到地理信息系統(tǒng)軟件中，通過實習路線上不同測點的觀測整理，可以在地理信息系統(tǒng)軟件中確定該實習路線的位置，學生回到室內可以直接根據(jù)錄入的地質信息在繪圖軟件中直接繪制實習路線的剖面圖，圖1為繪制的三峽泗溪實習路線地質剖面圖。通過將地理信息系統(tǒng)應用到地質剖面圖的繪制過程中，可以大大提高地質實習內業(yè)整理效率，節(jié)省實踐教學活動經(jīng)費開支。

將地理信息系統(tǒng)引入到野外水利工程地質實習教學中，不僅能夠高效地完成實習路線剖面圖的繪制，還能夠讓學生熟悉地質調查的電子化辦公過程，培養(yǎng)和提升學生地質調查整理、分析、繪圖的能力，為以后從事相關工作奠定基礎。

4.結語

野外地質實習是工程地質教學過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，目前我國野外地質實習還存在較多不足之處，較大程度地影響了野外地質實習的質量。通過將地理信息系統(tǒng)引入到野外地質實習中，可以精確地反映當前的地形地貌特征，也方便學生在實習過程中及時定位查找路線，辨別地質情形；另外，這一改革能夠高效完成路線剖面圖的繪制，還能夠讓學生熟悉地質調查的電子化辦公過程，培養(yǎng)和提升學生地質調查整理、分析、繪圖的能力，為以后從事相關工作奠定基礎。

參考文獻

[1]崔冠英，朱濟祥.水利工程地質[M].第四版.北京： 中國水利水電出版社，2008.

[2]榮冠，周創(chuàng)兵，陳益峰.水利類專業(yè)工程地質課程教學研究與改革探索[J].高等建筑教育，2013，22（5）：110-116.

[3]陳永貴，黃生文，周德泉，嚴聰.土木工程專業(yè)工程地質課程實踐性教學改革與創(chuàng)新研究[J].中國地質教育，2008（4）：160-163.

[4]王濤，李楊，趙先宇，肖雄，周煒波.水利水電工程專業(yè)“工程地質”野外實踐教學改革研究[J].中國地質教育，2014（2）：107-111.

[5]胡冉.基于地理信息系統(tǒng)的地質實習教學改革研究[J].亞太教育，2016（4）： 34，78.

作者簡介：彭?。?986-），男，講師，博士，主要從事巖石力學特性及數(shù)值模擬評價等方面的研究。