數字化填圖技術在野外地質實習中的應用

羅曉鋒 鄭有偉 朱雪鋒 田兵 王艷艷

摘要：隨著“數字地球”戰(zhàn)略的提出和“數字國土”工程的啟動，數字化填圖技術已成為區(qū)域地質調查發(fā)展的必然趨勢，新的時代需求給當代大學地質專業(yè)野外實習提出了更高的要求。本文以北京周口店為例，在闡述數字化填圖技術的基礎上，針對傳統(tǒng)地質填圖方法的缺陷，基于國家地質調查局推廣使用的數字化填圖系統(tǒng)RGMAP，從前期準備、野外實習、后期成圖等階段，探討了野外地質實習中數字化地質填圖技術的應用情況和存在問題，為地質專業(yè)野外實習應用數字化填圖技術提供了參考。

關鍵詞：數字化填圖技術;區(qū)域地質調查;野外地質實習;RGMAP

中圖分類號：G642??文獻標識碼：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

地質填圖是地質專業(yè)最基礎性的工作，因此是該專業(yè)學生必須掌握的一項基本技能。隨著“數字地球”戰(zhàn)略的提出和“數字國土”工程的啟動[1]，國家、社會、企業(yè)、高校等對地質填圖在內容、方法、技術和精度上都提出了更高的要求，傳統(tǒng)的地質填圖已無法滿足當今信息化時代發(fā)展的需要，數字化地質填圖技術正是在這種歷史背景下應運而生，它也是信息時代地質學發(fā)展的必然趨勢[2]。

過去，人們常采用傳統(tǒng)地質填圖[3-5]，即通過野外踏勘和觀測，將獲得的第一手基礎資料記錄在紙質野外工作簿上，并將相應的地質點及界限標繪在地形圖上，連接并繪制成地質圖件。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、數據采集精度、可存儲量等方面存在著諸多缺陷，導致地質資源信息不能及時充分得以利用[6-7]。而開展數字化填圖技術后，地質填圖過程中的數據采集、圖件繪制、數據存儲、圖件共享等全部采用信息化技術，實現了地質調查全過程的信息化，這是時代發(fā)展的必然趨勢。

一、數字化填圖技術

地質填圖是將野外觀察到的各種地質體和地質現象按一定比例尺投繪在地理底圖上構成地質圖的過程;數字化地質填圖技術以地質理論為基礎，利用地質“新三大件”即掌上電腦、數碼相機和GPS對野外地質現象進行采集，通過數字化地質填圖系統(tǒng)將采集到的數據建立基礎地質數據庫，利用建立的數據庫進行剖面圖繪制和地質圖填繪過程，最終形成并輸出各類地質圖件的全過程數字化技術。

（一）設備裝置

數字化地質填圖所需要的主要設備包括：①掌上電腦。主要用于野外采集數據，2018之前我校主要租用中國地質大學（武漢）周口店實習基地的掌上機;近幾年，隨著智能手機的普及，配備Android2.2版本操作系統(tǒng)的普通智能手機均可滿足需要，針對手機系統(tǒng)開發(fā)出了AoRGMAP數字地質填圖系統(tǒng)。②GPS。人手1部，均為Unistrong品牌。③便攜式電腦。學生基本都有，不能滿足情況下可借用學院機房筆記本電腦，保證每小組2臺，事先安裝相應軟件。④數碼相機。均已配備，如遇意外可用智能手機替代。⑤數字語音錄入筆。均已配備，保證每小組2支。其他裝備如樣袋、記號筆、噴漆、電池等工具也應準備齊全。

（二）軟件系統(tǒng)

數字化地質填圖應用中國地質調查局于2005年開發(fā)使用的RGMAP3.0數字填圖系統(tǒng)（現已升級到5.0版本）及其配套軟件，該填圖系統(tǒng)實際上就是一種集“3S”（GIS地理信息系統(tǒng)、GPS全球定位系統(tǒng)、RS遙感技術）技術為一體的野外地質數據采集系統(tǒng)，已成為我國地質行業(yè)數字地質填圖的主要技術系統(tǒng)，主要包括RGMap（野外數據采集系統(tǒng)）、RGSection?（野外實測剖面數據采集系統(tǒng)）、MEMAPGIS（數字填圖（桌面）系統(tǒng)）三大主塊和SKETCH（素描圖系統(tǒng)）和GPS模塊，其中，RGMap是關鍵部分，其核心是數字PRB過程，即將野外地質路線調查過程分解為地質定點P（Point簡寫為P）過程、分段路線R（Routing簡寫為R）過程和點點界線B（Boundary簡寫為B）過程，通過對野外觀測到的各種地質體和地質現象進行描述、分類、歸納，然后存儲到相應數據庫中，實現地質點、地質路線和地質界線上樣品、產狀、化石、素描、照片、巖性等空間位置和屬性數據的集成管理和分析[8-10]。

（三）工作流程

數字化地質填圖與傳統(tǒng)地質填圖的工作流程基本一致，依次為組織隊伍、資料收集、路線踏勘、實測剖面、野外填圖、圖件繪制、資料整理、報告編寫、成果提交、資料歸檔等工作，其不同點在于，數字化地質填圖的大部分工作借助于掌上電腦利用數字化填圖系統(tǒng)RGMAP及其配套軟件進行數據采集、圖件繪制、數據庫建設以及資料整理與管理[11]。因此，前期準備工作量較大，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，開展數字化填圖后，需要對調查區(qū)已有的地質調查、地球化學、地球物理等資料和數據進行數字化，對收集的各種圖件進行轉化和預處理，但中、后期工作量相應減少。

二、填圖實習現狀分析

（一）實習現狀

北京周口店實習基地是中國地質大學（武漢）于1954年建立的，主要供地質類專業(yè)學生進行野外區(qū)域地質調查實習。我校從2014年開始在該地區(qū)進行為期三周的地質填圖實習，2018年開始探索數字化地質填圖實習，主要針對地質工程專業(yè)大三階段，每年實習人數約80名，它是該專業(yè)的一門必修實踐課程，其目的是讓學生掌握區(qū)域地質調查方法，學習野外地質工作技能，培養(yǎng)新時代所需要的專門人才。

（二）填圖現狀

我校的地質填圖實習和大多數地質院校一樣，基本沿用比較傳統(tǒng)的地質填圖方法，即學生在大一暑假秦皇島認識實習的基礎上，運用地質“老三大件”（羅盤、地質錘和放大鏡）、紙質地質圖和野外記錄簿在野外進行區(qū)域地質填圖實習。隨著信息化時代的發(fā)展，這種填圖方法難以滿足國家、社會和企業(yè)的需求，為此，我們調整了教學方案，將為期21天的實習一分為二，前11天為傳統(tǒng)地質填圖實習，后10天為數字化地質填圖實習，室內資料整理可返校后進行。

三、數字化填圖的實施方案

（一）前期準備

實習開始前先進行實習動員，明確本次實習的目的及意義，對實習進行部署說明，對學生進行分組分工，對裝備進行配置分發(fā)。針對數字化填圖新技術，可進行為期3～4天的強化培訓，主要以講座形式進行，熟悉“新三大件”的使用，可在校內適當模擬演練。此外，收集適當比例尺的地形圖作為數字化填圖的底圖，對不同坐標系的地形圖資料進行轉換，需要矢量化的進行矢量化處理，時間緊迫時這一部分工作可預先準備好，指導老師直接交給學生使用。

（二）野外實踐

野外實踐是本次實習的主體部分，分為三個階段。

①野外路線踏勘。按照設計好的路線進行踏勘，指導老師首先對踏勘區(qū)地形地貌和地質構造進行講解，然后對地質圖判讀、方位確定、野簿記錄格式及信手剖面圖繪制等基本技能進行詳細講解和示范，利用半天時間在?“煤炭溝～蘿卜頂～二畝崗”?教學路線進行實踐演練。踏勘時，可將路線分成三個階段，初期階段采用老師講解、學生聽記的方式，中期階段采用老師啟發(fā)、學生回答的方式，后期階段采用師生互動、互相提問的方式，以培養(yǎng)學生的地質思維能力，尤其對于多解性和模糊性的地質現象和問題，如何判斷其合理性是該階段培養(yǎng)的主要目標，以改變老師前面跑、學生后面跟，老師前面講、學生后面記的被動式受教狀態(tài)。對實習區(qū)出露的各地層進行時代確定、對各類型巖石進行野外識別、對各類地質構造進行分析判斷，學會信手剖面圖的繪制。踏勘時采用穿越法，盡可能地垂直地層走向，條件不允許時，至少保證與地層走向大于60°。

②數字化實測剖面。數字化實測剖面采用RGSection?系統(tǒng)，將事先準備好的地形底圖導入掌上電腦，通過GPS定位系統(tǒng)，從設計好的起點出發(fā)，沿著設計方位前進，在有巖性變化、地質構造、地層分界、特殊巖石（層）、方位或坡度變化明顯的位置定點記錄，錄入該點的巖性、構造、地層（包括化石）、巖石（層）信息、坐標等信息。具體分工到人：如1人負責測量產狀，1人采集標本及拍照，1人進行巖性、構造、地層辨別，1人進行掌上電腦操作，1人進行方位校正和指導;下一條路線時5人依次輪換角色，直到每個角色都實踐至少一次為止，當天完成標本、樣品、資料等的整理，最后用電腦完成地質剖面圖的繪制。

③數字地質填圖。首先，指導老師給每小組指定實習區(qū)域，學生根據老師分配的實習任務，獨立完成區(qū)域填圖任務。填圖過程務必按填圖規(guī)范和要求進行，要發(fā)揚“艱苦樸素，求真務實”的地質人精神和良好的團隊協(xié)作文化，爭取成為多動手、多動腳、多動嘴、多動腦的“四多”學生。其次，將實習區(qū)地質資料導入掌上電腦填圖系統(tǒng)，按指定的區(qū)域設計野外路線，建立野外手圖。在數字地質填圖路線過程中，小組內同學要做到“五勤”，即勤學、勤問、勤看、勤跑、勤記錄，尤其是勤跑，對地質現象復雜的地質點要反復思考，相互討論，務必當天弄清。每天跑完路線后及時把野外采集到的數據進行整理并入庫。

（三）資料整理及成果提交

由于實習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跑路線采集數據，下午14：30—17：30室內整理當天野外采集數據，晚上設計及預案第二天路線和檢備裝備，當全部路線結束后，將采集到的數據再集中進行整理，并繪制各種地質圖件，之后完成實習報告的撰寫，圖件和實習報告必須按照規(guī)范進行。如遇降雨、災害等不可抗力因素對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。成果提交時首先個人自檢，接著小組互檢，然后導師檢查審核，最后提交入庫。

四、結論與建議

（1）我校從2014年開始周口店填圖實習，2018年開始探索數字化地質填圖實習，對比以往傳統(tǒng)的填圖實習，數字化填圖實習不但提高了填圖效率和精度，而且還讓學生掌握了現代化的填圖技術，充分調動了學習學生的積極性和能動性，不再一報告定終身，不再讓“四多”和“五勤”學生吃虧，不再是女生得高分，得到學生的支持和認可。

（2）數字化填圖技術改變了傳統(tǒng)的地質成果表現形式，創(chuàng)建了數字地質填圖過程的可視化，其資源的可閱性和共享性更高效、更快捷，這種填圖技術符合地質信息化時代的要求，為學生將來的發(fā)展打下良好的基礎。

（3）我校填圖實習課時配分較短，建議以后延長到四周甚至一個月，同時增加實習指導教師，保證教學質量。同類院校80人次班級配備至少4-6名教師，而我校僅2名教師，確實偏少。同時，建議在該專業(yè)大二下學期開設10-16課時的填圖理論課程。

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基金項目：2020年內蒙古科技大學重點教改項目：數字化填圖技術在野外地質實習中的應用——以北京周口店為例（項目編號：JY2020004）

作者簡介：羅曉鋒（1978—??），男，漢族，陜西旬邑人，碩士研究生，講師，主要從事礦產資源勘查與評價教學研究工作。