測繪地理信息技術在地質(zhì)勘查工作中的應用發(fā)展探討

郭君紅

（甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730000）

當前，我國大量礦產(chǎn)開發(fā)、水文地質(zhì)勘探、建設工程項目等都需要進行地質(zhì)勘查，地質(zhì)測繪是地質(zhì)勘查工作的主要內(nèi)容，測繪人員利用測繪工具和技術對不同類型地形的地理特點、土地現(xiàn)狀、地質(zhì)分布情況等進行勘查。由于我國幅員遼闊，地質(zhì)分布不均，特點各異，地質(zhì)測繪工作難度大，如果測繪技術落后，很難對繁復的數(shù)據(jù)進行精準快速的測算。隨著大數(shù)據(jù)信息時代的不斷發(fā)展，測繪地理信息技術通過不同的地形測繪軟件和基礎應用軟件使地質(zhì)測繪工作逐漸數(shù)字化、自動化，其高效精準的優(yōu)勢在地質(zhì)勘查工作中得到了廣泛應用并具有良好的發(fā)展前景[1]。

1 地質(zhì)勘查的含義

地質(zhì)勘查主要是指地質(zhì)礦產(chǎn)、水文、建筑等相關部門或者企業(yè)在嚴格遵守國家相關法律、法規(guī)和條例的前提下，經(jīng)國家指定部門批準，由專業(yè)技術人員組成的工作部門對被批準勘查區(qū)域開展相關地質(zhì)調(diào)查研究工作?？辈榈木唧w目的一般是圍繞地質(zhì)鉆探、礦產(chǎn)開發(fā)、地質(zhì)災害治理、工程勘察等展開，主要是了解地質(zhì)地貌、地層結(jié)構(gòu)、巖石、地下水、礦產(chǎn)分布等地質(zhì)方面的情況，為相關企業(yè)部門開展經(jīng)濟或者其他方面建設提供有效參考依據(jù)[2]。

2 測繪地理信息技術主要原理

測繪地理信息技術是測繪“3S”[地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、遙感（Remote Sensing，RS）、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）]技術，通過將GIS、RS、GPS、數(shù)字攝影測量系統(tǒng)等與現(xiàn)代計算機技術有機結(jié)合，以數(shù)字形式對各種信息、數(shù)據(jù)進行數(shù)字化存儲，經(jīng)數(shù)據(jù)庫和多種應用軟件處理后形成電子地圖，打破了傳統(tǒng)測繪信息傳送介質(zhì)的模式，數(shù)據(jù)的傳送不再受時間、地域、地形圖分幅、使用者等常規(guī)因素的限制，測繪工作者通過測繪地理信息技術各種系統(tǒng)，如圖形、數(shù)學坐標系等，對相關信息進行數(shù)字化處理，得出全面、高清的測繪圖[3]，不僅使測繪工作變得更加簡便、快捷，還可以很快發(fā)現(xiàn)并及時修改測繪過程中出現(xiàn)的錯誤，極大地提高了地質(zhì)測繪的工作效率和工作質(zhì)量。

3 測繪地理信息技術在地質(zhì)勘查工作中的優(yōu)勢

3.1 精準度高

測繪地理信息技術在測量物數(shù)據(jù)信息采集、分析、處理上的精準度比傳統(tǒng)手工測繪具有更明顯的優(yōu)勢。如測繪地理信息技術可以把300 m范圍內(nèi)所有測量物點的誤差控制在3 mm內(nèi)，在對地質(zhì)地形進行測繪之前，會結(jié)合周圍的實際情況，通過全站儀對各個測量點進行三維坐標采集。通過充分的測量物信息采集，測繪地理信息技術使用計算機系統(tǒng)對信息進行存儲并進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，使測量誤差精確度保持在毫米范圍內(nèi)。同時，測繪地理信息技術在方向性誤差的控制預防上比傳統(tǒng)測繪方式更有優(yōu)勢，特別是在復雜多變的地形地貌、天氣條件惡劣的外業(yè)測量工作上，可以更有效地減少測量過程中出現(xiàn)的錯誤和誤差。

3.2 具有較強的可操作性

傳統(tǒng)測繪技術大多數(shù)依賴人工控制，容易出現(xiàn)誤差，如果不能及時發(fā)現(xiàn)和糾正，就容易造成誤差累積，一個環(huán)節(jié)的誤差不及時糾正就會影響整個測繪結(jié)果的精準度。測繪地理信息技術通過強大的內(nèi)裝操作軟件和設備，如實時差分定位（Real-Time Kinematic，RTK）技術、RTK設備等開展地質(zhì)測繪工作，整個測繪過程實現(xiàn)了計算機自動化、數(shù)字化和智能化，避免了人工操作失誤，使每一個系統(tǒng)中的測量值獨立存在，能快速生成坐標，避免了人工操作的煩瑣性，具有更強的操作性。

3.3 不受環(huán)境限制

地質(zhì)勘查的作業(yè)條件往往較為惡劣，地形危險復雜，天氣、溫濕度、可見度等外界環(huán)境的變化，都會增加測繪工作人員工作的危險度，而測繪地理信息技術的使用受這方面的限制很少，大大提高了測繪工作人員的工作安全系數(shù)。傳統(tǒng)測繪技術需要設置很多布點，但測繪地理信息技術的設備相對簡單，沒那么煩瑣，通過在既定測量位置設計規(guī)范布點，可以完成大約4 km范圍內(nèi)的有效測量。

3.4 有效節(jié)約成本

一是人工成本的降低。傳統(tǒng)測繪技術需要大量人工和設備儀器，測繪地理信息技術所需設備精簡、搬運方便，節(jié)約了不少人工成本。同時，測繪地理信息技術通過全面精準的內(nèi)部操作系統(tǒng)對龐大的測繪數(shù)據(jù)進行錄入、處理、傳輸，并實現(xiàn)與其他測量數(shù)據(jù)的有效互通，相比傳統(tǒng)測繪技術，減少了大量的后期技術工作量。二是時間成本的降低。測繪地理信息技術不需要傳統(tǒng)測繪技術那樣大量的輔助測量工作，大量的測繪信息通過實時動態(tài)觀測技術系統(tǒng)就可以進行自動化篩選、集成并自動繪制出測繪圖，大大縮減了工作時間成本，提高了測繪工作效率[4]。

3.5 存儲空間更大

測繪地理信息技術在測繪上可以多角度、多地形、多參數(shù)地展開，相比傳統(tǒng)測繪方式，在數(shù)據(jù)的記錄和存儲方面更方便、快捷，在繪圖過程中對誤差的控制也比傳統(tǒng)測繪技術精準、及時，極大地提高了測繪工作準確性和工作效率，降低了工作生產(chǎn)成本，有利于生產(chǎn)效益的提高。

4 測繪地理信息技術在地質(zhì)勘查工作中的應用

4.1 在礦產(chǎn)開采領域中的應用

礦產(chǎn)開采用到的測繪地理信息技術一般有無人機低空遙感技術、數(shù)字化制圖技術等。

4.1.1 無人機低空遙感技術

礦產(chǎn)地形復雜，地質(zhì)勘查工作難度大，需要用到無人機低空遙感技術執(zhí)行礦山測量任務。無人機低空遙感是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱不載人飛機，裝有自動駕駛儀、程序控制裝置等設備，通過地面、艦艇上或母機遙控站人員利用雷達等設備，對其進行跟蹤、定位、遙控、遙測和數(shù)字傳輸。地面遙控站人員通過接收由無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)處理的無人機拍攝畫面以及其他數(shù)據(jù)信息，通過配套的RTK設備和系統(tǒng)為礦山測繪提供參考依據(jù)。

4.1.2 數(shù)字化制圖技術

數(shù)字化制圖技術具體指的是綜合概括、分析與對比空間坐標、圖畫、性能、關系等情況，對相關地理信息進行及時整理和存儲，使數(shù)字化測繪制圖工作得以更好地完成。主要利用3個方面的輸入方法優(yōu)勢來完成。

（1）數(shù)字化儀輸入法，主要用于數(shù)據(jù)采集階段，通過人工輔助操作，對相關數(shù)據(jù)信息以移動游標的方式進行動態(tài)跟蹤，將底圖數(shù)字數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為有效圖形數(shù)據(jù)。雖然準確性和有效性有所保障，但耗費了大量資金在設備上且效率低，應用范圍有限。

（2）智能掃描矢量化輸入法，主要彌補了傳統(tǒng)地質(zhì)測繪技術的不足。對普通圖形數(shù)據(jù)通過計算機技術進行矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，將所得數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)對比，就矢量數(shù)據(jù)開展編輯及分析，對矢量數(shù)據(jù)進行高層次誤差校正，因此，比傳統(tǒng)測繪技術得出的數(shù)據(jù)準確度更高。但智能掃描矢量輸入法涉及的數(shù)據(jù)量大，對圖像要素識別模塊工作要求高，后期編輯工作難度增加。

（3）人工跟蹤矢量化輸入法，是當前地質(zhì)測繪工作應用最廣泛的技術，主要因為其實現(xiàn)了人工方法和圖像編輯方法的有效結(jié)合，繪圖效率高。通過人工操作，在數(shù)據(jù)編輯系統(tǒng)中運用鼠標跟蹤形式將柵格圖像有效轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)，對存在的誤差進行編輯和校正。這種高強的編輯功能和圖像編輯系統(tǒng)不僅操作簡單方便，獲得數(shù)據(jù)的準確度還很高，適應性和應用效益得到廣大地質(zhì)測繪工作者的青睞。

4.2 在工程建設領域的應用

當前的工程建設項目繁多，大型城市建筑、市政工程建筑、國家大型基礎設施項目建筑、民用住房建筑等都需要用到地理地形測繪，由于地質(zhì)勘查測繪工作受制約條件多，如果采取不當?shù)臏y繪技術，容易造成工作效率低、工作誤差大。因此，測繪地理信息技術在工程建設領域的應用多種多樣。

4.2.1 實時動態(tài)觀測技術

實時動態(tài)觀測技術，簡稱RTK，是GPS技術的一個衍生新型測量技術，是基于載波相位觀測值的一種能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法。RTK技術的基本原理是通過在流動站和基準站中單獨安置GPS-RTK接收機，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息等初始大范圍模糊數(shù)據(jù)一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的精準數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不足1 s。與靜態(tài)GPS技術相比，擁有GPS接收設備、實時測量軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的RTK能更快捷、更及時地處理傳送回來的GPS信號，對工程放樣完成、地形測繪、測量控制數(shù)據(jù)都能快捷、精準地計算，憑借簡約、精準度高、節(jié)約成本等優(yōu)點受到廣泛應用，具有廣闊的應用空間和較高的使用價值[5]。

4.2.2 無人機傾斜攝影測量技術

無人機傾斜攝影測量技術屬于一類使用計算機技術和傳感技術，在同一個無人機飛行平臺上搭載多臺傳感器（一般為5臺），從不同角度（1個垂直角度、4個傾斜角度）通過攝像機進行多角度拍攝，對目標物體進行全局測量、統(tǒng)計，主要由無人機飛行器、傳感器、傾斜相機、定位定姿系統(tǒng)（Position and Orientation System，POS）等組成。無人機飛行器是傾斜相機、傳感器和POS系統(tǒng)裝置的載體，傾斜相機則通過多鏡頭傳感器在飛行器的多方位靈活飛行下對地面建筑物進行多角度拍攝，POS系統(tǒng)與攝像機、傳感器等設備相互配合，奪取高精準度的方位信息并進行飛行狀態(tài)信息、空間坐標信息等測量信息的記錄、采集和統(tǒng)計，最終得出測繪的相關信息數(shù)據(jù)。無人機傾斜攝影測量技術突破了傳統(tǒng)正射影像垂直角度拍攝的局限，從5個角度采集高精準度空間數(shù)據(jù)、構(gòu)建模型、獲取成果，讓測繪工作效率與質(zhì)量均獲得了有效提升，并廣泛應用于民用建筑地質(zhì)測繪、不動產(chǎn)測繪工作領域。

4.2.3 數(shù)字攝影技術

數(shù)字攝影技術具體是指運用空中數(shù)字攝影機來拍攝測量地區(qū)，然后使用各種計算機系統(tǒng)對測量數(shù)據(jù)進行建模，獲得相應的數(shù)字化測圖內(nèi)容。數(shù)字攝影技術擺脫了傳統(tǒng)測繪技術受季節(jié)、氣候、地形等外界因素影響的弊端，使室外測繪工作大幅度回歸室內(nèi)計算機操作即可完成。在大面積地區(qū)特別是城市土地測繪工作中，數(shù)字攝影技術具有明顯的優(yōu)勢，不僅可以在工程項目建設領域中做好土地測繪工作，確保測繪數(shù)據(jù)的準確度和精準度，在工作效率、投入成本和時間成本上還有較大優(yōu)勢，可以提升土地測繪的工作質(zhì)量和工作效率。將地質(zhì)地貌相關攝像信息數(shù)據(jù)經(jīng)計算機系統(tǒng)進行數(shù)字化轉(zhuǎn)變，再在計算機上成圖，其高效快捷性使數(shù)字攝影技術在城鎮(zhèn)工程項目建設土地測繪工作中得到了推廣和應用，在充分發(fā)揮其技術優(yōu)勢的同時，推動了地質(zhì)測繪工作的健康發(fā)展。

5 測繪地理信息技術的發(fā)展趨勢分析

5.1 多平臺化信息數(shù)據(jù)收集將成為主流趨勢

隨著北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)的不斷完善，我國導航技術已經(jīng)占據(jù)國際領先地位。我國地理信息系統(tǒng)的建立所需要的不同類型發(fā)展平臺也不斷完善，可以為地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集和更新提供更加便利的條件。未來測繪地理信息技術多平臺化信息數(shù)據(jù)收集將成為主要趨勢，為地質(zhì)勘查工作的健康可持續(xù)發(fā)展提供更強有力的技術支持。

5.2 測繪地理信息技術將實現(xiàn)網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)共享

當前，地質(zhì)勘查工作中部分地理信息數(shù)據(jù)由于尚未實現(xiàn)全覆蓋的網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)共享，在某些情況下工作人員還需要通過實地勘查或者翻閱文獻來獲取相關數(shù)據(jù)和信息，這增加了地質(zhì)勘查工作的時間和各項成本，影響了工作效率。因此，未來測繪地理信息技術將進一步實現(xiàn)網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)共享全覆蓋，使地質(zhì)勘查工作信息資源得到高效共享，促進我國地質(zhì)勘查工作的良性發(fā)展。

6 結(jié)語

測繪地理信息技術包含的細分技術種類多樣，是當前被廣泛應用于地質(zhì)勘查工作的先進測繪技術，在地質(zhì)勘查工作中發(fā)揮著顯著的應用優(yōu)勢。多種形式的技術在不同領域中的科學合理應用可以有效提高測繪工作人員在數(shù)據(jù)采集、處理和分析中的工作效率，使測繪更加精準。因此，相關部門和工作人員應加強測繪地理信息技術的研究創(chuàng)新，不斷擴大其在地質(zhì)勘查工作中的應用范圍，使其更好地服務于我國地質(zhì)勘查工作。