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区域地质调查工作是一项战略性的地质工作。传统的区调工作中,野外工作采用野簿、手图等纸介质,通过手工方式记录野外地质现象及宏观地质特征;室内资料整理与综合研究、图件编绘与报告编辑出版工作方式也以手工方式为主。不仅工作周期长,效率低,而且以纸介质的形式对地质图件进行保管和提供使用,都存在着很大的弊端。
国外发达国家针对这种技术落后、效率低下、与需求严重脱节的状况,从80年代中期就开始了新一代的填图尝试。到目前为止,美国、加拿大、英国、德国、瑞典、日本、荷兰、澳大利亚和法国等,都已经实现或部分实现了从野外数据采集到室内数据管理、数据分析、信息综合、交互编图、编辑修改、电子打样,再到分色制版、出版印刷的计算机辅助化,并正式纳入生产流程。我国在90年代中期开始的“第二轮填图计划”也明确提出,要通过开展新一轮区调填图和专题研究相结合的途径,应用高新科技把我国基础地质调查研究程度提高到一个新的水平,并与此相配合,启动了一系列的有关计算机辅助填图、制图、标准化制订的科研项目。
为适应这一发展趋势,为国家新一轮国土资源大调查及相关产业提供技术支撑,并培养和储备新一代的地质人才,中国地质大学(武汉)资源信息系统研究所在国土资源部“九五高新技术重点开发项目(9506002)”的资助下开发了“计算机辅助1:5万区域地质填图系统”,随后又在中国地质大学(武汉)“地质实践教学技术创新与教学改革”专项计划的资助下,开发“计算机辅助区域地质调查系统(教学版)”。这两个系统以地矿点源信息系统(吴冲龙等,1996)[9]为指导思想,分别面向实际区域地质调查部门和高校地矿类本科教育。它们相辅相成、密切配合,反映了现代地学信息采集、管理与应用的新技术和新方法②。整个系统分为野外空间数据采集子系统、野外属性数据采集子系统、室内数据管理与综合整理子系统及地质图件机助编绘子系统几部分。本文以此为项目支撑,主要内容即是开发一个集成于该实习系统下的、以图幅工作区点源数据库为核心的“计算机辅助野外空间数据采集子系统”,同时对开发过程中涉及的有关技术进行适当深度的研究。
开发“计算机辅助野外空间数据采集子系统”就是为了实现区域地质调查中野外空间数据的计算机辅助采集、存储、管理及整理,该子系统是全程计算机辅助填图的重要组成部分。当前计算机技术在区域地质填图方面,除野外数据采集环节外都有了较好的应用,本系统的成功完成将可能大大提高野外填图的工作效率及精度,为实现地质调查的全程计算机辅助化画上一个圆满的句号。
本文的研究以地矿点源信息系统理论为指导,研究思路与技术路线是:在用户调查及相关文献、资料的基础上,系统分析区域地质调查野外空间数据采集与整理的工作流程、数据特征、功能需求特征,建立完善的实体概念模型;根据区域地质调查野外工作特点与用户需求,研究野外空间数据采集的策略与方式,选择合适的硬件配置;依据合适的软件开发方法,进行软件开发,建立原型系统;到周口店实习基地实地参加整个教学实习过程,配合进行实验填图野外试用测试,并根据使用者的意见进行系统修改,并进一步进行应用测试,修改完善系统;归纳总结系统开发方法。
在论文的进行中,主要取得以下一些成果:
1.建立了计算机辅助野外空间数据采集的方法体系:作为计算机辅助区域地质调查实习系统的一部分,野外空间数据的计算机辅助采集就是利用GIS对空间数据的管理、处理能力来采集、管理及整理野外填图过程中所涉及的各类空间信息,即从填图工作开始,将搜集的各类基础资料及野外调查所采集的信息分别输入到计算机中,根据其属性、特征保存在不同的GIS图层中。实现空间数据的计算机辅助采集的优点是使野外采集的数据一次输入到计算机中,省却了从野外手工记录到室内数据输入计算机这一多余环节,提高了工作效率。
2.针对地质实习的特点及区域地质调查的有关要求,对管理空间数据的GIS图层进行了划分,对图层文件的管理进行了设计。合理地划分图层不仅便于数据的采集,更重要的是,对于后期室内数据整理、图件编绘、空间数据库建立都能提供极大的便利;图层文件的有效管理利于数据的应用及安全;
3.创造性地将信息系统中的数据字典技术应用在基于GIS的系统软件开发中,使得系统的结构更加紧凑,提高了系统的稳定性、可维护性、重用性,同时利于系统的升级改造;
4.针对GPS在地质实习中的应用,设计、实现了简便可行的精度控制方法,使得GPS的定位精度可以基本满足地质教学实习的需要,在GPS与GIS的集成方面取得了巨大的进步;
5.实现了矢量化地形图上“V”字型法则的地质界线计算机辅助连接:系统根据地质观察点自动从数据库中提取相关地层的产状数据,并根据地质点间的地形判断“V”字型的走势;
6.实现了空间数据库与属性数据库的实时连接,可以通过空间特征对属性数据进行系统、全面的查询、检索,体现了点源信息系统的思想和GIS功能优势,有助于大大提高室内数据整理的效率;
7.发现了改善系统集成的一个新思路:将系统中GIS模块与DBMS模块中的数据字典进行有效地组织、融合,表层上可以缩小系统体积,降低系统对硬件的客观需求,深层次上可以优化数据在系统两模块间的交流;
同时,由于自己学识水平、研究时间的限制,论文及软件系统也存在着很多不足,为了进一步的研究,这里列出一些较重要的方面,以供其他师长、同学参考:
1.元数据的管理:元数据的有效管理有助于其他用户了解、使用数据;
2.数据字典技术的进一步应用;
3.符号库的扩充:系统所带的符号还不能满足地质图件的丰富内容的现状,需要制作大量的点、线、面符号;
4.GPS系统的应用及GPS与GIS的集成:手持GPS接收机的定位精度还不能满足地质填图作业的要求,需要有更专业的方法提高定位精度;
5.帮助文件的完善:系统缺乏为用户服务的、详细的在线帮助文件;