規則測網土壤測量的數字化方法技術研究

段星星, 李文明, 杜 輝

(中國地質調查局 西安地質調查中心,陜西 西安 720054)

規則測網土壤測量的數字化方法技術研究

段星星, 李文明, 杜 輝

(中國地質調查局 西安地質調查中心,陜西 西安 720054)

利用C#高級程序設計軟件自編采樣點位設計軟件,即可按照指定的起止坐標值、點線距、樣品編號字母等信息自動批量生成含監控樣位置的采樣點位坐標表。在此基礎上,充分利用現有的Coord、MapGIS、GPSBabel、MapSource、UltraEdit等軟件,快速制作完成采樣點位設計圖及坐標值批量導入GPS導航儀。該方法高效解決了規則測網土壤測量采樣點位圖編制及測點坐標批量輸入手持GPS的問題,提高了化探測網的布設速度,縮短設計過程及野外生產準備時間,方便野外定點采樣,具有一定的應用價值。

地球化學;數字化;C#;GPSBabel

近年來數字化系統在地質調查工作過程中得到了廣泛地推廣與應用,尤其是區域地質填圖工作。地球化學勘查事業歷經60多年的艱辛和挫折,已發展成為中國地質調查和礦產勘查工作中不可或缺的方法技術之一,取得了一流的調查數據和令人矚目的找礦成果[1],據不完全統計,90%以上的貴金屬和有色金屬礦產均是依據區域化探成果發現的[2]。近年僅新疆東天山地區,就發現了玉海銅(鉬)礦、白鑫灘銅鎳礦、阿齊山鉛鋅礦、路北銅鎳礦、沙西銅礦、哈西金礦等一批重要找礦線索。當前,一方面是地球化學勘查找礦效果顯著,另一方面卻是數字化程度相對于其他地質調查工作手段明顯偏低。規則測網室內采樣點位圖制作通常依據制圖軟件圖形處理功能來完成,如MapGIS軟件通常是利用其陣列拷貝功能,按要求設定好列數、列間距、行數、行間距等,生成規則測網采樣點;規則測網中各采樣點坐標值則通過Excel等軟件計算求得或通過MapGIS等多個軟件完成[3],其操作步驟多,工作量大,容易出錯。測網測點坐標則通過人工逐個輸入手持GPS,傳統做法中為簡化這一輸入過程,野外現場直接依據手持GPS實時坐標值變化開展野外定點工作,如8點/km2規則測網前提下,通常工作流程是先找到線,GPS橫坐標值后三位250或750,然后依次找點,橫坐標后三位值為125、375、625、875。這種方法執行的前提是通過事先約定俗成原則布點,對于熟練的采樣工來說是很方便的,但對于首次操作GPS導航儀,開展野外采樣的技術工人就存在一定的不便,而且要求測線必須是正南正北向。信息化時代,計算機技術日益強大,借助計算機軟件讓復雜的工作簡單化,進一步提高化探測量各流程中數字化程度,及其在土壤地球化學測量中的應用變得尤為重要。

筆者在從事1∶5萬土壤地球化學測量的過程中,綜合前人在這方面的研究成果[4-11],發現可以通過現有的MapGIS、GPSBabel、MapSource、Coord、UltraEdit和基于C#程序設計語言編寫的規則測網采樣點位設計軟件,輕松實現規則測網的土壤地球化學測量從采樣點位設計到野外現場數據采集流程數字化運行管理,實現一次原始數據準備,即可完成帶屬性采樣點位圖制作和批量實現采樣點導入GPS導航儀等功能[12](圖1),確保采樣點位設計和野外采樣導航坐標數據的一致性,且極大縮短野外生產的前期準備時間。

圖1 方法技術流程圖Fig.1 Flow chart of methods and techniques

1 相關軟件及技術介紹

1.1 Coord軟件

Coord軟件是一款體積小、功能強大、簡單易用的坐標轉換工具軟件,它可以實現不同橢球之間的坐標轉換,同一橢球的直角坐標、地理坐標和平面坐標相互轉換。如北京54到西安80坐標的轉換,西安80到地方坐標的轉換,西安80坐標系下的直角坐標到地理坐標轉換等(http://www.gpsworld.com)。

1.2 GPSBabel軟件

GPSBabel是一款簡單易用、免費的GPS數據管理器,可以用于管理航點和航跡數據,支持Garmin、Magellan等GPS導航儀軟件(http://www.gpsbabel.org)。

1.3 UltraEdit軟件

UltraEdit是一套功能強大的文本編輯器,可以編輯文本、十六進制、ASCII 碼,完全可以取代記事本,可同時編輯多個文件,而且即使開啟很大的文件，速度也不會慢(http://baike.baidu.com)。

1.4 MapGIS軟件

MapGIS是中地數碼集團的產品名稱,是中國具有完全自主知識版權的地理信息系統,是全球唯一的搭建式GIS數據中心集成開發平臺,實現遙感處理與GIS完全融合,支持空中、地上、地表、地下全空間真三維一體化的GIS開發平臺(http://baike.baidu.com)。

1.5 MapSource軟件

MapSource為Garmin開發的一款GPS數據管理軟件。MapSource是針對Garmin GPS數據進行存儲、管理、編輯、應用的一個軟件。MapSource存儲數據的文件一般是后綴名為gdb的數據庫文件。存儲的內容主要包括航點、航跡、航線、地圖(http://baike.baidu.com)。

1.6 C#

C#是微軟公司發布的一種面向對象的、運行于.NET Framework之上的高級程序設計語言。C#是一種安全的、穩定的、簡單的、優雅的,由C和C++衍生出來的面向對象的編程語言。C#綜合了VB簡單的可視化操作和C++的高運行效率,以其強大的操作能力、優雅的語法風格、創新的語言特性和便捷的面向組件編程的支持成為.NET開發的首選語言。

2 原始數據準備

2.1 編寫采樣點位設計軟件

采樣點位設計軟件采用微軟C#開發語言進行設計開發。軟件設計首先依據起止點坐標以及點線距值之間的關系分別求取各采樣點編號、坐標值及數量;然后將坐標數量按照50個/批次樣品,利用隨機數算法在每批樣品中隨機選擇4個樣品位置插入監控樣,并在一列中標注為1,每批次樣品結束樣標注為2,其他樣品標注為2;最后輸出文本格式文件。

2.2 軟件校驗結果

通過設置所需的參數及輸出目錄(圖2),其中線距設置時,如果起點坐標小于終點坐標,點線距取正值,反之則取負值,樣號中輸入擬打頭的樣品編號字母,最終生成滿足要求的txt文件(圖3)。

圖2 采樣點位設計軟件參數設置圖Fig.2 Parameter setting of design software of sampling position

圖3 采樣點位設計軟件采樣點位生成圖Fig.3 Graph resulting sampling points of design software of sampling position

3 原始數據制作采樣點位圖

3.1 生成標準圖框

利用MapGIS投影變換模塊—系列標準圖框—鍵盤生成矩形圖框,生成1∶5萬或1∶1萬等設計要求的比例尺采樣點位圖圖框點線面文件[8](平面直角坐標系統,高斯—克呂格,比例尺為設計要求的,坐標單位為mm)。

3.2 采樣點投影

利用MapGIS投影變換模塊—投影轉換—用戶文件投影變換,開展采樣點投影工作。投影工作首先分別設定“用戶投影參數”和“結果投影參數”,其中“用戶投影參數”指的是通過采樣點軟件生成的數據格式,結果投影參數為采樣點位圖標準圖框參數;然后點擊“指定分隔符”設置“空格”分隔符,依據原始數據中的列分隔符,選擇相應的分隔符號;此處一定要注意設定坐標值X和Y值為雙精度數據,另設定X位于3列,Y位于4列;最后點擊“投影變換”(圖4),即可得到采樣點原始文件(圖5)。

3.3 制作采樣點位圖

首先新建MapGIS工程文件,從前面生成采樣點位圖標準圖框文件中導入地圖參數,添加標準圖框點線面文件和采樣點文件;然后在點編輯里面選擇“根據屬性賦參數”,在表達式里面輸入諸如“監控樣==1”,點擊確定后,在隨后彈出的“選擇點參數類型”里面選擇“子圖”,即可按整個圖面的要求給定參數,據此完成其他點屬性確定;最后按照土壤測量有關技術標準插入重復樣,補充完善責任欄、圖例等相關內容后,即完成采樣點位設計圖的編制工作。

圖4 MapGIS投影變換Fig.4 Projection transformation of MapGIS

圖5 采樣點位原始圖Fig.5 Primitive diagram of sampling position

4 設計采樣點數據導入GPS導航儀

4.1 GPS坐標源數據準備

GPS數據導入要求源數據格式為地理坐標系統,單位為度,所以需要利用Coord軟件將圖3中的平面直角坐標系統數據轉換成地理坐標系統數據。首先打開Coord軟件,“設置”→“高斯六度帶投影” →“中央子午線”;然后選擇“文件轉換”→“格式”→“自定義”;最后按照自定義格式準備文本格式數據,選擇“文件轉換”→“源坐標類型”項中勾選“平面坐標”,“選擇目標坐標類型”項中勾選“大地坐標”,點擊“箭頭”按鈕即可將數據轉換為地理坐標(圖6)。具體坐標轉換原理及詳細步驟可參考汪陵等(2013)(圖7)[13]。

圖6 平面坐標系統轉大地坐標系統圖Fig.6 System diagram of plane coordinate system to geodetic coordinate

圖7 計算結果圖Fig.7 Calculation results

4.2 GPS數據制作

本文已在Garmin GPS為例中介紹了GPS數據制作方式。首先使用UltraEdit軟件打開上一步制作的GPS坐標源數據,充分利用UltraEdit軟件所帶的列編輯功能,配合office excel軟件,按表1中的數據格式要求準備數據后,直接復制保存到文本文件中;然后使用上文提到的GPSBabel軟件,在輸入文件格式項中選擇“Garmin MapSource-txt”格式,在輸出格式項中選擇“Garmin MapSource-mps”,選擇保存位置,點確定即完成GPS數據制作。

4.3 GPS數據導入

使用Garmin GPS自帶的MapSource軟件打開上一步準備好的mps格式文件,使用傳送發送到設備,即完成采樣點位數據批量導入Garmin GPS導航儀(表1)。

表1 采樣點位導入GPS導航儀數據格式

5 結語

(1) 本文利用C#編寫的規則測網采樣點位設計軟件,簡單高效地自動生成采樣點位坐標表。該軟件不僅可以用于規則測網土壤測量中,也可以用在物探磁法和重力等規則測網的布設工作。軟件目前處于設計的初級階段,存在諸多可以改進的地方,筆者旨在拋磚引玉。

(2) 綜合現有Coord、MapGIS、GPSBabel、MapSource、UltraEdit等軟件,實現規則測網土壤測量在完成一次原始數據準備后,即可快速制作完成帶屬性的采樣點位設計圖及坐標值批量導入GPS導航儀。

(3) 方法技術的研究旨在提高工作效率和質量,實際使用過程中必須嚴格遵守相關國家標準及行業標準,不能機械地參照本文所述方法執行。

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[3] 涂明,劉多朝.如何用Excel Coord及Mapsource完成野外物化探測網的高效布設[J].甘肅科技,2009,25(18):35-37.

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(責任編輯：陳文寶)

Research on Digital Technology for Application of Regular MeasuringNetwork of Soil Survey

DUAN Xingxing, LI Wenming, DU Hui

(Xi’anInstituteofGeologyandMineralResources,ChinaGeologicalSurvey,Xi’an,Shaanxi720054)

C# Advanced Programming Software has programmed a software designing sampling points,which can automatically generate batch of letters containing the specified starting and ending coordinates of point line,sample number and other information. On this basis,the full use of existing Coord,MapGIS,GPSBabel,MapSource,UltraEdit softwares,can quickly create complete design sampling point and the way the coordinates are bulk imported in GPS navigator. This method effectively solves the traditional geochemical soil survey grid and the problems in coordinates batch inputting handheld GPS,which improves the speed of the geochemical survey grid,cuts down the design process,field preparation time,and field sampling easily,yielding a certain value.

geochemistry; digitalization; C#; GPSBabel

2015-05-25;改回日期:2015-07-13

段星星(1983-),男,工程師,碩士,巖石學、礦物學、礦床學專業,從事勘查地球化學工作。E-mail:86000536@qq.com

P208; P59

A

1671-1211(2016)01-0109-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201601020

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20151217.0912.008.html 數字出版日期:2015-12-17 09:12