基于Google Earth的野外地質實習三維模型的應用

張鵬 徐洪鐘 隋志龍 張媛媛

[摘 要] 文章以南京地區為例，利用 Google Earth建立野外地質實習的三維模型，用于指導學生進行野外實習點的位置確定和地貌分析，并進行斷層的三維影像特征分析、遙感解譯、地貌剖面的建立等內容?；贕oogle Earth的三維模型在野外地質實習中的應用，可以大大加深學生對野外實習內容的直觀認識以及對地貌和地質現象的理解。

[關鍵詞]Google Earth;地質教學;野外地質實習

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）08-0048-03

良好的野外實習基地是成功開展地質學野外教學實習的重要前提。南京地區地層出露齊全，構造現象清楚、典型;地質研究程度高，交通方便，觀察容易，其中許多地點是高校開展地質教學實習的良好場所。

Google Earth是 Google公司提供的電子地圖服務，它把衛星影像、航空相片和地理信息布置在地球的三維模型上，讓用戶通過該軟件可以免費瀏覽全球的高清晰度衛星照片。此款服務可以提供不同分辨率（0.6～2.5米）的衛星照片和等高線地形視圖，具有便捷、互動性強、免費等諸多優點。利用Google Earth可以方便地創建自定義位置、路徑，查看經緯度信息、高程等，在野外地質調查、工程外業實施、戶外活動中都有非常高的應用價值[1-2]。

近年來，該軟件逐漸被應用于地質、地理、環境等課程的數字化教學中[3-5]。筆者結合教學改革課題，運用Google Earth平臺，對南京工業大學工程地質學南京實習基地進行數字化，把實習基地的知識直觀地表現出來，并用于指導學生的野外學習和實習報告的編寫。Google Earth在地質野外實習中的應用，不僅可以讓學生大大增進對野外實習內容的直觀認識，加深對地貌和地質現象的理解;還可以讓學生提升實踐興趣、開拓知識視野、鼓勵獨立思考、增強學習信心和培養科學精神等[6-7] ，大大提高野外地質實習的成效。讓學生掌握這個應用性極強的工具，對其今后的工作和學習都將大有裨益。

一、南京野外地質實習基地簡介

從南京向東到鎮江再折向南東，東抵武進區境孟河一帶，綿延了一列丘陵、低山，稱為寧鎮山脈。它全長100余千米，標高一般為100～200米，少數山峰超過300～400米，如鐘山、孔山、九華山、侖山、棲霞山、寶華山等。這里地層山露齊全，不僅在下揚子而且在華南均具代表性;構造變形程度中常，構造形象清楚、典型;火成巖類多而且出露廣泛。

南京地區的地層單元屬揚子地層區下揚子分區寧鎮地層小區。本區地層自震旦系至第四系均有出露，發育良好，研究程度高。其中，古生代和部分中、新生代地層有很久的研究歷史，建有許多標準剖面，為廣大地質工作者劃分和對比地層提供了重要的依據。

本區在地貌上位于長江下游低山丘陵地貌區，其地形地貌可劃分為低山、丘陵、階地、河流相沖積平原和長江漫灘等幾種類型。

南京地區主要的斷裂有4條，分別是幕府山—焦山斷裂、南京—湖熟斷裂、江浦—六合斷裂和方山—小丹陽斷裂。其中，幕府山—焦山斷裂和南京—湖熟斷裂為第四紀早、中更新世有過活動的斷裂，且規模較大，為對區域穩定性較為重要的兩條斷裂。

二、野外三維數字化模型的創建

Google Earth 可以隨意瀏覽全球遙感數據，分辨率一般可達1～2.5米。如果網絡通暢，在城市和農村地區可以清晰地看到樓房、道路、車輛、植被、裸露巖體等， 且能隨時查看經緯度、高程信息。Google Earth還能將全球數字高程數據進行遙感圖像的三維顯示（黃琪等，2015），其三維遙感影像不僅能夠反映真實情景，而且可以方便地切換觀察者的位置、方向，能夠非常直觀地顯示地貌現象[5]。因此，只需將各個野外實習地點的經緯度位置標在Google Earth上，便可直接創建該地點的野外三維數字化模型。以棲霞山野外實習基地為例，首先要求學生在每個野外實習點用手機記錄經緯度信息，在室內根據經緯度信息將各個野外實習點的位置創建于Google Earth上（如圖1所示），如此，學生便建立了棲霞山地區的野外三維數字化模型。由此可觀察各個野外實習點的相對位置以及遙感影像特征、地貌特征等信息（如圖2所示）。

現將所建立的南京地質實習基地模型內容概述如下。

（一）燕子磯—三臺洞路線

地層與巖石：震旦系燈影組、寒武系幕府山組、奧陶系侖山組、白堊系浦口組、第四系下蜀組。構造現象：沿江斷裂及其他斷層。巖溶現象：溶洞。風化作用及崩塌現象。長江流水地質作用：江岸沖刷河漫灘、江心洲。

本處共5個觀察點。

（二）老虎山—獅子山—繡球公園路線

地層與巖石：白云質灰巖、白云巖、礫巖、細砂巖、粉砂巖、下蜀土。構造現象：斷層、節理、層面。斜坡塊體運動現象：滑坡、崩塌。巖石風化作用現象。長江流水作用：河漫灘。

本處共5個觀察點。

（三）五臺山—清涼山—石頭城路線

地層與巖石：浦口組礫巖、沙礫巖、細砂巖、粉砂巖、下蜀土。構造現象：斷層、節理、層理。城墻地基穩定性。公路斜坡及建筑物邊坡穩定性。秦淮河及長江河漫灘平原。

本處共4個觀察點。

（四）棲霞山北長江邊—棲霞寺—山頂

地層：五通組、棲霞組、象山群。巖溶現象：石芽、溶溝、豎井落水洞。河流作用：長江河床、河漫灘。

本處共6個觀察點。

（五）紫金山路線

地層與巖石：三疊系黃馬青群紫紅色質砂巖、粉砂巖、泥巖，侏羅系象山群、石英砂巖、長石石英砂巖，輝長巖巖體。構造現象：斷層、節理、層面。地形類型：單面山、山麓面、剝蝕平臺、階地、湖泊。

本處共6個觀察點。

三、野外三維數字化模型的地質應用

以南京幕府山、燕子磯、烏龍山一帶為例，這一帶近東西向的幕府山—焦山斷裂在山前通過，并在山體北源形成了一系列陡崖，山體線性影像清晰，可以要求學生首先在Google Earth上觀察該斷裂的三維影像特征（如圖3所示），并結合野外實習點進行幕府山—焦山斷裂的遙感解譯。通過Google Earth功能的創建路徑，可沿著斷裂的線性影像特征畫出斷裂位置，并設置線條的顏色和粗細。該解譯工作較為簡單，學生可以輕易完成，解譯過的Google Earth影像見圖4（白色線條為斷裂位置）。

利用Google Earth自帶的高程信息，還可以方便地創建地貌剖面。首先創建一條直線路徑，在路徑的右鍵菜單中選擇“顯示高度配置文件”，則在屏幕上自動生成該路徑的高程剖面。高程剖面上橫坐標為距離，縱坐標為高程。圖5為一條過南京老山、長江、江心洲、石頭城的路徑（藍色線條）及其高程剖面。在該剖面上可要求學生進行地貌解譯，標明長江河道、河漫灘、一級階地、二級階地、低山丘陵等地貌信息。該地區河漫灘一般高出江面幾米，一級階地一般高出江面10米，二級階地一般高出江面20～25米。經過動手進行高程的分析和地貌剖面解譯后，學生對河流階地、河流對地貌的塑造等概念和地質過程都會有更好的理解。

此外，南京老虎山野外實習點，除了可以觀察第四系下蜀組黃土剖面外，還是一個典型的滑坡體。在野外現場學生對滑坡體的分布范圍難以獲得認識，可要求學生在Google Earth上對該點的滑坡體范圍進行解譯（如圖6所示），以使學生形成更加直觀的認識。

四、Google Earth在野外地質實習應用中的問題

首先是關于經緯度信息的獲得問題。在國內，Google Earth軟件在手機上不能使用，而用于獲得經緯度信息的手機APP多種多樣，不同類型的手機也難以對使用的APP進行統一，這就導致學生往往依賴老師或他人來獲得經緯度信息。目前用于手機的較好的替代軟件為奧維互動地圖，各類手機都可使用該軟件該軟件自帶Google Earth遙感影像，而且其羅盤功能可獲得經緯度信息。值得注意的是，該軟件顯示的經緯度信息必須現場記錄，將野外實習點位置存在奧維互動地圖上后，其記錄的經緯度則被人為加偏，并非真實的經緯度。

其次，學生在利用Google Earth制圖時，由于缺乏經驗，往往會產生比例尺過大或過小、考察點標志不清晰、名稱不正確、線條不清楚等問題，需要在實習報告編制前向學生介紹清楚Google Earth主要基本功能的使用、三維影像如何實現、制圖要求等，以使其野外實習報告的質量得以提升。

此外，為了提高學生對Google Earth的興趣，可向學生展示從Google Earth上看到的宇宙、雪山、地質之美，結合實際展示Google Earth在工作、生活中的廣泛應用。Google Earth不僅是一個實用的工具，還給我們提供了一個從上帝視角觀察地球、觀察所生活世界的機會：在這里，可以真正體驗到個體之渺小與天地之浩瀚。

[參考文獻]

[1] 孟曉榮.GoogleEarth圖像在測繪及地質工作中輔助應用淺談[J].四川地質學報，2016（S1）：88-89.

[2] 王磊.谷歌地球在鐵路工程地質測繪中的應用[J].資源環境與工程，2015（4）：476-479.

[3] 劉建宏，楊麗英，熊忠平，等.基于GoogleEarth的仰天崗實習基地的數字化教學模型研究[J].安徽農業科學，2010（31）：17950-17952.

[4] 李吉祥.在網絡環境下使用谷歌進行地理教學初探[J].課外閱讀（中下），2012（14）：251.

[5] 劉曉，鄭家文，張照錄，等.Google Earth在遙感地質教學中的應用[J].中國地質教育，2017（2）：52-55.

[6] 張帆，王孔偉.地質工程專業野外地質實習教學的幾點思考[J].大學教育，2017（10）：45-47.

[7] 蔡益棟，劉大錳，魏玉帥，等.教師在地質類本科生野外實踐教學中的作用[J].大學教育，2016（9）：150-151.

[責任編輯：龐丹丹]