數字填圖野外數據采集APP的改進探討

方 明, 唐國強, 常 彪, 孔維華, 盧海波, 彭 輝, 趙 健, 王 彪, 韓嘯天, 孫益斌

(1.湖北省地質局 第六地質大隊,湖北 孝感 432099; 2.江西有色地質勘查二隊,江西 贛州 341099)

地質工作在不斷地深入,已經突破二維向三維發展,野外地質調查不管是傳統的路線、剖面、槽井硐鉆,還是天然或人工形成的不規則的坎崖坑基,都需要快速、精確的數據采集,以滿足地質建模的需要。

1999年至今,原國土資源部、中國地質調查局在國土資源大調查等專項中,設置了多個與數字地質調查技術研究、系統研發及推廣應用相關的項目,通過螺旋式開發模式,研制并完善了數字地質調查系統(DGSS)。數字地質調查系統涉及的工作內容有:中—大比例尺地質礦產填圖、探礦工程編錄與采樣、地球化學勘查、地球物理勘查、重砂測量、遙感地質調查、礦產檢查和綜合研究、資源儲量估算、礦體三維建模等[1]。

隨著數字地質調查技術的深入推廣及不斷應用改進,數字化填圖已成為野外工作的重要工具,顯示出較多優越性。一些新技術、新方法、新設備的應用需要前置與組合,為快速采全、采準第一手數據服務。

目前,野外路線已實現P過程(及地質要素)的GPS定位聯動、電子羅盤應用及地質云的初步融合,但仍感PRB過程不夠人性化,結合多年野外實踐對野外數據采集APP提出改進建議,以期實現野外數字地質調查PRB過程更加智能化、人性化,逐步實現野外地質調查智能感知[2],減少后期桌面整理工作量,騰出時間和精力提升室內聯圖和數據分析等工作質量。

1 野外數據采集現狀

野外地質調査是基礎性地質工作。通過近20年的發展,野外路線數據采集器從最初的Windows CE、Windows mobile操作系統到現在流行的Android操作系統;硬件方面也有質的飛躍——由原來256 MB內存、64 MB閃存的多設備(錄音筆、照相機、攝像機、藍牙GPS、記錄本素描、羅盤)組合到現在3～8 GB內存、64 GB閃存的功能集于一體(照相、攝影、錄音、GPS、電子羅盤、電子手圖手簿)的工業智能機,采用的是無后蓋全封裝,其防水抗震性能好、體積小、重量輕、便于攜帶。

野外地質調査數據采集軟件從RGMap、PEData到AoRGMap、AoPEData,架構未有大的改動,仍以堆棧式數據采集,加入少量的GPS聯動功能。

從野外路線采集PRB數據操作流程[3](圖1)可以看出,數據采集基本功能已完備。

以往的設備及操作系統無法實現其智能化、人性化。與現行的Android手機相比存在以下系統及功能問題:

(1) 設備問題。以往數據采集器為多設備組合,不但充電與攜帶不便、協調配合差,而且轉入桌面系統需要導入鏈接。現采用智能機后,已實現“一機在手皆擁有”,產狀通過電子羅盤自動填寫數據,照片、素描、錄音、錄像皆動態鏈接。

圖1 野外路線采集PRB數據操作流程圖(據李超嶺,2005修改)Fig.1 Flow chart of PRB data acquisition operation for field routes

(2) GPS數據的利用。以往GPS數據只是作為航跡監控手段,PRB過程需人工操作。由于采集器屏幕不靈敏造成人機交互不友好,PRB數據空間精度差,后期桌面整理工作量大。目前,已實現GPS空間數據聯動P過程、地質要素(產狀、化石、樣品、素描、照片等)及地球物理、地球化學采樣等過程空間數據專屬性編輯功能。R過程、B過程有待完善。

(3) 手圖與手簿。手圖沒有多大改進,一直是點(地質點、地質要素)、線(分段路線、點上或點間路線)及點注記,看不出一點地質內容,應增加R過程Free圖層自動標注巖性代號功能(路線右側),在桌面系統可在路線左側畫巖性花紋,增加路線地質內容表現力;以往無手簿瀏覽功能,現已實現該功能,手簿符合閱讀習慣,應增加手簿修改、回填PRB屬性數據功能。

完善手圖與手簿功能,對野外路線結束后在約定地點等候值班車(接送)時間段的初步整理工作十分必要。

(4) 質量控制與檢查及手標本的利用問題。以往只能對同天臨近的多條路線手標本進行目測統一定名后遺棄,然后需要將路線導入至桌面系統,初步整理才能開展質量控制與檢查發現問題,現在只要能完善(1)～(3)項功能,實現APP的自動繪圖及標注功能,達到節省整理時間的目的,就能及時質量控制與檢查,安排第二天工作,同時對手標本進行加工、管理與鑒定分析(簡易高倍電子放大鏡、礦物巖石光譜快速分析儀、X熒光快速分析儀)。

(5) 關于結構性數據與字典庫。以往結構性數據屬于堆棧式,點擊一個P、R、B過程需要逐一對其屬性結構數據進行(錘擊)選擇,未建立聯動機制,如:(左右)填圖單位、點側、接觸關系與接觸界線類型、巖性名稱與代號等。解決這個問題需要對PRB過程屬性數據聯動及字典庫結構重新進行流程設計,避免結構性屬性數據選擇錯誤,使野外地質人員更專注于P過程(地質描述)、R過程(路線描述)、B過程(界線描述)等宏觀地質特征的記錄。

2 改進建議

2.1 路線地質調查

2.1.1GPS自動采點設置

GPS自動采點設置距離應隨比例尺自動設定,圖面間隔米距為1 mm(如:比例尺1∶50 000自動設置為50 m,比例尺1∶25 000自動設置為25 m)。因為數據采集器手圖方里網尺度太大,這個1 mm就是基本標尺，便于點距控制。對圖面表示的最小地質體寬度(1 mm)、點距選取等實際工作距離控制很有幫助。

2.1.2GPS采點過程中的PRB分解與聯動

運用GPS采點實現P、R、B等過程精確采集與繪圖是實現APP智能化的關鍵。 GPS與PRB過程的關系見表1。

表1 PRB過程與GPS定位點的關系Table 1 Relationship between PRB process and GPS location point

(1) P過程。空間位置只與單個GPS坐標點有關:點擊“”,再點擊下部展開菜單中的“”,實現定點采集坐標并彈出對話框一次完成,其他地質要素“”、“”、素描(須從“路線數據”菜單中調出)、“”亦有此功能,非常智能、便捷。節省了后期點要素整理—移動、坐標重寫入動作，解決了點要素與GPS坐標不一致的問題。

這個功能可進一步擴展至其他專業的數據采集過程中,如化探采樣、物探點數據采集等等。

(2) R過程。空間位置與兩個及以上的GPS坐標點有關:數據采集APP中已實現GPS航跡生成,能否實現點擊“”,點擊“點間(GPS)”(須修改程序添加),拾取GPS一個起點、一個終點生成航跡，轉存為點間路線并彈出對話框,省略后期點間路線整理—移動折線點至GPS點上的動作,實現路線(平面、剖面)距離標準化,解決人為折線移點冗余動作及路線不通過GPS點等問題。

(3) B過程。空間位置與單個GPS坐標點或P過程及界線走向、傾向有關:是否可以實現點擊“”,點擊“點間界線(GPS)”(須修改程序添加),彈出對話框調用電子羅盤量取界線產狀,通過GPS點生成一條三點走向線(線方向為從上至下,從左至右。Bn,n為非0正整數);點擊“點上界線”(須修改程序添加),彈出對話框調用電子羅盤量取界線產狀,通過地質點(P點)生成一條三點走向線(B0)。桌面系統整理只需對界線進行“V字形法則”調整。

(4) PRB過程流程化聯動。將P、R、B等過程精確采集、智能化繪圖流程與屬性聯動結合是實現APP人性化的關鍵。

分析一條路線的PRB過程:

① 首點(路線號與地質點號相同)的P過程或PB過程;② 路線中同一PRB過程下的RB;③ 路線中PRB過程轉換下的(當前)R(下一)P、(當前)R(下一)P(下一)B過程。

PRB過程流程化聯動可增加一個PRB按鈕,其程序流程見圖2。

在PRB過程智能化采集中,還需要解決PRB屬性數據的繼承問題,如根據填圖單位、巖性等的繼承問題,地質界線左右地層單位自動填寫等等。

2.1.3其他

在文字描述、素描圖對話框及照片編輯中增加“產狀”按鈕,調用電子羅盤,使產狀格式“傾向∠傾角”。對不反映在手圖圖面上的構造如節理、裂隙、線理、褶皺樞紐等產狀進行量取,豐富路線手簿的宏觀記錄。

增加素描、照片方位自動添加功能。增加照片編輯功能,在照片上添加文字說明、產狀、線條等。增加地質要素(產狀、樣品、化石、素描、照片)屬性與子圖參數聯動機制。增加斷層產狀與性質組合子圖(斷層面產狀子圖+示動盤子圖)。增加PRB對話框中巖性代號;在free圖層中,R過程在路線右側標注巖性簡寫(或巖性代號)。后期桌面系統整理可在左側畫花紋符號,豐富路線手圖的地質表現力。增加信手剖面圖GPS高程信息生成功能,解決擴邊路線(段)無法生成的問題。

圖2 建議野外路線數據PRB采集APP程序流程圖Fig.2 Proposed flow chart of PRB acquisition APP program for field route data

通過以上功能的完善,為野外數據采集的效率及質量(取全、取準、快速)提供有利的保證。一天的野外工作結束后,回到駐地即可進行交流與統一聯圖,完善信手剖面、小結、統計工作量與自互檢工作,而后及時導入PRB庫。

階段性整理各小組匯總路線至小組手圖中,導出記錄,編輯手圖、手簿并進行項目組檢查,形成野外電子紙介資料(供專抽檢、野外驗收用)。

2.2 實測剖面

實測剖面的實質就是一條精度更高的地質路線。以往受測量技術限制,采用半儀器法(羅盤、測繩或皮尺)導線測制,由于皮尺較長,仍然存在誤差,需起點、終點控制平差。

實際操作中,可采用激光角度測距儀結合GPS采點定位進行測制,減小收放拉測繩的工作強度,提高測量精度。如何將激光角度測距儀功能組合至APP中并進行鏈接是需要解決的問題。

2.3 工程編錄

2.3.1地質界線(分層線)輪廓

在工程素描中,實際地質界線往往不是一條平直的線,一般需要手工描繪,應像輪廓線一樣進行采集、數據庫管理及繪制。

2.3.2地質體內的地質現象

在工程素描中,地質體內存在包體、脈體、褶皺、小斷層等地質現象,一般需要手工描繪,應增加Free圖層像輪廓線一樣采集數據繪制。

2.3.3坎、崖、(采)坑、基巖及地貌的素描

對于一些天然或人工的典型地質現象露頭——坎、崖、(采)坑、基巖、地貌的素描一般采取信手素描或照片素描,但作為數字化采集,特別是作為精度較高的重點露頭解剖或在探礦工程中時,信手素描或照片素描往往不能滿足要求。對于這類天然或人工不規則的露頭,無法建立測線、人力難以協作測量,應考慮建立立體建模建庫模式,如采用立體攝影測量建模、激光角度測距儀建庫等。

2.4 物化探采樣

物化探數據(樣品)采集已實現GPS空間位置聯動屬性表數據采集。設計的位置滿足采樣需求，即為正常采集；但對于設計的位置不能滿足采樣要求需要變更的，就缺少(樣品點)采集數據變更表。尤其是按規則測網(線)布設的物化探采樣點數據的采集經常存在采樣點位置變更的情況需要說明，樣品采集數據變更表是必不可少的。

2.5 數據安全與輸出

對于未保存自動關閉程序,可否加一個自動保存功能？

路線數據輸出為野外路線電子手簿WORD版時,總是先R后B(點上界線描述在下一點間路線描述之后),且無R、B標識,應完善輸出功能。

3 結論

通過對數字填圖野外數據采集APP的現狀分析,重點對野外地質路線采集PRB過程空間定位與屬性聯動的功能實現可行性論述,提出了改進建議。

在野外,每個地質人員路線整理時間2～3 h不等,耗時耗精力。通過對數字填圖野外數據采集APP的改進,不但能加快數據采集速度,而且能保證數據結構的準確度,還節省大量的野外整理時間,產生的效果亦十分顯著。

地質大數據時代已經到來,各種新方法、新技術、新設備層出不窮。只有將新方法、新技術、新設備充分融合,才能使野外地質調查更人性、快捷、智能。野外地質一線人員不具備軟件開發能力,值此“大眾創業，萬眾創新”的時代環境下,提出數字填圖APP改進建議,以期有能力的個人或單位采納借鑒。

致謝:本文是作者承擔多個中國地質調查局工作項目使用數字填圖系統APP的心得。成文過程中,得到了中國地質調查局成都地質調查中心張萬平研究員、李光明研究員,及局發展研究中心袁桂香研究員的悉心指導,在此一并表示衷心的感謝。