数字填图野外数据采集APP的改进探讨

方 明, 唐国强, 常 彪, 孔维华, 卢海波, 彭 辉, 赵 健, 王 彪, 韩啸天, 孙益斌

(1.湖北省地质局 第六地质大队,湖北 孝感 432099; 2.江西有色地质勘查二队,江西 赣州 341099)

地质工作在不断地深入,已经突破二维向三维发展,野外地质调查不管是传统的路线、剖面、槽井硐钻,还是天然或人工形成的不规则的坎崖坑基,都需要快速、精确的数据采集,以满足地质建模的需要。

1999年至今,原国土资源部、中国地质调查局在国土资源大调查等专项中,设置了多个与数字地质调查技术研究、系统研发及推广应用相关的项目,通过螺旋式开发模式,研制并完善了数字地质调查系统(DGSS)。数字地质调查系统涉及的工作内容有:中—大比例尺地质矿产填图、探矿工程编录与采样、地球化学勘查、地球物理勘查、重砂测量、遥感地质调查、矿产检查和综合研究、资源储量估算、矿体三维建模等[1]。

随着数字地质调查技术的深入推广及不断应用改进,数字化填图已成为野外工作的重要工具,显示出较多优越性。一些新技术、新方法、新设备的应用需要前置与组合,为快速采全、采准第一手数据服务。

目前,野外路线已实现P过程(及地质要素)的GPS定位联动、电子罗盘应用及地质云的初步融合,但仍感PRB过程不够人性化,结合多年野外实践对野外数据采集APP提出改进建议,以期实现野外数字地质调查PRB过程更加智能化、人性化,逐步实现野外地质调查智能感知[2],减少后期桌面整理工作量,腾出时间和精力提升室内联图和数据分析等工作质量。

1 野外数据采集现状

野外地质调査是基础性地质工作。通过近20年的发展,野外路线数据采集器从最初的Windows CE、Windows mobile操作系统到现在流行的Android操作系统;硬件方面也有质的飞跃——由原来256 MB内存、64 MB闪存的多设备(录音笔、照相机、摄像机、蓝牙GPS、记录本素描、罗盘)组合到现在3～8 GB内存、64 GB闪存的功能集于一体(照相、摄影、录音、GPS、电子罗盘、电子手图手簿)的工业智能机,采用的是无后盖全封装,其防水抗震性能好、体积小、重量轻、便于携带。

野外地质调査数据采集软件从RGMap、PEData到AoRGMap、AoPEData,架构未有大的改动,仍以堆栈式数据采集,加入少量的GPS联动功能。

从野外路线采集PRB数据操作流程[3](图1)可以看出,数据采集基本功能已完备。

以往的设备及操作系统无法实现其智能化、人性化。与现行的Android手机相比存在以下系统及功能问题:

(1) 设备问题。以往数据采集器为多设备组合,不但充电与携带不便、协调配合差,而且转入桌面系统需要导入链接。现采用智能机后,已实现“一机在手皆拥有”,产状通过电子罗盘自动填写数据,照片、素描、录音、录像皆动态链接。

图1 野外路线采集PRB数据操作流程图(据李超岭,2005修改)Fig.1 Flow chart of PRB data acquisition operation for field routes

(2) GPS数据的利用。以往GPS数据只是作为航迹监控手段,PRB过程需人工操作。由于采集器屏幕不灵敏造成人机交互不友好,PRB数据空间精度差,后期桌面整理工作量大。目前,已实现GPS空间数据联动P过程、地质要素(产状、化石、样品、素描、照片等)及地球物理、地球化学采样等过程空间数据专属性编辑功能。R过程、B过程有待完善。

(3) 手图与手簿。手图没有多大改进,一直是点(地质点、地质要素)、线(分段路线、点上或点间路线)及点注记,看不出一点地质内容,应增加R过程Free图层自动标注岩性代号功能(路线右侧),在桌面系统可在路线左侧画岩性花纹,增加路线地质内容表现力;以往无手簿浏览功能,现已实现该功能,手簿符合阅读习惯,应增加手簿修改、回填PRB属性数据功能。

完善手图与手簿功能,对野外路线结束后在约定地点等候值班车(接送)时间段的初步整理工作十分必要。

(4) 质量控制与检查及手标本的利用问题。以往只能对同天临近的多条路线手标本进行目测统一定名后遗弃,然后需要将路线导入至桌面系统,初步整理才能开展质量控制与检查发现问题,现在只要能完善(1)～(3)项功能,实现APP的自动绘图及标注功能,达到节省整理时间的目的,就能及时质量控制与检查,安排第二天工作,同时对手标本进行加工、管理与鉴定分析(简易高倍电子放大镜、矿物岩石光谱快速分析仪、X荧光快速分析仪)。

(5) 关于结构性数据与字典库。以往结构性数据属于堆栈式,点击一个P、R、B过程需要逐一对其属性结构数据进行(锤击)选择,未建立联动机制,如:(左右)填图单位、点侧、接触关系与接触界线类型、岩性名称与代号等。解决这个问题需要对PRB过程属性数据联动及字典库结构重新进行流程设计,避免结构性属性数据选择错误,使野外地质人员更专注于P过程(地质描述)、R过程(路线描述)、B过程(界线描述)等宏观地质特征的记录。

2 改进建议

2.1 路线地质调查

2.1.1GPS自动采点设置

GPS自动采点设置距离应随比例尺自动设定,图面间隔米距为1 mm(如:比例尺1∶50 000自动设置为50 m,比例尺1∶25 000自动设置为25 m)。因为数据采集器手图方里网尺度太大,这个1 mm就是基本标尺，便于点距控制。对图面表示的最小地质体宽度(1 mm)、点距选取等实际工作距离控制很有帮助。

2.1.2GPS采点过程中的PRB分解与联动

运用GPS采点实现P、R、B等过程精确采集与绘图是实现APP智能化的关键。 GPS与PRB过程的关系见表1。

表1 PRB过程与GPS定位点的关系Table 1 Relationship between PRB process and GPS location point

(1) P过程。空间位置只与单个GPS坐标点有关:点击“”,再点击下部展开菜单中的“”,实现定点采集坐标并弹出对话框一次完成,其他地质要素“”、“”、素描(须从“路线数据”菜单中调出)、“”亦有此功能,非常智能、便捷。节省了后期点要素整理—移动、坐标重写入动作，解决了点要素与GPS坐标不一致的问题。

这个功能可进一步扩展至其他专业的数据采集过程中,如化探采样、物探点数据采集等等。

(2) R过程。空间位置与两个及以上的GPS坐标点有关:数据采集APP中已实现GPS航迹生成,能否实现点击“”,点击“点间(GPS)”(须修改程序添加),拾取GPS一个起点、一个终点生成航迹，转存为点间路线并弹出对话框,省略后期点间路线整理—移动折线点至GPS点上的动作,实现路线(平面、剖面)距离标准化,解决人为折线移点冗余动作及路线不通过GPS点等问题。

(3) B过程。空间位置与单个GPS坐标点或P过程及界线走向、倾向有关:是否可以实现点击“”,点击“点间界线(GPS)”(须修改程序添加),弹出对话框调用电子罗盘量取界线产状,通过GPS点生成一条三点走向线(线方向为从上至下,从左至右。Bn,n为非0正整数);点击“点上界线”(须修改程序添加),弹出对话框调用电子罗盘量取界线产状,通过地质点(P点)生成一条三点走向线(B0)。桌面系统整理只需对界线进行“V字形法则”调整。

(4) PRB过程流程化联动。将P、R、B等过程精确采集、智能化绘图流程与属性联动结合是实现APP人性化的关键。

分析一条路线的PRB过程:

① 首点(路线号与地质点号相同)的P过程或PB过程;② 路线中同一PRB过程下的RB;③ 路线中PRB过程转换下的(当前)R(下一)P、(当前)R(下一)P(下一)B过程。

PRB过程流程化联动可增加一个PRB按钮,其程序流程见图2。

在PRB过程智能化采集中,还需要解决PRB属性数据的继承问题,如根据填图单位、岩性等的继承问题,地质界线左右地层单位自动填写等等。

2.1.3其他

在文字描述、素描图对话框及照片编辑中增加“产状”按钮,调用电子罗盘,使产状格式“倾向∠倾角”。对不反映在手图图面上的构造如节理、裂隙、线理、褶皱枢纽等产状进行量取,丰富路线手簿的宏观记录。

增加素描、照片方位自动添加功能。增加照片编辑功能,在照片上添加文字说明、产状、线条等。增加地质要素(产状、样品、化石、素描、照片)属性与子图参数联动机制。增加断层产状与性质组合子图(断层面产状子图+示动盘子图)。增加PRB对话框中岩性代号;在free图层中,R过程在路线右侧标注岩性简写(或岩性代号)。后期桌面系统整理可在左侧画花纹符号,丰富路线手图的地质表现力。增加信手剖面图GPS高程信息生成功能,解决扩边路线(段)无法生成的问题。

图2 建议野外路线数据PRB采集APP程序流程图Fig.2 Proposed flow chart of PRB acquisition APP program for field route data

通过以上功能的完善,为野外数据采集的效率及质量(取全、取准、快速)提供有利的保证。一天的野外工作结束后,回到驻地即可进行交流与统一联图,完善信手剖面、小结、统计工作量与自互检工作,而后及时导入PRB库。

阶段性整理各小组汇总路线至小组手图中,导出记录,编辑手图、手簿并进行项目组检查,形成野外电子纸介资料(供专抽检、野外验收用)。

2.2 实测剖面

实测剖面的实质就是一条精度更高的地质路线。以往受测量技术限制,采用半仪器法(罗盘、测绳或皮尺)导线测制,由于皮尺较长,仍然存在误差,需起点、终点控制平差。

实际操作中,可采用激光角度测距仪结合GPS采点定位进行测制,减小收放拉测绳的工作强度,提高测量精度。如何将激光角度测距仪功能组合至APP中并进行链接是需要解决的问题。

2.3 工程编录

2.3.1地质界线(分层线)轮廓

在工程素描中,实际地质界线往往不是一条平直的线,一般需要手工描绘,应像轮廓线一样进行采集、数据库管理及绘制。

2.3.2地质体内的地质现象

在工程素描中,地质体内存在包体、脉体、褶皱、小断层等地质现象,一般需要手工描绘,应增加Free图层像轮廓线一样采集数据绘制。

2.3.3坎、崖、(采)坑、基岩及地貌的素描

对于一些天然或人工的典型地质现象露头——坎、崖、(采)坑、基岩、地貌的素描一般采取信手素描或照片素描,但作为数字化采集,特别是作为精度较高的重点露头解剖或在探矿工程中时,信手素描或照片素描往往不能满足要求。对于这类天然或人工不规则的露头,无法建立测线、人力难以协作测量,应考虑建立立体建模建库模式,如采用立体摄影测量建模、激光角度测距仪建库等。

2.4 物化探采样

物化探数据(样品)采集已实现GPS空间位置联动属性表数据采集。设计的位置满足采样需求，即为正常采集；但对于设计的位置不能满足采样要求需要变更的，就缺少(样品点)采集数据变更表。尤其是按规则测网(线)布设的物化探采样点数据的采集经常存在采样点位置变更的情况需要说明，样品采集数据变更表是必不可少的。

2.5 数据安全与输出

对于未保存自动关闭程序,可否加一个自动保存功能？

路线数据输出为野外路线电子手簿WORD版时,总是先R后B(点上界线描述在下一点间路线描述之后),且无R、B标识,应完善输出功能。

3 结论

通过对数字填图野外数据采集APP的现状分析,重点对野外地质路线采集PRB过程空间定位与属性联动的功能实现可行性论述,提出了改进建议。

在野外,每个地质人员路线整理时间2～3 h不等,耗时耗精力。通过对数字填图野外数据采集APP的改进,不但能加快数据采集速度,而且能保证数据结构的准确度,还节省大量的野外整理时间,产生的效果亦十分显著。

地质大数据时代已经到来,各种新方法、新技术、新设备层出不穷。只有将新方法、新技术、新设备充分融合,才能使野外地质调查更人性、快捷、智能。野外地质一线人员不具备软件开发能力,值此“大众创业，万众创新”的时代环境下,提出数字填图APP改进建议,以期有能力的个人或单位采纳借鉴。

致谢:本文是作者承担多个中国地质调查局工作项目使用数字填图系统APP的心得。成文过程中,得到了中国地质调查局成都地质调查中心张万平研究员、李光明研究员,及局发展研究中心袁桂香研究员的悉心指导,在此一并表示衷心的感谢。