基于3S技术的野外地质工作管理与服务体系

郝 明，张建龙*，邓昌荣，梁 虹

（1.成都地质矿产研究所，四川 成都 610081）

基于3S技术的野外地质工作管理与服务体系

郝 明1，张建龙1*，邓昌荣1，梁 虹1

（1.成都地质矿产研究所，四川 成都 610081）

通过对3S技术、北斗技术、网格技术和网络技术等相关技术的集成协同研究，搭建了西南地区野外地质调查生产调度、突发事件、应急处置的远程服务网格结点体系和管理平台，建立了基于3S技术的野外地质工作管理与安全保障服务的4级结构体系。在西南地区开展了不同地貌特征、不同类型项目的示范应用，形成了以“成都地质调查中心→省级地调院（野外工作站）→野外驻地→单兵”为主线的野外地质工作管理与服务模式，实现了野外地质调查工作的实时动态管理与服务，最大化地保障了地质队员的人身安全，构建了现代野外地质工作管理与服务的新模式，对全面推进地质工作的现代化具有重要意义。

3S技术；北斗技术；地质调查；管理服务；安全保障

野外地质调查工作通常在艰险地区开展，野外获得的第一手信息极为宝贵。受制于个人能力和观察环境，野外观察可能会漏掉极为有用的信息。为有效在野外一线获取地质数据，并使其信息量尽可能丰富和准确，通过现代化工具实现野外地质工作部署、专家会诊、远程指导等方面的需求越来越迫切[1]。

野外地质工作的特点是点多线长、高度流动、分散作业，工作点远离城镇，交通和通信极其不便，地质队员可能遭遇各种困难，如遇到野兽、迷路和车辆抛锚等。中国地质调查局在青藏高原设立了拉萨、西宁、格尔木、乌鲁木齐、喀什5个野外工作站，提供野外安全保障和后勤服务[2]，但是近年野外地质工作事故还是频发，北京、西安地质单位的6位队员在可可西里遇难[3-4]，野外地质队员的安全保障工作形势严峻，亟待加强。

为了解决野外地质工作、管理、服务与安全保障等方面存在的诸多问题，国土资源部于2010年启动了公益性行业科研专项“基于3S技术的野外地质工作管理与服务关键技术研究与应用”，在西南地区开展了基于3S技术的野外地质工作管理与服务的4级结构体系示范应用，取得了非常好的效果，验证了该体系的可行性。

1 体系架构与关键技术

将部署在西南地区的大区中心结点、各省级地质调查院结点、野外工作站结点、野外驻地结点和野外地质队员手持式移动北斗终端结点，通过3S技术、北斗技术、网络技术和网格技术链接起来，形成互联互通、结构层次分明的结点体系。以西南大区中心结点为第1级点，建立4级树形拓扑结构；并以西南大区中心结点作为中国地质调查局下属子结点，形成全国性的结点体系。

1.1 体系架构

该体系以西南大区中心结点为第1级结点，以四川省地质调查院、云南省地质调查院、西藏自治区地质调查院和拉萨工作站为第2级结点，以野外驻地结点为第3级结点，以野外地质队员（单兵）为第4级结点。各级结点间采用北斗卫星导航定位系统的通信技术，实现互联互通，下级结点接收（发出）的信息能被它所有的上级结点管理，同时，上级结点发出的信息也可以被下级结点接收，如图1所示。

图1 体系架构图

图2 功能设计结构图

1.2 体系建设

体系建设工作包括成都地质调查中心结点建设、省级地调院结点建设、拉萨工作站结点建设、野外驻地结点建设和野外地质队员移动结点建设。

1）硬件建设。各结点除了配备基本的服务器与网络外，还相应地配置了北斗中心式指挥机、北斗普通型指挥机、北斗蓝牙通信与定位模块、掌上电脑等设备，各结点主要设备部署及用途，如表1所示。

2）软件建设。在各节点部署了GSIGrid野外地质调查管理服务与安全保障系统，该系统具有实时监控、人员信息查询、北斗短信查询、路线追踪、紧急搜救、交互通信和路径分析等功能。系统功能设计结构如图2所示。

3）数据库建设。建立了西南地区野外地质工作基本信息库，包括单位信息库、人员信息库和北斗设备数据库等。

表1 各结点主要设备部署及用途

1.3 关键技术

1）北斗卫星技术。北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，由空间段、地面段和用户段3部分组成。空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端[5]。

2）3S技术。GIS是具有采集、存储、处理、查询、分析和显示地理数据的计算机系统[6]。RS为人类观测地球表层系统的岩石圈、大气圈、水圈、生物圈各圈层之间的动态变化、相互作用、相互关系提供了全面系统、快速准确的信息获取手段[7]。20世纪90年代，GPS、RS和GIS三者的集成应用[8]，构成了整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统。

2 示范应用介绍

西南地区江河纵横、湖泊棋布，有人烟稀少，环境恶劣的青藏高原，也有植被茂密，高差起伏的高山峡谷，是我国地形地貌最为复杂的地区。这些迥异的地形地貌特征，为基于3S技术的野外地质工作管理与服务体系的验证提供了良好的场所。成都地质调查中心联合四川、云南、西藏地调院（拉萨工作站）在不同地貌环境下开展了不同类型项目（区调、矿调、遥感地质调查、地质灾害）的示范应用，如图3所示。

图3 西南地区示范项目分布图

2.1 实例应用

1）在“云南1∶5万师宗、泸西、隆德、舍得幅区调”项目进行野外示范期间，开展了3S技术在区域地质调查野外工作中的业务交流及指导和生产调度等方面的应用。中心领导及相关专家通过北斗卫星通信功能与野外项目组人员进行了沟通和业务交流，掌握了野外现场的工作实施情况。地质人员将野外现场遇到的难题向室内专家求证咨询，专家们现场对问题进行研讨，并将形成的建议反馈给野外项目组，从而保证了野外工作的顺利开展，提高了野外地质调查工作的精度和质量（见图4）。

2）“班公湖—怒江成矿带矿产资源地质调查”项目在藏北进行野外示范期间，由于连续几天的下雨，项目组一支分队的越野车陷车，几经周折也无法将车开出。该分队迅速利用北斗蓝牙模块发送报警短信，野外驻地、拉萨工作站、承担该项目的四川地质调查院和成都地调中心同时收到报警信息，根据报警短信的定位坐标，确定了陷车的位置，统一指挥调度展开联合救援，根据追踪到的野外地质队员移动轨迹，安排距离陷车位置最近的车辆前去救援，并成功将陷车救出，如图5所示。

图4 示范应用一

图5 示范应用二

2.2 示范应用分析

1）实现了野外地质工作实时动态管理与服务。承担单位或相关管理部门可随时了解野外地质项目的实施情况、野外地质队员的工作区域，可对野外队员进行技术指导；野外地质队员也可把野外的重要成果和进展及时向相关部门进行汇报，如需要调整工作部署，领导和专家可快速作出回应。管理部门可以把项目管理各阶段工作通知野外人员，提醒他们做好相关的准备；管理人员可把其他项目取得的进展和成果通知野外地质队员，使得队员可以在自己的工作中加以关注。

2）最大化地为野外地质队员提供了安全保障。野外地质队员一旦遇到危险等紧急情况，可以一键式报警或发送信息求援，野外驻地、野外工作站、项目实施单位和管理单位等可联合行动，统一调度指挥救援，同时野外地质队员通过北斗的位置信息，可以形成野外地质队员路线轨迹，为实施救援提供了重要的参考信息，实现安全服务的新模式。

3 结 语

通过建立的西南地区基于3S技术的野外地质工作管理与服务体系，为西南地区野外地质工作管理、安全保障提供了现代化的技术方法，形成了野外地质调查生产管理、突发事件应急处置和远程服务网格结点体系，为管理部门和野外地质调查人员提供了地质调查工作管理与服务的新模式。随着北斗技术的发展，其在地质调查中的应用将越来越成熟，作用越来越大。

[1] 李超岭,刘畅,刘园园,等.基于3S技术的野外地质调查工作管理与服务关键技术研究及应用示范[M].北京∶地质出版社,2013

[2] 何凯涛,李志忠,汪大明.基于遥感卫星和北斗卫星的野外地质调查服务与管理系统设计综述[J].地质力学学报,2012(3)∶203-212

[3] 光明网.3名地质队员在可可西里失踪[EB/OL]. http∶//tech. gmw.cn/2012-03/03/content_3696926_2.html,2012-03-03/2015-05-22

[4] 西部网新闻频道.陕西3名地质队员在可可西里失踪[EB/ OL]. http∶//news.cnwest.com/node_34186.html, 2015-05-22

[5] 丁辰.北斗导航卫星定位系统在我国经济建设中的重要作用[J].射频世界,2010(4)∶9-12

[6] Habibah Lateh, Vasugiammai Muniandy. ICT Implementation among Malaysian Schools∶ GIS, Obstacles and Opportunities[J]. Procedia Social and Behavioral Sciences, 2010(2)∶2 846-2 850

[7] 薛重生.遥感技术在区域地质调查中的应用研究[J].地质科技情报,1997(增刊1)∶15-22

[8] 李德仁.地球空间信息学的机遇[J].武汉大学学报(信息科学版),2004,29(9)∶753-756

P208

B

1672-4623（2016）05-0055-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.017

郝明，博士，工程师，研究方向为RS与GIS应用。

2015-06-04。

项目来源：国土资源部公益性行业基金资助项目（201011010）；中国地质调查局地质调查资助项目（121201010000150007 ）。（*为通讯作者）