地理信息系统在工程地质实习中的应用探讨

彭俊　荣冠

【摘要】工程地质是一门实践性很强的专业基础课程，而野外地质实习是工程地质教学过程中不可或缺的重要环节，如何在较短的时间内提高野外地质实习教学质量，是一项亟待深入研究的教学课题。通过将地理信息系统引入到野外地质实习中，可以精确地反映当前的地形地貌特征，也方便学生在实习过程中及时定位查找路线，辨别当地的地质情形；另一方面，采用地理信息软件能够高效完成路线剖面图的绘制，还能够让学生熟悉地质调查的电子化办公过程，培养和提升学生地质调查整理、分析、绘图的能力，为以后从事相关工作奠定基础。

【关键词】工程地质 ； 野外地质实习 ； 地理信息系统 ； 教学改革

【Abstract】Engineering geology is a professional basic course which emphasizes practice. Practice teaching is an indispensable part in the teaching of engineering geology. How to improve the efficiency of practice teaching in a short time is a topic which needs in-depth study. By introducing the geographic information system into practice teaching of engineering geology， the current geomorphic characteristics can be accurately reflected. It also helps students to find the location and the path during the practice teaching. On the other hand， the profile map of the routine can be effectively drawn using the geographic information system based software. The ability of geological surveying， analysing， and drawing of the students can be greatly improved in the process.

【Key words】Engineering geology； Practice teaching； Geographic information system； Teaching reform

【中圖分类号】G642 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）08-0136-02

1.引言

工程地质是工程科学与地质科学相互渗透、交叉而形成的一门基础学科，是研究工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门学科，它以地质学科的理论为基础，运用数学与力学理论和工程技术及方法来解决与工程规划、设计、施工和运营有关的地质问题[1]。与传统的数学、力学学科不同，工程地质是一门实践性很强的学科，着重解决与工程规划、设计、施工与运行有关的工程安全评价涉及的地质问题。因此，工程地质课程被多所工程类院校设置为本科专业的一门重要专业基础课程。

工程地质课程的教学主要分为课内基础理论教学和野外地质实习教学两部分[2]。课堂教学主要基于已有的教材，讲解关于岩石矿物、岩石、地质构造、地质作用、地下水、岩体工程特性、大坝、隧洞、边坡等知识；而野外地质实习主要进行岩石、地质构造的辨识，了解、掌握不同的地质作用、地下水作用对工程岩体结构的影响，并初步建立工程地质条件的分析与评价能力等。

野外地质实习是工程地质教学过程中的重要组成部分，具有很强的实践性，如何提高目前我国野外地质实习的质量，使学生通过野外地质实习扎实掌握工程地质相关概念及基本原理，并使学生初步具备分析工程地质条件及解决工程地质问题的能力，是一个很值得探讨的问题。本文结合笔者近年来的野外地质实习教学经历，对工程地质野外实习教学改革进行一些探索，主要探讨将地理信息系统引入到野外地质实习中的可行性，这种引入不仅能够提高野外工作效率，还可以对基本地质概念和水利水电工程相关基础知识等方面有更深入的了解。

2.野外实习在工程地质课程中的重要性

2.1野外地质实习的重要性

工程地质教学具有实践性很强的特点，这就决定了工程地质野外实习教学是工程地质教学过程中不可或缺的重要环节。学生在书本中与课堂上所学的地质专业知识大多是抽象的，对于各种工程地质现象，学生如果只通过书本上的描述去想象，得到的理解往往是片面的、机械的，甚至有可能是错误的。因此，在工程地质课程的学习中，必须到野外亲自考察，找到地质概念的原型，才能加深对地质概念和地质作用的理解，使抽象的地质理论更加具体化、形象化。如断层是工程地质学中的基本概念，但学生要理解断层的规模与工程特性、现场鉴别方法及其对工程的影响是较困难的。通过现场露头可以较直观地了解断层的三种形态类型及其基本特征，对于较大规模的断层可引导学生从地形地貌不协调、地层的重复或缺失、伴生构造及构造岩及地表地下水的异常分布等方面来认识断层。在此基础上再分析断层的级别、特征及其对工程的影响学生就容易理解和熟悉。

野外工程地质实习是巩固和加深地质课堂基础知识的有效途径，是理论联系实际培养学生掌握科学方法和独立能力的重要渠道。野外地质实习的主要任务是让学生亲自接触各种真实的地质现象及工程问题，让学生用已学到的理论知识来观察现象、分析条件、提出解决问题方法与措施的教学手段[3]。野外地质实习的教学质量直接关系着学生理论联系实际的有效性，也是保证和检验工程地质课程教学效果和质量的关键，因此，提高野外地质实习的教学效果，对于培养高水平的大学生具有重要意义。

2.2工程地质实习的现状及问题

目前工程地质实习教学主要在野外进行，基于相关的工程背景或者寻找地质特征明显的区域展开，根据不同院校的课程设置，一般安排1至2周的野外地质实习。通过老师给学生讲解，帮助学生使用学会野外定位和高程标定方法，在地形图上找到观测点的坐标位置；帮助学生认识不同观测点的地质年代、地层岩性、地质构造、水文地质、环境地质等信息；通过室内作业帮助学生掌握资料整理、分析、汇编的方法、根据不同测点绘制观测路线剖面图的方法等。其目的是培养学生野外典型地质现象的观察能力、深化对工程地质课程理论知识的理解，培养专业思维能力；培养学生地质报告的撰写能力，为今后阅读工程地质、水文地质的文献奠定基础；培養学生艰苦奋斗、实事求是、团结协作的工作作风。

根据笔者近年来的野外地质实习教学经历和调研资料，目前我国野外地质实习还存在较多不足之处，较大程度地影响了野外地质实习的质量。比如学生在野外实习过程中需要携带图纸版的地形图，在实习时需要在地形图上定点观测位置以及该点的基本地质特征，同时还要携带各种设备，包括锤子、地质罗盘仪和GPS定位系统等，携带较为不便；实习区域的地形图较为陈旧、分辨率低且模糊不清，长期没有得到更新，无法准确地反应地形地貌，加之近年该区域工程建设频繁，因此容易产生识别误差；另外学生的室内作业基本上还依赖于手工绘制，在手绘过程中，剖面图的修改非常不便，而且手绘的图例也参差不齐，这样不仅效率低下，而且无法跟上目前自动化、信息化作业的步伐。

因此，对工程地质野外实习教学的教学理念与教学方法进行探索和改革是一项非常紧迫的任务[4-5]。基于当今时代的需求，结合目前地质实习教学的方针和以人为本的指导思想，探索合适的工程地质野外实习教学方法，提出科学可行的工程地质野外实习的教学理念，对于提高野外地质实习的效率、培养实践和动手能力强的高水平大学生具有重要意义。

3.基于地理信息系统的地质实习改革探索

3.1地理信息系统在地质实习中的使用

地理信息系统指的是由电子计算机网络系统所支撑的，对地理环境信息进行采集、存储、检索、分析和显示的综合性技术系统。将地理信息系统引入到地质实习中主要是借助相关专业地理信息处理软件，完成实习路线不同观测点的野外数据采集、野外数据导入和地质剖面图的绘制等内容。

野外数据采集是实现数值化地质调查的基础，主要需要收集不同观测点的地质年代、地层岩性、地质构造、水文地质、环境地质等一系列数据。通过收集的野外数据掌握不同区域的地形地貌特征并分析其地质成因；获取基本的地层岩性特征，包括岩石类型、颜色、成分、结构、构造、风化情况等、地层分布以及地层的基本要素和接触关系等；识别基本的地质构造，包括断层、节理、褶皱等，通过野外识别方法判断地质构造的发生，查找相关依据判断地质构造的类别，描述其位置、大小、规模、产状要素；收集不同区域的水文地质条件，分析地下水的分布、井和泉的出露形式等；判断基本的物理地质现象，如滑坡、岩溶、冲沟等的分布范围、高程、组成物质、地质构造及地下水等。电子资料的丰富及详实与否，直接决定了地质实践教学活动的效果。

野外数据导入主要借助专业数字填图装置，它是一种用于数字填图的现代化野外设备，主要包含五个基本装置：野外数据采集的掌上计算机；GPS；便携式计算机；数码照相机和数码摄相机；数字语音录入笔。基于野外收集的地质数据，可以实时地借助数字填图技术将基本的地质信息导入到相关的绘图软件中，对形成的点、线、面等数据按照一定的要求进行投影转换。转换后的信息就可以直接借助绘图软件绘制观测路线的平面图以及剖面图。

3.2实例分析

以三峡秭归泗溪实习路线为例，首先在实习路线不同观测点记录该处的坐标、高程，在地理信息软件中标出该点的信息，同时将记录的地质年代、地层岩性、地质构造、水文地质、环境地质等地质信息录入到地理信息系统软件中，通过实习路线上不同测点的观测整理，可以在地理信息系统软件中确定该实习路线的位置，学生回到室内可以直接根据录入的地质信息在绘图软件中直接绘制实习路线的剖面图，图1为绘制的三峡泗溪实习路线地质剖面图。通过将地理信息系统应用到地质剖面图的绘制过程中，可以大大提高地质实习内业整理效率，节省实践教学活动经费开支。

将地理信息系统引入到野外水利工程地质实习教学中，不仅能够高效地完成实习路线剖面图的绘制，还能够让学生熟悉地质调查的电子化办公过程，培养和提升学生地质调查整理、分析、绘图的能力，为以后从事相关工作奠定基础。

4.结语

野外地质实习是工程地质教学过程中不可或缺的重要环节，目前我国野外地质实习还存在较多不足之处，较大程度地影响了野外地质实习的质量。通过将地理信息系统引入到野外地质实习中，可以精确地反映当前的地形地貌特征，也方便学生在实习过程中及时定位查找路线，辨别地质情形；另外，这一改革能够高效完成路线剖面图的绘制，还能够让学生熟悉地质调查的电子化办公过程，培养和提升学生地质调查整理、分析、绘图的能力，为以后从事相关工作奠定基础。

参考文献

[1]崔冠英，朱济祥.水利工程地质[M].第四版.北京： 中国水利水电出版社，2008.

[2]荣冠，周创兵，陈益峰.水利类专业工程地质课程教学研究与改革探索[J].高等建筑教育，2013，22（5）：110-116.

[3]陈永贵，黄生文，周德泉，严聪.土木工程专业工程地质课程实践性教学改革与创新研究[J].中国地质教育，2008（4）：160-163.

[4]王涛，李杨，赵先宇，肖雄，周炜波.水利水电工程专业“工程地质”野外实践教学改革研究[J].中国地质教育，2014（2）：107-111.

[5]胡冉.基于地理信息系统的地质实习教学改革研究[J].亚太教育，2016（4）： 34，78.

作者简介：彭俊（1986-），男，讲师，博士，主要从事岩石力学特性及数值模拟评价等方面的研究。