数字化填图技术在野外地质实习中的应用

罗晓锋 郑有伟 朱雪锋 田兵 王艳艳

摘要：隨着“数字地球”战略的提出和“数字国土”工程的启动，数字化填图技术已成为区域地质调查发展的必然趋势，新的时代需求给当代大学地质专业野外实习提出了更高的要求。本文以北京周口店为例，在阐述数字化填图技术的基础上，针对传统地质填图方法的缺陷，基于国家地质调查局推广使用的数字化填图系统RGMAP，从前期准备、野外实习、后期成图等阶段，探讨了野外地质实习中数字化地质填图技术的应用情况和存在问题，为地质专业野外实习应用数字化填图技术提供了参考。

关键词：数字化填图技术;区域地质调查;野外地质实习;RGMAP

中图分类号：G642  文献标识码：A

Application of Digital Mapping Technique in the Field Geological Practice

Luo Xiaofeng1    Zheng Youwei1   Zhu Xuefeng1   Tian Bing1  Wang Yanyan2

1.Institute of Mining and Coal， Inner Mongolia University of Science & Technology Inner MongoliaBaotou 014010;2.Engineering Training Center， Inner Mongolia University of Science & Technology  Inner MongoliaBaotou   014010

Abstract： With the introduction of digital earth strategy and the launch of digital land project， digital mapping technique is an inevitable trend of regional geological survey in the information age， and the demand of the new era puts forward higher requirements for the field geological practice teaching of geological majors in contemporary universities. In the Zhoukoudian village， for example， this paper on the basis of digital mapping technique， in view of the defects of the traditional geological mapping method based on the National Geological Survey， promote the use of RGMAP digital mapping system， from the preparation， the field practice， the last stage of mapping， etc， this paper discusses the field geological practice in the application of digital geological mapping technology and the existing problems， It provides reference for the application of digital geological mapping technique in geological field practice.

Keywords： digital mapping technique; regional geological survey; field geological practice;RGMAP

地質填图是地质专业最基础性的工作，因此是该专业学生必须掌握的一项基本技能。随着“数字地球”战略的提出和“数字国土”工程的启动[1]，国家、社会、企业、高校等对地质填图在内容、方法、技术和精度上都提出了更高的要求，传统的地质填图已无法满足当今信息化时代发展的需要，数字化地质填图技术正是在这种历史背景下应运而生，它也是信息时代地质学发展的必然趋势[2]。

过去，人们常采用传统地质填图[3-5]，即通过野外踏勘和观测，将获得的第一手基础资料记录在纸质野外工作簿上，并将相应的地质点及界限标绘在地形图上，连接并绘制成地质图件。这种填图方法基本能满足普通需求，但在填图效率、使用便捷性、数据采集精度、可存储量等方面存在着诸多缺陷，导致地质资源信息不能及时充分得以利用[6-7]。而开展数字化填图技术后，地质填图过程中的数据采集、图件绘制、数据存储、图件共享等全部采用信息化技术，实现了地质调查全过程的信息化，这是时代发展的必然趋势。

一、数字化填图技术

地质填图是将野外观察到的各种地质体和地质现象按一定比例尺投绘在地理底图上构成地质图的过程;数字化地质填图技术以地质理论为基础，利用地质“新三大件”即掌上电脑、数码相机和GPS对野外地质现象进行采集，通过数字化地质填图系统将采集到的数据建立基础地质数据库，利用建立的数据库进行剖面图绘制和地质图填绘过程，最终形成并输出各类地质图件的全过程数字化技术。

（一）设备装置

数字化地质填图所需要的主要设备包括：①掌上电脑。主要用于野外采集数据，2018之前我校主要租用中国地质大学（武汉）周口店实习基地的掌上机;近几年，随着智能手机的普及，配备Android2.2版本操作系统的普通智能手机均可满足需要，针对手机系统开发出了AoRGMAP数字地质填图系统。②GPS。人手1部，均为Unistrong品牌。③便携式电脑。学生基本都有，不能满足情况下可借用学院机房笔记本电脑，保证每小组2台，事先安装相应软件。④数码相机。均已配备，如遇意外可用智能手机替代。⑤数字语音录入笔。均已配备，保证每小组2支。其他装备如样袋、记号笔、喷漆、电池等工具也应准备齐全。

（二）软件系统

数字化地质填图应用中国地质调查局于2005年开发使用的RGMAP3.0数字填图系统（现已升级到5.0版本）及其配套软件，该填图系统实际上就是一种集“3S”（GIS地理信息系统、GPS全球定位系统、RS遥感技术）技术为一体的野外地质数据采集系统，已成为我国地质行业数字地质填图的主要技术系统，主要包括RGMap（野外数据采集系统）、RGSection （野外实测剖面数据采集系统）、MEMAPGIS（数字填图（桌面）系统）三大主块和SKETCH（素描图系统）和GPS模块，其中，RGMap是关键部分，其核心是数字PRB过程，即将野外地质路线调查过程分解为地质定点P（Point简写为P）过程、分段路线R（Routing简写为R）过程和点点界线B（Boundary简写为B）过程，通过对野外观测到的各种地质体和地质现象进行描述、分类、归纳，然后存储到相应数据库中，实现地质点、地质路线和地质界线上样品、产状、化石、素描、照片、岩性等空间位置和属性数据的集成管理和分析[8-10]。

（三）工作流程

数字化地质填图与传统地质填图的工作流程基本一致，依次为组织队伍、资料收集、路线踏勘、实测剖面、野外填图、图件绘制、资料整理、报告编写、成果提交、资料归档等工作，其不同点在于，数字化地质填图的大部分工作借助于掌上电脑利用数字化填图系统RGMAP及其配套软件进行数据采集、图件绘制、数据库建设以及资料整理与管理[11]。因此，前期准备工作量较大，如资料收集，以前仅仅是收集好需要比例尺的地理底图即可，开展数字化填图后，需要对调查区已有的地质调查、地球化学、地球物理等资料和数据进行数字化，对收集的各种图件进行转化和预处理，但中、后期工作量相应减少。

二、填图实习现状分析

（一）实习现状

北京周口店实习基地是中国地质大学（武汉）于1954年建立的，主要供地质类专业学生进行野外区域地质调查实习。我校从2014年开始在该地区进行为期三周的地质填图实习，2018年开始探索数字化地质填图实习，主要针对地质工程专业大三阶段，每年实习人数约80名，它是该专业的一门必修实践课程，其目的是让学生掌握区域地质调查方法，学习野外地质工作技能，培养新时代所需要的专门人才。

（二）填图现状

我校的地质填图实习和大多数地质院校一样，基本沿用比较传统的地质填图方法，即学生在大一暑假秦皇岛认识实习的基础上，运用地质“老三大件”（罗盘、地质锤和放大镜）、纸质地质图和野外记录簿在野外进行区域地质填图实习。随着信息化时代的发展，这种填图方法难以满足国家、社会和企业的需求，为此，我们调整了教学方案，将为期21天的实习一分为二，前11天为传统地质填图实习，后10天为数字化地质填图实习，室内资料整理可返校后进行。

三、数字化填图的实施方案

（一）前期准备

实习开始前先进行实习动员，明确本次实习的目的及意义，对实习进行部署说明，对学生进行分组分工，对装备进行配置分发。针对数字化填图新技术，可进行为期3～4天的强化培训，主要以讲座形式进行，熟悉“新三大件”的使用，可在校内适当模拟演练。此外，收集适当比例尺的地形图作为数字化填图的底图，对不同坐标系的地形图资料进行转换，需要矢量化的进行矢量化处理，时间紧迫时这一部分工作可预先准备好，指导老师直接交给学生使用。

（二）野外实践

野外实践是本次实习的主体部分，分为三个阶段。

①野外路线踏勘。按照设计好的路线进行踏勘，指导老师首先对踏勘区地形地貌和地质构造进行讲解，然后对地质图判读、方位确定、野簿记錄格式及信手剖面图绘制等基本技能进行详细讲解和示范，利用半天时间在 “煤炭沟～萝卜顶～二亩岗” 教学路线进行实践演练。踏勘时，可将路线分成三个阶段，初期阶段采用老师讲解、学生听记的方式，中期阶段采用老师启发、学生回答的方式，后期阶段采用师生互动、互相提问的方式，以培养学生的地质思维能力，尤其对于多解性和模糊性的地质现象和问题，如何判断其合理性是该阶段培养的主要目标，以改变老师前面跑、学生后面跟，老师前面讲、学生后面记的被动式受教状态。对实习区出露的各地层进行时代确定、对各类型岩石进行野外识别、对各类地质构造进行分析判断，学会信手剖面图的绘制。踏勘时采用穿越法，尽可能地垂直地层走向，条件不允许时，至少保证与地层走向大于60°。

②数字化实测剖面。数字化实测剖面采用RGSection 系统，将事先准备好的地形底图导入掌上电脑，通过GPS定位系统，从设计好的起点出发，沿着设计方位前进，在有岩性变化、地质构造、地层分界、特殊岩石（层）、方位或坡度变化明显的位置定点记录，录入该点的岩性、构造、地层（包括化石）、岩石（层）信息、坐标等信息。具体分工到人：如1人负责测量产状，1人采集标本及拍照，1人进行岩性、构造、地层辨别，1人进行掌上电脑操作，1人进行方位校正和指导;下一条路线时5人依次轮换角色，直到每个角色都实践至少一次为止，当天完成标本、样品、资料等的整理，最后用电脑完成地质剖面图的绘制。

③数字地质填图。首先，指导老师给每小组指定实习区域，学生根据老师分配的实习任务，独立完成区域填图任务。填图过程务必按填图规范和要求进行，要发扬“艰苦朴素，求真务实”的地质人精神和良好的团队协作文化，争取成为多动手、多动脚、多动嘴、多动脑的“四多”学生。其次，将实习区地质资料导入掌上电脑填图系统，按指定的区域设计野外路线，建立野外手图。在数字地质填图路线过程中，小组内同学要做到“五勤”，即勤学、勤问、勤看、勤跑、勤记录，尤其是勤跑，对地质现象复杂的地质点要反复思考，相互讨论，务必当天弄清。每天跑完路线后及时把野外采集到的数据进行整理并入库。

（三）资料整理及成果提交

由于实习安排在八月底到九月中旬，天气炎热，因此采用上午6：30-13：00跑路线采集数据，下午14：30—17：30室内整理当天野外采集数据，晚上设计及预案第二天路线和检备装备，当全部路线结束后，将采集到的数据再集中进行整理，并绘制各种地质图件，之后完成实习报告的撰写，图件和实习报告必须按照规范进行。如遇降雨、灾害等不可抗力因素对上午的跑路线有所影响，顺延到下午跑路线，下午的资料整理可顺延到晚上，依次累推。成果提交时首先个人自检，接着小组互检，然后导师检查审核，最后提交入库。

四、结论与建议

（1）我校从2014年开始周口店填图实习，2018年开始探索数字化地质填图实习，对比以往传统的填图实习，数字化填图实习不但提高了填图效率和精度，而且还让学生掌握了现代化的填图技术，充分调动了学习学生的积极性和能动性，不再一报告定终身，不再让“四多”和“五勤”学生吃亏，不再是女生得高分，得到学生的支持和认可。

（2）数字化填图技术改变了传统的地质成果表现形式，创建了数字地质填图过程的可视化，其资源的可阅性和共享性更高效、更快捷，这种填图技术符合地质信息化时代的要求，为学生将来的发展打下良好的基础。

（3）我校填图实习课时配分较短，建议以后延长到四周甚至一个月，同时增加实习指导教师，保证教学质量。同类院校80人次班级配备至少4-6名教师，而我校仅2名教师，确实偏少。同时，建议在该专业大二下学期开设10-16课时的填图理论课程。

参考文献：

[1]刘凤山，胡道功.欧美国家地质填图的理念、管理与战略[J].地质通报，2009，28（10）：1405-1410.

[2]赵温霞.周口店地质及野外地质工作方法与高新技术应用[M].武汉：中国地质大学出版社，2003.

[3]袁宴明，章泽军，秦松贤，等.周口店野外地质实践教学精品课程建设[J].中国地质教育，2007，（1）：126-129.

[4]肖淑容.基础地质实习之我见[J].中国地质教育，2007，（3）：100-103.

[5]朱崇辉.地质实习教学模式改革成效研究[J].中国地质教育，2012，（4）：144-146.

[6]陈骏，胡文，李成.地质学实践教学现状分析与对策[J].中国地质教育，2007，（1）：133-139.

[7]王兴琴，包立新.传统填图与数字填图成果数据转化技术研讨[J].海峡科技与产业，2016（6）：70-72.

[8]李超岭，于庆文.数字区域地质调查基本理论与技术方法[M].北京：地质出版社，2003：1-13.

[9]王敏芳，宫勇军，何谋春，等.周口店野外地质教学实习中高新技术的应用[J].中国地质教育，2008，（3）：31-32.

[10]张群喜.浙江江山数字化地质填图实习基地建设与教学改革[J].高等教育，2017，（1）：173-174.

[11]向中林，司荣军，王润怀，等.数字化填图技术在野外地质实习中的应用[J].中国地质教育，2011，（4）：39-43.

基金项目：2020年内蒙古科技大学重点教改项目：数字化填图技术在野外地质实习中的应用——以北京周口店为例（项目编号：JY2020004）

作者简介：罗晓锋（1978—  ），男，汉族，陕西旬邑人，硕士研究生，讲师，主要从事矿产资源勘查与评价教学研究工作。