基于Omap的信息化公路工程地质调绘

王 凯，杜谨益，彭森良，廖存刚，周 杰

(1.云南省交通规划设计研究院有限公司，云南 昆明 650041；2.水电水利规划设计总院，北京 100120； 3.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051)

1 概述

公路工程地质勘察的核心目的是为结构设计提供基础数据，框定边界条件；论实质，是对地质、地理、水文信息的收集、整理、认识。日常工作中地质信息收集主导项目勘察进度及成本，其支出占勘察费用的80%以上[1-2]，主要采用现有地质成果整理，现场工程地质调绘，物探，钻探、坑槽探，室内、原位试验等手段。工程地质调绘在整个信息收集过程中扮演着承上启下的角色，其一方面对现有地质成果进行复核、补充；另一方面指导物探、钻探、试验等实务工作开展，是勘察工作中重要一环[3-5]。

传统工程地质调绘一般是将已获取的地形、地质资料纸质化，野外工作时首先采用罗盘进行方位判断，结合着地形、地物进行位置识别，后开展相应点工程地质复核及调查[6-8]。整个工作流程效率不高，且地形图与地质成果分离，二者基础地形数据精度不一致，会导致现场定位不准，对工程布置与地形、地质相关信息解读误差大，甚至错误情况发生。自2010年iOS,Android取代塞班系统开始，各种便携式电子设备如智能手机、平板电脑开始普及，其音频、视频、图片、文字交互功能日趋强大，伴随着系统及硬件的升级，OruxMaps,Omap,BIGEMAP等地图查看APP开始出现，并大量用于户外运动中。地图查看APP配合手机GPS定位功能，可实现在线、离线定位，轨迹记录，路点标记等功能，这与工程地质调绘中地质定点、地质界线填绘需求不谋而合，故自2015年来国内一些勘察设计院尝试将设计文件导入上述APP中，基于平板和手机进行地质调绘[9-13]。由此，凭借着便携式电子设备的发展及地图查看APP功能的增强，工程地质调绘也逐步迈入信息化时代，现场地质工程师携带大量纸质资料开展调查被人手一台平板(手机)的新型工作方式所取代，这就是本文所指的信息化工程地质调绘。

“信息化工程地质调绘”实质就是将已有的地形、地质、设计资料集中于一个地图查看APP中，各种信息间可快速切换，工程师首先依靠平板(手机)内置的GPS定位功能，快速确定所处位置与建筑物及已有地质成果平面关系，后借助APP路点标记、轨迹记录功能开展复核补充型工程地质调绘，最后将成果交互至地质平面图中。相较于传统地质调绘方法，该法工作效率及质量均显著提高。在信息化调绘过程中，存在3个主要问题：1)收集的地质资料如何赋予坐标使其具有位置属性，并制作成自定义地图现场使用。2)如何将解译的地质资料、建筑物布置图、地形图、拟定的勘探任务等具有坐标属性的成果，制作成APP可识别文件。3)如何将APP现场记录的各类地质数据反馈至工程地质平面图中。

文中采用Omap APP，给出上述3个问题的解决办法，并以玉龙(雄古)至维西高速公路应用为例进行说明；所用处理方法已在国内外多个高速公路、水电站项目中使用，实践证明行之有效，供同行交流探讨。

2 地质图坐标化及自定义地图制作

收集的区域地质图以扫描件为主，为位图文件(.jpg,.bmp)，坐标位置与实际位置不一一对应，给定坐标系，赋予其坐标，使其具有位置属性，并制作成适宜APP使用的自定义地图，是处理该类资料的关键，流程见图1。整体可分为两步：其一，Global Mapper软件对分幅后地质图按四角点(图中已给出具体经纬度的点)进行裁剪，后通过自定义地图导入桌面端Omap软件，导入时指定按“经纬度确定范围”，并给定与裁剪位置相应的图面左上角、右下角经纬度，同时生成低级别图片(保证在不同缩放级别下，地图均有显示)，并导出地质图.ovmap，.sdb文件(两个文件必须同名且位于同一文件夹)，至此完成地质图WGS84地理坐标系下的位置初始化及自定义地图制作；其二，其他桌面端、移动端Omap软件，自定义地图窗口导入已制作完成的地质图.ovmap文件，数据管理窗口加载同名地质图.sdb文件，即完成自定义地图使用端的添加。

在第一大步中，有下述3个细节：按“经纬度确定范围”，给定与裁剪位置相应的图面左上角、右下角经纬度时，经纬度即使为整数，也需输入小数点符号“.”，并于其后加0，否则软件无法识别；除通过“经纬度确定范围”外，亦可选择“通过关联点确定位置”。采用关联点方法时，选中要导入的地质图.jpg文件，右键属性“详细信息”，通过分辨率参数即可查看地质图真实尺寸，在设置关联点时，按分辨率以笛卡尔坐标系形式分别输入，即完全对应地质图角点，默认左上角点位为(0,0)点；公路等线性工程一般跨越多张区域地质图，为保证使用的连贯性，可在“自定义地图管理”中选择相应地质图后点修改，在“叠加层”大小字体图层中，选择相邻幅地质图即可。在叠加过程中，为求两幅地质图分辨率相等，建议将地图ID号小的地质图叠加进ID号大的地质图内。

以玉龙(雄古)至维西高速公路项目应用为例进行说明，项目位于云南省西北部，连接丽江市玉龙县(K0～K105)和迪庆州维西县(K105～K115)，全长115 km。地调开展前，收集整理了区内地质图、构造纲要图、水文地质图，并悉数按图1进行自定义地图制作，其与线位加载于移动设备中，使用效果见图2。借助移动设备内置GPS定位功能及自定义地质图，实现野外调查时，线位附近区域地层、构造情况实时掌握，工作效率及质量显著提升。通过项目现场对比地质图上明显地物，自定义地图误差基本控制在5 m以内，精度满足地质调绘需求，且支持离线环境使用。

3 带坐标属性数据适用于地图查看APP文件制作

.kml文件是地图查看APP软件间共享数据的通用格式，Omap亦如此。该部分制作.kml文件的数据源，与地质图区别在于其具有坐标属性，且依附于地形图，解决好地形图制作成.kml问题，即可用相同方法处理不良地质、钻孔、建筑物布置，制作流程见图3。

流程中转换参数的确定最为关键，因保密要求，工程中难以获取不同坐标系下椭球体间转换参数，玉维项目采用独立坐标系，亦缺少相关参数，故以无转换参数情况进行说明。一般地形资料采用某一坐标系(北京54、西安80、国家2000，WGS84，独立坐标)下的投影坐标表示，而地图查看APP中使用的影像(Mapbox，Arcgis)为WGS84地理坐标，故问题的实质是解决“某一坐标系下投影坐标向WGS84地理坐标转化”。当缺少转换参数时，可在待转地形图上读取当前坐标系下不少于12个点的坐标(尽量均匀分布于地形图上各处)，而后在影像图中识别相应位置经纬度，一一对应输入91卫图助手“坐标转换参数”工具中，完成计算后保存，即获得“某一坐标系下投影坐标向WGS84地理坐标转化的参数。”将地形图导入91卫图助手，并调用转换参数，完成地形投影坐标系向WGS84地理坐标输入，保存矢量文件，选择输出格式为.kml，Omap加载.kml即可现场导航应用。调用转换参数，依次将建筑物、钻孔布置，不良地质导入至APP中，效果见图4。玉维项目通过比对路线中桩、RTK放孔位置，采用上述方法制作的.kml文件，误差基本在1 m内。

如果地形资料采用北京54、西安80、国家2000、WGS84等标准椭球体坐标时，只需借助91卫图助手高斯投影分带计算出图幅范围中央子午线后，在加载.dxf文件时参数设置栏内选择相应坐标系、给定分带及中央子午线，并勾选是否叠加投影带号，即可完成数据向91卫图助手的输入。

至此，加上第一部分自定义地图制作，已实现将所有现场工程地质调绘中应用的地质、建筑、地形、勘探布置资料集成于一个APP中，借助移动设备定位功能，及Omap路点标记、轨迹记录、图形绘制功能，即可完成调绘工作需进行的信息复核、录入。

4 现场调绘成果导出

工程地质调绘最终是以服务项目建设为目的，调绘成果需能与平面地质图进行交互，前两部分完成已有信息向Omap的输入，该部分解决信息输出，流程见图5。将APP中标记的路点、轨迹、图形导出为.kml文件，经91卫图助手调用第2部分已完成计算的坐标系转换参数，输出成.dxf格式，即可导入CAD，ArcGIS软件，完成地质调绘成果到平面图的交互。对于输出为北京54、西安80、国家2000，WGS84等标准椭球体坐标时，亦只需在参数设置中，选择相应坐标系，按地形图中央子午线、分带方式、勾选是否叠加投影带号，即可完成记录数据向.dxf文件的输出。

此外导出的.kml文件，输入PC端Omap,91卫图助手,图新地球等软件中，可查看调查沿线记录的轨迹、照片、地质点，方便后期对资料成果的复查、交流、存档。

第3部分是第2部分的逆过程，两者的核心即是解决“某一坐标系下投影坐标与WGS84地理坐标相互转换”。如果投影坐标为国家2000,WGS84等标准椭球体，采用91卫图助手默认参数，即可实现转换；如果投影坐标采用独立坐标系，则需选取12个点手动完成地理坐标和投影坐标的匹配，求出相互转换参数。

5 结论及展望

工程地质调绘应是“站在巨人肩膀上”以复核、修补为主导的工作；在现场工作前，应充分收集前人成果，并结合卫片、地形、水系资料对项目区潜在工程地质问题进行分析、整理。一旦开展现场工作，借助上述信息化调绘手段，快速将已有成果和现有条件进行匹配，以复核成果准确性，判断勘探布置合宜性，并进行相关补充调查；外业工作结束后，将调绘成果导出至CAD,GIS软件，进行内业成果整理，分析工程地质条件是否与工程规模、类型相吻合。文中主要探讨了信息化工程地质调绘中资料导入及成果导出两个问题，共有以下3点认识，对于现场使用环节可参照APP帮助文档。

1)收集到的区域地质资料位图文件，可通过Global Mapper软件裁剪后，经Omap Desktop制作成Omap APP可调用的自定义地图，指导现场地层岩性、地质构造识别、判断，误差基本控制在5 m内。

2)借助91卫图助手软件，一一匹配地形图与卫星图上点，得到转换参数后，可在缺少相关坐标系椭球体参数情况下，将任一坐标系下的地形、建筑物、勘探布置等地调所需资料制作成WGS84地理坐标系下.kml文件，用于Omap中导航，误差约在1 m内。

3)地图查看APP记录的数据，由91卫图助手软件，调用转换参数，即可将其导出成.dxf文件，用于平面图填绘及修正。

未来可基于现有地图查看APP开发地质罗盘功能，便于岩层产状收集及导出成图；开发地质标记点与建筑物轴线平面关系量化功能。