数字填图系统在江油让水实践教学中的应用

RGMAP数字填图系统在江油让水实践教学中的应用

RGMAP数字填图系统在江油让水实践教学中的应用⁽¹⁾

梁　斌　李虎杰　向贵府　李彦军　周玉林

(西南科技大学环境与资源学院地质工程系　四川绵阳　621010)

摘　要　地质填图教学实践活动是地质工程系二年级本科大学生在完成地质基础课程后所进行的全面系统的野外实习，已成为西南科技大学实践教学体系中的重要内容。随着数字时代的到来和“数字国土”工程的启动，集成GIS、RS、GPS等现代信息技术的数字填图技术已引入区域地质调查工作之中。本文在介绍RGMAP数字填图技术的系统与组成特点的基础上，结合本校地质工程系在江油市让水地区开展数字填图的教学实践，探讨了开展数字填图教学改革的必要性、教学的基本内容以及在教学中应注意的问题。

关键词　实践教学；数字填图技术；江油

地质填图(或称区域地质调查)是各类地质工作的基础，其内容包括了地质工作的许多基本方法，在各种地质工作中占有极其重要的位置。西南科技大学江油市让水地区地质填图实践教学基地建立于20世纪80年代中期，已经经历了30余年的发展历程。目前，江油市让水地区地质填图教学实践活动定位于地质工程系二年级本科生在完成地质基础课程后所进行的全面而系统的野外实习，已发展成为西南科技大学实践教学体系中的重要内容。其目的在于通过野外地质填图的教学实践环节训练，系统掌握野外地质调查和研究所必需的基本知识、基本方法和基本技能。在野外实践教学活动中，教师和学生以大自然为课堂，以典型地质现象为研习对象，不断理解和升华源自于教科书的理论总结。这一特殊的教学环节对于培养学生观察能力、动手能力和分析能力及增强专业技能有着不可替代的作用。

数字填图技术是以GIS、RS、GPS技术集成为基础，将区域地质调查野外数据获取、成果表达以及提供社会使用等填图全过程数字化(信息化)的一项计算机技术。随着数字时代的到来和“数字国土”工程的启动，社会急需大量地质专业基础牢固、动手能力强、掌握高新技术设备，既能够进行野外数字填图又能够进行室内分析整理制图的高级专业人才。因此，对于地质工程专业毕业生来说，能否掌握野外资料的数字化采集和分析是衡量一个学生素质和技能的一个重要方面，也是学校的办学能力和学生在社会上是否具有竞争力的标志。如果缺乏对在国土资源大调查中已广泛使用的、集成3S技术的、代表现代地质调查技术方向的野外资料数字化采集系统的了解，必将影响我系毕业生在未来工作中的竞争力和适应性，也将严重影响我系地质工程品牌专业的建设。

一、现代野外地质工作数字化的发展现状

传统的区域地质调查是通过连续的野外地质路线观察，把获得的第一手资料记录在纸介质的记录簿上，并把相应的地质观测点及界线标绘在地形图上。获取的野外地质观测数据和信息基本上还处于分散的、非动态的管理现状，极大地制约了资源信息的充分发挥。因此，对地学数据采集的理论与技术方法的研究已成为实现地学数据获取全过程信息化所迫切需要解决的问题，世界各国都十分重视推进地质调查工作的现代化。

近年来，一些发达国家相继建立了各种地质资源数据库，这些数据库是国家可持续发展战略的基础和保证，也是国民了解各类地质信息的窗口。同时，一些发达国家制定并实施了新一代的地质填图计划，即建立在GIS基础上的数字化野外地质填图技术研究。美国、加拿大、澳大利亚和英国分别研制了野外地质数据采集系统，在野外试用工作中取得了良好的效果，在地质填图技术上取得了骄人的进展。

从本世纪开始，中国地质调查局投入了大量的人力物力进行数字地质填图技术的研究，成功地开发了基于MAPGIS平台之上的RGMAP数字填图系统。RGMAP系统是基于掌上机数据采集的数字填图系列软件，它以实现我国区域地质调查全过程的信息化为目的。到目前为止，应用RGMAP系统已先后在多个省市开展了不同比例尺的区域地质填图工作，基本实现了地质调查“主流程”的信息化，缩短了填图周期，提高了成果图件的利用率与表现力。目前正在把数字地质填图技术引入矿产资源评价和生态环境调查工作中，不久将会覆盖地质调查的各个领域。

二、RGMAP系统特点与组成

RGMAP数字填图技术的核心为数字PRB过程，它是一种用于描述野外路线观测的地质现象的复杂过程。它用实体点—地质点(POINT)网链—分段路线(ROUTING)、全链或几何拓扑环—点和点间界线(BOUNDARY)的数据模型和组织方式，对野外路线观测的对象及其过程的描述进行定义、分类、聚合和归纳，分层并结构化地储存在空间数据库中的一个过程。不但要满足传统地质填图的要求，符合野外填图基本规律，还要能在野外全程收集到各种复杂的地质现象，并使之数字化、标准化和规范化。系统可编绘出数字化实际材料图、编稿地质图，从根本上改变了传统地质调查手工繁琐的工作过程，大大加快了野外资料整理和处理的时间。

RGMAP系统软件系统包括了多个子系统。其中室外部分包括：野外地质调查与填图掌上数据采集系统(RGMAP3850)，在掌上机上实现野外数据的采集与存储，包括地质点、分段路线和界线的综合信息描述与记录；野外地学剖面数据采集系统(RGSECTION)，在野外实现各种剖面类数据的采集；野外素描图系统(SKETCH)，实现种地质现象的素描，以上功能相当于目前学生在野外的记录本。室内部分有：数字填图桌面系统(RGMAPGIS)，可以实现PRB过程的处理，包括野外数据的整理、数据建库、图件输出等功能，是RGMAP系统的室内整理的主体部分；数字剖面系统(REGSECTIONGIS)，可实现剖面的建立、剖面数据的计算、剖面柱状图和剖面平面图的自动绘制与输出；数据岩石花纹库编辑系统(SECSIGEDIT)，是对系统中岩石花纹的编辑与处理。

RGMAP系统硬件平台包括PDA掌上机、CF卡式GPS或蓝牙式GPS、数码照相和摄像机、笔记本电脑和室内台式电脑。在江油市让水地区数字填图实践教学中，所有硬件均为最新购买HPiPAQPDA系统、HOLUXCF卡式GPS、OLYMPUS数码相机、SONY数码摄像机、联想笔记本电脑。

三、应用数字填图系统的教学改革

1.现有地质填图实践教学的弊端

以前的地质填图实践教学方法与传统的区域地质调查方法基本一致。其主要弊端表现在：一是技术手段误差大。传统的区域地质调查工作以老“三件”，即锤子、罗盘、放大镜作为野外地质工作的主要工具，将观测点和观测点之间的地质现象及认识记录在记录簿上，大量的空间定位(如点、线、面的空间数据)依靠地形图进行标绘，因仪器精度、地形图精度和人为操作等方面的原因，造成一定程度的误差。因此，所定点位往往不是唯一的，使得学生感到地质工作的粗糙性，产生地质工作不准确的错误印象。二是数据存储载体存在缺陷。区域地质调查工作具有多学科、综合性强的特点，信息量十分庞大，目前所有地质资料(文字、图件、数据)都是以纸介质形式表现和存档，造成翻阅、复制、保存、使用困难。其工序多、数据整理周期长，靠人工对文字、图件资料进行归纳、整理和清绘，重复劳动多，资源浪费严重，自身资源无法共享。三是成果显示度低。按现有的技术条件，不仅不能将所获得的地质成果及时提供给社会使用，做到资源社会共享，而且还无法对测区资料进行适时更新。

因此，现有的传统教学模式已不能适应现代科学技术的发展和社会的需求。为培养出适应未来发展趋势和国家需求的地质人才，必须改革现有的地质填图实践教学模式，创建能够满足应用“3S”技术的实践教学平台，将最新的技术方法尽快应用于区域地质调查实践教学中，使学生在校期间就能掌握先进的技术，为将来从事地质工作打下良好基础。目前，在中国地质大学、成都理工大学、合肥工业大学等校的地质专业中已经开展了数字填图实践教学，并探索了一些有效的教学方法。

2.数字填图教学改革的实施过程

江油市让水地区地质填图实习基地数字填图教学实践是依托西南科技大学迎评创优专题建设项目—江油数字化野外综合地质填图实习基地建设，以及校教改项目—“野外地质调查资料的数字化采集与分析”进行的。整个数字填图教学实践分为室内准备和野外实施两个阶段。

室内准备阶段：

(1)通过对相关资料的查阅及对已开展数字地质填图的单位的走访，了解数字填图技术的整体框架、系统软硬件功能、地质调查的总体要求。

(2)购买了数字填图的硬件设备，主要包括掌上电脑、GPS、数码相机、数码摄像机。

(3)收集了Mapgis6.5软件、中国地质调查局数字填图软件(RGMAP HP3850、PCRGSECTION HP3850、RGMAPGIS)和培训教材，并应用Mapgis6.5软件绘制让水地区的电子地图。

(4)在地质工程系内，应用中国地质调查局“数字填图技术应用培训教材”对相关教师进行理论和方法的学习，并开展设备操作的培训。

(5)编写数字填图实习指导书，并对参加实习的同学进行培训。

野外实施阶段：在江油市让水地区开展地质填图实习时，在进行传统地质填图的过程中，同时开展了数字填图的教学实践，共有60余位同学参加了数字填图的实习。实习过程中，携带了8套用于野外地质资料数字化采集的掌上电脑和4台笔记本电脑，每个同学在实习过程中均在老师的指导下独立完成了一条地质调查路线的野外资料的采集工作。野外实习结束后，有4位同学在Mapgis6.5平台上，应用中国地质调查局的RGMAP软件进行了地质图和剖面图的成图工作。

四、RGMAP实践教学基本内容

根据RGMAP数字填图系统的特点和教学要求，将实践教学与理论教学紧密结合，使学生在掌握野外地质工作方法和技巧后，充分理解PRB过程含义，理解区域地质调查工作的方法步骤，使学生较快地掌握有关数字填图系统的操作方法。

1.编排实习小组

实习中，各教学班级都是以学生小组为基本教学单位。每一小组有6～8名学生，每组分配一套野外数字填图设备，包括HPiPAQ掌上机、CF卡式GPS、500万像素的数码相机及安装有相关软件系统的笔记本电脑。这样的教学安排基本保证每一名小组成员都有机会来实践操作系统，并能够在实测剖面、独立填图和室内整理的工作中熟练掌握RGMAP系统。

2.教学内容的安排

根据江油市让水地区填图实习教学大纲并综合考虑实习时间、教学路线安排等因素，教学内容可以分为以下4个阶段：

(1)理论学习阶段

在学生实习前，在校内安排实习地区基本地质情况以及有关RGMAP基础理论的室内教学。重点讲述实习地区的区域地质构造概况、区域地质调查工作的特点和方法，结合PRB过程分析它的特点，使学生充分理解PRB过程的意义。在课程中，应使学生理解野外路线地质调查中的定点、地质描述、分层等基本的区调工作内容与PRB过程的关系，并理解PRB过程之间的相互关系，掌握PRB的编号规则。本次课程之后发放PDA掌上机等教学设备，使学生有充足时间接触设备并进行实地操作。

(2)野外采集方法学习阶段

在学生进行实习区踏勘，掌握实习区概况并基本了解野外填图的方法后，安排学生进行有关PRB系统的操作方法的室内课程学习。课程主要讲解系统的数据准备、数据内容与图层的定义、数字填图桌面系统、野外地质调查与填图掌上数据采集系统数据交换方法、数字填图桌面系统数据准备与数据整理方法等内容。这些内容是实习中需要重点掌握的部分，是数字填图工作的基础。学生可以在笔记本电脑上进行实习路线设计和数据整理，在实习基地附近学习GPS定点方法和地质点PRB过程数据描述与录入。在这一阶段中，还需要向学生讲述有关数字剖面系统的原理和应用方法等方面的内容。

(3)实测剖面与填图阶段

在这一阶段，学生将以小组为单位在野外进行独立工作。期间要进行路线设计、定点、地质界线划分、室内整理等工作。教师要对学生进行专业和技术指导，保证学生填图路线设计的合理性、数据采集的完整无误及合乎实习区实际情况等。对于有错误的数据要求实地更改或重新定位、重新划分地质单元等，保证获取完整有效的数字化数据。

(4)成图与报告编写阶段

所有原始数据都要进行汇总处理，在数字填图桌面系统和数字剖面系统中成图，编写电子报告。在课程中需要向学生讲述数据集成、汇总并检查野外路线数据；生成实际材料图、路线图和地质图等；如何在桌面系统中进行地图设计和编辑处理；进行图面整饰和地图输出。报告编写要在带班老师指导下进行，每个组至少有一人进行电子报告的编写。

上述4个阶段的教学紧跟学生的实习安排，让学生在掌握基本区域地质调查方法和技术的同时，又能够掌握数字填图的方法和RGMAP系统的应用。这样，学生能够合理使用“老三件”和“新三件”进行填图工作。

五、教学成果表达

经过两年教学工作的实践，已逐步掌握了RGMAP的教学体系与教学方法。作为教学主体的学生已经初步掌握有关数字填图系统的使用方法，能够独立进行有关数字填图系统的操作与应用，部分同学可以基于RGMAP系统制作一套图件和报告，达到教学培养目标。

在教学研究过程中，我们完善了实习区1∶10000的实习用地形图数据、地质图数据，建立了实习区域内的各条教学路线的地质点的位置信息以及该路线的路线信息。以上实质性的教学研究成果将为今后在江油市让水地区进行深入的RGMAP数字填图工作提供可靠的软硬件保证。

六、数字填图实践教学方法探讨

经过2005年、2006年在江油市让水地区进行的数字填图的实践教学，就教学中可能存在和容易出现的问题作几点探讨。

1.处理好传统技术与数字填图技术的关系

数字化地质填图野外实践教学从教学内容上包含着传统地质填图理论方法与数字化地质填图技术两个大的方面，而传统的地质填图理论与方法是数字化地质填图的基础，也是实践教学非常重要的环节。教学内容上要注意传统填图理论和现代数字化技术二者兼顾，不能偏废，只有这样才能保证教学质量。通过野外实习让学生较全面地掌握与之密切相关的地层学、岩石学和构造地质学等各学科的基本原理、基本知识，培养学生观察、描述地质现象的基本技能，在此基础上进一步让学生掌握现代数字化地质填图的技术方法，培养现代地学研究的新型人才，这是实习的根本宗旨。如果不重视这些基本方法和基本技能的训练，野外数字化填图就无法开展，不能因为数字化填图就放弃了传统工具的使用。让水地区地质填图实践教学对象都是二年级本科生，在这一阶段，学生刚学完地质基础理论，对于野外填图的方法尚未建立概念，并不熟悉。将数字填图技术加入教学内容以后，学生既要进行数字填图系统的数据采集，又同时要进行野薄记录，而且这两部分都要进行教学检查。

2.正确引导学生的学习兴趣

由于数字化地质填图实习中广泛使用了GPS、数码相机、笔记本电脑、掌上机，学生对这些东西感到很新奇，且往往把兴趣都放在了这些新设备的使用操作上，而不重视传统的地质填图理论方法、基本技能的训练及工具的使用。教学中老师要及时引导，强调基础训练和学习的重要性和必要性，通过野外随时考查、不定期的现场考核等多种方式督促学生学习。

3.注意培养学生的协作精神

数字填图的整个过程中，需要较多地应用计算机技术，如软硬件的操作。因此，在教学分组时要考虑到具有较好计算机水平同学的分配使用，要充分发挥学生间的讨论交流和互帮互助作用，解决一些常见的计算机问题，尽快达到实习要求。

参考文献

［1］李超龄，杨东来.数字地质调查与填图技术方法研究［J］.中国地质，2002，29(2)：214～217

［2］于庆文，李超岭，张克信等.数字地质填图研究现状与发展趋势［J］.地球科学—中国地质大学学报，2003，28(4)： 370～376

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［4］李超岭.我国数字填图技术研究现状与发展趋势［J］.新疆地质，2003，21(增刊)：1～6

［5］董玉森，刘强，杨坤光等.RGMAP数字填图系统在周口店实践教学中的应用［J］.中国地质教育，2006，2：92～95

［6］刘国生，孙世群，牛漫兰等.巢湖基地地学实习数字化方法探索［J］.合肥工业大学学报(社会科学版)，2005，19(1)：9～11

【注释】

(1)西南科技大学教学改革与研究“野外地质调查资料的数字化采集与分析”(210－042010)项目资助