移動GIS技術在礦產資源數據采集信息化中的應用

孫建平，張樂勤，萬詩文

（1.池州學院 資源環境學院，安徽池州247000；2.池州市國土資源規劃勘測院，安徽池州247000）

野外數據是進行礦產資源勘查的基礎資料，其質量直接影響礦產資源的開采率和經濟效益。野外數據采集的內容既包括巖石的巖性、磁場值等屬性信息，也包括興趣點的空間定位信息以及礦產資源的空間形態信息（點、線、面等）。具有信息種類繁多、內容復雜、數據量大的特點[1]。目前我國大部分地區礦產資源勘查工作仍然停留在傳統人工作業模式，數據采集主要是手工方式記錄野外數據，再對數據進行整理篩選，最終輸入到數據庫進行統一管理和分析，不僅工作量大、效率低、而且容易發生錄入錯誤[2]。此外進行野外勘查工作，還要收集與研究區域相關的大量紙質圖件和資料，也不方便攜帶和查詢。

隨著GIS技術的快速發展，其與移動智能終端和互聯網技術相結合形成的移動GIS技術成為21世紀地理信息領域的研究重點，已經成功地應用于各個行業和領域，例如重慶移動規劃辦公系統、青島的“掌上世園游”系統、山東省情移動統計分析系統都是移動GIS技術的典型應用。移動GIS不僅能提供導航定位服務，還能夠進行數據采集、管理和分析，將其運用于礦產資源調查工作中可以大幅地提高野外數據采集和處理的效率，也能快速地建立礦產資源數據庫，進行數據的管理、更新和共享。工作人員還能將測區相關數據電子化隨身攜帶，在任何地點、任何時候都能查詢到任何需要的數據，達到3A（anytime，anywhere，anything）效果[3]。

1 移動GIS介紹

移動GIS，即移動地理信息系統，目前有兩種定義方式，即狹義與廣義之分，狹義的移動GIS是指運行于移動終端并具有桌面GIS功能的移動GIS系統，它不存在與服務器的交互，是一種離線運行模式;廣義的移動GIS是一種集成系統，是GIS，GNSS(衛星導航定位系統)、移動通信、互聯網服務等技術的集成，需要移動終端與服務器進行交互，此模式較單機模式相對復雜，屬于集成式的服務系統，可以隨時隨地獲取需要的信息和服務[4-5]。文章所描述的野外數據采集信息化系統采用的是后一種模式，既能從服務器端獲取研究區域相關的數據，又能將工作人員在野外采集到的數據上傳至服務器端，進而進行數據的處理和分析。

1.1移動GIS的特點

移動GIS是利用移動終端在野外完成數據的采集與處理等工作，因此除了具有傳統GIS的特點外還有以下特點：

1.1.1移動性 即GIS設備不需要固定在某個地點，不受運行平臺和傳輸介質的限制，并且能夠與服務器實時交互，即工作人員可以攜帶移動終端到任何工作地點進行數據采集工作，而且可以獲取服務器端的數據和地理服務，滿足工作需求[6-7]。

1.1.2數據資源多樣性、分散性 在野外作業中，用戶所需信息通常都是多種多樣的，單一的數據源往往不能滿足要求，因此要求移動系統支持多種多樣的傳輸方式。用戶通過需確定數據和信息需求，將數據和信息在移動終端和服務器端進行傳輸[7]。

1.1.3離線與在線的結合性 離線與在線的移動GIS應用各有優勢。離線應用的數據在本地存儲，可以使移動終端剝離無線網絡環境，為用戶提供去網絡化的功能集成服務，進行更深入的數據應用與挖掘，在線應用的優勢則在于對移動端本地存儲要求低，而且可以實時看到數據的更新[8-9]。

1.2體系結構

移動GIS的架構主要包括客戶端、服務器和數據源三部分，分別承載在表現層、業務邏輯層和數據層，如圖1所示。其中表現層是移動GIS客戶端的承載層，負責數據展現及用戶交互，能夠支持各種移動終端，如平板電腦，智能手機等；業務邏輯層是整個系統的核心，包含大量的GIS服務和功能，能夠實時與表現層和數據層進行交互，大量的數據處理、計算與分析均在該層完成；數據層即管理空間數據和屬性數據的空間數據庫管理系統，是移動GIS的數據存儲中心，為業務邏輯層提供所需要的各種數據，能夠將多源數據進行有效的集成和管理[10]。

圖1 體系結構圖

2 池州市礦產資源勘查現狀

池州市礦產資源豐富，礦產品產值占市國內生產總值的12.4%，礦業經濟是工業經濟的重要支柱產業之一。池州市現有礦山360余個，其中小礦多，大中型礦少，單一礦少，混合礦多，資源勘查量大，但在目前的野外勘查工作中，大部分工作都是純人工完成，存在著工作量大，工作效率低且數據安全性低等弊端[11]。由于勘查進度緩慢，直接影響礦產資源開采量，而且造成大量的資源浪費。近幾年來，隨著池州經濟的快速發展，礦產資源消耗大大加快。因此，加大礦產資源勘查投入，加強高新技術在野外礦產資源勘查中的應用，提高礦產資源開采率，已是當務之急。

3 系統的實現和應用

文章針對目前礦產資源數據采集存在的問題，結合移動GIS技術，給出了一套完整的從硬件到軟件的礦產資源數據采集信息化的解決方案，設計并實現了基于移動GIS的礦產資源數據采集信息化系統，從而提高野外數據采集處理的能力。

3.1開發平臺

采用的移動終端為天寶軍工級平板電腦Yuma，操作系統為Windows 7專業版，32GB硬盤存儲，Intel Atom雙核CPU，電池可續航8小時，內置GPS差分精度可達2到5米。顯示屏在陽光直射下能保證良好的可見性，能滿足用戶的多種網絡連接需求。

數據采集信息化系統以Microsoft Visual Studio 2010為開發平臺，采用C#編程語言，ArcGIS Engine10組件庫和關系型數據庫Oracle進行系統的研究和開發，有較好的可行性。

3.2存在問題及解決方案

3.2.1多源數據導航 數據采集的關鍵工作是獲取異常點的信息，因此確定異常點的位置是一個關鍵的問題。通常的做法是依靠GPS導航完成，大多數導航是基于矢量數據的。而很多勘查工作集中在山區，缺乏時效性強的矢量數據，本系統通過矢量數據、柵格數據和失柵一體化的方式解決基于數字柵格地圖（DRG）和數字正射影像（DOM）的精確導航問題，即實現基于地形圖和影像圖的多源數據導航。

3.2.2空間數據存儲 系統在運行過程中要實時與數據庫進行交互，數據既包括文字、數字等屬性信息，又包括空間位置和巖石形態等空間信息，因此為了實現信息化管理和數據共享，要構建空間數據庫。本系統所采用的數據庫平臺為Oracle，為了使常規的關系型數據庫能夠存儲空間數據，采用空間數據庫引擎ArcSDE來進行空間數據庫的構建。

3.2.3數據標準化 由于礦產資源數據由不同的儀器設備獲取，數據來源不同，格式差異大，缺乏統一的標準，需要連同樣品號以及相關的說明性數據一起組成空間數據進行存儲，這需要解決多源數據的集成問題。首先根據數據與平板電腦的連接方式不同，選擇不同的方法進行數據匹配；其次需要解決數據與GPS位置一致性問題；最后將相關的數據進行集成，以壓縮二進制的形式進行存儲，以節省嵌入式數據庫的空間。

3.3系統設計和功能實現

該系統能夠通過移動終端設備來完成礦產資源勘查中的路線導航、勘查路線設計、數據采集、數據分析和成圖等工作，系統功能架構如圖2所示。

3.3.1路線導航 野外工作首先在要進行路線導航工作，系統可以訪問基礎數據庫，加載底圖數據，要實現程序與內置的GPS接收機的連接，通過接收GPS信號來獲取定位數據，實現當前點位居中顯示及漫游等功能。由于在礦產資源勘查中需要進行剖面測量工作，用戶可以通過點選或者坐標輸入的方式選擇目標點，獲取目標點距當前點的距離和方位。

3.3.2勘查路線設計 進行資源勘查工作通常要采集異常點的磁場值、磁化率值等，并進行地質剖面測量，因此需要事先設計勘查路線，為進行剖面測量提供參考，并進行導航。勘查路線設計提供了兩種方法，一是在底圖上通過點選確定剖面起點和終點的坐標，然后根據工作要求確定測量線路的點間距，二是通過坐標輸入的方法確定起始點，然后在圖中定位，進而輸入點間距，但在實際工作中，會遇到一些特殊情況，比如工作人員發現某地磁場變化過大時，可能要減小點與點之間的距離，即要進行測線加密，系統可以根據實際情況對原有選定點范圍內的測線進行加密。以上方法同樣適合于進行測網的設計，只是將確定點間距改為確定線間距。

3.3.3數據采集 數據采集是系統的核心模塊，資源勘查工作中野外數據采集涉及到的內容很多，如物性數據、重力數據、剖面數據等，目前系統根據研究區域的工作要求可以進行物性數據和剖面數據采集，但是系統具有良好的可擴展性，可以根據實際需要增加其他數據的采集功能。

在物性數據采集中，要確定物性點的巖性和磁化率值，以及該點的相關屬性信息，如點號、地理坐標等，如果打標本還要記錄標本號，此外可以對采集的磁化率值進行統計，如計算均值、最值、方差等。系統能夠自動獲取經緯度和高程坐標，工作人員需手動錄入磁化率值和巖性信息，錄入磁化率值后，各種統計信息（最大值、最小值、平均值、均方差等）可由后臺計算得出，如信息輸入錯誤，可刪除后重新輸入。確保數據輸入無誤，即可將數據存入測量項目的磁化率屬性表中。工作人員可以事先設計采樣個數，當采樣數達到預期的要求時，程序會有提示功能。

剖面測量是在事先設計好的測線上按一定間距測量磁場值，有露頭時測量磁化率和巖石的巖性及三要素。數據采集時用戶在輸入剖面名稱和點間距后即可得到點號，點號的命名規則是“剖面名+該點距原點的距離”，這是為了后期畫堆疊圖方便。當工作人員發現磁場值變化較大時，可以加密測線。經緯度和高程坐標可以直接讀取，磁場值、巖性、巖石三要素、備注等可信息由工作人員自己輸入。

3.3.4數據成圖 對于采集到的野外數據，可以通過野外終端直接處理并進行成圖，數據成圖分為磁化率統計圖、磁場剖面圖、地質剖面圖和巖石物性分布圖等，可以根據制圖標準進行符號化，并進行地圖整飾。通過這些圖件更直觀地分析研究區域內的礦石分布情況，提高找礦價值。

3.3.5空間分析與查詢 野外數據除了可進行成圖之外，還可以進行簡單的查詢與分析，如通過距離分析在地圖上丈量長度和面積，通過鄰近度確定地圖要素間的關系等，通過空間分析與查詢可以幫助用戶更好地發現礦產資源數據的分布規律，做進一步的處理工作。

3.3.6數據庫 系統在工作的過程中要實時與數據庫發生交互，數據庫主要包括兩個部分，即基礎數據庫和勘查數據庫，基礎數據庫中保存用于導航的底圖文件、成圖的符號庫以及與測區相關的數據，而勘查數據庫用于保存采集到的數據及可視化后的圖件。

3.4野外實驗情況

為了檢驗系統的實用性和穩定性，在池州市黃山嶺礦區進行野外數據采集實驗，工作人員利用移動終端進行了導航、測網測線設計、磁化率數據采集、磁場數據采集及數據成圖等功能的測試，系統穩定性良好，能夠滿足野外工作要求，圖3和圖4是進行物性數據和剖面數據采集的界面，圖3和圖4為利用采集數據繪制的磁場剖面圖和地質剖面圖。

圖3 磁場剖面圖

圖4 地質剖面圖

4 結論

為了提高礦產資源勘查的工作效率，以Trimble Yuma為平臺，設計并開發了適合野外實際應用的野外數據采集信息化系統，界面友好、操作簡單、方便實用。系統能夠實現無紙化作業，獲取高精度GPS定位信息，進行路線導航，數據采集、勘查路線設計、數據成圖及空間查詢和分析，通過一系列測試，能夠滿足野外數據采集及信息化的要求，大大提高了野外工作效率。但目前系統的設計只是實現了較常規的數據采集及處理功能，具有良好的可擴展性，隨著移動終端硬件設施不斷提高，后面還可以進一步深入研究，如加入地理統計等空間分析功能，對采集到的數據不僅能夠進行可視化處理，還能夠進行更深層次的分析，以對礦產資源的開采和規劃利用提供幫助。

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