基于3S技術的野外地質工作管理與服務體系

郝 明，張建龍*，鄧昌榮，梁 虹

（1.成都地質礦產研究所，四川 成都 610081）

基于3S技術的野外地質工作管理與服務體系

郝 明1，張建龍1*，鄧昌榮1，梁 虹1

（1.成都地質礦產研究所，四川 成都 610081）

通過對3S技術、北斗技術、網格技術和網絡技術等相關技術的集成協同研究，搭建了西南地區野外地質調查生產調度、突發事件、應急處置的遠程服務網格結點體系和管理平臺，建立了基于3S技術的野外地質工作管理與安全保障服務的4級結構體系。在西南地區開展了不同地貌特征、不同類型項目的示范應用，形成了以“成都地質調查中心→省級地調院（野外工作站）→野外駐地→單兵”為主線的野外地質工作管理與服務模式，實現了野外地質調查工作的實時動態管理與服務，最大化地保障了地質隊員的人身安全，構建了現代野外地質工作管理與服務的新模式，對全面推進地質工作的現代化具有重要意義。

3S技術；北斗技術；地質調查；管理服務；安全保障

野外地質調查工作通常在艱險地區開展，野外獲得的第一手信息極為寶貴。受制于個人能力和觀察環境，野外觀察可能會漏掉極為有用的信息。為有效在野外一線獲取地質數據，并使其信息量盡可能豐富和準確，通過現代化工具實現野外地質工作部署、專家會診、遠程指導等方面的需求越來越迫切[1]。

野外地質工作的特點是點多線長、高度流動、分散作業，工作點遠離城鎮，交通和通信極其不便，地質隊員可能遭遇各種困難，如遇到野獸、迷路和車輛拋錨等。中國地質調查局在青藏高原設立了拉薩、西寧、格爾木、烏魯木齊、喀什5個野外工作站，提供野外安全保障和后勤服務[2]，但是近年野外地質工作事故還是頻發，北京、西安地質單位的6位隊員在可可西里遇難[3-4]，野外地質隊員的安全保障工作形勢嚴峻，亟待加強。

為了解決野外地質工作、管理、服務與安全保障等方面存在的諸多問題，國土資源部于2010年啟動了公益性行業科研專項“基于3S技術的野外地質工作管理與服務關鍵技術研究與應用”，在西南地區開展了基于3S技術的野外地質工作管理與服務的4級結構體系示范應用，取得了非常好的效果，驗證了該體系的可行性。

1 體系架構與關鍵技術

將部署在西南地區的大區中心結點、各省級地質調查院結點、野外工作站結點、野外駐地結點和野外地質隊員手持式移動北斗終端結點，通過3S技術、北斗技術、網絡技術和網格技術鏈接起來，形成互聯互通、結構層次分明的結點體系。以西南大區中心結點為第1級點，建立4級樹形拓撲結構；并以西南大區中心結點作為中國地質調查局下屬子結點，形成全國性的結點體系。

1.1 體系架構

該體系以西南大區中心結點為第1級結點，以四川省地質調查院、云南省地質調查院、西藏自治區地質調查院和拉薩工作站為第2級結點，以野外駐地結點為第3級結點，以野外地質隊員（單兵）為第4級結點。各級結點間采用北斗衛星導航定位系統的通信技術，實現互聯互通，下級結點接收（發出）的信息能被它所有的上級結點管理，同時，上級結點發出的信息也可以被下級結點接收，如圖1所示。

圖1 體系架構圖

圖2 功能設計結構圖

1.2 體系建設

體系建設工作包括成都地質調查中心結點建設、省級地調院結點建設、拉薩工作站結點建設、野外駐地結點建設和野外地質隊員移動結點建設。

1）硬件建設。各結點除了配備基本的服務器與網絡外，還相應地配置了北斗中心式指揮機、北斗普通型指揮機、北斗藍牙通信與定位模塊、掌上電腦等設備，各結點主要設備部署及用途，如表1所示。

2）軟件建設。在各節點部署了GSIGrid野外地質調查管理服務與安全保障系統，該系統具有實時監控、人員信息查詢、北斗短信查詢、路線追蹤、緊急搜救、交互通信和路徑分析等功能。系統功能設計結構如圖2所示。

3）數據庫建設。建立了西南地區野外地質工作基本信息庫，包括單位信息庫、人員信息庫和北斗設備數據庫等。

表1 各結點主要設備部署及用途

1.3 關鍵技術

1）北斗衛星技術。北斗衛星導航系統是中國正在實施的自主研發、獨立運行的全球衛星導航系統，由空間段、地面段和用戶段3部分組成。空間段包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，地面段包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛星導航系統兼容的終端[5]。

2）3S技術。GIS是具有采集、存儲、處理、查詢、分析和顯示地理數據的計算機系統[6]。RS為人類觀測地球表層系統的巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈各圈層之間的動態變化、相互作用、相互關系提供了全面系統、快速準確的信息獲取手段[7]。20世紀90年代，GPS、RS和GIS三者的集成應用[8]，構成了整體的、實時的和動態的對地觀測、分析和應用的運行系統。

2 示范應用介紹

西南地區江河縱橫、湖泊棋布，有人煙稀少，環境惡劣的青藏高原，也有植被茂密，高差起伏的高山峽谷，是我國地形地貌最為復雜的地區。這些迥異的地形地貌特征，為基于3S技術的野外地質工作管理與服務體系的驗證提供了良好的場所。成都地質調查中心聯合四川、云南、西藏地調院（拉薩工作站）在不同地貌環境下開展了不同類型項目（區調、礦調、遙感地質調查、地質災害）的示范應用，如圖3所示。

圖3 西南地區示范項目分布圖

2.1 實例應用

1）在“云南1∶5萬師宗、瀘西、隆德、舍得幅區調”項目進行野外示范期間，開展了3S技術在區域地質調查野外工作中的業務交流及指導和生產調度等方面的應用。中心領導及相關專家通過北斗衛星通信功能與野外項目組人員進行了溝通和業務交流，掌握了野外現場的工作實施情況。地質人員將野外現場遇到的難題向室內專家求證咨詢，專家們現場對問題進行研討，并將形成的建議反饋給野外項目組，從而保證了野外工作的順利開展，提高了野外地質調查工作的精度和質量（見圖4）。

2）“班公湖—怒江成礦帶礦產資源地質調查”項目在藏北進行野外示范期間，由于連續幾天的下雨，項目組一支分隊的越野車陷車，幾經周折也無法將車開出。該分隊迅速利用北斗藍牙模塊發送報警短信，野外駐地、拉薩工作站、承擔該項目的四川地質調查院和成都地調中心同時收到報警信息，根據報警短信的定位坐標，確定了陷車的位置，統一指揮調度展開聯合救援，根據追蹤到的野外地質隊員移動軌跡，安排距離陷車位置最近的車輛前去救援，并成功將陷車救出，如圖5所示。

圖4 示范應用一

圖5 示范應用二

2.2 示范應用分析

1）實現了野外地質工作實時動態管理與服務。承擔單位或相關管理部門可隨時了解野外地質項目的實施情況、野外地質隊員的工作區域，可對野外隊員進行技術指導；野外地質隊員也可把野外的重要成果和進展及時向相關部門進行匯報，如需要調整工作部署，領導和專家可快速作出回應。管理部門可以把項目管理各階段工作通知野外人員，提醒他們做好相關的準備；管理人員可把其他項目取得的進展和成果通知野外地質隊員，使得隊員可以在自己的工作中加以關注。

2）最大化地為野外地質隊員提供了安全保障。野外地質隊員一旦遇到危險等緊急情況，可以一鍵式報警或發送信息求援，野外駐地、野外工作站、項目實施單位和管理單位等可聯合行動，統一調度指揮救援，同時野外地質隊員通過北斗的位置信息，可以形成野外地質隊員路線軌跡，為實施救援提供了重要的參考信息，實現安全服務的新模式。

3 結 語

通過建立的西南地區基于3S技術的野外地質工作管理與服務體系，為西南地區野外地質工作管理、安全保障提供了現代化的技術方法，形成了野外地質調查生產管理、突發事件應急處置和遠程服務網格結點體系，為管理部門和野外地質調查人員提供了地質調查工作管理與服務的新模式。隨著北斗技術的發展，其在地質調查中的應用將越來越成熟，作用越來越大。

[1] 李超嶺,劉暢,劉園園,等.基于3S技術的野外地質調查工作管理與服務關鍵技術研究及應用示范[M].北京∶地質出版社,2013

[2] 何凱濤,李志忠,汪大明.基于遙感衛星和北斗衛星的野外地質調查服務與管理系統設計綜述[J].地質力學學報,2012(3)∶203-212

[3] 光明網.3名地質隊員在可可西里失蹤[EB/OL]. http∶//tech. gmw.cn/2012-03/03/content_3696926_2.html,2012-03-03/2015-05-22

[4] 西部網新聞頻道.陜西3名地質隊員在可可西里失蹤[EB/ OL]. http∶//news.cnwest.com/node_34186.html, 2015-05-22

[5] 丁辰.北斗導航衛星定位系統在我國經濟建設中的重要作用[J].射頻世界,2010(4)∶9-12

[6] Habibah Lateh, Vasugiammai Muniandy. ICT Implementation among Malaysian Schools∶ GIS, Obstacles and Opportunities[J]. Procedia Social and Behavioral Sciences, 2010(2)∶2 846-2 850

[7] 薛重生.遙感技術在區域地質調查中的應用研究[J].地質科技情報,1997(增刊1)∶15-22

[8] 李德仁.地球空間信息學的機遇[J].武漢大學學報(信息科學版),2004,29(9)∶753-756

P208

B

1672-4623（2016）05-0055-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.017

郝明，博士，工程師，研究方向為RS與GIS應用。

2015-06-04。

項目來源：國土資源部公益性行業基金資助項目（201011010）；中國地質調查局地質調查資助項目（121201010000150007 ）。（*為通訊作者）