数字填图系统发表论文

将“北斗一号”导航卫星系统与数字地质调查系统相结合，是我国卫星技术在野外地质调查领域的典型应用。一方面，“北斗一号”导航卫星系统的引入完善了数字地质调查系统功能，使其具备了通信功能，增强了系统的信息服务与安全保障能力；另一方面，数字地质调查系统的广泛应用为“北斗一号”导航卫星系统的推广提供了技术和硬件基础，有利于其在地质调查领域扎根和快速发展。

系统集成与研发的总体思路是在软件和硬件方面将“北斗一号”导航卫星系统技术与数字地质调查工作流程深度融合。软件方面，在地质调查的野外数据采集、室内数据整理和管理调度等各个环节中，将“北斗一号”导航卫星系统的定位、通讯和监控功能与成熟的数字调查软件系统集成，包括3个子系统：①数字填图野外数据采集系统（RGM ap）；②数字地质调查信息综合平台（DGSInfo）；③GSIGrid野外地质调查管理服务与安全保障系统。

一、数字填图野外数据采集系统（RGM ap）

数字填图野外数据采集系统（RGMap）适用于野外作业的移动结点，运行于掌上机中。系统支持北斗蓝牙移动模块和大部分种类的北斗移动一体机（要求屏幕尺寸不小于3.5寸，操作系统为Windows Mobile或Android系列）。其中，北斗蓝牙模块通过蓝牙功能与程序连接，一体机中的北斗模块通过串口直接与程序连接。由于掌上机存储的数据量较小，并考虑到便于用户从外部编辑，系统采用xml文件存储北斗数据。系统功能框架见图6-17。

图6-17 RGMap数字填图系统北斗信息管理模块功能框架图

系统功能模块分为基本功能、安全保障相关功能和主动响应功能等部分，除具备基本的北斗卫星定位与通信功能外，系统充分结合GIS、GPS和手机通信，为野外地质调查人员提供实时位置服务、通信服务和安全保障服务。

.1“北斗一号”与GPS双模式位置报送机制

位置报送是“北斗一号”导航卫星系统为野外地质工作提供的一项重要功能，使得野外地质调查人员不仅能够知道自身所处的位置，并且能够将此位置信息告知他人，是实现野外工作实时监控和安全保障的基础。位置报送需要先进行定位，再通过北斗短信的方式将位置信息发送到指定的结点。由于“北斗一号”导航卫星系统自身的定位功能有所限制，如信号强度不高、定位受频度限制（一般民用卡的频度为1分钟，即每分钟可定位一次）等，系统采用了GPS与“北斗一号”卫星系统组合应用的方式，实现了利用1个频度报送位置的功能。

2.紧急短信的快速发送

用户可预先设置紧急短信发送的地址列表以及短信内容，在紧急情况发生时一键式报警。紧急短信按照地址列表中的顺序逐个发送，用户可对地址的优先级进行调整。由于野外驻地是最方便展开救援的结点，一般将其地址设在首位。紧急短信界面如图6-18所示。

3.北斗终端与手机的短信互通

通过指挥结点服务器的转发，实现北斗终端与手机的短信互通，在无手机网络的艰险地区也可以与外界保持实时沟通。北斗终端向手机发送短信时，系统会在短信前自动增加命令头“＃PM［手机号］＃”（图6-19），然后以自发自收的方式发出短信，当服务器监收到该短信后，即通过手机猫向该手机号码转发短信内容和北斗卡号：手机回复短信时，须编辑短信头“B［北斗卡号］M”，再加上短信内容一起回复到服务器的地址，由服务器完成向北斗终端的转发。流程如图6-20所示。

图6-18 RGMap北斗紧急短信

图6-19 RGM ap编辑手机短信

图6-20 北斗与手机短信互通流程

4.信息查询服务

目前包括单位公告信息查询和区域预警信息查询两项功能。单位公告信息查询功能可使野外地质调查人员方便地查询主管单位的最近公告（图6-21），以便掌握最新的工作动态。区域预警信息查询功能通过在指挥结点建立区域基础信息数据库，包括工作区域的预警、地质背景和地理人文等信息，方便野外地质调查人员进入陌生区域时进行查询。

图6-21 RGMap公告信息查询

二、数字地质调查信息综合平台（DG SInfo）

数字地质调查信息综合平台（DGSInfo）适用于野外驻地或者省级地调院等中小型固定管理结点，同时具备北斗移动终端的所有功能和北斗服务器管理程序的部分功能。程序通过串口访问北斗设备，既可以连接北斗普通指挥机（下辖100用户），作为简单的管理结点使用，也可以连接北斗车载机、蓝牙模块等，作为移动终端使用。

系统由北斗设备获取数据，采用Access数据库存储数据，功能模块分为基本功能、北斗信息综合查询功能和北斗信息可视化功能等部分。具体功能及说明见表6-1，系统指挥监控界面见图6-22。

表6-1 DGSInfo北斗监控指挥系统功能列表

图6-22 DGSInfo北斗监控界面

北斗控制台（图6-23）是DGSInfo利用“北斗一号”导航卫星系统实现指挥和监控的核心工具。通过北斗控制台，用户可方便地实现下辖终端位置和短信的监控，可与其进行实时短信交流，并支持历史数据的查询和浏览。

图6-23 北斗控制台

1）信息有效时间设置：控制当前显示信息的有效时间，可设置时间值和时间的单位（mhi/h/d）。

2）图面信息刷新：可选择自动刷新和手动刷新两种模式。

3）当前显示用户：按照有效时间查询出用户定位信息。注意，此处为用户最新定位信息，故每个用户仅对应1条记录。

4）短信：按照有效时间查询出用户短信信息。可联动图面点，也可回复任意一条短信。

5）北斗事务队列：将北斗未执行的任务记录到队列中，频度允许后自动顺序执行。可对事务队列进行“暂停”、“删除”和“清空”等操作。注意：北斗事务进入队列分为主动和被动2种模式。“主动”事务是指本机直接操作产生的事务，如本机定位，本机通信，本机主叫其他用户等：“被动”事务是指其他用户发送的服务请求，如其他用户的最近用户查询、其他用户对本机的主叫查询等。程序中默认“主动”事务优先级较高，因此将插入队列最前，优先处理；“被动”事务优先级较低，将堆栈到队列末尾，等待频度，按顺序处理。

6）全国图查看：在所辖用户信息超出本图幅范围时，可利用此功能在弹出的全国图（1∶5000000）中查看。

7）恢复默认配置：将对话框中的某些配置恢复到系统默认值。

数字地质调查信息综合平台（DGSInfo）集成北斗功能后，主要可用于野外项目的实时交流与指挥调度，从而实现驻地对野外作业人员监控和安全保障，并且对保证野外工作进度和质量有一定的促进作用。

三、G SIG rid野外地质调查管理服务与安全保障系统

GSIGrid野外地质调查管理服务与安全保障系统主要通过北斗卫星（定位、通信）技术，基于中国地质调查信息网格（GSIG rid），在地调局、大区中心或野外工作站等固定结点实现对移动结点的移动轨迹和通讯信息实时监控，并能与野外驻地和移动目标进行互动通讯，实现现代化的生产调度和管理服务。同时利用中心结点丰富的数据资源，为野外地质调查人员提供查询服务，为突发事件应急处置的管理与决策提供数据支持。

系统采用B/S架构，以W eb三维地球为表现形式，地理地图引用国家测绘局发布的天地图，北斗信息数据采用Oracle数据库管理，主要功能包含实时监控（定位、通讯）人员信息查询、北斗历史信息（定位、通讯）查询、路线追踪、紧急搜救和交互通讯以及路径分析等（图6-24）。

GSIGrid野外地质调查管理服务与安全保障系统功能设计结构见图6-25。

图6-24 GSIGrid野外地质调查管理服务与安全保障系统监控指挥功能

图6-25 GSIGrid野外地质调查管理服务与安全保障系统功能设计结构图

由图6-25可以看出，系统的功能构成大致可以分为两部分：①北斗信息管理系统：②GSIGrid野外地质调查管理服务与安全保障系统。其中每个系统按照功能类型又可以划分为多个功能模块。

北斗信息管理系统按照功能类型可以划分为设备管管理模块、数据库管理模块和综合服务三个模块，如图6-26所示：

1）设备管理模块：该模块主要包含北斗指挥型用户机的串口连接、状态信息查看和信号强度查看等功能。实现对硬件设备信息的管理。

2）数据库管理模块：主要实现数据库创建和表信息的管理功能，主要包含：①北斗监控数据的接收和存储，将指挥机监听到的下属用户的北斗信息存储到北斗信息数据库中。②单位、人员和卡号信息管理：实现单位信息、用户信息、北斗设备卡信息的添加、删除更新、卡与人员绑定等功能，如图6-27所示。③公告信息管理功能：实现单位公告信息的添加、删除、更新等功能。④区域信息管理功能：实现单位区域信息，包括区域预警信息、区域地质信息和区域人文信息等信息的添加、删除、更新等功能。

图6-26 北斗信息管理系统功能设计图

图6-27 单位、人员和卡号信息管理界面

3）综合服务模块：该功能模块充分利用下属用户的定位信息和中心结点丰富的数据资源，为用户提供人性化服务。主要包括：①最近用户查询服务：解析下属用户最近用户查询请求中的包含的当前坐标位置，根据指挥结点数据库中存储的其他用户的位置信息进行空间分析，并将查询的结果，包含最近用户的卡号、姓名和单位等信息以北斗短信的方式发送给服务请求用户。②区域信息服务：解析下属用户区域信息查询请求中包含的当前坐标位置和查询数据类型，根据指挥结点数据库中存储的区域信息获取查询用户所处区域的预警信息、地质信息和人文信息并通过北斗短信的方式发送给查询用户。通过该功能可以在一定程度上做到安全防范，避免安全事故的发生。③公告查询服务：用户通过公告查询可以在无常规移动通讯信号的盲区及时了解单位的动态。④手机短信转发服务：利用北斗一号指挥机和手机短信转发设备实现手机和蓝牙通讯定位终端之间的短信交互通信。

GSIGrid野外地质调查管理服务与安全保障系统的北斗信息具有在W eb客户端虚拟三维地球上实时显示、历史信息查询和路线追踪模拟等功能。系统的功能设计如图6-28所示。

图6-28 GSIGrid野外地质调查管理服务与安全保障系统功能设计图

1）实时监控显示模块：该模块主要实现系统监控信息（北斗定位信息、北斗通信信息和紧急报警信息）的实时显示。主要包括：①定位信息实时显示功能：将监控时间段内的下属设备用户的空间位置在虚拟三维地球上按照一定的频度进行更新显示。监控的时间和刷新的频度用户可以根据需求自定义。②通讯信息实时监视功能：将监控时间段内的下属设备用户之间的短信交互信息以对话的方式在W eb客户端进行显示。③紧急报警显示功能：解析下属设备用户发送的报警信息，以特殊标示在虚拟三维地球上显示用户的控件位置并在紧急报警用户列表中显示设备用户的设备卡号、用户姓名和单位等信息。并且系统会自动给单位的安全员手机发送救援短信，确保救援的及时性。④当天路线实时监视功能，系统将自动根据当天用户的北斗定位信息和短信上报位置信息模拟形成当天的运行轨迹，并在虚拟三维地球上动态显示。

2）信息查询模块：该模块主要实现数据存储的历史的信息的条件查询和显示。主要包括：①人员信息查询：采用大区－省份－单位－人员四级目录管理，可以在虚拟三维地球定位显示查询用户的最近一次定位位置和人员的详细信息。②定位信息查询：可以依据省份、单位、人员和卡号等多种条件组合查询历史定位信息，并可以在虚拟三维地球定位显示某条查询结构的空间位置和设备用户的信息。③通讯信息查询：可以依据省份、单位、人员和卡号等多种条件组合查询历史通讯信息，查询结果按照信息类型进行分类，并按照通讯时间倒序的方式以列表方式进行显示，如图6-29所示。④路线轨迹模拟显示：在虚拟三维地球上动态模拟显示设备用户的历史运行轨迹（图6-30）。

3）交互通讯模块：该模块主要通过北斗指令的方式，利用指挥机与下属设备用户进行交互。主要包括：①短信交互：向下属用户发送短信，可以同时选择一个或多个下属用户。②主叫定位：以指令的方式主动获取设备用户的定位信息。③广播功能：向所有监控下属设备用户发送一条短信。此功能与向多个下属用户发送短信相比的优点是只占用指挥机的一个时间频度，不足是只有北斗指挥卡具备此功能，并且只能在多级管理结点中的某一层级实现，不能多层级同时实现（图6-31）。

图6-29 信息查询界面

图6-30 路线轨迹模拟显示界面

图6-31 短信交互通讯界面

4）基本工具模块：该模块主要包含虚拟三维地球的距离量算、面积量算、行车路径分析和地球操作的基本功能。

一、内容概述

区域地质调查是运用地质科学理论和技术，对一定区域的地层、岩石、构造、矿化等各种地质体和地质现象进行比较系统的观察研究，阐明区域内各地质体的基本特征、相互关系和地质发展史，并按照地质制图原理制成不同比例尺的区域地质图。区域地质调查是一项具有战略意义的综合性基础工作，是衡量一个国家地质工作水平的基本标志，是世界各国地质工作机构的一项基本职能和长期任务。因此，实现区域地质调查全过程的信息化是地质工作信息化战略的重要目标之一，是改变地质工作传统工作方式、提高现代化水平的关键。而区域地质调查全过程信息化是指以信息技术为手段，以标准为支撑，实现从野外数据采集，室内数据整理、解释到室内成果图件、报告编制和输出全过程的数字化、数据库化、标准化和集成化，从根本上改变使用纸质地图、记录本、笔、目视定位、人工解释和制图的传统工作方式，提高区域地质调查工作的现代化程度。

区域地质调查全过程信息化的实现能够提高整体工作的效率，改变传统的工作方式，提高地质工作的现代化水平。区域地质调查全过程的信息化是一场深刻的革命，涉及工作方式、观念、技术、工作流程、标准、管理等一系列变革。主要表现在下列几个方面（姜作勤，2008）：

（1）工作方式发生变化

从野外使用纸质地图、记录本、笔和目视定位的传统工作方式变成使用基于掌上计算机和手写笔的野外数据采集系统，进行文字和图形信息的交互式采集；从以人工解释和制图的方式变成使用基于GIS、数据库、数据处理软件和数字制图软件的计算机辅助的工作方式。传统的工作方式已经持续了100 多年，具有成熟的规范和已经成为习惯的工作流程，用笔在纸质笔记本上记录得心应手，一切都很自然。新的工作方式使这一切都发生了变化。这种变化对于不熟悉计算机系统操作的地质人员来说，同样的工作可能需要更长的时间。实际上，即使熟练操作，工作负担也不会比传统方式有太大的变化。野外数据采集系统的效果主要体现在地质填图后续的过程中，如室内整理、成果输出及信息服务。

（2）地质调查所依据的标准、规范发生变化

包括采用新技术需要的标准和相应的管理规范。标准包括数字地质图及相应的地质图空间数据库标准、地质描述用语（USGS称为科学语言）标准、空间定位标准、野外数据采集标准、地质信息的分类编码标准、数字制图标准、元数据标准等。管理规范包括新的填图规范，野外数据采集的质量检查规定，项目成果审查、验收及汇交规定，相关部门与人员的岗位责任及工作量的规定等。

（3）调查评价的质量管理发生变化

包括野外数据采集的质量控制、项目质量检查、项目审查、成果汇交的要求等。由于采用数字技术，需要完全不同的质量控制和检查、审查方法，要求对相关人员掌握与传统工作方式不同的技能。

（4）数字化成果的知识产权和产权的保护问题

与纸质报告和地质图不同，数字化的文字和图件是很容易被修改的。如何保障原始数据及成果数据不被修改、相应的知识产权不被侵犯是信息化面临的一项挑战。

（5）信息化对区域地质调查各个阶段的人力资源配置提出了新要求

野外填图的地质人员、项目管理人员、质量检查人员、成果验收人员都需要掌握新的技能。

（6）随着信息化的不断深入，要求对相应的管理机制进行调整

涉及组织制定新的规范、规定新的工作流程与质量管理（控制）体系、改变某些部门的职能、改变原有的人力资源配置、组织不可缺少的培训等。

区域地质调查全过程信息化是多种技术综合应用的结果：

1）野外数据采集的信息化是下列技术综合应用的结果：掌上或手持计算机技术（包括适用于野外工作环境的硬件、操作系统、显示和接口技术）、可以嵌入掌上计算机的GPS全球定位技术、非键盘输入技术（手写识别、语音识别等）、用于野外数据采集的图形交互式输入和处理技术、图像显示技术、与多种设备及室内处理系统的接口技术、数据质量的保证与评价技术、应用软件开发技术、相关标准等。

2）室内数据整理和解释的信息化是下列技术综合应用的结果：多源地学数据的集成管理、处理和综合分析的数据库技术、GIS技术、各种专业数据处理技术等。

3）成果表达与输出技术是下列技术综合应用的结果：计算机辅助制图技术、符合标准的数字化的字库、线型符号库和色标库、3D可视化技术、地质图空间数据库设计和建库技术、web服务技术、数字印刷技术等。

4）区域地质调查全过程信息化要求将上述过程的信息化进行统一协调，制定不同阶段的标准接1∶3，采用与新的工作方式相适应的工作流程和技术要求或规范。

二、应用范围及应用实例

从20世纪90年代初先后开始的美国、加拿大、澳大利亚三国的第二代地质填图计划都将建立基于GIS的数字地质图数据库作为重点目标之一。美国1992年的地质填图协定和1997年、1999年两次重新授权都要求在参加国家协作地质填图计划NCGMP的州地质调查所及其他单位的配合下，由USGS负责建立国家地质图数据库——NGMDB。推进数字填图技术是实施NGMDB的重要内容。自1997年开始每年都召开研讨会，来自USGS、GSC、美国各州的地质调查所、有关的大学和公司的专家们交流讨论数字填图的技术和应用并出版论文集，有力地推动了野外数据采集的信息化（姜作勤，2008）。

三、资料来源

姜作勤.2008.国内外区域地质调查全过程信息化的现状与特点.地质通报，27（7）：956～964