地質(zhì)勘察中GIS的應(yīng)用研究
地理信息系統(tǒng)(GIS)具有強(qiáng)大的功能和先進(jìn)的技術(shù)，因而在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，一定會(huì)推動(dòng)地理信息系統(tǒng)(GIS)的進(jìn)步和更新。下文對(duì)地質(zhì)勘察中GIS的應(yīng)用情況進(jìn)行了研究。
摘要：地理信息系統(tǒng)(GIS)在地質(zhì)勘察中的應(yīng)用，為地質(zhì)勘查工作提供了很大的方便及支持，降低了地質(zhì)勘察工作的難度，提高了勘察工作的效率，因此，應(yīng)不斷的擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，不斷的對(duì)GIS進(jìn)行創(chuàng)新和完善，使其能夠進(jìn)一步推動(dòng)地質(zhì)勘察工作的發(fā)展。
關(guān)鍵字：地質(zhì)勘察，GIS，應(yīng)用
引言
地理信息系統(tǒng)(GIS)是科技發(fā)展的產(chǎn)物，是社會(huì)進(jìn)步和人類創(chuàng)新的標(biāo)志。地理信息系統(tǒng)(GIS)在地質(zhì)勘察中的應(yīng)用有利的推動(dòng)了地質(zhì)勘察的發(fā)展，地質(zhì)勘察離不開(kāi)先進(jìn)的GIS技術(shù)，隨著地質(zhì)勘察的發(fā)展，GIS必然會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。
1、GIS技術(shù)概述
地理信息系統(tǒng)(GIS)是以空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，描述、存儲(chǔ)、分析和輸出空間信息的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)�？臻g數(shù)據(jù)是GIS所表達(dá)的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，它是以空間位置為參照的。在工程建設(shè)項(xiàng)目中，有大量的圖紙、圖表等地質(zhì)資料。這些資料都是一系列相關(guān)聯(lián)的空間數(shù)據(jù)。利用GIS技術(shù)對(duì)這些工程地質(zhì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，可以提高工程管理的效率和自動(dòng)化程度。同時(shí)，引入三維可視化技術(shù)將工程地質(zhì)信息直觀地反映出來(lái)可以給工程技術(shù)人員更加真實(shí)的感受。
從技術(shù)與應(yīng)用的角度出發(fā)，GIS是解決空間問(wèn)題的重要技術(shù)、方法與工具，以學(xué)科角度來(lái)說(shuō)，GIS則是測(cè)量學(xué)、地圖學(xué)、地理學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展的一門(mén)全新學(xué)科，具有學(xué)科體系的獨(dú)立性;從GIS的功能上來(lái)看，GIS能夠及時(shí)獲取、編輯、處理、存儲(chǔ)、輸出、顯示、及應(yīng)用空間數(shù)據(jù)，且GIS具有完整的結(jié)構(gòu)性與功能性。GIS作為專業(yè)管理地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不僅可分類、分級(jí)、分層地管理地理位置相關(guān)信息，還可將這些數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)組合、分析、再組合、再分析，并實(shí)現(xiàn)檢索、查詢、修改、更新、輸出等。整個(gè)GIS技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)、軟件、分析應(yīng)用模型、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形用戶界面及系統(tǒng)工作人員組成，是一門(mén)專業(yè)化的技術(shù)。
2、工程勘察對(duì)地理信息系統(tǒng)的需求
隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,單一簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)信息已不是人們關(guān)注的熱點(diǎn),人們?cè)絹?lái)越熱衷于具有多層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),多功能綜合分析能力的時(shí)空型數(shù)據(jù)信息,也就是地理信息。根據(jù)IDC1995年3月調(diào)查的結(jié)果表明:現(xiàn)代人們的生活和管理活動(dòng)中, 70%以上的信息數(shù)據(jù)與地理信息有關(guān)。但是,地理信息數(shù)據(jù)難以直觀地表示,方便人們使用。為解決這類問(wèn)題,一種新的軟件——地理信息系統(tǒng)(GIS)便應(yīng)運(yùn)而生。
地理信息系統(tǒng)(GIS)作為輸入、存儲(chǔ)、檢索、分析和顯示與地理位置有關(guān)的各種特征信息的計(jì)算機(jī)輔助決策的技術(shù)系統(tǒng),允許專家們把更多的信息進(jìn)行綜合分析研究。由于它能夠完善地將地理信息或其它數(shù)據(jù)直觀地在計(jì)算機(jī)上表示出來(lái),并能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、多重處理,符合人們對(duì)信息的多方面需求,因此在各個(gè)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。由于工程勘察本身的特點(diǎn),它的很多數(shù)據(jù)與地理位置的關(guān)系就更密切了。通過(guò)大量的工程實(shí)踐,我們體會(huì)到,要想進(jìn)一步提高工程勘察的質(zhì)量和效率,特別是需要做出宏觀決策時(shí),大量與地理位置有關(guān)的數(shù)據(jù)是必不可少的。如在進(jìn)行工程勘察場(chǎng)地復(fù)雜程度判斷時(shí),需要有關(guān)地下水的數(shù)據(jù),可利用我院“北京地區(qū)淺層地下水位動(dòng)態(tài)規(guī)律研究”的科研成果,而該成果的數(shù)據(jù)只有在地圖上才能很好地反映和查詢。在進(jìn)行工程抗震分析和場(chǎng)地液化判別時(shí),則應(yīng)用了我院“北京市區(qū)地震場(chǎng)地類別區(qū)劃研究”的科研成果,其數(shù)據(jù)也是與地理位置密切相關(guān)的。而要方便地查詢擬建揚(yáng)地周?chē)こ炭辈熨Y料和數(shù)據(jù)也是在地圖上最有效。因此解決上述問(wèn)題最好的方法就是建立一個(gè)地理信息系統(tǒng)(GIS)。為進(jìn)一步探索地理信息系統(tǒng)在工程勘察中應(yīng)用的可行性,并考慮到推廣時(shí)計(jì)算機(jī)設(shè)備的承受能力,我們首先建立了一個(gè)桌面地理信息系統(tǒng)(Desktop GIS)。桌面地理信息系統(tǒng)要求有以下幾個(gè)功能:
(1)圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與管理:圖形數(shù)字化輸入、編輯修改;圖形數(shù)據(jù)更新,建立圖形的空間拓?fù)潢P(guān)系,完成各種圖形數(shù)據(jù)文件間的轉(zhuǎn)換;
(2)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與管理:屬性數(shù)據(jù)輸入與更新、文件管理、屬性報(bào)表生成;同時(shí)要實(shí)現(xiàn)各類描述數(shù)據(jù)ASCII、INFO與數(shù)據(jù)庫(kù)DBF格式的輸入輸出,與其它系統(tǒng)(如工程勘察計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng))的數(shù)據(jù)交換;
(3)圖形顯示與制圖輸出:各類圖形要素Poly—gon (多邊形)、Line (線)、Point(點(diǎn))的制圖,地圖注記與標(biāo)識(shí),交互顯示與硬拷貝輸出;
(6)定制功能:提供二次開(kāi)發(fā)功能,幫助用戶建立面向應(yīng)用的信息系統(tǒng);
(7)實(shí)用性:對(duì)計(jì)算機(jī)配置有較低的要求和合理的價(jià)格�；谝陨戏治�,我們決定采用成熟的地理信息系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),經(jīng)過(guò)調(diào)研,確定采用北京大學(xué)研制的CITYSTAR桌面地理信息系統(tǒng)。
3、CITYSTAR地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能
CITYSTAR是WINDOWS環(huán)境下的桌面地理信息,系統(tǒng)包括圖形編輯、制圖、圖形查詢、遙感制圖、GPS等模塊,本系統(tǒng)使用了其中圖形編輯、制圖和圖形查詢功能。圖形編輯模塊主要是完成地理信息系統(tǒng)中背景地圖和專題地圖的圖形編輯、屬性庫(kù)編輯及建立拓樸關(guān)系等任務(wù),其中包括對(duì)圖形進(jìn)行圖層編輯、屬性庫(kù)編輯、拓?fù)渚庉�、圖幅編輯、密級(jí)設(shè)置和圖形轉(zhuǎn)換(如將DXF格式文件轉(zhuǎn)換成SVF格式文件)等功能,可以用數(shù)字化儀和鼠標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)、線、多邊形等圖形元的`輸入。專題制圖模塊可以對(duì)圖形的線形、顏色、圖例等屬性進(jìn)行編輯。這部分的主要功能如圖1所示。
圖1 CITYSTAR圖形編輯的主要功能
CITYSTAR的圖形查詢模塊如圖2所示。圖形顯示包括放縮(ZOOM)、漫游及分層顯示等功能。查詢功能可以按圖形屬性查詢,也可以按范圍查詢,還有地圖量算、表達(dá)式查詢等功能,并可進(jìn)行柱狀圖、餅形圖和線形圖的統(tǒng)計(jì)查詢。
圖2 CITYSTAR圖形查詢主要功能
我們充分利用桌面地理信息系統(tǒng)的這些功能,將工程勘察與地基評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)中與地理位置有關(guān)的數(shù)據(jù)建成地理信息系統(tǒng),大大方便了這些數(shù)據(jù)的查詢和調(diào)用。
4、工程勘察地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及查詢
在工程勘察地理信息系統(tǒng)中,與地理位置有關(guān)的數(shù)據(jù)包括:地震場(chǎng)地類別、第四紀(jì)土層厚度、水文地質(zhì)分區(qū)、歷年最高水位及擬建工程附近工程地質(zhì)情況等。加上必要的地理信息背景,在本系統(tǒng)中共建立了10個(gè)圖層。
(1)背景圖層,包括:1)市區(qū)街道層,圖元類型為線狀;2)水體層,圖元類型為多邊形;3)公園綠地層,圖元類型為多邊形;4)地名層,圖元類型為文字;5)地面標(biāo)高層,圖元類型為點(diǎn)狀。
以上各層的圖形屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在背景屬性庫(kù)中。
(2)重要工程摘要層,包括:
1)重要工程摘要圖層,圖元類型為多邊形,圖形屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在工程屬性庫(kù)中,包括勘察編號(hào)、工程名稱…等字段,與該層圖形鏈接的還有一個(gè)工程圖片庫(kù),可以查詢到一些主要工程的照片。
(3)地震場(chǎng)地圖層,包括:
1)地震場(chǎng)地類別層,圖元類型為存在拓?fù)潢P(guān)系的面狀圖形,圖形屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在地震場(chǎng)地類別屬性庫(kù)中,包括場(chǎng)地類別等字段。
2)第四紀(jì)土層厚度層,圖元類型為存在拓?fù)潢P(guān)系的面狀圖形,圖形屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在第四紀(jì)土層厚度屬性庫(kù)中,包括最大土層厚度、最小土層厚度等字段;
(4)地下水情況圖層,包括:
1)水文地質(zhì)分區(qū)層,圖元類型為存在拓?fù)潢P(guān)系的面狀圖形,圖形屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在水文地質(zhì)分區(qū)屬性庫(kù)中,包括分區(qū)名稱、地貌類型、亞區(qū)等字段。
2)年水位等值線層,圖元類型為存在拓?fù)潢P(guān)系的面狀圖形,目前圖形屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在1994年水位等值線屬性庫(kù)中,包括最高地下水位、最低地下水位等字段。以上各層可以同時(shí)顯示,也可以單獨(dú)顯示,或幾層組合顯示,非常方便。
在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,需要調(diào)用有關(guān)知識(shí)庫(kù)中的數(shù)據(jù)時(shí),可在系統(tǒng)中直接啟動(dòng)CITYSTAR的圖形查詢模塊CITYSTAR-VIEW。通過(guò)對(duì)地圖的放縮、平移,可以很快找到要查詢的地點(diǎn),選擇要查詢的圖層,在相應(yīng)的地理位置單擊鼠標(biāo),即可顯示該圖層的有關(guān)信息,對(duì)于重要工程摘要圖層,還可通過(guò)矩形區(qū)域或圓形區(qū)域進(jìn)行范圍查詢。查詢出的數(shù)據(jù),可通過(guò)WINDOWS的DDE(動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換)功能傳輸?shù)狡渌鼞?yīng)用程序中去。
本系統(tǒng)是在工程勘察領(lǐng)域中首次利用GIS的概念和方法建立的地理信息系統(tǒng),雖然是一個(gè)相對(duì)比較簡(jiǎn)單的桌面地理信息系統(tǒng),但是已經(jīng)具備了地理信息系統(tǒng)的主要功能。它不但實(shí)現(xiàn)了工程勘察中與地理位置有關(guān)的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢,而且展示了GIS在工程勘察領(lǐng)域應(yīng)用的廣闊前景。同時(shí),也進(jìn)行了多方的探索,積累了一些經(jīng)驗(yàn)。
結(jié)語(yǔ)
地理信息系統(tǒng)(GIS)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，為工程勘察和地下水的檢測(cè)提供了重要的幫助，地質(zhì)勘察工作也在GIS技術(shù)的支持下得到了進(jìn)一步的發(fā)展。為了進(jìn)一步的在地質(zhì)勘察中發(fā)揮GIS的積極作用，應(yīng)不斷的加大研究力度，做好技術(shù)的更新與改革工作，更好的為地質(zhì)勘察的實(shí)際服務(wù)。
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