數(shù)字地質(zhì)填圖技術(shù)在實踐教學中存在的問題及對策
——以周口店實習為例

羅曉鋒 尚海麗 鄭有偉 趙俊梅 何 滔

（內(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)與煤炭學院，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

0 引言

2003年中國地質(zhì)調(diào)查局開發(fā)數(shù)字地質(zhì)填圖（RGMAP）系統(tǒng)，并于次年全面開展此項工作[1]。近幾年，人們對數(shù)字地質(zhì)填圖在內(nèi)容、方法、精度等方面提出了更高的要求，國家地調(diào)局也對RGMAP存在問題進行了完善[2，3]。數(shù)字地質(zhì)填圖系統(tǒng)基于“3S”（GIS、GPS和RS）技術(shù)，以GIS貫穿于整個地質(zhì)調(diào)查過程，可實現(xiàn)多源地球數(shù)據(jù)的整合與再現(xiàn)[4]。功能主要有：整合顯示地理、地質(zhì)、遙感等數(shù)據(jù)，數(shù)字化各地質(zhì)調(diào)查過程，數(shù)字化采集產(chǎn)狀、化石、樣品、素描、地球化學等數(shù)據(jù)，數(shù)字化實測剖面要素。涵蓋基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)遠景調(diào)查、礦產(chǎn)資源勘查和資源量估算等，形成了豐富的數(shù)字化資料[5]。

當前，國內(nèi)大多高校在大三開展35周的填圖實習，內(nèi)蒙古科技大學從2018年開始數(shù)字化填圖實習，采用地調(diào)局RGMAP系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)地質(zhì)填圖，數(shù)字化填圖技術(shù)在填圖效率、精度、使用便捷性等方面有很多優(yōu)勢，但同時也發(fā)現(xiàn)，引入數(shù)字化填圖技術(shù)后，在實習過程中出現(xiàn)了一些新的問題，如果不進行及時干預和引導，可能會造成顧此失彼的現(xiàn)象。因此，本文針對數(shù)字化地質(zhì)填圖實習時出現(xiàn)的問題進行分析和探討，并給出相應(yīng)對策，拋磚引玉，希望能為地質(zhì)實踐教學提供參考。

1 存在問題

1.1 弱化了地質(zhì)思維能力的培養(yǎng)

采用數(shù)字填圖技術(shù)后，學生忙于數(shù)據(jù)采集和資料整理，觀察、分析、想象、討論時間減少，填圖效率有所提高，但實習效果并不理想。RGMap要求對地質(zhì)各要素進行單獨輸入，需要借助傳統(tǒng)方式輔助，耗時耗力，難免會造成觀察時間縮短，事后采用回憶錄形式追記。實踐證明，這種資料整理方式欠妥，一條路線就需一天甚至兩天，耽誤后續(xù)跑線，否則就會堆積大量工作，從而遺忘，導致錯誤。此外，后期資料整理也十分耗時和煩瑣，長時間忙于機械性的重復工作，導致地質(zhì)人員思維能力減弱，實習變成了機械工作。

1.2 限制了主觀能動性

數(shù)字填圖技術(shù)制定了一系列規(guī)范[10]，使用時必須遵守這些條條框框，全是局部的、零碎的地質(zhì)現(xiàn)象，限制了整體的、宏觀的地質(zhì)現(xiàn)象構(gòu)思，長期使用該技術(shù)會產(chǎn)生依賴心理。以前，地質(zhì)工作者野外觀察細致全面，擔心錯過某地質(zhì)現(xiàn)象；采用數(shù)字填圖技術(shù)后，經(jīng)常是定位、拍照和簡述，不再過多的做深入思考。GPS的使用使得一部分學生讀圖定點能力下降，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，就會影響工作開展。

1.3 學時分配不合理

數(shù)字填圖技術(shù)涉及底圖矢量化、建立填圖系統(tǒng)、野外數(shù)據(jù)采集、室內(nèi)資料整理、成果數(shù)據(jù)庫建設(shè)等方面，新手很難在一個月內(nèi)掌握并熟練運用。在實際工作時，新手先參加強化培訓，然后完整地參與一個區(qū)調(diào)項目，才能基本掌握該技術(shù)。而大部分院校填圖實習僅三周，這期間還要進行傳統(tǒng)地質(zhì)填圖實習，學生很難在短暫的時間內(nèi)消化并運用這些知識，實習后對數(shù)字填圖技術(shù)仍比較陌生，導致“教”與“學”不能完美契合，未能達到教學目的。

1.4 誤差問題

地形圖數(shù)字化時會產(chǎn)生誤差，一般來源兩方面：一是根據(jù)遙感影像獲取高程繪制地形圖時產(chǎn)生的誤差；二是將紙質(zhì)地形圖數(shù)字化過程中由于定位不準而產(chǎn)生的誤差。野外數(shù)據(jù)采集時會產(chǎn)生誤差，主要與GPS、掌上機、采集系統(tǒng)有關(guān)，如RGMAP系統(tǒng)與填圖單位對GPS定位要求不同[8]，不同廠家和型號的GPS精度也不一樣。室內(nèi)資料整理時會產(chǎn)生誤差，如考慮地層的總體出露特征對局部地層進行修改時產(chǎn)生的誤差；有時對地質(zhì)點、地質(zhì)界線等屬性進行修改時也會產(chǎn)生誤差，且產(chǎn)生的誤差會累積、傳遞，導致更大誤差。

1.5 巖層真厚度計算問題

巖層剖面厚度有正負之分。實際測量時，由于受地形障礙物影響，迫使導線反向前進，產(chǎn)生“回測”現(xiàn)象，生成的剖面線也交叉在一起，計算出的厚度為負厚度。主要有三種情況：①坡角大于巖層真傾角，傾向與導線前進方向一致，坡向與傾向相同；②傾向與導線前進方向相反，坡向與傾向相反；③坡角大于巖層真傾角，傾向與導線前進方向相反，坡向與傾向相同；后兩種情況常見于特殊剖面巖層。

1.6 對數(shù)字填圖理解不夠

數(shù)字填圖技術(shù)的適用范圍因?qū)I(yè)而異，調(diào)研發(fā)現(xiàn)[6]，部分院校在應(yīng)用時缺乏選擇性。一方面，部分用人單位對該技術(shù)理解不夠，招聘時往往會就該技術(shù)進行詢問，導致部分高校誤解用人單位意圖，盲目在所有地質(zhì)類專業(yè)開展該技術(shù)；另一方面，大部分院校全盤采用RGMAP設(shè)計流程和內(nèi)容，沒有針對專業(yè)進行取舍。我校地質(zhì)工程專業(yè)分資源勘查和巖土工程兩個方向，前者可開展該實習，后者了解即可。

2 對策

盡管數(shù)字填圖時存在一些問題，但只要操作規(guī)范，應(yīng)用得當，該技術(shù)仍是發(fā)展的總趨勢。

2.1 合理配置數(shù)字填圖流程

RGMAP系統(tǒng)有諸多技術(shù)規(guī)范，在短時間、快節(jié)奏的實習中，只有抓重點、理思路、作取舍，才能達到實習目的。首先，周口店實習中，教師可事先完成地形圖矢量化，完成過程可在課堂教學中講解；其次，讓學生動手操作PRB過程，這是數(shù)字填圖技術(shù)的核心，必須掌握；最后，學會圖幅PRB庫、實際材料圖、地質(zhì)圖和空間數(shù)據(jù)庫等桌面系統(tǒng)操作，其他模塊可事后學習。實踐證明，這種取舍是合理的。此外，可以適當增加數(shù)字填圖技術(shù)理論課程，避免實習過程中過多講解理論知識而消耗學生精力，重點講解操作方法，教會學生使用RGMAP系統(tǒng)即可。

2.2 制定以“過程”為主的考核標準

開展數(shù)字化填圖實習后，其在內(nèi)容表達、工作流程、實習方式等方面發(fā)生了變化，因此必須制定相應(yīng)的考核標準。在經(jīng)過多次實踐后筆者將考核標準設(shè)置為：地質(zhì)知識占70%，技術(shù)規(guī)范占30%，響應(yīng)“知識主導、技術(shù)輔助”的思想。具體表現(xiàn)為：路線踏勘、實測剖面、獨立填圖時仍以野簿、地形圖為介質(zhì)進行，掌上機和GPS只用于PRB記錄和地形識別；資料整理時，野外手圖和實測剖面分別進行，利用桌面系統(tǒng)整合PRB過程，地層巖性采用Word編輯好導入系統(tǒng)。為防止學生相互抄襲，實習路線按不同山頭進行分配，實習報告仍以紙介質(zhì)進行，且初稿審閱后再寫終稿，最后連同初稿一起上交。總體原則是融合紙介質(zhì)與新技術(shù)的優(yōu)點。不再一報告定終身，不再讓“三多”（跑得多、干得多、想得多）學生吃虧，不再讓實習過程中表現(xiàn)好而字跡丑的學生得低分。

2.3 增大學生參與度

數(shù)字填圖實習極大地調(diào)動了學生的積極性，他們普遍對“3S”技術(shù)具有濃厚興趣，這有利于他們快速掌握該技術(shù)并積極參與進來。實習時，將制作好的視頻傳給學生，以便其利用空閑時間學習，老師進行輔導即可。此外，周口店實習基地也有很好的多媒體資料可供學習?？蓪嵙暦譃槿A段：第一階段教師帶學生跟，教師講解為主，學生操作為輔；第二階段教師啟發(fā)學生操作，兩者參與度相當；第三階段教師查學生講，學生操作為主，教師檢查為輔。實踐時，教師可采取循序漸進、以點帶面的方式，先集中讓學生運用數(shù)字填圖系統(tǒng)完成野外路線和剖面實測，再導入桌面系統(tǒng)進行資料整理，最后教授各類圖件制作。小組內(nèi)輪流操作儀器，優(yōu)化角色配置。實習過程中可以重點培養(yǎng)能力強者代替教師指導學生，方便學生提問。實踐證明，增大學生參與度可起到事半功倍的效果。

2.4 誤差處理方法

對于系統(tǒng)誤差，需保證軟件和GPS運行良好，經(jīng)常維護及時維修；對各過程產(chǎn)生誤差，采取多級檢驗，室內(nèi)修改的方法。實踐時，各小組采取自檢和互檢的方式，提前進行踏勘定點，點位最好選在易識別處（如交叉路口）。若GPS點與實際位置相差較大，需找出原因，若是地形圖原因需重新矢量化；若是GPS原因則更換GPS。對于GPS定位造成的“點漂移”問題，可適當延長定位時間，一般10 s以上信號趨于穩(wěn)定；地形復雜時，同一地點多次定位，或不同設(shè)備同時定位，取位置最近兩點之一。也可通過軟件修正方式：打開“誤差修正”對話框→接受GPS點位與實際點位差值→軟件自動計算→將GPS點移到實際位置，此法適用一定誤差范圍內(nèi)（＜50 m）。對于同一幅圖中大多數(shù)GPS點朝一個方向“漂移”問題，可在圖幅內(nèi)均勻選取若干GPS點，求出坐標誤差平均值作為修正值輸入對話框；對于因環(huán)境影響造成的個別GPS“點漂移”，可直接將GPS點移動到實際位置，移動務(wù)必控制在一定范圍內(nèi)。

2.5 修正真厚度計算公式

每一導線的單層厚度可正可負，計算總厚度時，取單層厚度的代數(shù)和即可，這對各種實測剖面均可適用。此外，計算機桌面剖面系統(tǒng)中提供了6種厚度計算方法，基本能滿足一般剖面厚度計算，也能解決負厚度問題；但當出現(xiàn)剖面“回測”時，需采用文獻[7]推薦的方法，該方法很好地解決了剖面“回測”的厚度計算問題，經(jīng)過多年實踐，驗證了其正確性。如果數(shù)字剖面系統(tǒng)在編制巖層厚度計算時，考慮該方法，將會使系統(tǒng)更完善。

2.6 適當開展數(shù)字填圖實習

開展數(shù)字填圖實習時應(yīng)分專業(yè)、分方向進行，考慮其適用范圍。首先，地質(zhì)學、資源勘查、地球化學專業(yè)可開展，而勘查技術(shù)與工程、地球物理、地質(zhì)旅游等專業(yè)了解即可。其次，數(shù)字地質(zhì)填圖技術(shù)是建立在傳統(tǒng)地質(zhì)填圖基礎(chǔ)之上的，后者仍是基礎(chǔ)和關(guān)鍵，切不可本末顛倒，不要以為數(shù)字化、科技化、信息化的工作優(yōu)于基礎(chǔ)性、公益性、戰(zhàn)略性的基礎(chǔ)地質(zhì)工作。需要強調(diào)的是，盡管某些專業(yè)不適合開展數(shù)字填圖實習，但可結(jié)合部分技術(shù)促進他們野外工作水平的提高，如利用遙感對地質(zhì)界線和區(qū)域構(gòu)造的解譯，結(jié)合數(shù)字高程模型對新構(gòu)造的研究，“數(shù)字剖面”模塊適用于地質(zhì)、測繪、地信等專業(yè)。

3 結(jié)語

高新技術(shù)促使地球科學革命式向前發(fā)展，地學教育也應(yīng)不斷加強對學生高新技術(shù)的培養(yǎng)，實踐教學又是地學教育的重中之重，因此，地質(zhì)專業(yè)應(yīng)在以后的教學中繼續(xù)開展數(shù)字填圖實習，協(xié)調(diào)好其與地質(zhì)思維能力培養(yǎng)間的關(guān)系，發(fā)揮地質(zhì)工作者的主觀能動性，優(yōu)化培養(yǎng)方案，準確定位數(shù)字填圖技術(shù)，完善數(shù)字填圖系統(tǒng)，把握好“三基”（基本理論、基本知識、基本技能）、“三練”（練思想、練作風、練本領(lǐng)）和“三嚴”（嚴格要求、嚴謹態(tài)度、嚴肅作風）間的關(guān)系，才能辦出體現(xiàn)時代特色的地質(zhì)專業(yè)，培養(yǎng)出基礎(chǔ)扎實，技術(shù)嫻熟的應(yīng)用型人才，從容面對工作，適應(yīng)社會需求。