规则测网土壤测量的数字化方法技术研究

段星星, 李文明, 杜 辉

(中国地质调查局 西安地质调查中心,陕西 西安 720054)

规则测网土壤测量的数字化方法技术研究

段星星, 李文明, 杜 辉

(中国地质调查局 西安地质调查中心,陕西 西安 720054)

利用C#高级程序设计软件自编采样点位设计软件,即可按照指定的起止坐标值、点线距、样品编号字母等信息自动批量生成含监控样位置的采样点位坐标表。在此基础上,充分利用现有的Coord、MapGIS、GPSBabel、MapSource、UltraEdit等软件,快速制作完成采样点位设计图及坐标值批量导入GPS导航仪。该方法高效解决了规则测网土壤测量采样点位图编制及测点坐标批量输入手持GPS的问题,提高了化探测网的布设速度,缩短设计过程及野外生产准备时间,方便野外定点采样,具有一定的应用价值。

地球化学;数字化;C#;GPSBabel

近年来数字化系统在地质调查工作过程中得到了广泛地推广与应用,尤其是区域地质填图工作。地球化学勘查事业历经60多年的艰辛和挫折,已发展成为中国地质调查和矿产勘查工作中不可或缺的方法技术之一,取得了一流的调查数据和令人瞩目的找矿成果[1],据不完全统计,90%以上的贵金属和有色金属矿产均是依据区域化探成果发现的[2]。近年仅新疆东天山地区,就发现了玉海铜(钼)矿、白鑫滩铜镍矿、阿齐山铅锌矿、路北铜镍矿、沙西铜矿、哈西金矿等一批重要找矿线索。当前,一方面是地球化学勘查找矿效果显著,另一方面却是数字化程度相对于其他地质调查工作手段明显偏低。规则测网室内采样点位图制作通常依据制图软件图形处理功能来完成,如MapGIS软件通常是利用其阵列拷贝功能,按要求设定好列数、列间距、行数、行间距等,生成规则测网采样点;规则测网中各采样点坐标值则通过Excel等软件计算求得或通过MapGIS等多个软件完成[3],其操作步骤多,工作量大,容易出错。测网测点坐标则通过人工逐个输入手持GPS,传统做法中为简化这一输入过程,野外现场直接依据手持GPS实时坐标值变化开展野外定点工作,如8点/km2规则测网前提下,通常工作流程是先找到线,GPS横坐标值后三位250或750,然后依次找点,横坐标后三位值为125、375、625、875。这种方法执行的前提是通过事先约定俗成原则布点,对于熟练的采样工来说是很方便的,但对于首次操作GPS导航仪,开展野外采样的技术工人就存在一定的不便,而且要求测线必须是正南正北向。信息化时代,计算机技术日益强大,借助计算机软件让复杂的工作简单化,进一步提高化探测量各流程中数字化程度,及其在土壤地球化学测量中的应用变得尤为重要。

笔者在从事1∶5万土壤地球化学测量的过程中,综合前人在这方面的研究成果[4-11],发现可以通过现有的MapGIS、GPSBabel、MapSource、Coord、UltraEdit和基于C#程序设计语言编写的规则测网采样点位设计软件,轻松实现规则测网的土壤地球化学测量从采样点位设计到野外现场数据采集流程数字化运行管理,实现一次原始数据准备,即可完成带属性采样点位图制作和批量实现采样点导入GPS导航仪等功能[12](图1),确保采样点位设计和野外采样导航坐标数据的一致性,且极大缩短野外生产的前期准备时间。

图1 方法技术流程图Fig.1 Flow chart of methods and techniques

1 相关软件及技术介绍

1.1 Coord软件

Coord软件是一款体积小、功能强大、简单易用的坐标转换工具软件,它可以实现不同椭球之间的坐标转换,同一椭球的直角坐标、地理坐标和平面坐标相互转换。如北京54到西安80坐标的转换,西安80到地方坐标的转换,西安80坐标系下的直角坐标到地理坐标转换等(http://www.gpsworld.com)。

1.2 GPSBabel软件

GPSBabel是一款简单易用、免费的GPS数据管理器,可以用于管理航点和航迹数据,支持Garmin、Magellan等GPS导航仪软件(http://www.gpsbabel.org)。

1.3 UltraEdit软件

UltraEdit是一套功能强大的文本编辑器,可以编辑文本、十六进制、ASCII 码,完全可以取代记事本,可同时编辑多个文件,而且即使开启很大的文件，速度也不会慢(http://baike.baidu.com)。

1.4 MapGIS软件

MapGIS是中地数码集团的产品名称,是中国具有完全自主知识版权的地理信息系统,是全球唯一的搭建式GIS数据中心集成开发平台,实现遥感处理与GIS完全融合,支持空中、地上、地表、地下全空间真三维一体化的GIS开发平台(http://baike.baidu.com)。

1.5 MapSource软件

MapSource为Garmin开发的一款GPS数据管理软件。MapSource是针对Garmin GPS数据进行存储、管理、编辑、应用的一个软件。MapSource存储数据的文件一般是后缀名为gdb的数据库文件。存储的内容主要包括航点、航迹、航线、地图(http://baike.baidu.com)。

1.6 C#

C#是微软公司发布的一种面向对象的、运行于.NET Framework之上的高级程序设计语言。C#是一种安全的、稳定的、简单的、优雅的,由C和C++衍生出来的面向对象的编程语言。C#综合了VB简单的可视化操作和C++的高运行效率,以其强大的操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为.NET开发的首选语言。

2 原始数据准备

2.1 编写采样点位设计软件

采样点位设计软件采用微软C#开发语言进行设计开发。软件设计首先依据起止点坐标以及点线距值之间的关系分别求取各采样点编号、坐标值及数量;然后将坐标数量按照50个/批次样品,利用随机数算法在每批样品中随机选择4个样品位置插入监控样,并在一列中标注为1,每批次样品结束样标注为2,其他样品标注为2;最后输出文本格式文件。

2.2 软件校验结果

通过设置所需的参数及输出目录(图2),其中线距设置时,如果起点坐标小于终点坐标,点线距取正值,反之则取负值,样号中输入拟打头的样品编号字母,最终生成满足要求的txt文件(图3)。

图2 采样点位设计软件参数设置图Fig.2 Parameter setting of design software of sampling position

图3 采样点位设计软件采样点位生成图Fig.3 Graph resulting sampling points of design software of sampling position

3 原始数据制作采样点位图

3.1 生成标准图框

利用MapGIS投影变换模块—系列标准图框—键盘生成矩形图框,生成1∶5万或1∶1万等设计要求的比例尺采样点位图图框点线面文件[8](平面直角坐标系统,高斯—克吕格,比例尺为设计要求的,坐标单位为mm)。

3.2 采样点投影

利用MapGIS投影变换模块—投影转换—用户文件投影变换,开展采样点投影工作。投影工作首先分别设定“用户投影参数”和“结果投影参数”,其中“用户投影参数”指的是通过采样点软件生成的数据格式,结果投影参数为采样点位图标准图框参数;然后点击“指定分隔符”设置“空格”分隔符,依据原始数据中的列分隔符,选择相应的分隔符号;此处一定要注意设定坐标值X和Y值为双精度数据,另设定X位于3列,Y位于4列;最后点击“投影变换”(图4),即可得到采样点原始文件(图5)。

3.3 制作采样点位图

首先新建MapGIS工程文件,从前面生成采样点位图标准图框文件中导入地图参数,添加标准图框点线面文件和采样点文件;然后在点编辑里面选择“根据属性赋参数”,在表达式里面输入诸如“监控样==1”,点击确定后,在随后弹出的“选择点参数类型”里面选择“子图”,即可按整个图面的要求给定参数,据此完成其他点属性确定;最后按照土壤测量有关技术标准插入重复样,补充完善责任栏、图例等相关内容后,即完成采样点位设计图的编制工作。

图4 MapGIS投影变换Fig.4 Projection transformation of MapGIS

图5 采样点位原始图Fig.5 Primitive diagram of sampling position

4 设计采样点数据导入GPS导航仪

4.1 GPS坐标源数据准备

GPS数据导入要求源数据格式为地理坐标系统,单位为度,所以需要利用Coord软件将图3中的平面直角坐标系统数据转换成地理坐标系统数据。首先打开Coord软件,“设置”→“高斯六度带投影” →“中央子午线”;然后选择“文件转换”→“格式”→“自定义”;最后按照自定义格式准备文本格式数据,选择“文件转换”→“源坐标类型”项中勾选“平面坐标”,“选择目标坐标类型”项中勾选“大地坐标”,点击“箭头”按钮即可将数据转换为地理坐标(图6)。具体坐标转换原理及详细步骤可参考汪陵等(2013)(图7)[13]。

图6 平面坐标系统转大地坐标系统图Fig.6 System diagram of plane coordinate system to geodetic coordinate

图7 计算结果图Fig.7 Calculation results

4.2 GPS数据制作

本文已在Garmin GPS为例中介绍了GPS数据制作方式。首先使用UltraEdit软件打开上一步制作的GPS坐标源数据,充分利用UltraEdit软件所带的列编辑功能,配合office excel软件,按表1中的数据格式要求准备数据后,直接复制保存到文本文件中;然后使用上文提到的GPSBabel软件,在输入文件格式项中选择“Garmin MapSource-txt”格式,在输出格式项中选择“Garmin MapSource-mps”,选择保存位置,点确定即完成GPS数据制作。

4.3 GPS数据导入

使用Garmin GPS自带的MapSource软件打开上一步准备好的mps格式文件,使用传送发送到设备,即完成采样点位数据批量导入Garmin GPS导航仪(表1)。

表1 采样点位导入GPS导航仪数据格式

5 结语

(1) 本文利用C#编写的规则测网采样点位设计软件,简单高效地自动生成采样点位坐标表。该软件不仅可以用于规则测网土壤测量中,也可以用在物探磁法和重力等规则测网的布设工作。软件目前处于设计的初级阶段,存在诸多可以改进的地方,笔者旨在抛砖引玉。

(2) 综合现有Coord、MapGIS、GPSBabel、MapSource、UltraEdit等软件,实现规则测网土壤测量在完成一次原始数据准备后,即可快速制作完成带属性的采样点位设计图及坐标值批量导入GPS导航仪。

(3) 方法技术的研究旨在提高工作效率和质量,实际使用过程中必须严格遵守相关国家标准及行业标准,不能机械地参照本文所述方法执行。

[1] 杨少平,弓秋丽,文志刚,等.地球化学勘查新技术应用研究[J].地质学报,2011,85(11):1844-1877.

[2] 刘振国,田雪莲,于德福.我国基础地质调查获丰硕成果[N].中国国土资源报,2010-07-05(01).

[3] 涂明,刘多朝.如何用Excel Coord及Mapsource完成野外物化探测网的高效布设[J].甘肃科技,2009,25(18):35-37.

[4] 刘凡珍,郭玉军,孙萍,等.GPS与Excel、Mapgis相结合在化探工作中的应用[J].吉林地质,2007,26(1):61-65.

[5] 王声喜,康宝林.Mapsource与Excel、MapGIS工作中的应用相结合在化探[J].物探化探计算技术,2009,31(2):169-174.

[6] 涂明,刘多朝.如何用Excel、Coord及Mapsource完成野外物化探测网的高效布设[J].甘肃科技,2009,25(18):35-36.

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[8] 彭桥梁,王伟,李天虎,等.手持GPS与GPSMapGIS在1∶5万水系沉积物测量中的应用[J].黄金科学技术,2012,17(6):90-94.

[9] 范丽琨,周晓中.手持GPS在1∶5万水系沉积物测量中的应用[J].黄金科学技术,2008,16(6):36-38.

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[12] 刘桂香,王希今,左爱江.MAPGIS地理信息系统在化探工作中的应用——以洛古河普查区面积性土壤化探测量为例[J].地质与资源,2007,16(2):138-140.

[13] 汪陵,万奇灵.利用Coord软件实现不同坐标系统转换的研究[J].测绘与空间地理信息,2013,36(11):175-178.

(责任编辑：陈文宝)

Research on Digital Technology for Application of Regular MeasuringNetwork of Soil Survey

DUAN Xingxing, LI Wenming, DU Hui

(Xi’anInstituteofGeologyandMineralResources,ChinaGeologicalSurvey,Xi’an,Shaanxi720054)

C# Advanced Programming Software has programmed a software designing sampling points,which can automatically generate batch of letters containing the specified starting and ending coordinates of point line,sample number and other information. On this basis,the full use of existing Coord,MapGIS,GPSBabel,MapSource,UltraEdit softwares,can quickly create complete design sampling point and the way the coordinates are bulk imported in GPS navigator. This method effectively solves the traditional geochemical soil survey grid and the problems in coordinates batch inputting handheld GPS,which improves the speed of the geochemical survey grid,cuts down the design process,field preparation time,and field sampling easily,yielding a certain value.

geochemistry; digitalization; C#; GPSBabel

2015-05-25;改回日期:2015-07-13

段星星(1983-),男,工程师,硕士,岩石学、矿物学、矿床学专业,从事勘查地球化学工作。E-mail:86000536@qq.com

P208; P59

A

1671-1211(2016)01-0109-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201601020

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20151217.0912.008.html 数字出版日期:2015-12-17 09:12