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數字填圖概述

我國開展的數字填圖技術研究瞄準野外數據采集技術這壹科學技術前沿,進行了原創性研究,從地質調查源頭出發,以野外地質數據獲取過程的數字化為核心,研究數字地質填圖的理論與技術方法,創造性地提出了PRB(Point Routing Boundary)數字填圖理論與技術方法。在確定描述粒度、空間粒度和存儲粒度的分割技術的基礎上,豐富和完善了地質調查與填圖野外數據獲取技術,使數字填圖技術及其方法真正成為了壹種通用的技術方法和平臺。

數字填圖技術(Digital Mapping Technique):采用嵌入GPS、運行PLAM OS或Win-dows CE、並裝入了野外調查數據采集系統和數字地形圖的掌上或平板電腦構成野外數據采集器。通過野外數據采集器,直接在野外獲取各類數據化的原始地質資料,與相配套的桌面系統壹並建立野外調查和室內鑒定、測試等手段形成的原始調查資料數據庫,並通過室內資料綜合整理,對地質、地理、地球物理、地球化學和遙感等多源地學數據進行綜合分析和地質制圖,形成地學調查的各類成果數據庫(如地質圖空間數據庫、多媒體地質調查報告等)和通用的數據倉庫,實現數字區域地質調查中的數據庫***享。

總之,數字填圖技術是基於GIS、GPS、RS 技術為壹體的區域地質調查野外數據和信息的數字化獲取技術及其數字化成果的壹體化的組織、壹體化的管理、壹體化處理和個性化的社會化服務計算機科學技術。

PRB數字填圖技術(PRB Digital Mapping Technique):把野外地質調查觀測路線的過程,用實體點——地質點、網鏈——分段路線、全鏈或幾何拓撲環——點和點間界線的數據模型和組織方式,對野外路線觀測的對象及其過程的描述進行定義、分類、聚合和歸納,分層並結構化與非結構化相結合的儲存在空間數據庫中。相應的數據模型稱為PRB數據模型,用PRB組合的關系描述野外路線觀測描述的過程稱為數字PRB 過程,采用這種PRB過程進行數字填圖的技術被稱為PRB數字填圖技術。

PRB 數據模型(PRB Data Model):是描述PRB的基本過程、支配PRB 基本過程組合的規則及運用整個PRB 過程的公***機制的數據模型,由10個野外數據采集實體數據模型構成。它們是設計路線、地質點、分段路線、點上和點間界線、GPS點位、樣品、化石、產狀、素描、照片。PRB數據模型均有描述空間位置和觀測內容(結構化與非結構化描述)的三部分組成。每個過程的空間位置數據庫解決了地質制圖的問題,每個過程的結構化數據庫解決調查內容結構的規範化,每個過程的非結構化數據——自由文本開辟了地質思維自由發揮的空間,既能滿足計算機處理的需要,又能保證地質工作者取全、取準觀測數據和參數。

PRB基本過程(Basic Process of PRB):由地質點(Point,簡寫為P)、點間路線(Routing,簡寫為R)、點上和點間界線(Boundary,簡寫為B)三個基本過程組成。地質點P過程是指野外路線所通過的地質界線,重要接觸關系、重要地質構造,或重要地質現象等進行地質觀測點控制的過程。分段路線R 過程是兩個地質觀測點之間的實際分段路線描述記錄的控制過程。該實際路線根據兩個地質觀測點之間的內容和變化來進行分段描述,該變化可以是兩個地質實體的界線、也可以是壹個地質實體的內部變化。點間界線B過程是依賴於R的過程。它是對兩段R之間的界線來進行分段描述。同R壹樣,該界線可以是兩個地質實體的界線、也可以是壹個地質實體的內部變化界線。B過程在室內PRB過程中,是地質連圖的重要依據。

PRB基本過程的組合規則(The Rule of Basic PRB Process Combination):描述了PRB基本過程的組合規則。地質點P過程是PRB 過程的核心,分段路線R 過程、點間界線B過程必須隸屬P過程。壹個P過程可以有1個至n個R過程,0個至n個B過程。壹個R過程可以有0個或1個以上的B 過程。

PRB過程的公***機制(The Public M echanism of PRB Process):根據數字填圖的特點,PRB過程的公***機制由PRB劃分、PRB過程字典與PRB過程擴展機制組成。PRB過程劃分是描述PRB的劃分及過程編碼規則;PRB過程字典是PRB過程采用的三種類型字典的規則;PRB 過程擴展機制是描述在PRB 過程的采樣過程規則,這些采樣過程包括產狀、化石、素描、照片、影像、樣品的數據采集。

PRB過程基本程式(The Basic Styles of PRB Process): PRB過程基本程式是由PRB組合而成,是路線地質調查的最小組合單位。它由以下幾種最小單元的組合模式:①P適合區域地質調查中的補點工作;②P-R-P,P-(B)-R-(B)-P,P-P組合,適合地質內容中等復雜程度的填圖工作;③P-(B1,B2,…)-R-(B1,B2,…)-P組合,適合地質內容復雜程度大的填圖工作。

PRB數據操作(The Data Operation of PRB Process):把PRB野外手圖的組織、圖幅PRB庫創建、野外PRB 手圖庫組織與管理、PRB 實際材料圖數據的綜合處理、編稿數字地質圖的成圖、PRB數據質量檢查、PRB庫信息檢索、PRB地質連圖、PRB工作量統計等操作統稱為PRB數據操作。

PRB 字典(PRB Dictoinary):PRB字典是為解決地層、構造、巖性等地質內容分類與描述的規範化、野外數字填圖中專門術語的靈活查閱、提高野外數據采集效率而設立的。PRB字典的建立可以減少或避免在地質填圖中存在的分類與描述不夠規範等問題,為PRB 數據庫在更大的範圍內有效***享提供了基本保證。野外數據采集系統提供了3種類型PRB字典:PRB過程壹般術語字典、PRB過程野外記錄結構化描述字典和PRB 過程規範結構化填空補缺式描述字典。

PRB過程壹般術語字典(The General Technical Term Dictionary of PRB Process):也稱PRB 過程2級(需二級查詢)字典。由填圖項目組根據工作區的地質特征,定義詞典目錄與相應詞條。詞典目錄文件由大類的專業術語構成,詞條文件按詞典目錄的記錄為文件名,記錄由組成該同典目錄的詞條組成。電子詞典數據文件可用常用的字處理軟件(如記事本等)形成。

PRB過程野外記錄結構化描述字典(The Sturcture Technical Term Dictionary of PRB Process for Data Collection in Field Geological Mapping):也稱PRB過程l級(直接查詢)字典,為保證記全、記準野外地質觀測現象,野外數據采集系統采取結構化自由文本描述方式,由填圖項目組根據測區的地質特點,自己定義結構化術語詞條文件,其數據文件可用常用的字處理軟件形成。數據格式與詞條文件的建立方法相同。在野外數據采集過程中,使用字典中的術語不須通過二級查找就能獲得,故稱PRB過程1級字典。

PRB過程規範結構化填空補缺式描述字典(The Filling Structure TechnicalTerm Dictionary of PRB Process):該字典主要包括對壹些填圖單位描述的內容,如巖石名稱、顏色,厚度等,留有少部分描述,如特殊礦物及其含量變化等,需根據野外實際情況進行填寫。該字典的建立有兩個優點:壹是可以把測區的所有填圖單位的基本巖性描述事先建好,以便野外填圖作為字典查詢,有助於識別野外地質體:二是避免花費大量的時間進行常規的描述,將重點放在觀測對象屬性特征的描述上。規範結構化填空補缺式描述字典包含的內容為:專門詞典目錄文件和二級電子詞典。專門詞典目錄文件名可由用戶專門命名,避免在詞典目錄文件中查找,故稱1.5級字典。

三級PRB體系(ThreeClasses PRB Framework):根據工作的階段和周期,把PRB過程分為三級體系。壹級PRB 過程:為兩個地質點之間野外路線觀測的PRB的最小單元過程,它由以P開始的多個B、R進行的任意組合,是構成二、三級PRB 過程的重要基礎;二級PRB過程:為多個PRB的最小單元過程組合成的壹條PRB填圖路線;三級PRB 過程:把數字地質填圖過程規範化為前期PRB過程、PRB初期過程、野外PRB過程、野外駐地PRB過程、室內PRB終結過程、PRB成果提交過程,把上述6個子過程統稱為三級PRB過程。

數字剖面系統(Digital Section System):基於GIS、GPS、RS技術為壹體的野外實測剖面數據測量、分層描述、采樣數據的獲取及其厚度計算、剖面數據的組織與管理、剖面圖、柱狀圖的計算機自動成圖系統。

PRB數據質量定量評價(The Evaluation for the Quality of PRB Data):根據本技術要求和數字填圖野外數據采集工作指南,對數字地質填圖的PRB 數據庫質量進行定量評價。主要評價內容為:工作量完成情況、實際材料圖完備程度與精度、地質實體有效控制精度等。

PRB數據流“棧”(Data Flow Stack Model for PRB Process):根據數字區調數據處理的特點,采用原型庫、背景圖層、PRB圖幅庫、野外手圖庫、實際材料圖、采集日備份作為數據流的“棧”,用於不同PRB階段數據存放、交換和傳遞。

數據流“棧”是野外路線觀測所獲得的各種數據,包括從PRB野外手圖到PRB圖幅庫,到PRB實際材料圖、到PRB 編稿地質圖直至到地質圖空間數據庫流向的“邏輯渠道”。該“邏輯渠道”為不同階段數據庫的互通、實現區域地質調查全流程的數字壹體化提供保證。

數據流“棧”由PRB原型庫、背景圖層、PRB圖幅庫、PRB野外手圖庫、PRB實際材料圖、PRB 采集日備份數據目錄組成,用於不同PRB階段數據存放、交換和傳遞。

在不同PRB 階段數據存放、交換和傳遞過程中,采用下列技術來為不同階段數據模型的繼承提供技術支持:①PRB 野外手圖庫完全繼承了 PRB 原型庫的數據結構與內容;②PRB 圖幅庫完全繼承了PRB 野外手圖庫的空間數據結構與內容,而***享PRB 野外手圖庫非結構化的數據;③PRB實際材料圖部分繼承了PRB圖幅庫的空間數據結構,采用線—線,面—線屬性自動復制技術實現部分繼承;④PRB編稿地質圖部分繼承了PRB圖幅庫的空間數據結構,同時采用對半結構化數據的提取技術實現要素類和對象類數據轉換的部分繼承;⑤基於地質圖壹體化的描述、組織和存儲的數據建模原則,得出了基於PRB數據模型為基礎的PRB地質圖空間數據庫由17個基本要素類、6個對象類、8個綜合要素數據集構成,並對實體名稱、要素與對象編碼、空間數據類型、實體間的關系、主關鍵字名稱、子關鍵字名稱、註釋要素類編碼、實體屬性內容說明進行了定義和說明。