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地質(zhì)勘察中GIS的應用研究
地理信息系統(GIS)具有強大的功能和先進(jìn)的技術(shù)，因而在實(shí)際中得到了廣泛的應用和發(fā)展。隨著(zhù)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(GIS)的進(jìn)步和更新。下文對地質(zhì)勘察中GIS的應用情況進(jìn)行了研究。
摘要：地理信息系統(GIS)在地質(zhì)勘察中的應用，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，應不斷的擴大其應用范圍，不斷的對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，應用
引言
地理信息系統(GIS)是科技發(fā)展的產(chǎn)物，是社會(huì )進(jìn)步和人類(lèi)創(chuàng )新的標志。地理信息系統(GIS)在地質(zhì)勘察中的應用有利的推動(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(zhù)地質(zhì)勘察的發(fā)展，GIS必然會(huì )得到廣泛的應用。
1、GIS技術(shù)概述
地理信息系統(GIS)是以空間數據庫為基礎，描述、存儲、分析和輸出空間信息的計算機技術(shù)系統�？臻g數據是GIS所表達的實(shí)質(zhì)性?xún)热�，它是以空間位置為參照的。在工程建設項目中，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)的空間數據。利用GIS技術(shù)對這些工程地質(zhì)信息數據進(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(guān)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則是測量學(xué)、地圖學(xué)、地理學(xué)及計算機科學(xué)等學(xué)科基礎上發(fā)展的一門(mén)全新學(xué)科，具有學(xué)科體系的獨立性;從GIS的功能上來(lái)看，GIS能夠及時(shí)獲取、編輯、處理、存儲、輸出、顯示、及應用空間數據，且GIS具有完整的結構性與功能性。GIS作為專(zhuān)業(yè)管理地理信息的計算機系統，不僅可分類(lèi)、分級、分層地管理地理位置相關(guān)信息，還可將這些數據實(shí)現組合、分析、再組合、再分析，并實(shí)現檢索、查詢(xún)、修改、更新、輸出等。整個(gè)GIS技術(shù)是通過(guò)計算機、軟件、分析應用模型、空間數據庫、圖形用戶(hù)界面及系統工作人員組成，是一門(mén)專(zhuān)業(yè)化的技術(shù)。
2、工程勘察對地理信息系統的需求
隨著(zhù)信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,單一簡(jiǎn)單的數據信息已不是人們關(guān)注的熱點(diǎn),人們越來(lái)越熱衷于具有多層次數據結構,多功能綜合分析能力的時(shí)空型數據信息,也就是地理信息。根據IDC1995年3月調查的結果表明:現代人們的生活和管理活動(dòng)中, 70%以上的信息數據與地理信息有關(guān)。但是,地理信息數據難以直觀(guān)地表示,方便人們使用。為解決這類(lèi)問(wèn)題,一種新的軟件——地理信息系統(GIS)便應運而生。
地理信息系統(GIS)作為輸入、存儲、檢索、分析和顯示與地理位置有關(guān)的各種特征信息的計算機輔助決策的技術(shù)系統,允許專(zhuān)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據直觀(guān)地在計算機上表示出來(lái),并能對數據進(jìn)行綜合分析、多重處理,符合人們對信息的多方面需求,因此在各個(gè)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應用。由于工程勘察本身的特點(diǎn),它的很多數據與地理位置的關(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(guān)決策時(shí),大量與地理位置有關(guān)的數據是必不可少的。如在進(jìn)行工程勘察場(chǎng)地復雜程度判斷時(shí),需要有關(guān)地下水的數據,可利用我院“北京地區淺層地下水位動(dòng)態(tài)規律研究”的科研成果,而該成果的數據只有在地圖上才能很好地反映和查詢(xún)。在進(jìn)行工程抗震分析和場(chǎng)地液化判別時(shí),則應用了我院“北京市區地震場(chǎng)地類(lèi)別區劃研究”的科研成果,其數據也是與地理位置密切相關(guān)的。而要方便地查詢(xún)擬建揚地周?chē)こ炭辈熨Y料和數據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(GIS)。為進(jìn)一步探索地理信息系統在工程勘察中應用的可行性,并考慮到推廣時(shí)計算機設備的承受能力,我們首先建立了一個(gè)桌面地理信息系統(Desktop GIS)。桌面地理信息系統要求有以下幾個(gè)功能:
(1)圖形數據庫的建立與管理:圖形數字化輸入、編輯修改;圖形數據更新,建立圖形的空間拓撲關(guān)系,完成各種圖形數據文件間的轉換;
(2)屬性數據庫的建立與管理:屬性數據輸入與更新、文件管理、屬性報表生成;同時(shí)要實(shí)現各類(lèi)描述數據ASCII、INFO與數據庫DBF格式的輸入輸出,與其它系統(如工程勘察計算機輔助系統)的數據交換;
(3)圖形顯示與制圖輸出:各類(lèi)圖形要素Poly—gon (多邊形)、Line (線(xiàn))、Point(點(diǎn))的制圖,地圖注記與標識,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(hù)建立面向應用的信息系統;
(7)實(shí)用性:對計算機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進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),經(jīng)過(guò)調研,確定采用北京大學(xué)研制的CITYSTAR桌面地理信息系統。
3、CITYSTAR地理信息系統的結構及功能
CITYSTAR是WINDOWS環(huán)境下的桌面地理信息,系統包括圖形編輯、制圖、圖形查詢(xún)、遙感制圖、GPS等模塊,本系統使用了其中圖形編輯、制圖和圖形查詢(xún)功能。圖形編輯模塊主要是完成地理信息系統中背景地圖和專(zhuān)題地圖的圖形編輯、屬性庫編輯及建立拓樸關(guān)系等任務(wù),其中包括對圖形進(jìn)行圖層編輯、屬性庫編輯、拓撲編輯、圖幅編輯、密級設置和圖形轉換(如將DXF格式文件轉換成SVF格式文件)等功能,可以用數字化儀和鼠標進(jìn)行點(diǎn)、線(xiàn)、多邊形等圖形元的輸入。專(zhuān)題制圖模塊可以對圖形的線(xiàn)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(xún)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(xún)功能可以按圖形屬性查詢(xún),也可以按范圍查詢(xún),還有地圖量算、表達式查詢(xún)等功能,并可進(jìn)行柱狀圖、餅形圖和線(xiàn)形圖的統計查詢(xún)。
圖2 CITYSTAR圖形查詢(xún)主要功能
我們充分利用桌面地理信息系統的這些功能,將工程勘察與地基評價(jià)計算機專(zhuān)家系統中與地理位置有關(guān)的數據建成地理信息系統,大大方便了這些數據的查詢(xún)和調用。
4、工程勘察地理信息系統的結構及查詢(xún)
在工程勘察地理信息系統中,與地理位置有關(guān)的數據包括:地震場(chǎng)地類(lèi)別、第四紀土層厚度、水文地質(zhì)分區、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,在本系統中共建立了10個(gè)圖層。
(1)背景圖層,包括:1)市區街道層,圖元類(lèi)型為線(xiàn)狀;2)水體層,圖元類(lèi)型為多邊形;3)公園綠地層,圖元類(lèi)型為多邊形;4)地名層,圖元類(lèi)型為文字;5)地面標高層,圖元類(lèi)型為點(diǎn)狀。
以上各層的圖形屬性數據存儲在背景屬性庫中。
(2)重要工程摘要層,包括:
1)重要工程摘要圖層,圖元類(lèi)型為多邊形,圖形屬性數據存儲在工程屬性庫中,包括勘察編號、工程名稱(chēng)…等字段,與該層圖形鏈接的還有一個(gè)工程圖片庫,可以查詢(xún)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(lèi)別層,圖元類(lèi)型為存在拓撲關(guān)系的面狀圖形,圖形屬性數據存儲在地震場(chǎng)地類(lèi)別屬性庫中,包括場(chǎng)地類(lèi)別等字段。
2)第四紀土層厚度層,圖元類(lèi)型為存在拓撲關(guān)系的面狀圖形,圖形屬性數據存儲在第四紀土層厚度屬性庫中,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)分區層,圖元類(lèi)型為存在拓撲關(guān)系的面狀圖形,圖形屬性數據存儲在水文地質(zhì)分區屬性庫中,包括分區名稱(chēng)、地貌類(lèi)型、亞區等字段。
2)年水位等值線(xiàn)層,圖元類(lèi)型為存在拓撲關(guān)系的面狀圖形,目前圖形屬性數據存儲在1994年水位等值線(xiàn)屬性庫中,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,也可以單獨顯示,或幾層組合顯示,非常方便。
在系統運行過(guò)程中,需要調用有關(guān)知識庫中的數據時(shí),可在系統中直接啟動(dòng)CITYSTAR的圖形查詢(xún)模塊CITYSTAR-VIEW。通過(guò)對地圖的放縮、平移,可以很快找到要查詢(xún)的地點(diǎn),選擇要查詢(xún)的圖層,在相應的地理位置單擊鼠標,即可顯示該圖層的有關(guān)信息,對于重要工程摘要圖層,還可通過(guò)矩形區域或圓形區域進(jìn)行范圍查詢(xún)。查詢(xún)出的數據,可通過(guò)WINDOWS的DDE(動(dòng)態(tài)數據交換)功能傳輸到其它應用程序中去。
本系統是在工程勘察領(lǐng)域中首次利用GIS的概念和方法建立的地理信息系統,雖然是一個(gè)相對比較簡(jiǎn)單的桌面地理信息系統,但是已經(jīng)具備了地理信息系統的主要功能。它不但實(shí)現了工程勘察中與地理位置有關(guān)的數據的存儲、查詢(xún),而且展示了GIS在工程勘察領(lǐng)域應用的廣闊前景。同時(shí),也進(jìn)行了多方的探索,積累了一些經(jīng)驗。
結語(yǔ)
地理信息系統(GIS)在很多領(lǐng)域得到了應用，為工程勘察和地下水的檢測提供了重要的幫助，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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