【地理论文】浅谈地质勘察中GIS的应用

摘要：地理信息系统（GIS）具有强大的功能和先进的技术，因而在实际中得到了广泛的应用和发展。随着科技的不断进步和发展，一定会推动地理信息系统（GIS）的进步和更新。地理信息系统（GIS）在地质勘察中的应用，为地质勘查工作提供了很大的方便及支持，降低了地质勘察工作的难度，提高了勘察工作的效率，因此，应不断的扩大其应用范围，不断的对GIS进行创新和完善，使其能够进一步推动地质勘察工作的发展。

关键字：地质勘察，GIS，应用

引言

地理信息系统（GIS）是科技发展的产物，是社会进步和人类创新的标志。地理信息系统（GIS）在地质勘察中的应用有利的推动了地质勘察的发展，地质勘察离不开先进的GIS技术，随着地质勘察的发展，GIS必然会得到广泛的应用。

1GIS技术概述

地理信息系统（GIS）是以空间数据库为基础，描述、存储、分析和输出空间信息的计算机技术系统。空间数据是GIS所表达的实质性内容，它是以空间位置为参照的。在工程建设项目中，有大量的图纸、图表等地质资料。这些资料都是一系列相关联的空间数据。利用GIS技术对这些工程地质信息数据进行管理，可以提高工程管理的效率和自动化程度。同时，引入三维可视化技术将工程地质信息直观地反映出来可以给工程技术人员更加真实的感受。

从技术与应用的角度出发，GIS是解决空间问题的重要技术、方法与工具，以学科角度来说，GIS则是测量学、地图学、地理学及计算机科学等学科基础上发展的一门全新学科，具有学科体系的独立性；从GIS的功能上来看，GIS能够及时获取、编辑、处理、存储、输出、显示、及应用空间数据，且GIS具有完整的结构性与功能性。GIS作为专业管理地理信息的计算机系统，不仅可分类、分级、分层地管理地理位置相关信息，还可将这些数据实现组合、分析、再组合、再分析，并实现检索、查询、修改、更新、输出等。整个GIS技术是通过计算机、软件、分析应用模型、空间数据库、图形用户界面及系统工作人员组成，是一门专业化的技术。

1　工程勘察对地理信息系统的需求

随着信息产业的不断发展,单一简单的数据信息已不是人们关注的热点,人们越来越热衷于具有多层次数据结构,多功能综合分析能力的时空型数据信息,也就是地理信息。根据IDC1995年3月调查的结果表明:现代人们的生活和管理活动中, 70%以上的信息数据与地理信息有关。但是,地理信息数据难以直观地表示,方便人们使用。为解决这类问题,一种新的软件——地理信息系统(GIS)便应运而生。

地理信息系统(GIS)作为输入、存储、检索、分析和显示与地理位置有关的各种特征信息的计算机辅助决策的技术系统,允许专家们把更多的信息进行综合分析研究。由于它能够完善地将地理信息或其它数据直观地在计算机上表示出来,并能对数据进行综合分析、多重处理,符合人们对信息的多方面需求,因此在各个领域中获得了广泛的应用。由于工程勘察本身的特点,它的很多数据与地理位置的关系就更密切了。通过大量的工程实践,我们体会到,要想进一步提高工程勘察的质量和效率,特别是需要做出宏观决策时,大量与地理位置有关的数据是必不可少的。如在进行工程勘察场地复杂程度判断时,需要有关地下水的数据,可利用我院“北京地区浅层地下水位动态规律研究”的科研成果,而该成果的数据只有在地图上才能很好地反映和查询。在进行工程抗震分析和场地液化判别时,则应用了我院“北京市区地震场地类别区划研究”的科研成果,其数据也是与地理位置密切相关的。而要方便地查询拟建扬地周围工程勘察资料和数据也是在地图上最有效。因此解决上述问题最好的方法就是建立一个地理信息系统(GIS)。为进一步探索地理信息系统在工程勘察中应用的可行性,并考虑到推广时计算机设备的承受能力,我们首先建立了一个桌面地理信息系统(Desktop GIS)。桌面地理信息系统要求有以下几个功能:

(1)图形数据库的建立与管理:图形数字化输入、编辑修改;图形数据更新,建立图形的空间拓扑关系,完成各种图形数据文件间的转换;

(2)属性数据库的建立与管理:属性数据输入与更新、文件管理、属性报表生成;同时要实现各类描述数据ASCII、INFO与数据库DBF格式的输入输出,与其它系统(如工程勘察计算机辅助系统)的数据交换;

(3)图形显示与制图输出:各类图形要素Poly—gon (多边形)、Line (线)、Point(点)的制图,地图注记与标识,交互显示与硬拷贝输出;

(6)定制功能:提供二次开发功能,帮助用户建立面向应用的信息系统;

(7)实用性:对计算机配置有较低的要求和合理的价格。基于以上分析,我们决定采用成熟的地理信息系统进行二次开发,经过调研,确定采用北京大学研制的CITYSTAR桌面地理信息系统。

2　CITYSTAR地理信息系统的结构及功能

CITYSTAR是WINDOWS环境下的桌面地理信息,系统包括图形编辑、制图、图形查询、遥感制图、GPS等模块,本系统使用了其中图形编辑、制图和图形查询功能。图形编辑模块主要是完成地理信息系统中背景地图和专题地图的图形编辑、属性库编辑及建立拓朴关系等任务,其中包括对图形进行图层编辑、属性库编辑、拓扑编辑、图幅编辑、密级设置和图形转换(如将DXF格式文件转换成SVF格式文件)等功能,可以用数字化仪和鼠标进行点、线、多边形等图形元的输入。专题制图模块可以对图形的线形、颜色、图例等属性进行编辑。这部分的主要功能如图1所示。

图1　CITYSTAR图形编辑的主要功能

CITYSTAR的图形查询模块如图2所示。图形显示包括放缩(ZOOM)、漫游及分层显示等功能。查询功能可以按图形属性查询,也可以按范围查询,还有地图量算、表达式查询等功能,并可进行柱状图、饼形图和线形图的统计查询。

图2　CITYSTAR图形查询主要功能

我们充分利用桌面地理信息系统的这些功能,将工程勘察与地基评价计算机专家系统中与地理位置有关的数据建成地理信息系统,大大方便了这些数据的查询和调用。

3　工程勘察地理信息系统的结构及查询

在工程勘察地理信息系统中,与地理位置有关的数据包括:地震场地类别、第四纪土层厚度、水文地质分区、历年最高水位及拟建工程附近工程地质情况等。加上必要的地理信息背景,在本系统中共建立了10个图层。

(1)背景图层,包括:1)市区街道层,图元类型为线状;2)水体层,图元类型为多边形;3)公园绿地层,图元类型为多边形;4)地名层,图元类型为文字;5)地面标高层,图元类型为点状。

以上各层的图形属性数据存储在背景属性库中。

(2)重要工程摘要层,包括:

1)重要工程摘要图层,图元类型为多边形,图形属性数据存储在工程属性库中,包括勘察编号、工程名称…等字段,与该层图形链接的还有一个工程图片库,可以查询到一些主要工程的照片。

(3)地震场地图层,包括:

1)地震场地类别层,图元类型为存在拓扑关系的面状图形,图形属性数据存储在地震场地类别属性库中,包括场地类别等字段。

2)第四纪土层厚度层,图元类型为存在拓扑关系的面状图形,图形属性数据存储在第四纪土层厚度属性库中,包括最大土层厚度、最小土层厚度等字段;

(4)地下水情况图层,包括:

1)水文地质分区层,图元类型为存在拓扑关系的面状图形,图形属性数据存储在水文地质分区属性库中,包括分区名称、地貌类型、亚区等字段。

2)年水位等值线层,图元类型为存在拓扑关系的面状图形,目前图形属性数据存储在1994年水位等值线属性库中,包括最高地下水位、最低地下水位等字段。以上各层可以同时显示,也可以单独显示,或几层组合显示,非常方便。

在系统运行过程中,需要调用有关知识库中的数据时,可在系统中直接启动CITYSTAR的图形查询模块CITYSTAR-VIEW。通过对地图的放缩、平移,可以很快找到要查询的地点,选择要查询的图层,在相应的地理位置单击鼠标,即可显示该图层的有关信息,对于重要工程摘要图层,还可通过矩形区域或圆形区域进行范围查询。查询出的数据,可通过WINDOWS的DDE(动态数据交换)功能传输到其它应用程序中去。

本系统是在工程勘察领域中首次利用GIS的概念和方法建立的地理信息系统,虽然是一个相对比较简单的桌面地理信息系统,但是已经具备了地理信息系统的主要功能。它不但实现了工程勘察中与地理位置有关的数据的存储、查询,而且展示了GIS在工程勘察领域应用的广阔前景。同时,也进行了多方的探索,积累了一些经验。

结语

地理信息系统（GIS）在很多领域得到了应用，为工程勘察和地下水的检测提供了重要的帮助，地质勘察工作也在GIS技术的支持下得到了进一步的发展。为了进一步的在地质勘察中发挥GIS的积极作用，应不断的加大研究力度，做好技术的更新与改革工作，更好的为地质勘察的实际服务。

参考文献

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