我国裸露型岩溶分布面积53.56万km2, 以滇、 黔、 桂为中心, 涉及西南8省(区、 市), 是区域地球化学调查全国扫面计划中的边远地区之一, 具有特殊的自然景观和野外工作方法[1]。 截至2015年, 全国已累计完成的198.2万km2多目标区域土地质量地球化学调查主要分布在东部和中部省份, 滇、 黔、 桂3省(区)调查面积仅8.22万km2, 未来将加大西部土地资源调查力度[2]。平原、盆地区一般是在网格中心布点,采样点具有均一性和区域代表性,野外调查效率高[3-5]。然而,岩溶区以峰丛/峰林洼地地貌最为典型,石山与洼地相间,正负地形交替,山地面积大,环境复杂多变[6];水土流失/漏失严重[7],加剧了坡面土壤和元素向下汇集[8],布点原则是以低洼汇水(洼地底部、 垭口)为主,同时兼顾其他地理要素[1,3]。因此,岩溶区土壤地球化学调查对布点和野外导航的技术要求极高。

1.1一般资料根据2013年1月至2014年5月我院的350例近视患者来分析研究,共有694只患眼,有196例男性,和154例女性,最小18岁,最大49岁,平均(38.1±3.4)岁。排除青光眼和全身疾病患者。

采用SPSS20.0软件对所得数据进行统计与分析，计量资料用(±s)表示，采用t检验，计数资料以(%)表示，采用χ2检验，P＜0.05代表差异显著，有统计学意义。

总结已有的布点与导航的技术方法,主要包括:(1)基于各级空间位置的布点编码。使用Excel表格和MapGIS软件,依据布点的矩阵排列规则和空间位置属性,对布点进行编码[9-10]。该方法行之有效,目前大多采用这种方法,但自动化程度不高,类似操作在ArcGIS软件中很好实现;(2)不规则布点和规则布点。前者在纸质或矢量地形图上手动加点,难点是将点位批量导入手持GPS,涉及MapGIS、Excel、GIS Office、MapSource等软件[11-14], 后者是使用ArcGIS软件自动生成网格中心点, 然后在目标图层上进行取舍[15]。 但地形图现势性不足,可视化程度不高,在复杂地形区很容易将点布到山坡、 山顶, 单一的要素图层很难满足精细化布点的要求;(3)三维遥感影像制作及影像导航。前者将二维遥感影像和DEM套合模拟野外真实场景,精度高,一般用于室内分析[16-18],后者将遥感影像作为野外导航底图。索俊峰[19]研究了将遥感影像导入手持GPS进行实景导航的方法,杨奇勇等[20]进一步在遥感影像上叠加了地质图层,但手持GPS的小内存和低屏幕分辨率决定了其不可能实现三维实景。Google Earth、OruxMaps等软件借助智能手机、平板电脑的定位与显示功能突破了三维影像导航的桎梏,被广泛应用于野外调查[21-22]。但前者仅以谷歌遥感影像为底图,后者没有PC端,而新兴的奥维互动地图浏览器提供了包括谷歌遥感影像在内的十几种在线地图的任意切换,无论是室内布点还是野外导航均具有完美的三维视觉体验。已有的研究中也未见有从布点到野外导航的整合研究,这将导致数据格式、投影、图形、标注等在软件间的对接困难甚至难以实现。

为此,本文以平果县1∶25万多目标区域土地质量地球化学调查为例,以高效、高质、便捷为原则,利用强大的地理信息系统软件ArcGIS和奥维软件系统化地研究了一套岩溶区土壤地球化学调查的采样方法,包括网格和网格点自动生成、批量编码、多要素图层生成预布点、调查路线规划、野外三维导航等过程,对其他野外调查也具有重要参考意义。

部分区域的谷歌遥感影像在拍摄时被大片浓厚的云遮挡,几乎不能辨识地面情况。首先,以自定义地图的方式重新添加谷歌影像,选择明显的道路交叉点、岩溶区常见的水柜等作为导入图片和原影像的关联点。修复数据储存在奥维安装目录data文件夹下,以地图ID命名。在奥维移动端以相同的地图ID添加自定义谷歌影像后,用PC端的data文件替换移动端data文件,即在移动端完成影像修复(图9)。

1 研究区概况

2.3.2 采样大格编号 创建研究区相应图幅的2 km×2 km的网格,命名为“采样大格.shp”。位数不足3位的采样大格编号前面用“?”补齐[3],因此在属性表中新建文本型字段“大格编号”。使用“空间连接”工具将“图幅网格点.shp”的“TF名称缩写”属性赋给“采样大格.shp”。

  

图1 平果县位置及相应的图幅分布Fig.1 Location and corresponding map distribution of Pingguo

2 基于空间位置的网格点属性及自动编码

首先, 在GIS软件中生成平果县相应图幅的标准筹千米网格和网格点; 其次, 依据网格点空间位置对其进行批量编码; 最后, 通过图层要素删减得到平果县采样网格和网格点。 应用的主要软件包括ESRI公司ArcGIS 10.1软件ArcMap模块、 中地数码集团MapGIS 67软件, 具体流程如图2。

2.1 网格点空间位置属性

为统筹全国范围的调查, 据《多目标区域地球化学调查规范(1∶250 000)》(以下简称规范)[3], 对每个网格点进行编码:图幅名称缩写+层位代码(浅层为41)+采样大格(4 km2)编号+采样小格(1 km2)编号,如旧城幅第1个点为: JC41001A1(图3)。

  

图2 应用GIS软件自动生成网格点与编码的基本流程Fig.2 Flowchat of automatical meshing points and mumbering by GIS softwares

  

图3 多目标土地质量地球化学调查点编码规则Fig.3 Numbering rules for the multiple land quality geochemical survey points

2.2 图幅网格和网格点自动生成

设置ArcMap工作环境为Xian_1980_GK_CM_105E投影(目标投影), 利用ArcMap工具箱“建立渔网”功能, 创建覆盖研究区相应的15个图幅的1 km×1 km的标准千米网格(命名为“图幅网格.shp”)和位于每个网格中心的网格点(命名为“图幅网格点.shp”)。

2.3 网格点自动编码

奥维移动端(智能手机、 平板电脑等)借助设备定位功能或外接天线可在设备离线状态下进行路线规划、导航定位、航迹记录等,完全满足野外调查的需求,具体使用流程如图10。

在ArcMap中为“图幅网格点.shp”属性表添加新字段“TF名称缩写”, 使用“编辑器”以图幅为单元进行属性编辑。 具体为以一个采样大格为最小单元, 以偶数千米网作为边界, 一次选中一个图幅对应的网格点, 点击“属性”对话框中的图层名称后输入图幅名称缩写(图4)。

  

图4 通过编辑器批量添加“图幅名称缩写”属性Fig.4 Attribute adding of “ map name abbreviation” by the editor in batches

平果县位于广西壮族自治区中西部偏南, 东经107°21′—107°51′, 北纬23°12′—23°51′(图1)。 总面积为2 485 km2, 辖9镇3乡, 总人口约50万。 平果是我国西南典型岩溶县, 岩溶区面积1 540 km2, 占国土总面积的62%,其中石漠化面积802 km2,占岩溶区面积的52%。 主要地貌类型为峰丛洼地, 海拔最高943 m, 平均362 m； 地表地下河发育,主要河流为红水河和右江。属亚热带季风性湿润气候,年均气温21.5 ℃,年均降雨量1 500 mm；受南北季风影响,季节和年份降雨差异明显,少雨年份常发生干旱,多雨年份常发生洪涝。出露的地层有泥盆系、 石炭系、 二叠系、 三叠系、 古近系及第四系, 以石炭系分布最广。 土壤类型包括北回归线以北土山区的红壤、北回归线以南土山区的赤红壤以及岩溶石山区的棕色石灰土等, 有机质含量2%～3%。 全县耕地面积46 132.1 hm2, 主要种植农作物水稻、 玉米、 豆类、 甘蔗、 火龙果、 花生、 木薯、 龙眼等。铝矿分布面积达1 750 km2,占全县总面积的70%, 储量多、 矿体大, 埋藏浅,已探明县境内铝土矿储量为2亿t。

研究发现,ArcMap 10.1属性表中以最左至最右、最下至最上的顺序编排每个图形要素,若再按“TF名称缩写”字段排序,则一个图幅内的采样大格以最左至最右、最下至最上的顺序排列,然后再排列下一个图幅,以此类推。据此,在属性编辑中,将Excel表格中编排好的3位数字编号重复复制给每个图幅。最后,将“大格编号”属性赋给“图幅网格点.shp”。

1.3.4 给药疗程评价 抗菌药的有效覆盖时间应包括整个手术过程和手术结束后4小时，总的预防用药疗程不超过24小时，个别情况可延长至48小时。

2.3.3 采样小格编号 每一个2 km×2 km采样大格中的每个1 km×1 km小格从左至右、从上至下依次为A1、B1、C1和D1，为“图幅网格点.shp”添加文本型字段“小格编号”。按FID号顺序排列属性表,根据前文所述要素排列规律和网格列数,在Excel表格中自动填充C1、D1、…、A1、B1…后将内容复制属性表中。最后, 在字段计算器中利用“编码=[TF名称缩写]&“41”&[大格编号]&[小格编号]”公式得到平果县6 991个网格点的编码(图5)。

  

图5 使用字段计算器得到6 991个网格点编码Fig.5 6 991 grid points numbering by field calculator

2.4 平果县采样网格和网格点获取

对奥维软件中没有的在线地图,可通过名称、ID、主机名等信息连接到地图网站以自定义的方式添加进来。添加了中国地质调查信息网格(www.gsigrid.cgs.gov.cn)的地质图作为底图再次调整网格点(图7)。所有带有空间位置属性的矢量图都可自定义添加为底图,不发生位置偏移。在ArcMap中为土壤类型图设置好符号系统和文字标注后,导入奥维软件,再次调整网格点使其具有土壤类型代表性(图8)。通过多要素图层的叠加/切换调整网格点,最终得到平果县预布点,还从宏观上把握预布点的各种地理要素属性。最后将采样网格线和预布点共享至奥维云端空间。

2007—2017年世界胶合板进口额排名前5位的国家包括美国、日本、德国、英国和韩国，2007年和2017年进口额排名前5位的国家均依次为美国、日本、德国、英国和韩国。除2013—2015年外，美国均占据进口额第1位;日本除2013—2015年占据进口额第1位外，均位居第2;美日两国多数年份世界占比差距不大，但2017年差距明显加大，美国为21%，日本为13%;德国始终位居第3，但与美日两国差距明显;期间绝多数年份排名第4的英国和排名第5的韩国之间及两者与德国之间差距均很小。

3 多要素图层叠加/切换的预布点生成

3.1 遥感影像与等高线叠加图层

在奥维互动地图浏览器PC端导入“采样网格线.kmz”和“采样网格点.kmz”,勾选网格点“可编辑状态”。在菜单栏“地图切换”选择地图为“Google卫星混合图”,勾选“高程叠加”。同时按住shift键和鼠标左键将网格点拖动至低洼地带。勾选“地图切换”下的“3D模式”,影像和所有矢量图形均为立体效果,石峰与洼地的相间分布、高低起伏、交通等一览无余(图6)。这是对岩溶区网格点位置进行调整最有效的方法。

  

图6 遥感影像与等高线叠加下网格点位置调整及其三维显示Fig.6 Grid points adjustment under remote sensing image and contour line and 3D display

3.2 自定义地图图层

根据平果县县界,以采样大格为基本单元对“图幅网格.shp”和“图幅网格点.shp”进行删减,得到研究区“采样网格.shp”和“采样网格点.shp”。为避免“采样网格.shp”包含2 445个要素在导航软件中占用大量的存储空间,将采样网格面文件转为线文件再融合为一个要素,图形不变。利用地方参数将“采样网格线.shp”和“采样网格点.shp”经投影变换转换为“WGS1984”坐标系,再转换为kmz格式,保证导入导航软件时点位不发生任何偏移。值得注意的是,在ArcMap中作为标注的字段会以要素名称的形式保留在kmz格式中,在其他软件中加载kmz时,图形将被自动标注,并且标注样式不变,这就极大地方便了预布点名称在底图上的显示。

  

图7 在地质图上调整网格点位置Fig.7 Grid points adjustment on geological map

  

图8 在土壤类型图上调整网格点位置Fig.8 Grid points adjustment on soil-type map

3.3 对部分区域遥感影像的修复

4.4.2 分析：取燕子超市7小区CELLDT数据进行分析，发现PDSCH资源调度出现大量因资源分配失败(错误码41118,PDCCH资源调度失败)而导致PDSCH分配失败。结合终端话务模型，终端上电时初始集中接入。接入后，每10s一个心跳包，因此怀疑集中接入时导致资源拥塞，如下图所示：

  

图9 遥感影像修复前后对比Fig.9 Contrast before and after remote sensing image restoration

4 基于移动平台的路线规划及三维影像导航

2.3.1 图幅名称缩写 在MapGIS 67“投影变换”模块生成研究区15个1∶5万标准图幅框, 选择“高斯坐标实线公里网”和“西安80”椭球。合并15个标准图幅,命名为“1∶5万标准图幅框.wl”。研究发现,由于MapGIS 67软件默认长度单位为mm,图形坐标值随比例尺缩放,ArcGIS 10.1软件默认长度单位为m,任意比例尺下图形坐标值不变。所以,必须通过整图变换功能将“1∶5万标准图幅框.wl”横纵坐标值同时扩大50倍,再转换为ArcGIS识别的shapefile格式。

  

图10 基于奥维移动端的三维影像导航流程Fig.10 Program flowchat of 3D image navigation based on Omap

4.1 航点生成

在奥维移动端登陆奥维帐号,设置墨卡托投影参数,将储存在云端空间的预布点和采样网格线下载至本地收藏夹,预布点即以附带编码标注的航点形式在主界面上显示。

4.2 采样路线规划

为在最大程度上减少路程的迂回重叠,以及避免在野外工作小组多的情况下出现重复采样的情况,在野外工作开始前可为所有预布点分组,规划调查路线。在主界面上点击一个预布点标签,在弹出的对话框中点击导航标志,再依次添加其他预布点作为途经点,即可搜索到达这些预布点的最佳路线,将路线保存至收藏夹。

4.3 离线三维影像导航

将奥维软件切换至“3D”显示模式,在3D操作面板中控制三维立体效果,如增加地形对比度、调节仰角等。打开一条调查路线,可以预览路线、模拟导航、直接启动。启动后,三维实景可自动旋转至人前进方向,底图可随意拖动、缩放、回到当前位置。行驶方向和距离有语音播放提示。对当前行驶速度、到达途经点和终点的距离、时间都能直接在主界面上查看(图11)。对地图缓存或下载后,可在移动设备“飞行模式”下导航。

（1）中小型水利工程的规模大小差距很大、成本低、投入的资金少，但是要求功能齐全，因为中小型大多建设在成真周边地区，严重危及到集中人口的生活圈，因此需要很强的专业性和苛刻的施工条件，因此它的质量很难把控。尤其是规模问题上，如果使用先进的大型设备，建设的专业团队，项目成本不能保证，如果使用简化的方法，非专业团队的建设，质量难以控制的保证。

  

图11 路线规划及三维实景导航Fig.11 Route programming and 3D real navigation

5 结 论

针对岩溶区土壤地球化学调查布点与导航的特殊性和困难性,在GIS中系统化地研究了一套从布点到导航的采样技术方法。主要结论有:1)样点编码是区域化探全国统筹的重要依据,人工编码容易出错、效率低,基于ArcGIS软件的网格点自动生成与编码的方法较以往手段更高效、更容易实现;2)网格中心布点在岩溶区不适用,在三维地貌、修复影像、地层岩性、土壤类型等图层上调整网格点位置、生成预布点,能使样点很好地布设在最佳位置,大大提高了样点的区域代表性;3)在岩溶区使用手持GPS仪导航费时费力,使用智能手机、平板电脑等移动设备进行路线规划、三维实景导航,能轻松感知正负地形,极大地提高了野外调查效率。

在研究中，广西果化石漠化研究与综合治理示范基地和广西西江流域生态环境与一体化发展协同创新中心提供了支持，在此一并表示感谢!

参考文献:

[1]谢学锦,任天祥,奚小环,等.中国区域化探全国扫面计划卅年[J].地球学报,2009,30(6):700-716.

[2]奚小环,李敏.现代勘查地球化学科学体系概论:“十二五”期间勘查成果评述[J].物探与化探,2017,41(5):779-793.

[3]DZ/T 0258—2014.多目标区域地球化学调查规范(1∶250 000)[S].

[4]周国华,郑文,刘占元,等.平原区中大比例尺土壤地球化学调查采样方法—浙江省平湖市试验研究[J].第四纪研究,2005,25(3):306-315.

[5]刘永生,王轶,杨楠,等.保定—沧州地区土壤地球化学公里网格样方代表性研究[J].水文地质工程地质,2012,39(4):121-125.

[6]杨先武,钱叶青,郑春霞.喀斯特峰林峰丛地貌形态表达研究综述[J].地理与地理信息科学,2017,33(4):22-27.

[7]蒋忠诚,罗为群,邓艳,等.岩溶峰丛洼地水土漏失及防治研究[J].地球学报,2014,35(5):535-542.

[8]魏兴萍,袁道先,谢世友.运用137Cs与土壤营养元素探讨重庆岩溶槽谷区山坡土壤的流失和漏失[J].水土保持学报,2010,24(6):16-19.

[9]陈可忠.化探采样点自动编号及航点自动生成的方法[J].四川地质学报,2014,34(S):60-65.

[10]王海鹏,孙海龙,鲁红峰,等.MAPGIS条件下完美实现不规则网化探采样点自动编号[J].吉林地质,2015,34(1):90-92.

[11]彭桥梁,王伟,蒋惠俏,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,2012,20(6):90-93.

[12]蔡足根,陆柏树.利用VB实现手持GPS航点航线输入[J].物探化探计算技术,2010,32(1):99-103.

[13]朱向荣.手持式GPS仪点位数据的批量导入方法[J].地理空间信息,2014,12(5):107-109.

[14]李沆,姚文,王华军,等.物化探测网坐标批量导入手持GPS的方法研究[J].工程地球物理学报,2015,12(2):272-275.

[15]李梅,张学雷,武继承.GIS支持下豫东地区土壤野外采样布点方法探索[J].土壤,2011,43(3):459-465.

[16]李胤,朱建南,崔艳梅,等.遥感影像三维可视化在新疆西昆仑区域地质调查中的应用[J].地质学刊,2015,39(3):451-455.

[17]史超,李书,任正情,等.三维遥感影像在遥感地质构造解译中的应用——以福建平和植被覆盖区为例[J].地质找矿论丛,2016,31(1):127-134.

[18]吴进波,戴惠明,叶胜忠,等.三维遥感影像辅助林地权属勘界技术在永嘉县的应用[J].林业调查规划,2013,38(5):1-4,9.

[19]索俊锋.基于GoogleEarth的GPS实景化导航系统的设计与实现[J].矿山测量,2013(1):8-10,58.

[20]杨奇勇,蒋忠诚,马祖陆,等.基于遥感影像的GPS实景化导航在野外地质调查中的应用[J].国土资源遥感,2015,27(1):178-181.

[21]陈彬.生物多样性野外调查地理信息管理、路线精细设计和精确导航方法[J].生物多样性,2016,24(6):701-708.

[22]罗长兵,韩红伟,黄钰淇.导航软件在公路项目水土保持工作中的应用[J].中国水土保持,2017(8):23-24.