Digital field mapping—making the change from paper to touchscreen technology

Current desktop technology is largely mouse‐driven, but many analysts predict that in less than five years we will have a professional workforce that have only experienced learning in a touchscreen environment. Midland Valley have developed a digital mapping tool for smartphones called FieldMove Clino, which has been downloaded more than 20 000 times over the past year. The free version offers an effective way of introducing students to digital field mapping. However, many geoscience departments and teachers of field mapping have yet to make the switch from traditional paper‐based methods to digital technology. This article aims to answer some of the frequently asked questions about digital field mapping and outlines some of the advantages for improving field skills and geological thinking in students.     

ArcGIS to Unity: a design pipeline for creation of 3D terrain in serious egames for geology

One of the key challenges during the development of the Virtual World Project ‘egame environment’ discussed in this issue was the creation of the digital virtual landscape from an original 2002 base map of a field area. In this [online] paper we will walk through the design pipeline that was developed by the virtual worlds project team, and discuss some of the issues that were discovered when translating from a 2D map to a 3D environment using available software, for others interested in replicating this work.     

基于倾斜摄影地表模型的三维地质填图软件关键技术与应用前景

讨论了基于倾斜摄影测量所构建的三维地表模型进行三维地质填图与三维地质建模软件的设计理念、开发环境、软件架构、关键技术、实现现状与应用前景。倾斜摄影影像经处理建模后构建的三维地表模型通常以OSGB格式保存,因此基于倾斜摄影成果的三维地质填图软件最好基于能直接读取、显示OSGB格式数据的OSG开源库,推荐VS2015+QT+OSG开发环境。该类软件的关键技术包括以Proj4为核心的坐标转换系统、地层界线的拾取与半自动追踪技术、基于反距离衰减函数的地层界面防穿透高程调节技术、切制地质剖面并由剖面修改地层界面的二三维联动编辑与修改地层界面的技术、在露头剖面上采集地层界线构建露头地层柱状图的技术。该软件的应用前景包括野外区域地质调查、煤田和油田等行业的野外地质填图,以及滑坡和泥石流崩塌等地质灾害危险区域的圈定。     

覆盖区区域地质调查(1:50 000)思路、原则与方法

随着生态文明建设成为新时期国家目标,区域地质调查必须为我国能源资源安全保障和国土空间规划与生态文明建设服务.目前,我国区域地质调查工作已经向覆盖区为主的平原、盆地、草原、荒漠等地区拓展,但现行的地质填图技术方法体系,难以满足现今覆盖区地质填图工作的需要,亟待探索形成新的地质填图技术方法体系,扩大地质调查成果的服务领域.中国地质调查局于2014年设立了“特殊地质地貌区填图试点”项目,探索总结覆盖区区域地质填图技术方法.经过努力,形成了以“覆盖区区域地质调查技术要求（1:50 000）”为核心的覆盖区填图技术方法体系.试点项目初步确立了中国东部晚新生代以来构造-沉积演化的基本格架,揭示了晚更新世以来中国中东部沉积过程与生态环境演化及人类文明发展的制约关系.该方法体系的建立,对引领我国区域地质调查服务国家生态文明建设和生态环境保护具有重要意义.新的填图方法体系明确提出聚焦国家生态文明建设与生态环境保护,以地球系统科学为覆盖区区域地质调查的理论基础,实行需求驱动、问题导向、目标考核,努力解决调查区重大基础地质问题、重大资源与生态环境问题.调查的技术路线是地表地质调查与多种现代地球探测技术、信息技术等高度融合,并强调预研究与设计阶段的重要性.同时规定不平均使用工作量,取消填图主要实物工作量的量化指标规定;创新成果表达方式,明确地质填图服务多种社会需求,倡导填图首席科学家负责制,建立区调填图诚信体系.      

An improved buffer analysis technique for model-based 3D mineral potential mapping and its application

Buffer zones in bo\th two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) spaces are commonly used in prospectivity mapping. The method completes a modelling that starts with a real example and progresses to the development of a virtual model. This includes the consideration of lithological or structural contacts at depth, which is a theoretical concept based on extrapolation of data collected in the field, rather than an empirical observation of the feature based on physical samples. This contribution documents an improved buffer analysis method for the study of 3D-space that is implicit (rapid), precise (smooth) and based on triangulated characteristics, which can be used to construct influence domains of geological models. As traditional 2D GIS-based mineral potential mapping is gradually becoming limited with time, mineral potential mapping in three dimensions (3D) is increasingly becoming an important tool in finding concealed economic mineralization. This contribution documents an improved methodology of buffer analysis for prospectivity mapping processing mineralized favourable models rather than describing an advance in the geometry of surface rendering of “geological complexity”. Measures used in this buffer analysis include the: (1) voxelization of geological objects (i.e. assigning numerical values of features on a regular cube in 3D-space); (2) revision of the 3D Euclidean distance transform and the calculation of signed distance field; (3) extracting surfaces from the field; and (4) construction of a buffer-surface based on a “discrete smooth interpolation” (DSI) algorithm. Furthermore, this contribution constructs 3D models using a buffer analysis algorithm and prospectivity mapping introduced here, which is based on real data from the Jiama Cu-polymetallic deposit in Tibet and Daye Fe deposit in the Hubei Province, China. This contribution also presents a comparison between voxel and irregular triangle models, which illustrate that irregular triangle mesh buffer analysis (ITB) can improve modelling techniques for GIS-based 3D mineral potential mapping. The outcome is an increase in the accuracy of prospectivity mapping.     

Virtual field teaching has evolved: benefits of a 3D gaming environment

Conceived as a means of fostering practical fieldwork skills for distance learning students at the Open University, Virtual Skiddaw represents a new breed of virtual field trip. Based in a 3D virtual world modelled on real topographic and geological data, the application offers multi‐user functionality, opportunities for detailed observation and a wealth of interactive features. Far from replacing physical field courses, it is intended to complement, enhance, extend and provoke reflection on existing field teaching. However, such virtual field trips could prove ideal for introducing fieldwork, either at undergraduate level or in schools, and across a range of subject areas.     

虚拟地理环境研究进展与理论框架

阐述虚拟地理环境的形成、发展与研究现状,并从"虚拟现实技术"与"虚拟现实"的相互关系探讨虚拟地理环境基本概念.从基本思想、系统结构、在线参与者社会组织水平、与GIS/数字地球的关系等角度,分析虚拟地理环境的特征.从数据、模型、表现以及协同4个方面,讨论了虚拟地理环境系统建设的关键技术与研究前沿.尝试建立了一个虚拟地理环境基本理论初步研究框架,认为在地理哲学思想层次应该重点研究复杂性人地系统、地理虚/实关系论、地理/遥感信息本体论,在地理/地理信息科学层次需要重点研究地理认知与思维、地理相似原理、地理计算模拟;同时讨论虚拟地理环境与面向"人"的地理信息科学、基于虚拟地理环境地理科学方法论,以及可计算人地关系的相关理论问题.     

数字孪生流域: 未来流域治理管理的新基建新范式

数字孪生流域是数字孪生地球的重要组成部分, 厘清数字孪生流域理论定义和内涵是研究和建设数字孪生流域的前提和基础, 对流域智慧化治理管理具有重要意义。本文基于数字孪生理论技术, 开展了以下研究: ①给出了数字孪生流域的定义, 认为数字孪生流域是以服务流域全生命周期管理的全量数据和领域知识驱动物理流域和虚拟流域交互映射、共智进化、虚实融合的新基建新范式, 并辨析了与传统建模仿真的区别。②数字孪生流域内涵是通过"由实入虚"、"以虚映实"和"由虚控实"实现物理流域对象的全生命周期管控, 特征包括高度保真、演化自治、实时同步、闭环互动和共生进化。③数字孪生流域基本模型由物理流域、虚拟流域、实时连接交互、数字赋能服务、孪生流域数据和孪生流域知识组成, 其核心能力包括物理流域感知操控、全要素数字化表达、实景可视动态呈现、流域数据融合供给、流域知识融合供给、流域模拟仿真推演及孪生自主学习优化。④提出数字孪生流域要解决的关键科学问题和关键技术体系, 并从感知网、数据网、知识网、模型网及服务网展望了数字孪生流域发展方向, 阐述了数字孪生流域的赋能领域。本文旨在通过数字孪生流域理论新型研究范式为数字孪生流域技术应用落地提供理论指导, 对未来智慧流域研究和数字技术在流域治理管理中的应用提供有益的启发与借鉴。     

河北元氏丘陵山区农业生态地质类型

农业生态地质类型是农业生态地质调查研究综合性成果之一，是其调查填图的基本单位，利用把地质环境与农业生态作为一整体系统的思路，确定了农业生态地质类型划分的原则；整体系统中的主导因素，地上农业生态质量差异和宏观识别特征明显，研究区区有农业生态地质类3个、型16个，而且不同类型上农业生态质量特征差异显著。     

虚拟现实技术及其在地球科学中的应用

虚拟现实技术以其具有的沉浸感、交互性、实时性、构想性等特点而越来越为广大地学工作者所关注。本文首先介绍了虚拟现实系统的组成,之后综述了近几年国内外地球科学部分领域应用虚拟现实技术的研究文献。与传统方法相比,虚拟现实技术在很大程度上提高了科学研究的效率,能提供更丰富的可视化和交互环境,使科学家能够操纵多达GB甚至TB级数据,以一种身临其境方式来对研究对象进行观察、分析和实时操作,而无需科研人员到达现场。通过虚拟现实系统,能将尽可能多学科的数据放到同一个环境下,增强科研人员研究问题的深度和广度,避免得出错误结论。同时能重塑不可再生资源,避免了在科学研究的同时对其造成的破坏,有助于科学知识在公众中的传播。与西方发达国家相比,我国的（沉浸式）虚拟现实技术在地学领域的应用还处在起步阶段,在拥有大量高精度LiDAR地形数据的活动构造等领域亟待引入该项技术,以一种全新的视野来重新审视地球科学研究,并推动该学科在未来的发展。     

热液矿床超大比例尺构造-蚀变-矿化填图:基本原理与注意事项

热液矿床超大比例尺填图是指1∶1 000以及更大比例尺的填图,主要用来记录矿区内露头、平硐、钻孔和手标本上等肉眼可直接观察到的各类地质现象.热液矿床超大比例尺填图的目的是查明成矿作用的地质特征、空间分布和时间演化,对于准确判断热液矿床的成因类型和成矿过程,以及圈定矿体和布置勘探工程等实践活动具有重要意义.在实际工作中,初学者由于对热液矿床的复杂现象不知如何下手,对于“填什么”和“如何填”等问题不甚清楚.鉴于此,(1)从基本原理出发,重点阐述了热液矿床构造、流体、蚀变和矿化形成过程,提出“成矿流体+新鲜围岩→围岩蚀变+矿石”这一热液矿床形成的通用性公式,并提出“构造→骨骼”和“蚀变→血肉”的类比;(2)重点介绍了热液矿床超大比例尺填图过程中一些长期被忽略的问题,如,成矿环境判别、成矿流体通道与圈闭、热液充填与交代成矿作用以及脉体穿插与成矿期次判别等.同时,对这些地质现象背后隐藏的成因启示做了重点阐释.      

A virtual surface concept for nested yield surface plasticity

A return mapping algorithm based on the concept of virtual surfaces is presented for stress integration in the numerical solution of boundary value problems using an elastoplastic multiple yield surface model. Both kinematic hardening and isotropic softening yield surfaces are addressed. With the implementation of virtual surfaces, the active yield surface is located before a stress update is implemented. The return mapping algorithm consists of only two steps. The first step consists of performing the intermediate update of the trial stress corresponding to the translation of all yield surfaces inside the active yield surface. Little calculation is involved in this step. The second step consists of performing the conventional explicit one-step radial return mapping of the updated trial stress on the corresponding active yield surface. The algorithm efficiency resides in the virtual surface based return mapping which preserves the elastic predictor representation of the updated trial stress, and limits iterations to at most two steps.     

川东红层缓倾角岩质崩塌特征与稳定性分析

川东地区出露一套湖相、河流相等红色碎屑岩,普遍发育着缓倾角岩质斜坡结构,由于其特殊工程特征和环境条件致使地质灾害频发,其中崩塌是主要灾害形式之一,并对人居安全与交通、城镇建设等具有较大危害。通过总结分析已有研究成果并结合大量野外工程地质测绘与岩体力学原理分析,提出基于川东地区环境背景条件的贯通型倾倒式、贯通型滑移式、非贯通型错断式和非贯通型拉裂式的四种基本崩塌类型,并对其岩性组合、斜坡结构特征、演变过程和安全性定量计算等进行系统总结,可为区内同类灾害的防治与研究提供借鉴与参考。      

基于BP-DEMATEL模型的农产品虚拟水流动影响因素分析

虚拟水已经成为水资源和水安全研究领域的热点之一. 如何预测和调控虚拟水流动格局成为实施具有中国特色虚拟水战略的重要前提, 识别虚拟水流动格局的关键影响因素显得尤为重要. 通过估算2008-2010年区际间主要农产品虚拟水流量关系矩阵表明, 我国主要农产品的虚拟水流动趋势仍然是由贫水的北方流向富水的南方地区. 为定量研究虚拟水流动格局的影响因素, 采用影响因素识别领域常用的决策与试验评价实验室法(DEMATEL), 并引入可代替专家打分求得直接关联矩阵的BP神经网络法, 构建BP-DEMATEL模型, 从人口、 农业资源、 农业生态环境、 经济、 技术及交通和物流6个方面对我国主要农产品虚拟水流动格局的影响因素进行分析. 结果表明: 人口、 农业资源和技术是最主要影响因素; 化肥施用量为强驱动型因素, 第一产业增加值占地区生产总值的比重为强特征型因素. 为使虚拟水流动格局持续稳定, 提出优化调整人口结构、 强化惠农政策, 转变农业发展方式、 发展循环农业, 提高农业技术水平、 发展高效农业等对策和建议.     

多年冻土工程地质制图的阶梯发展

多年冻土工程地质制图是区域和历史冻土学研究的基础内容之一.多年冻土工程地质制图是根据需要和制图原则,在特定时空尺度分析多年冻土特征,以及各种自然、工程、环境要素共同影响下的多年冻土属性的量化描述.多年冻土工程地质制图所解决的科学问题从多年冻土的分布、规律和格局、冻土功能,认识不断提高.制图的内容从研究多年冻土的基本要素...     

虚拟现实技术及其在地球科学中的应用

虚拟现实技术以其具有的沉浸感、交互性、实时性、构想性等特点而越来越为广大地学工作者所关注。本文首先介绍了虚拟现实系统的组成,之后综述了近几年国内外地球科学部分领域应用虚拟现实技术的研究文献。与传统方法相比,虚拟现实技术在很大程度上提高了科学研究的效率,能提供更丰富的可视化和交互环境,使科学家能够操纵多达GB甚至TB级数据,以一种身临其境方式来对研究对象进行观察、分析和实时操作,而无需科研人员到达现场。通过虚拟现实系统,能将尽可能多学科的数据放到同一个环境下,增强科研人员研究问题的深度和广度,避免得出错误结论。同时能重塑不可再生资源,避免了在科学研究的同时对其造成的破坏,有助于科学知识在公众中的传播。与西方发达国家相比,我国的（沉浸式）虚拟现实技术在地学领域的应用还处在起步阶段,在拥有大量高精度LiDAR地形数据的活动构造等领域亟待引入该项技术,以一种全新的视野来重新审视地球科学研究,并推动该学科在未来的发展。     

基岩区构造地质填图方法思考、实践、探索

构造地质填图是地质填图的重要内容,也是构造地质研究的基础源泉。填图的主要目标是确定地质体的空间展布规律、变形的几何学和运动学特征,建立填图区构造格架和构造演化序列,探讨构造运动与岩浆活动、变质作用和成矿作用的关系;主要内容是确定填图单元、表示各种（可填的）构造要素。填图的详细程度根据填图的比例尺而定,比例尺越大,可填制和表示的构造要素越多。填图中要重视中小构造要素的观察和描述,构造要素的测量要尽可能多。主要方法包括穿越法、追索法和查证法;比例尺越大,追索法的重要性越大。卫星遥感影像是填图的重要基础,影像的使用贯穿填图的始终。     

Hyperion高光谱遥感岩性识别填图

Hyperion高光谱数据在蚀变矿物填图方面已凸显其优越性,而在岩性识别方面大多仍在探讨中.通过应用Hyperion数据结合野外光谱采集,在研究区进行了岩性填图的试验研究.同时,叙述了野外采集光谱数据的过程,建立了野外实测光谱数据库,利用野外实测岩石光谱作为端元光谱进行SAM(Spectral Angle Match)光谱角岩性填图.这对于地质环境复杂地区的岩性填图工作具有一定的应用价值.     

网络信息空间的地理学研究回顾与展望

网络信息空间（以下简称网络空间）的地理学是当前地理学研究的重点方向之一。1991年万维网诞生并向大众普及后网络空间开始得到广泛认可,同时其作为一种新的空间与事物也吸引了地理学界的高度关注。以多种期刊数据库和搜索引擎为检索源,考察国内外网络空间的地理学研究成果。依据研究内容将国外研究归纳为网络空间地理内涵、虚拟社区、虚拟化身与认知、网络空间的经济地理学,网络空间制图和互联网6个重点研究领域,将国内研究归纳为互联网的区域作用、网站和虚拟地理环境3个热点领域,并分别进行了梳理回顾。最后对国内外研究进行了简要评述,从网络空间的外部层面、内部层面和作用层面提出了若干研究议题。     

典型地区基础地质图智能编图实践——以内蒙古北山地区1:25万甜水井幅为例

以中大比例尺资料编制小比例尺地质图是国家基础地质数据建设中的重要内容,而常规数字化编图方法中存在重复工作量大、耗时长的问题。随着大数据技术、云计算、人工智能在地学领域的运用,基于GIS平台的智能化地质编图技术应运而生。基于一款由专家知识及数据库驱动的地质调查综合智能编图系统"智绘地质iMapower"MapGIS版,建立了1：5万→1：25万基础地质图智能化编图流程,并在内蒙古北山地区1：25万填图空白区（甜水井幅）进行了编图实践,为其他地区地质图智能化缩编提供范例。实践表明,基于"智绘地质iMapower"的智能化编图方法,编图效率明显提高,同时计算机自动化处理过程规避了很多人为操作的失误,数据质量也得到了有效提升。