Баделин А.В., СПбГУ, г. Санкт-Петербург
Мобильные геоинформационные системы предназначены для автономного применения в полевых условиях и базируются на программно-аппаратных комплексах, объединяющих GPS-приемник, мобильный (карманный или планшетный) компьютер, оснащенный специализированным программным обеспечением. Эти устройства позволяют в режиме реального времени определять местоположение на местности, производить сбор, автоматизированную обработку, отображение, анализ и актуализацию данных непосредственно на изучаемых объектах, что способствует увеличению производительности работ, снижению трудозатрат при повышении качества исследований, достоверности и надежности результатов. В ряде случаев мобильные геоинформационные технологии переводят многие прежде весьма сложные и трудоемкие задачи геофизических и геологических исследований в разряд тривиальных и общедоступных даже для студентов 2-го курса.
На Крымской геофизической практике Санкт-Петербургского государственного университета спутниковое позиционирование и мобильные геоинформационные технологии применяются с 2002–2003 гг. Они базируются на использовании спутниковых навигаторов Garmina GPS 12, GPS 12 XL, CPS 60 и сервисного программного обеспечения фирмы Garmin, геоинформационного комплекса ArcGIS Deskop (ArcView) и мобильного программно-аппаратного ГИС-комплекса, объединяющего приемник Garmin GPS 12 XL, компьютер Compaq iPAQa Pocket PC H3970 и полевую ГИС ESRI ArcPad. Вся вычислительная техника, оснащенная указанным программным обеспечением сосредоточена в Центре мобильных геоинформационных технологий геофизической практики, задачи которого состоят в эффективном управлении и использовании аппаратных и информационных ресурсов.
Указанный мобильный ГИС-комплекс построен по модульному принципу (рис. 1). Аппаратные компоненты размещены в специально спроектированном для применения в условиях Крымского полигона корпусе, защищающем приборы и интерфейсные кабели от механических повреждений при работе на пересеченной местности, покрытой лесом и кустарниками, от пыли, атмосферной влаги и перегрева на солнце. Использование отдельных приборов, не связанных по электропитанию, обеспечивает повышенную устойчивость к отказу, более продолжительную автономную работу комплекса при значительно меньшей стоимости, чем интегрированные системы.
Рис. 1. Мобильный программно-аппаратный ГИС-комплекс.
Выбор приемника GPS 12 XL был основан на успешном опыте его применения. Прибор при невысокой стоимости обеспечивает приемлемую точность определения координат, устойчивый захват спутников в лесу, прост и надежен в эксплуатации, оснащен добротным интерфейсом управляющей программы. Компьютер Compaq iPAQ Pocket PC H3970 обладает необходимыми качествами для использования с программой ArcPad: высокопроизводительным 32-разрядным RISC-процессором Intel (R) PXA250, оперативной памятью 64 Мбайт, высококачественным трасфлективным дисплеем с разрешением 240х320 пикселей, с поддержкой 65536 цветов и с автоматической подстройкой яркости, обеспечивающей четкое изображение на солнечном свету. Компьютер оснащен каналом связи Bluetooth, обеспечивающем обмен данными на расстоянии до 100м. ArcPad, в ряду профессиональных ГИС-программ, имеет умеренную стоимость и достаточно высокую оснащенность инструментами ввода и редактирования данных, поиска и геоанализа на местности, что позволяет с необходимой полнотой показать студентам возможности полевых ГИС-систем. ArcPad поддерживает векторные и растровые форматы данных, обеспечивает высокую степень интеграции с настольными ГИС в среде ArcGIS, в связке с которой мобильный комплекс и используется. Перечисленные компоненты на момент приобретения имели значительные аппаратные ресурсы, не исчерпавшиеся по настоящее время.
В задачи Центра также входит методическое обеспечение учебного процесса геофизической практики, в ходе которой студенты знакомятся и осваивают основы геоинформационных технологий в полевых исследованиях, применяя их на всех этапах работ – от полевых наблюдений до анализа и представления результатов и подготовки отчета.
Разработанные методики геопривязки с мобильным комплексом позволяют исключить трудоемкий этап предварительной топографической подготовки профилей и в условиях сильно пересеченной местности, при отсутствии ориентиров, успешно проводить съемки в масштабе 1:10000 (и более мелких) с определением положения точек наблюдения в режиме реального времени со среднеквадратичной погрешностью 3м. Применяя специальную методику регистрации контрольных точек геопривязки с накоплением и дальнейшей постообработкой, удается производить топопривязку планшетов детальной съемки (в масштабе 1:500, 1:1000) со среднеквадратичной невязкой 1,2–1,6м, что дает возможность решать многие задачи детального геолого-геофизического картирования на полигоне практики.
Так, по результатам магнитной съемки и электропрофилирования в масштабе 1:10000 в комплексе с детальными исследованиями в масштабах 1:500-1:1000 удалось определить важные структурные элементы геологического строения полигона практики: установить положение подошвы вулканогенно-осадочной толщи J2vl, обнаружить многочисленные интрузивные тела и субпараллельные системы даек, и откартировать их с погрешностью планового положения менее 0,2мм в масштабе рабочей карты, по косвенным признакам выделить зону тектонического нарушения на западном склоне и в подножье г. Лесистая (рис. 2), проследить границу мелоподобных известняков с кремнями и мергелей на южном склоне г. Белая и г. Кизил-Чигир.
Рис. 2. Наложенные на учебную топокарту графики приращения модуля вектора магнитного поля на планшете крупномасштабной съемки (М 1:10000) и на участках детализации (врезка), подошва вулканогенно-осадочной толщи, дайки пород основного состава, предполагаемое тектоническое нарушение.
Применение усовершенствованных схем геофизических наблюдений с мобильным ГИС-комплексом в условиях сильно неоднородных толщ с субортогональным простиранием границ толщ и интрузивных тел позволяет получить карты геофизических полей, адекватные геологическому строению, и исключить артефакты ложной корреляции аномалий. Обеспечение необходимой точности плановой привязки данных, применение контроля результатов обработки и интепретации геофизических данных на местности с мобильным ГИС-комплексом способствуют достоверности и надежности геологических выводов.
Результаты учебных геолого-геофизических работ аккумулируются в геоинформационной системе под управлением ArcView. В базе геоданных собраны материалы всех крупномасштабных съемок (М 1:10000) в период 2002–2007 гг., детальных съемок (М 1:500–1000), выполненных студентами в период с 2000 по 2007 гг., а также коллекция геологических маршрутов и проекты, выполненные преподавателями при планировании учебных геолого-геофизических работ. Учебная карта хранится в растровом формате и дополняется цифровой моделью рельефа в векторном формате. Участки крупномасштабных съемок содержат данные геопривязки, профили, графики приращения модуля магнитного поля, кажущегося сопротивления, результаты интерпретации (границы толщ, зоны тектонических нарушений). Разделы детальной съемки содержат подразделы геопривязки, геолого-топографического абриса участка, данных магнитной съемки, симметричного и комбинированного профилирований, физических свойств горных пород, данных фотодокументации геологических наблюдений и результатов анализа геофизических карт in situ, а также итоговые геолого-геофизические карты, построенные по результатам съемки. Данные хранятся в растровом (исходном) и в векторном форматах и пригодны для использования с мобильным комплексом.
Собранные материалы служат основой для научных исследований в аспекте изучения особенностей геологического строения полигона практики. По результатам проведенных работ студентами выполнены несколько курсовых работ, подготовлен ряд публикаций, докладов на студенческих и профессиональных конференциях, успешно защищены 3 бакалаврские работы и магистерская диссертация.
В заключение пользуюсь приятной возможностью выразить слова благодарности студентам, проходившим Крымскую практику в период 2002-2007 гг., а также своим коллегам геофизикам: профессору Ю.И. Кудрявцеву, преподавателю Е.А. Лебедевой, доценту Б.Н. Писакину, и геологам: доцентам А.С. Воинову и И.К. Котовой, старшему преподавателю Е.Б. Морозовой и сообщить, что благодаря применению ГИС-технологий ни одна крупица их труда не предана забвению.
Также отметим, что используемое программное обеспечение геоинформационных систем приобретено в рамках программы поддержки вузов России, осуществляемой фирмой ESRI через ДАТА+.
