地理信息系统地质实习教学改革

摘要:

工程地质是水利水电工程一门重要的专业基础课。不同于水利类其他专业课，工程地质由于实践性较强，野外地质实习对于提高学生的实践能力极为重要。然而，传统的野外地质实习作业还依赖于手绘，无法跟上目前自动化、信息化作业的步伐。本文将地理信息系统与野外实习相结合，完成学生手绘作业向电子化作业的转变。这不仅能够高效完成实习路线剖面图的绘制，还能够让学生熟悉地质调查的电子化办公过程，培养和提升学生地质调查整理、分析、绘图的能力，为以后从事相关工作奠定基础。

关键词:

工程地质;地质实习;地理信息系统;教学改革

一、引言

工程地质是一门以地质学为理论基础，服务于人类工程建设活动的一门地质学科。不同于传统的数学、力学学科，工程地质是一门实践性很强的学科，着重解决与工程规划、设计、施工与运行有关的工程安全评价涉及的地质问题。作为水利水电工程本科专业一门重要的专业基础课，不同于其他的专业基础课，工程地质课程的教学分为课内基础理论教学和野外地质实习教学两部分。课堂教学主要基于已有的教材，讲解关于岩石矿物、岩石、地质构造、地质作用、地下水、岩体工程特性、大坝、隧洞、边坡等知识。而野外地质实习主要进行岩石、地质构造的辨识，了解、掌握不同的地质作用、地下水作用对工程岩体结构的影响，并初步建立水利水电工程地质条件的分析与评价能力。由此可知，野外地质实习是工程地质相关专业中必不可少的实践性教学环节。武汉大学水利水电学院工程地质教研室是在原武汉水利电力学院工程地质教研室的基础上发展起来的，经过近六十年的建设，已形成了系统完整的课程教学体系与地质实习。然而，由于受各种条件限制，实习教学中仍存在不足之处。实习过程中教学设备还处于八、九十年代水平，实习区域地形图长久没有得到更新，无法反应当前的地形地貌;学生的内业还是依赖于手绘，无法跟上目前自动化、信息化作业的步伐。就目前三峡秭归地质实习而言，该实习区域地形图较为陈旧、分辨率低且模糊不清，加之近年该区域工程建设频繁，因此容易产生识别误差;同时，学生需要购买地形图，实习过程中学生需要携带地形图也有一定不便。本文在谷歌地球可视化地形图的条件下，采用GoodyGIS和AutoCAD等专业地理信息处理软件，完成实习路线地质剖面图的绘制。将地理信息系统与实习过程相结合，不仅能够将地质调查的手绘向电子化办公的转变，提高工作效率，而且能够全方位、多视角地对基本工程地质、环境水文地质、地质灾害预测与防治等方面进行深入的了解。基于谷歌地球，采用地理信息化系统开展地质实习内业电子化，不仅能够相对精确地反映当前的地形地貌特征，而且便于学生及时查找路线，辨别地质情形，同时还能够减少学生开支、减少实习过程中的载重负担。

二、基于GoodyGIS教改方案

目前地质实习过程中，学生根据GPS记录的点坐标以及该点的地形地貌、地层岩性、水文地质等其他地质现象，在坐标纸上通过手绘出路线剖面图。在手绘过程中，剖面图的修改非常不便，而且手绘的图例也参差不齐。通过将GoodyGIS和AutoCAD软件想结合，不仅能够高效完成路线剖面图的绘制，还能够让学生熟悉地质调查的计算机信息处理过程，为以后从事相关工作奠定基础。GoodyGIS是一款基于谷歌地球API开发的应用软件，旨在扩展谷歌地球的应用，辅助获取数据，提高工作效率，可自动生成用户指定区域CAD等高线，用户指定路线的地形断面图。

(一)教改对象

1．实习区域地理信息的收集、整理。系统收集三峡秭归县实习区域的地形地貌、地层岩性等地质信息，并录入地理信息系统。2．GoodyGIS与AutoCAD软件的培训与应用。开展学生实习前的培训辅导工作，熟悉采用地理信息系统查询实习观测点的地质信息，熟悉采用GoodyGIS与AutoCAD软件绘制地质剖面。

(二)教改目标

1．形成集一整套基于地理信息系统的地质实习电子教案与相关电子资源，形成一个具有较强实力的地质实习计算机信息化教学团队。2．通过将谷歌地球、GoodyGIS和AutoCAD相结合，培养学生在野外地质实习过程中电子信息化处理、使用能力，从而提升地质调查资料整理、分析的能力与效率。

(三)拟解决的主要问题

三峡秭归实习区域的地形地貌电子化信息系统的收集，涉及到地质年代、地层岩性、水文地质、环境地质、地质灾害与防治等一系列数据的收集工作。电子资料的丰富及详实与否，直接决定了地质实践教学活动的效果。

(四)项目的预期成果形式

实践教学改革研究报告一份;教改实施的具体方案/步骤一份;集实习区域地理信息系统、应用软件(谷歌地球、GoodyGIS和AutoCAD)在实习过程中的引用指南等一整套教学教案;

三、三峡茅坪－链子崖实习路线

针对水利水电学院全院本科生(大三上学期)，将学生地质调查资料的整理、分析与绘图从手绘向电脑绘图的转变，不仅提高地质实习内业整理效率，节省实践教学活动经费开支，而且能够形成一个具有较强实力的地质实习计算机信息化教学团队，最终提高学生地质调查整理、分析、绘图的能力。

1．记录沿途测点的GPS坐标，记录该点的工程地质(岩性、岩层界限、岩体工程特性)、水文地质特性

2．将GPS坐标与GoodyGIS生成的路线剖面图一一对应

3．基于GoodyGIS路线剖面图与沿途记录的工程地质与水文地质特性，采用AutoCAD绘制沿线地质剖面图。

四、结论

将地理信息系统与谷歌地球相结合，可以精确地反映当前的地形地貌特征，便于学生及时查找路线，辨别地质情形;另一方面，将GoodyGIS和AutoCAD软件想结合，能够高效完成路线剖面图的绘制，还能够让学生熟悉地质调查的电子化办公过程，培养和提升学生地质调查整理、分析、绘图的能力，为以后从事相关工作奠定基础。实习区域的电子化信息收集工作，涉及地形、地质等方方面面的工作，任务繁重。为此，将教研室已有的纸质版地形图电子化，然后将该信息与谷歌地球信息对比、结合，在更新校正原有地形图的基础上，形成新的较为合理反映当前地形地貌的电子版地形图;同时将地质年代、地层界限、地层岩性、特殊地质现象描述与电子版地形图相结合，形成实习区域电子信息系统的核心文件。

作者：胡冉 单位：武汉大学水利水电学院

参考文献:

［1］崔冠英，朱济祥．水利工程地质［M］．北京:中国水利水电出版社，2008．

［2］程建军，王海娟．水利类本科专业工程地质课程教学探索［J］．高等建筑教育，2012，21(3):98－100．

［3］包世泰，余应刚，夏斌，蒋鹏，黄海峰．GIS技术在工程地质制图中的应用［J］．工程勘察，2015，2:1－3．