闞璦珂 ,朱利東,湯 晶,龔建輝,黃青倫,胡 濱,王成善

1)成都理工大學沉積地質(zhì)研究院,四川成都 610059;2)成都理工大學地球探測與信息技術(shù)教育部重點實驗室,四川成都 610059;3)四川省遙感信息測繪院,四川成都 610100;4)中國地質(zhì)大學(北京)地球科學與資源學院,北京 100083

國家投入的眾多地學研究計劃產(chǎn)生的科學數(shù)據(jù),既是研究成果的組成部分,又是科技創(chuàng)新的重要基礎(chǔ)(孫樞,2003)。以科學數(shù)據(jù)為載體的地學信息資源,其復(fù)雜性充分反映了地學研究對象所表現(xiàn)的長時間、大尺度、綜合性特征。因此,大型綜合地學科研項目的管理離不開現(xiàn)代信息技術(shù)的支撐。

當前,地學數(shù)據(jù)管理和共享服務(wù)手段正隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)、Web服務(wù)技術(shù)和地理信息技術(shù)的更新不斷發(fā)生變化(高銳等,2001;諸云強等,2006;韓露等,2006;凌曉良等,2007;張金區(qū)等,2010;陳鄭輝等,2011;董樹文等,2011)。例如,國家973計劃資源環(huán)境領(lǐng)域項目的數(shù)據(jù)類型具有典型的學科廣泛性和格式多樣性,且大多具備時空屬性。2008年,國家科技部在“地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺”(王卷樂等,2006;劉潤達等,2007;諸云強等,2009a,b,2010)的基礎(chǔ)上,成立了專門的數(shù)據(jù)匯交管理中心(王卷樂等,2009a,b),并將數(shù)據(jù)匯交與共享工作納入 973項目驗收的考核指標,在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域具有重要的示范意義。同時,為建立面向項目內(nèi)部的數(shù)據(jù)匯交、管理和共享實施機制,有必要建立針對項目自身運行管理需要和數(shù)據(jù)產(chǎn)出特色的在線數(shù)據(jù)支撐平臺。本文以973項目“白堊紀地球表層系統(tǒng)重大地質(zhì)事件與溫室氣候變化”(編號:2006CB701400)為例,研究并應(yīng)用Web Services技術(shù)與地理信息技術(shù)建立服務(wù)于大型綜合地學科研項目數(shù)據(jù)匯交、管理與共享的信息平臺。

1 數(shù)據(jù)分類與匯交機制

1.1 項目數(shù)據(jù)分類

973項目“白堊紀地球表層系統(tǒng)重大地質(zhì)事件與溫室氣候變化”(王成善,2006,2007)分為6個課題,涉及8家主要承擔單位和數(shù)十名骨干研究人員,在歷時5年研究之后于2010年通過結(jié)題驗收。項目產(chǎn)生的數(shù)據(jù)類型總體上分為測試分析原始數(shù)據(jù)、松科1井數(shù)據(jù)、實測剖面、白堊紀地層剖面、項目管理數(shù)據(jù)5大類。表1、圖2、表2分別展示了數(shù)據(jù)分類結(jié)構(gòu)、亞類結(jié)構(gòu)及其元數(shù)據(jù)列表。

根據(jù)本項目實際情況,考慮各課題組數(shù)據(jù)匯交和管理的方便性,盡可能少占用課題組額外的數(shù)據(jù)整理時間;并充分參照相關(guān)標準,擴展了 973項目數(shù)據(jù)匯交中心提供的元數(shù)據(jù)模板,針對科學數(shù)據(jù)共享價值較大的測試分析原始數(shù)據(jù)制定了表2描述的元數(shù)據(jù)列表。

1.2 數(shù)據(jù)匯交機制

項目確立了由首席科學家和課題負責人主管數(shù)據(jù)質(zhì)量控制,“課題-項目”兩級數(shù)據(jù)匯交聯(lián)絡(luò)員和項目辦公室負責具體實施的數(shù)據(jù)匯交機制(圖2)。在項目的生命周期末,由課題數(shù)據(jù)匯交聯(lián)絡(luò)員對本課題產(chǎn)生的各類原始數(shù)據(jù)和運行管理文檔按照預(yù)定的匯交規(guī)范和流程進行收集和統(tǒng)計,再分別提交課題負責人審核和項目辦公室匯總。最后統(tǒng)一上報項目數(shù)據(jù)匯交聯(lián)絡(luò)員,經(jīng)整理入庫后提交首席科學家審核。本項目匯交的有效數(shù)據(jù)文件共 29958個,總計21.3 G。

表1 項目數(shù)據(jù)總體分類Table 1 Overall classification of project data

圖1 項目數(shù)據(jù)亞類結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Sub-class structure diagram of project data

表2 元數(shù)據(jù)列表Table 2 Meta data list

圖2 數(shù)據(jù)匯交機制Fig.2 Data archiving mechanism

2 平臺設(shè)計與開發(fā)

平臺框架按照數(shù)據(jù)、功能、用戶3類視圖進行組織設(shè)計(圖3)。

2.1 數(shù)據(jù)視圖

圖3 平臺框架設(shè)計Fig.3 Design for platform framework

包括測試分析數(shù)據(jù)庫、實測剖面數(shù)據(jù)庫、白堊紀地層剖面數(shù)據(jù)庫、松科1井數(shù)據(jù)庫、項目管理數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)庫六類數(shù)據(jù)匯交子庫(表 1、圖 1、表2)。測試分析數(shù)據(jù)庫,存儲第一、二、五、六課題在進行測試分析實驗時使用的原始數(shù)據(jù),劃分為10大類,近60個亞類。實測剖面數(shù)據(jù)庫存儲了野外工作中的剖面位置、實測單位、人員等基本信息和剖面記錄內(nèi)容。白堊紀地層剖面數(shù)據(jù)庫集成了本項目專題“中國陸相白堊紀古氣候與古地理數(shù)據(jù)庫”中錄入的 709條地層剖面的空間坐標和資料來源,巖石組與巖石地層、巖性描述等信息。松科1井數(shù)據(jù)庫存儲第三、四、五課題對鉆井工程施工記錄和測試分析產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)、照片和文檔,劃分為9大類,近50個亞類。項目管理數(shù)據(jù)庫以資料歸檔為主,存儲項目運行以來召開的各類國際會議、學術(shù)討論會、項目年會等產(chǎn)生的匯報多媒體、會議紀要和照片,項目和各課題的年度報告和簡報,歷年發(fā)表的論文清單。元數(shù)據(jù)庫由匯交數(shù)據(jù)的主研人員填寫數(shù)據(jù)集的元數(shù)據(jù)模板后提交匯總?cè)霂臁?/p>

數(shù)據(jù)視圖中的部分信息含帶空間坐標,為與平臺中的 GIS服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,各子庫均采用ESRI File Geodatabase企業(yè)級地理空間數(shù)據(jù)庫的存儲管理模式。數(shù)據(jù)文件除基于Geodatabase模型的矢量、柵格、表格等 GIS文件外,還包括后綴名為.doc,.txt,.xls,.jpg,.cdr,.tif,.dat,.raw,.d,.sdd,.sta,.stw,.inf,.idx,.itf,.exp,.gcc,.prm,.axp,.map,.pdf等的其他科學數(shù)據(jù)文件類型。

2.2 功能視圖

功能視圖概括了在線數(shù)據(jù)支撐平臺對項目數(shù)據(jù)管理、匯交、發(fā)布和共享等Web Services的功能集成。平臺開發(fā)環(huán)境由Windows Server 2008+Microsoft Visual Studio 2010 + IIS 7+ ESRI ArcGIS Server 9.3,Silverlight 4 Tools for Visual Studio 2010,Bing Maps Silverlight Control SDK組成。數(shù)據(jù)導(dǎo)航主要以課題為目錄樹進行內(nèi)容組織,按表 1分類導(dǎo)航到各數(shù)據(jù)子庫,并提供了目錄編輯功能,包括新建、刪除、移動、復(fù)制、壓縮、解壓、搜索等。共享管理提供了數(shù)據(jù)集的上傳、下載和共享功能,數(shù)據(jù)共享機制既可對項目組內(nèi)部訪問,也可以對外部公開訪問。平臺的主要特色是提供在線數(shù)據(jù)檢索與查看功能(如圖 4),對松科 1井數(shù)據(jù)實現(xiàn)了巖心掃描圖件、巖心照片、解釋成果文檔的多視圖管理與查詢(圖5)。特別對剖面分布專題,提供了豐富的可視化交互界面。平臺基于ASP.NET MVC2(Model-View-Controller)框架,采用微軟 Silverlight技術(shù)開發(fā)了剖面數(shù)據(jù)管理WebGIS,構(gòu)建了地圖服務(wù)RIA (Rich Internet Application)程序,賦予了豐富的客戶端數(shù)據(jù)展示與交互特征。通過 Silverlight API(Application Programming Interface)建立一系列wrapper widgets來構(gòu)建頁面交互元素,例如工具欄、底圖選擇面板、圖層控制欄等,并以XAML (Extensible Application Markup Language)文件定義他們的外觀參數(shù)和交互事件。圖6展現(xiàn)了以動畫提示給出被檢索到的剖面坐標位置,彈出剖面詳細信息窗口顯示相關(guān)亞類數(shù)據(jù),實現(xiàn)剖面記錄的空間信息與屬性信息一體化管理?？梢灾饤l查詢剖面或全部剖面一次性加載,且通過ArcGIS Server Rest API訪問微軟Bing Maps地圖服務(wù),展示多樣化的背景底圖。

圖4 古生物數(shù)據(jù)在線檢索示例Fig.4 An example of paleontological data online search

圖5 松科1井多視圖數(shù)據(jù)管理與查詢Fig.5 Multi-view data management and query for Songke 1 well

圖6 剖面數(shù)據(jù)查詢WebGIS窗口Fig.6 Profile data query in WebGIS window

2.3 用戶視圖

用戶視圖對課題管理和角色管理的對應(yīng)關(guān)系進行映射。由于平臺采用單點登錄的門戶技術(shù),每個平臺用戶被管理員分配為特定的角色,如首席科學家、課題負責人、主研等,并與其所在課題關(guān)聯(lián),享有對應(yīng)的數(shù)據(jù)檢索、下載、共享、發(fā)布權(quán)限。因此,保證了用戶對平臺數(shù)據(jù)操縱的安全性。

3 結(jié)論

隨著我國對基礎(chǔ)研究投入的不斷加大,越來越多的地學類大型科研項目對項目組織管理方和承擔方都提出了海量數(shù)據(jù)管理、共享、以及數(shù)據(jù)成果可持續(xù)應(yīng)用的挑戰(zhàn)。面向基礎(chǔ)地質(zhì)研究的973項目在地學領(lǐng)域乃至資源環(huán)境領(lǐng)域的大型綜合研究中具有典型性和代表性,其學科交叉性明顯,參研單位和項目角色多,項目實施的時間跨度長,主研人員分布于不同地域和不同單位,數(shù)據(jù)成果大多具有時空屬性,尤其是地質(zhì)剖面、野外樣品和鉆井工程等歸檔數(shù)據(jù)的時空跨度大。因而,一般的管理信息系統(tǒng)或者網(wǎng)站難以勝任海量、異構(gòu)、時空性強的地學數(shù)據(jù)管理和共享要求。例如,973項目“青藏高原環(huán)境變化及其對全球變化的響應(yīng)與適應(yīng)對策”(2005CB42200)建立的門戶網(wǎng)站 http://973.itpcas.ac.cn,對各課題產(chǎn)出的矢量、柵格、表格、文本等數(shù)據(jù)集提供了基于元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)共享鏈接,但未建立易操作的 GIS圖形界面接口。本文考慮 GIS和WebServices技術(shù)整合,以973項目“白堊紀地球表層系統(tǒng)重大地質(zhì)事件與溫室氣候變化”為例,建設(shè)了基于 ESRI File Geodatabase的項目匯交數(shù)據(jù)庫,開發(fā)了較完備的在線數(shù)據(jù)支撐平臺,實現(xiàn)了對項目數(shù)據(jù)匯交、管理、發(fā)布和共享等服務(wù)集成。同時,采用微軟Silverlight技術(shù)開發(fā)了剖面數(shù)據(jù)管理WebGIS,構(gòu)建了地圖服務(wù)RIA程序,賦予了豐富的客戶端數(shù)據(jù)展示與交互特征。

平臺應(yīng)用結(jié)果表明:

1)項目中古生物、古氣候、地球化學、沉積學等地質(zhì)學研究中常涉及學科的實驗分析數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中得到了結(jié)構(gòu)分類有序的存儲和組織;包含坐標信息的剖面和鉆孔數(shù)據(jù),其空間展布特性能夠得到直觀的表達,有利于地質(zhì)研究或數(shù)據(jù)再利用中對時空屬性的識別交互。

2)首席科學家、課題負責人、項目辦公室、全體參研人員能借助這一在線數(shù)據(jù)支撐平臺對原始數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)和項目運行資料等開展高效的匯交、檢索、下載和統(tǒng)計分析工作;在本項目數(shù)據(jù)匯交機制的保障下,任何入庫的數(shù)據(jù)都能在后期維護和使用中進行可靠的質(zhì)量跟蹤。

3)本文研究開發(fā)的在線數(shù)據(jù)支撐平臺旨在服務(wù)于以地學類 973項目為代表的大型綜合科研項目,它對發(fā)揮多源、復(fù)雜、高成本的科學數(shù)據(jù)共享利用價值能夠起到良好的支撐作用;它所具備的一定通用性的平臺框架對同類項目數(shù)據(jù)集成、成果歸檔以及匯報演示具有示范推廣意義。

致謝:感謝973項目“白堊紀地球表層系統(tǒng)重大地質(zhì)事件與溫室氣候變化”各課題負責人及數(shù)據(jù)匯交聯(lián)絡(luò)員、相關(guān)專家和研究生對數(shù)據(jù)整理和分類所作的辛勤工作。