黃家凱, 潘玉清, 樊旭東

(湖北省地質調查院,湖北 武漢　430034)

0　引言

地質成果資料是一筆寶貴的財富。如何合理有效地利用地質成果資料,最大限度地服務于地質找礦與科學研究,是地質資料管理者們研究的目標之一。隨著計算機科學技術、數據庫技術與網絡技術的進步,地質成果資料管理從傳統(tǒng)的人工檢索、計算機輔助檢索發(fā)展到網絡檢索。這極大地方便了資料使用者,使其獲得的資料更符合預期,同時也大大減輕了資料管理者的工作。這些技術方法的廣泛使用標志著地質成果資料的管理全面進入信息化、網絡化、智能化的時代。

GIS技術無疑是當今最熱門的課題。地質成果資料的固有屬性之一就是地理空間范圍,因此它先天與GIS具有極高的親和度。而按照感興趣的空間位置檢索需要的地質成果資料又是查詢者最希望的檢索方式之一,因此研究基于GIS技術的地學資料檢索方法,是一個非常有意義的課題。

1　資料檢索服務技術現狀

計算機技術、數據庫技術與Internet技術的發(fā)展,使得資料檢索服務技術發(fā)生了革命性的變化,計算機檢索取代卡片目錄的檢索方式已是歷史的必然[1]。計算機檢索可以為讀者提供“廣、快、精、準”的有效信息服務。對此,卡片檢索是無能為力的。采用Web技術實現圖書資料檢索是目前最新的技術手段之一[2]。信息時代下讀者檢索所需的資料方式發(fā)生了翻天覆地的變化:你只需擁有一臺能連上Internet的Web終端,這里所謂的終端可以是普通臺式PC、筆記本電腦，甚至只需要是智能手機、平板電腦,然后在Web瀏覽器中打開需要檢索資料的圖書館Web站點,在Web頁面中輸入感興趣的關鍵詞,圖書館的Web服務器就會返回所有滿足條件的資料目錄(圖1)。

圖1　信息時代資料檢索示意圖

這個過程中,資料檢索用戶與Web終端直接交互,通過Web頁面輸入關鍵詞及其它篩選條件。Web終端將這些信息封裝,通過HTML、XML等網絡通訊語言發(fā)送到被檢索的圖書館的Web服務器,Web服務器處理檢索請求,將查詢條件轉化為對關系數據庫的查詢語言,通過SQL、中間件等技術查詢數據服務器,然后將查詢結果沿前述的路徑返回給用戶。

從上述的流程來看,信息時代的資料檢索服務無疑具有極大的優(yōu)勢。這種方式可以實現海量資料目錄檢索、自動檢索及模糊匹配等諸多功能。

2　地質成果資料空間屬性與檢索的空間定位需求分析

2.1　地質成果資料空間屬性

地質成果資料是一類特殊的資料。它除了具有一般資料的寶貴性、可重復利用性等固有屬性外,還具有獨特的空間位置屬性(表1)。

表1　地質成果資料主要元數據項一覽表

地質成果資料的空間屬性描述的是該資料的工作區(qū)范圍。這個范圍通常用點或多邊形兩種幾何形狀來抽象。當抽象為點要素時,其代表的是工作區(qū)中心位置,通常對應較大比例尺、較小工作范圍的工作區(qū)。當抽象為多邊形要素時,其代表的是該工作區(qū)的精確邊界,通常對應較小比例尺、較大工作范圍的工作區(qū)。

采用多邊形來抽象表達的地質成果資料空間屬性,又可分為三種基本類型：第一類是僅需要一個最大最小范圍即能表達的,如一個標準圖幅、一個正南正北的矩形范圍等，這類多邊形在GIS中常用“最小外包絡矩形”(Minimal Boundary Rectangle,MBR)來抽象表達[3]；第二類是采用普通多邊形表達抽象的,這類地學成果資料的工作區(qū)范圍為一個實心的、不帶任何空洞的多邊形；第三類是采用復雜多邊形抽象表達的,這類地學成果資料的工作區(qū)范圍可以是一個或多個多邊形范圍(如某一工作區(qū)為采礦權的范圍,該采礦權有若干個采區(qū)),這些矩形可以是簡單矩形,也可以是帶空洞的復雜多邊形(圖2)。

圖2　地質成果資料空間屬性抽象表達幾何方式示意圖

2.2　地質成果資料檢索空間定位需求

區(qū)別于一般資料檢索,地質成果資料的檢索除具有一般資料檢索的所有共性以外,它常常是與空間定位緊密相連的。這種空間定位需求可以抽象概況為三種方式:

(1)檢索者想知道某個興趣點周圍一定距離內,有哪些地質工作成果。這種需求抽象為GIS語言就是:在給定坐標的空間點附近一定距離的緩沖區(qū)內,有哪些地質成果資料的空間位置與之有相交關系。

(2)檢索者想知道沿著某一條路徑周圍一定距離內,有哪些地質工作成果。這種需求表達為GIS語言就是:在給定坐標的路徑兩側一定距離的緩沖區(qū)內,有哪些地質成果資料的空間位置與之相交。

(3)檢索者要求知道某個區(qū)域內,有哪些地質工作成果。這種需求轉換為GIS語言就是:在給定坐標的區(qū)域內,有哪些地質成果資料的空間位置與之相交。

從上述分析可知,地質成果資料檢索在人機交互時,除了需要輸入檢索關鍵詞等檢索條件外,檢索者常常還期望輸入一些空間限定條件。這些空間限定條件可以在檢索服務器端轉化為成熟的GIS空間分析過程(表2)。

表2　地質成果資料檢索空間限定條件抽象與表達

3　基于GIS技術的地質成果資料檢索服務關鍵技術點

3.1　建設地質成果資料目錄數據庫

地質成果資料目錄數據庫是檢索應用的基礎。不同于一般的資料目錄數據庫,它應該具有獨立、完整、規(guī)范的空間屬性。只有達到這個要求,后續(xù)的空間定位查詢才能得到有效支持。

對于地質成果資料目錄這一實體來說,有多種成熟的方式可用來存儲其空間屬性。大型的商用數據庫(如Oracle)均有空間數據類型；成熟的GIS基礎平臺均支持通過SDE(Spatial Data Engine)在商用數據庫中創(chuàng)建標準的空間數據；OGC(Open GIS Consortium)、ISO/TC211等國際組織也有相應的空間數據表達與存儲方案。

在建設地質成果資料目錄數據庫的過程中,其空間屬性數據的類型選擇也是特別需要關注的問題。因為地理空間數據是與特定的參考橢球、特定的高程系統(tǒng)(如果有高程坐標)、地理坐標數據或投影坐標數據等核心元數據緊密相關的,為了簡化后續(xù)的檢索應用,提高檢索效率,建議采用統(tǒng)一的地理空間定位坐標系統(tǒng)。

3.2　部署GIS服務器

區(qū)別于普通的資料檢索系統(tǒng),支持空間檢索的地質成果資料檢索系統(tǒng)在Web服務器與數據服務器之間增加了GIS服務器,它是完成地質成果資料空間檢索的關鍵。GIS服務器的位置及與體系中各部分交互的主要途徑見圖3。

圖3　地質成果資料檢索系統(tǒng)部署結構圖

從圖3可以看出,Web客戶端與圖書館Web服務器之間的通信由HTML、XML升級為支持傳遞空間信息的GML。它可以將Web客戶端資料檢索者輸入的空間限定條件傳遞至Web服務器端。這些空間信息是GIS服務器完成空間分析判別的輸入數據來源。

GIS服務器上需要部署相應的GIS平臺,它負責完成檢索過程中的空間分析。GIS平臺有多種選擇,國產的大型GIS平臺有MapGIS、Surpermap、GeoStar等多款可選；國際的知名GIS平臺有ArcGIS等許多成熟的產品。Web服務器與GIS服務器之間通過GIS平臺提供的WMS、WCS、WFS這三類標準GIS接口訪問[3-5]。

GIS服務器與資料目錄數據服務器之間通過GIS平臺提供的SDE訪問數據服務器中資料目錄的空間屬性。這些空間屬性數據返回到GIS服務器后,由其完成空間分析功能,篩選符合條件的資料條目,再返回到Web服務器,最終由Web服務器返回到客戶端,從而完成整個檢索過程。

3.3　開發(fā)具有空間分析功能的B/S資料檢索系統(tǒng)

一套高效的支持空間分析功能的B/S資料檢索系統(tǒng)是實現地質成果資料檢索的靈魂。從地質成果資料檢索的業(yè)務需求來看,這個系統(tǒng)應該具有三大特點。

(1)該系統(tǒng)應該是簡單的B/S結構,同時還應該是“瘦客戶端/胖服務端”的結構。在Web客戶端,只需要通過瀏覽器下載安裝GIS平臺提供的ActiveX控件或簡單的插件。所有的空間分析與處理功能應該全部在GIS服務端完成。

(2)該系統(tǒng)的Web客戶端在符合傳統(tǒng)資料檢索習慣的同時,還應該有一個可供資料檢索者方便輸入空間限定條件的視圖窗口。這個空間視圖窗口一般是由GIS平臺提供的ActiveX控件或插件實現的。通過該空間視圖窗口,檢索者可以通過在圖上選定檢索空間范圍；同時也可以輸入精確的坐標值來確定資料檢索范圍。

(3)該系統(tǒng)應該運行流暢。GIS服務器端選擇最佳的方式通過Web服務器與Web客戶端交互空間數據是系統(tǒng)流暢運行的關鍵。因此需要結合使用WMS、WCS與WFS,當Web端視圖范圍區(qū)域較大時,建議采用WMS交互數據；當Web端視圖范圍區(qū)域較小時,可以采用WCS、WFS交互數據,但同時要注意數據緩存的處理,避免Web端長時間的等待。

4　結語

基于GIS技術建設支持空間條件檢索的地質成果資料服務系統(tǒng)是今后地學資料服務的一個非常有前景的發(fā)展方向。這種方式既契合了地質成果資料的空間屬性特征,也能更好的滿足地質成果資料檢索者的需求。本文中論及的各項技術方法均已成熟,并且成功應用于諸如電子地圖網站、智能導航等領域,因此建設支持空間條件檢索的地質成果資料服務系統(tǒng)是完全可行的。這樣的一套資料檢索系統(tǒng),有利于寶貴的地質成果資料的二次開發(fā)利用,更好地為地質找礦事業(yè)服務。

參考文獻:

[1]黎剛.圖書資料檢索與信息化建設[J].黑龍江社會科學,2001(2):79-80.

[2]李茉莉,左鳳朝.基于Web的圖書資料檢索技術研究[J].情報雜志,2003(2):65-67.

[3]龔健雅,杜道生,朱欣焰,等.當代地理信息技術[M].第二版.北京:科學出版社,2001.

[4]李輝,杜亞軍.圖書資料檢索過程的智能行為研究[J].西華大學學報：哲學社會科學版,2004(4):90-91.

[5]盧秀麗.淺談GIS空間分析[J].科教前沿,2013(1):66-67.