王學(xué)杰，谷 娟，王豐收，劉家橙，崔軍磊，喬天榮

（1.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450000；2.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450006；3.河南省地質(zhì)科學(xué)研究所，河南 鄭州 450000）

MapGIS K9支持下的地質(zhì)礦產(chǎn)成果集成系統(tǒng)建設(shè)

王學(xué)杰1，谷 娟2，王豐收1，劉家橙3，崔軍磊1，喬天榮1

（1.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450000；2.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450006；3.河南省地質(zhì)科學(xué)研究所，河南 鄭州 450000）

在全面收集以往地質(zhì)礦產(chǎn)資料的基礎(chǔ)上，建立了河南省桐柏地區(qū)不同比例尺地質(zhì)礦產(chǎn)資料數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建地質(zhì)礦產(chǎn)綜合信息開發(fā)平臺，實(shí)現(xiàn)了綜合信息的入庫、管理、分析、查詢等功能，能為礦產(chǎn)開發(fā)規(guī)劃提供服務(wù)。

成果集成；數(shù)據(jù)庫；系統(tǒng)開發(fā)

1 總體技術(shù)路線

1）按要求進(jìn)行資料收集、分析和整理，以各類地質(zhì)資料的空間位置為聯(lián)系，以數(shù)據(jù)庫為主要技術(shù)手段，進(jìn)行各專業(yè)、不同介質(zhì)成果數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，集成建設(shè)綜合數(shù)據(jù)庫[2]。

2）選擇使用地學(xué)常用軟件，進(jìn)行各專業(yè)數(shù)據(jù)的處理與分類，各專業(yè)成果數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)交換，轉(zhuǎn)換為MapGIS格式，建立綜合數(shù)據(jù)處理解釋圖庫。

3）綜合以往和本次數(shù)據(jù)處理成果，進(jìn)行多元數(shù)據(jù)的空間融合，建立桐柏地區(qū)金屬及非金屬礦成果集成信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效管理與便捷查詢。

2 具體工作部署

按照指導(dǎo)原則和技術(shù)路線，項(xiàng)目工作大致可分為資料整理、數(shù)據(jù)庫建設(shè)和系統(tǒng)集成3個(gè)部分（見圖1）。

圖1 部署層次示意圖

2.1 資料收集整理

桐柏地區(qū)早年地質(zhì)礦產(chǎn)工作較為密集，礦產(chǎn)地?cái)?shù)據(jù)131處。建國以來開展的區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)、物化探等工作項(xiàng)目共計(jì)180個(gè)，其中地球化學(xué)勘查20個(gè)、礦產(chǎn)勘查128個(gè)、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查8個(gè)、物化探綜合調(diào)查5 個(gè)、地球物理勘查19個(gè)。

重點(diǎn)收集工作區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)地質(zhì)和礦產(chǎn)勘查成果資料，還要盡可能收集原始資料，如物探、化探、遙感等專業(yè)數(shù)據(jù)。具體收集的資料如表1。

對收集到的資料按專業(yè)類型進(jìn)行綜合整理和分類，開展資料預(yù)處理工作，為數(shù)據(jù)建庫作準(zhǔn)備。為保證各類成果數(shù)據(jù)入庫的便捷性與條理性，需要對資料的分類有清晰的認(rèn)識，專業(yè)譜系是所有專業(yè)成果的超集，故建立本區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查成果專業(yè)譜系來進(jìn)行資料分類[3]（圖2）。按照所屬專業(yè)類型和數(shù)據(jù)建設(shè)大致可以建立如下專業(yè)譜系：

1）基礎(chǔ)地理類，包含各類地形圖資料。根據(jù)工作需要，本次工作選擇1∶5萬地形圖資料，部分礦區(qū)選擇中大比例尺地形圖資料。

2）基礎(chǔ)地質(zhì)類，主要包括區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、區(qū)域化探調(diào)查、區(qū)域航磁、區(qū)域重力、地面高精度磁測、遙感及自然重砂等成果，包括推斷解釋成果。

3）礦產(chǎn)勘查類，主要包括礦產(chǎn)地資料、礦產(chǎn)勘查項(xiàng)目資料、鉆探資料等。

4）三維模型類，指后期處理成果。本次工作選擇地形資料和鉆孔資料，初步建立工作（礦）區(qū)數(shù)字高程模型和地質(zhì)體三維模型。

5）文本類，包含文字報(bào)告、論文論著等。

表1 重點(diǎn)收集資料表

圖2 數(shù)據(jù)庫建設(shè)流程圖

2.2 綜合數(shù)據(jù)處理

系統(tǒng)建立各類地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫，主要數(shù)據(jù)處理方法見表2。

表2 主要數(shù)據(jù)處理方法

2.3 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

針對河南省桐柏地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)專業(yè)廣、來源多、結(jié)構(gòu)不一等特征，系統(tǒng)采用MapGIS K9的空間數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)，并針對性地提供包括原始分層數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理、異構(gòu)地質(zhì)數(shù)據(jù)錄入與導(dǎo)入、數(shù)據(jù)一致性檢查及更新維護(hù)等系列工具，降低建庫難度，提高建庫效率，實(shí)現(xiàn)對多源、異構(gòu)城市地質(zhì)數(shù)據(jù)的一體化組織與管理。

根據(jù)收集的資料內(nèi)容，采取不同存儲形式與格式，對收集資料進(jìn)行數(shù)字化、格式轉(zhuǎn)換，建立各專業(yè)成果數(shù)據(jù)庫。工作內(nèi)容分為數(shù)據(jù)庫平臺選擇、專業(yè)數(shù)據(jù)庫分類、數(shù)據(jù)模型選擇（建立）、資料數(shù)字化和專業(yè)數(shù)據(jù)入庫與集成。數(shù)據(jù)建庫流程見圖2。

對坐標(biāo)系、投影，除剖面圖、原始數(shù)據(jù)外，涉及平面坐標(biāo)的圖件（數(shù)據(jù)庫）均采用平面直角坐標(biāo)系，橢球參數(shù)采用北京1954/克拉索夫斯基（1940）橢球。比例尺大于1∶2.5萬（包括1∶2.5萬）的圖件，采用高斯投影3°分帶（中央經(jīng)線114°）；比例尺為1∶5萬～1∶25萬的圖件，采用高斯投影6°分帶（中央經(jīng)線111°）；比例尺小于1∶25萬的圖件，采用蘭伯特投影，參數(shù)為：第一標(biāo)準(zhǔn)緯線（DDMMSS）353 000、第二標(biāo)準(zhǔn)緯線（DDMMSS）323 000、中央子午線經(jīng)度（DDDMMSS）1 133 000、投影原點(diǎn)緯度（DDMMSS）312 300。

對地理底圖、遙感影像、DEM等基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)，可借助系統(tǒng)提供的MapGIS地圖庫、影像庫、高程庫功能導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫；對規(guī)范化處理后的專題屬性數(shù)據(jù)(結(jié)構(gòu)化的表格類數(shù)據(jù))，可借助Excel、Access等輔助工具導(dǎo)入、導(dǎo)出(格式轉(zhuǎn)換)數(shù)據(jù)庫，還可進(jìn)行有效性檢查、修改、編輯等。

數(shù)據(jù)建庫保證入庫過程準(zhǔn)確無誤，對入庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確性檢查，數(shù)據(jù)入庫后的應(yīng)用性檢查，提供多種數(shù)據(jù)錯誤檢查的方法及統(tǒng)計(jì)工具；對于種類繁多的地質(zhì)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提供地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展機(jī)制。

2.4 系統(tǒng)開發(fā)

從管理和服務(wù)于河南省三維地質(zhì)（礦產(chǎn)）工作的實(shí)際需求出發(fā)，充分利用現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫技術(shù)、GIS技術(shù)、多媒體技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成集數(shù)據(jù)的輸入、管理及可視化為一體的功能全面穩(wěn)定的三維地質(zhì)項(xiàng)目成果信息系統(tǒng)[4]，滿足河南省三維地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目成果數(shù)據(jù)管理、展示的多方面需求。

由于桐柏工作區(qū)信息化程度、集成程度均較低，因此在系統(tǒng)開發(fā)與集成方面應(yīng)從基礎(chǔ)做起，以成果資料綜合數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)（數(shù)據(jù)源），開展“河南省桐柏地區(qū)金屬及非金屬礦成果信息系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)和研發(fā)，初步實(shí)現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)庫的集群管理和可視化。

2.4.1 運(yùn)行環(huán)境

1）軟件需求。①運(yùn)行（系統(tǒng)）平臺：Microsoft Windows X86 系列操作系統(tǒng)、MapGIS K9系列軟件、Oracle 10g數(shù)據(jù)庫平臺。②開發(fā)平臺：Microsoft Visual Studio .Net 2010、MapGIS K9二次開發(fā)平臺、Oracle10g開發(fā)平臺。③常用軟件：Microsoft Office 2003（及以上版本）、Adobe Photoshop、數(shù)字礦調(diào)、GeoMAG、GeoDAS、GeoExpl、RGIS、MRAS等軟件。

2）硬件需求。①服務(wù)器：HP或IBM中檔及以上服務(wù)器（包括磁盤陣列、存儲器及其他附件）2臺。② 計(jì)算機(jī)：執(zhí)行前臺任務(wù)的計(jì)算機(jī)普通配置即可，執(zhí)行后臺任務(wù)需中高配計(jì)算機(jī)（工作站或服務(wù)器）。③網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：10-100-1 000 M自適應(yīng)網(wǎng)卡、交換機(jī)、機(jī)柜及附件等。④外圍設(shè)備：彩色掃描儀、彩色噴墨繪圖儀、打印機(jī)、UPS等。

2.4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（見圖3）大致可分為前臺子系統(tǒng)（共享服務(wù)平臺）和后臺子系統(tǒng)（集成管理平臺），前臺子系統(tǒng)提供專業(yè)分析及輔助決策支持，采用B/S結(jié)構(gòu)；后臺子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和綜合管理，采用C/S結(jié)構(gòu)[5]。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.4.3 功能設(shè)計(jì)

2.4.3.1 多元數(shù)據(jù)集群管理功能

提供對基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)、各專題屬性數(shù)據(jù)、成果圖件、文檔資料等的數(shù)據(jù)庫管理維護(hù)，輔助操作人員進(jìn)行多元多尺度的可視化數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)對不同時(shí)期、不同部門、不同比例尺的成果資料的一體化組織與管理[6]（圖4）。

目前收集到的1∶5萬基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)多為Coverage格式，入庫前要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MapGIS格式；接著進(jìn)行換庫和投影變換等工作，最后將核查無誤的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)導(dǎo)入Oracle數(shù)據(jù)庫，由MapGIS K9通過數(shù)據(jù)庫引擎實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理?；A(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)和礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)涉及的專業(yè)較多，其數(shù)據(jù)處理和管理形式為：①非空間數(shù)據(jù)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)一般是參考性數(shù)據(jù)，不參與空間分析，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，直接入庫。②專業(yè)屬性數(shù)據(jù)，一般為表格數(shù)據(jù)。按照所屬專業(yè)建立屬性表和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，若存在標(biāo)準(zhǔn)化的電子文檔數(shù)據(jù)，可以直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，如Excel、Access、Dbase格式；若為紙質(zhì)表格，則可以通過MapGIS K9平臺或Oracle數(shù)據(jù)庫平臺直接輸入。③空間數(shù)據(jù)，各專業(yè)的基礎(chǔ)圖件、原始數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)交換，轉(zhuǎn)換為MapGIS格式，標(biāo)準(zhǔn)化后即可入庫；中間成果一般由原始數(shù)據(jù)衍生而來，原則上不再入庫，如有需要，根據(jù)實(shí)際情況酌量入庫；最終成果和研究成果利用其專業(yè)平臺的轉(zhuǎn)換工具，轉(zhuǎn)換為MapGIS格式。

2.4.3.2 礦區(qū)三維建模功能

通過三維可視化方式模擬與表達(dá)礦區(qū)地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象，是對傳統(tǒng)的二維地質(zhì)信息表達(dá)的補(bǔ)充和擴(kuò)展，便于地學(xué)工作者或非專業(yè)人員分析地質(zhì)體的空間展布規(guī)律，觀察地質(zhì)現(xiàn)象的變化，在三維環(huán)境下進(jìn)行地質(zhì)礦產(chǎn)信息的可視化探析。

為建立礦區(qū)三維模型，系統(tǒng)必須根據(jù)各種模型的特點(diǎn)開發(fā)合適的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，選用適當(dāng)?shù)慕７椒ń⒏鞣N復(fù)雜的模型。其中三維數(shù)據(jù)格式選擇的前提條件有兩點(diǎn)：①能滿足模型空間分析的需要；②能夠在現(xiàn)有地質(zhì)數(shù)據(jù)獲取情況下盡量精確刻畫復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

三維地質(zhì)模型的建立可采用“預(yù)建模型”方式，也就是說采用自動/半自動的方式逐步建立各三維地質(zhì)模型，并把這種結(jié)果保存起來，作為今后運(yùn)行、顯示的模型數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可重建地下地質(zhì)體三維空間形態(tài)及組合關(guān)系，實(shí)現(xiàn)地下復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)與關(guān)系的分析和過程的虛擬再現(xiàn)，可基于地質(zhì)體三維結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行任意切割、開挖、虛擬鉆探等可視化模擬，提供包括體積、面積、距離、深度、壓縮性、承載力等三維量算功能，并可利用空間分析與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工程地質(zhì)問題的計(jì)算評價(jià)研究（圖5～8）。

圖5 三維建模與動態(tài)剖切

圖6 地質(zhì)體建模示意圖

圖7 勘查剖面礦體線框模型

圖8 礦體表面模型

平面數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中單獨(dú)管理，有各自對應(yīng)的子數(shù)據(jù)庫，二者疊加的前提是系統(tǒng)可通過二者的相關(guān)性，自動計(jì)算出平面數(shù)據(jù)的三維坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)空間上的疊加顯示和融合分析。

由于工作區(qū)范圍較大，各專業(yè)數(shù)據(jù)較多，本次工作把三維可視化的重點(diǎn)選擇在工作程度較高、礦產(chǎn)地和鉆孔在空間分布上較為連續(xù)的3個(gè)礦帶上（老灣、大河、圍山城），重點(diǎn)收集大比例尺（大于1∶1萬）地質(zhì)礦產(chǎn)資料和工程測量數(shù)據(jù)、鉆孔、巷道（導(dǎo)線坐標(biāo)）、槽探、淺井、重要地質(zhì)界線、礦體頂?shù)装遄鴺?biāo)等。

2.4.3.3 多專業(yè)分析評價(jià)與輔助決策功能

提供對基礎(chǔ)地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、遙感等多種專題數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)和專業(yè)分析功能，針對三維地質(zhì)模型的直觀分析功能，可為資源勘查、規(guī)劃管理、工程建設(shè)等領(lǐng)域的宏觀決策、社會公益服務(wù)提供技術(shù)支撐[7]。

2.4.3.4 基于Web的成果資料共享服務(wù)功能

通過成果資料的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布與專業(yè)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)的發(fā)布與檢索、動態(tài)信息發(fā)布、數(shù)據(jù)查詢分析、三維模型顯示與分析、文本資料檢索等功能。

在保證成果資料不泄密的前提下，實(shí)現(xiàn)與協(xié)作單位數(shù)據(jù)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和（元）數(shù)據(jù)同步，實(shí)現(xiàn)成果數(shù)據(jù)的有限共享和實(shí)時(shí)更新。

此外，系統(tǒng)還提供對用戶進(jìn)行分類，按照數(shù)據(jù)密級設(shè)定訪問級別的功能以及其他常用功能。

2.4.4 系統(tǒng)性能測試

信息系統(tǒng)初步完成后，需要經(jīng)過不斷的調(diào)試和改進(jìn)，使系統(tǒng)不斷完善、趨于穩(wěn)定。調(diào)試完畢后，編寫使用說明，并送由第三方作系統(tǒng)測試。

1）精度。系統(tǒng)數(shù)據(jù)精度要求不僅能滿足計(jì)算機(jī)制圖的相應(yīng)要求，還能夠滿足信息系統(tǒng)進(jìn)行空間分析的特殊需求。

2）處理速度。由于在算法上沿襲了MapGIS K9高效、安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)處理機(jī)制，因此，系統(tǒng)處理速度、檢索時(shí)間主要依賴于硬件性能。此外，數(shù)據(jù)及處理流程的復(fù)雜程度也會直接影響系統(tǒng)的處理速度。

3）可擴(kuò)展性。系統(tǒng)繼承了MapGIS K9的諸多特性，具備較強(qiáng)的可擴(kuò)展能力，用戶可根據(jù)實(shí)際需要，對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展與維護(hù)。

3 結(jié) 語

該項(xiàng)目是以桐柏地區(qū)的一些重要地質(zhì)礦產(chǎn)成果為基礎(chǔ)，初步建立起來的集地質(zhì)資料管理與三維建模為一體的信息系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和具體功能還有待完善，尚需在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)用戶體驗(yàn)進(jìn)行修改。

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B

1672-4623（2015）04-0037-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.014隨著我國地質(zhì)礦產(chǎn)工作信息化程度的不斷深入，傳統(tǒng)的地質(zhì)礦產(chǎn)成果資料逐漸難以滿足地礦工作信息化的要求。為了更好地保護(hù)和利用這些早期地質(zhì)礦產(chǎn)成果資料，有必要用新的信息技術(shù)對這些資料進(jìn)行綜合整理[1]。本文以河南省桐柏地區(qū)金屬及非金屬礦產(chǎn)成果集成調(diào)查為例，建立地礦成果集成系統(tǒng)，以期達(dá)到地質(zhì)礦產(chǎn)成果的集成化管理。

王學(xué)杰，碩士，工程師，主要從事國土信息化建設(shè)工作。

2014-06-25。