宋艷茹,周樹英,薛白
5G時(shí)代地質(zhì)資料及地質(zhì)工作信息化的發(fā)展和應(yīng)用*
宋艷茹1,周樹英1,薛白2
(1.中國(guó)自然資源航空物探遙感中心,北京 100083;2.自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心,北京 100048)
地質(zhì)資料經(jīng)過幾十年的積累,已經(jīng)頗具規(guī)模,是十分珍貴的地質(zhì)科學(xué)技術(shù)檔案,近年來,在國(guó)家的大力推動(dòng)下,地質(zhì)資料已實(shí)現(xiàn)全面信息化,形成海量的地質(zhì)資料信息服務(wù)資源。地質(zhì)云平臺(tái)的發(fā)布,不但實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)資料數(shù)據(jù)的大集成、大共享,改變了傳統(tǒng)的服務(wù)模式,而且隨著5G技術(shù)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了地調(diào)業(yè)務(wù)的全流程信息化,地調(diào)工作在地調(diào)領(lǐng)域及其他產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生新的發(fā)展生態(tài)。
地質(zhì)資料;信息化;地質(zhì)云;5G
伴隨著社會(huì)的文明進(jìn)步和國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查工作從新中國(guó)成立以來,采用多種探測(cè)與研究手段開展區(qū)域地質(zhì)背景調(diào)查,經(jīng)歷了從起步探索、全面發(fā)展、轉(zhuǎn)軌時(shí)期和進(jìn)入21世紀(jì)新時(shí)期的不同發(fā)展歷史時(shí)期,經(jīng)過幾十年的沉淀和積累,取得了海量的數(shù)據(jù)和豐富的基礎(chǔ)地質(zhì)資料,基本查明了中國(guó)國(guó)土地質(zhì)情況和各主要地質(zhì)單元的地質(zhì)特征。其中,地質(zhì)數(shù)據(jù)種類包括地質(zhì)圖、遙感影像、文本資料(報(bào)告、表格)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、視頻、音頻、照片等諸多類型,是十分珍貴的地質(zhì)科學(xué)技術(shù)檔案。這些地質(zhì)資料是幾代地質(zhì)工作者艱苦奮斗、不畏艱險(xiǎn)、付出心血積累的智慧寶庫,是國(guó)家投入大量人力、財(cái)力、物力獲取的高成本、長(zhǎng)周期成果,是中國(guó)戰(zhàn)略性信息資源,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。由于地質(zhì)數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含著豐富的專業(yè)信息,包括地理、地球物理、地球化學(xué)、水文、海洋、礦產(chǎn)、生物、生態(tài)、環(huán)境等多個(gè)學(xué)科,科研人員以及社會(huì)公眾對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)需求日益旺盛,而且隨著地調(diào)工作的不斷深入,地質(zhì)數(shù)據(jù)正在呈現(xiàn)大爆發(fā)、快增長(zhǎng)趨勢(shì),在新一代信息技術(shù)風(fēng)起云涌的時(shí)代,傳統(tǒng)的地質(zhì)資料檔案保管方式已不能滿足社會(huì)各界對(duì)地質(zhì)信息的強(qiáng)烈需求,為了提高數(shù)據(jù)資源的利用率,地質(zhì)資料數(shù)字化轉(zhuǎn)型迫在眉睫。
地質(zhì)圖件、報(bào)告資料是地質(zhì)解釋的重要成果之一,廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、礦產(chǎn)勘查、城鄉(xiāng)建設(shè)、海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)、生態(tài)文明建設(shè)、防災(zāi)減災(zāi)建設(shè)等多個(gè)方面,是科研人員進(jìn)行地質(zhì)基礎(chǔ)研究和綜合應(yīng)用研究的基礎(chǔ)資料。由于信息技術(shù)的限制,在20世紀(jì)90年代之前,地調(diào)成果報(bào)告多是手工書寫,成果圖件多為人工清繪,遙感影像則以膠片形式存儲(chǔ),項(xiàng)目組獲取的各類實(shí)體資料是以紙介質(zhì)或航空膠片形式在庫房歸檔保存的,使得紙介質(zhì)或膠片的信息與計(jì)算機(jī)處于隔離狀態(tài),致使數(shù)據(jù)利用率很低,而且紙介質(zhì)或航空膠片容易老化和使用磨損,如果不及時(shí)拯救,珍貴的歷史地質(zhì)資料將慢慢成為“死資料”。20世紀(jì)80年代手工繪制的區(qū)域地質(zhì)解譯如圖1所示。新疆某礦區(qū)航空遙感膠片影像如圖2所示。
圖1 20世紀(jì)80年代手工繪制的區(qū)域地質(zhì)解譯圖
圖2 20世紀(jì)80年代新疆某礦區(qū)航空遙感膠片影像
“十二五”以來,中國(guó)加快開展地質(zhì)資料數(shù)字化進(jìn)程,對(duì)千千萬萬已形成的地質(zhì)資料開展掃描數(shù)字化工作,甚至開啟對(duì)掃描成果圖件的矢量化工作,即通過MapGis等平臺(tái)對(duì)圖件進(jìn)行地理位置校正,并按照點(diǎn)、線、面的方式來記錄圖件成果信息,使得歷史資料成為可分析、有價(jià)值的重要數(shù)據(jù)。經(jīng)過十幾年的推進(jìn),目前,中國(guó)地質(zhì)資料數(shù)字化率超過99%,依托數(shù)字化成果,可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)資料的在線瀏覽和信息檢索,大大縮短了服務(wù)等待時(shí)間,提高了工作效率。
隨著信息技術(shù)的發(fā)展和在地學(xué)中的應(yīng)用,中國(guó)地質(zhì)工作信息化經(jīng)過十幾年的開發(fā)建設(shè),至今累計(jì)投資額達(dá)8億元,建立了10大類48個(gè)國(guó)家地質(zhì)數(shù)據(jù)庫,還有一大批各級(jí)地調(diào)單位以科研項(xiàng)目為依托自建的一系列空間數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)量龐大,涉及專業(yè)種類多、比例尺齊全,包括1∶250萬、1∶100萬、1∶50萬、1∶20萬和1∶25萬、1∶5萬數(shù)字地質(zhì)圖等多專業(yè)數(shù)據(jù)庫,基本形成了中國(guó)基礎(chǔ)地學(xué)數(shù)據(jù)庫體系。
雖然中國(guó)基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫已基本形成,但數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫之間無法聯(lián)通,存在“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象,多限于項(xiàng)目組或內(nèi)部使用,使得地質(zhì)數(shù)據(jù)從科研項(xiàng)目設(shè)計(jì)開始,僅僅經(jīng)過了數(shù)據(jù)的獲取、處理、分析和存儲(chǔ)階段,沒有到達(dá)最終的數(shù)據(jù)發(fā)布與共享階段,導(dǎo)致數(shù)據(jù)資源利用率并不高,數(shù)據(jù)交叉綜合應(yīng)用利用率也不高。為了讓這些數(shù)據(jù)資源能夠讓用戶“看得見、查得到、可獲取、用得起、可持續(xù)”,可以借鑒云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過數(shù)據(jù)的匯聚、開放共享和動(dòng)態(tài)調(diào)用,能夠在地質(zhì)數(shù)據(jù)的首要價(jià)值發(fā)揮之后仍能不斷產(chǎn)生新的潛在的價(jià)值,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值的最大化,延長(zhǎng)科學(xué)數(shù)據(jù)的生命周期。
2017-11-06,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布了中國(guó)首個(gè)國(guó)家地質(zhì)大數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)地質(zhì)云1.0,地質(zhì)大數(shù)據(jù)時(shí)代正式揭開大序幕。地質(zhì)云平臺(tái)匯集了中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局1個(gè)主中心、6個(gè)區(qū)域中心、12個(gè)專業(yè)中心的強(qiáng)大力量,集成整合了建國(guó)以來國(guó)家層面地質(zhì)工作形成的基礎(chǔ)地質(zhì)、海洋地質(zhì)、油氣、能源、礦產(chǎn)、水工環(huán)、物化遙等巨量的科學(xué)數(shù)據(jù),同時(shí)實(shí)現(xiàn)了國(guó)家層面核心數(shù)據(jù)庫的互聯(lián)互通,另外,各專業(yè)中心每年都將最新地調(diào)成果數(shù)據(jù)向地質(zhì)云匯聚,實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)資料數(shù)據(jù)的大集成、大共享。
地質(zhì)云平臺(tái)旨在解決3個(gè)問題:①在資源層面,利用云計(jì)算技術(shù),整合計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源(互聯(lián)網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng))、存儲(chǔ)資源,構(gòu)建一個(gè)集中的地質(zhì)大數(shù)據(jù)中心,提供強(qiáng)大的計(jì)算和存儲(chǔ)能力,采用虛擬技術(shù)及分布式架構(gòu)技術(shù),各節(jié)點(diǎn)單位可以靈活地在大數(shù)據(jù)中心動(dòng)態(tài)調(diào)取基礎(chǔ)設(shè)施資源,以降低各單位硬件基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)投資,減少運(yùn)維成本;②在數(shù)據(jù)層面,地質(zhì)云平臺(tái)強(qiáng)大的存儲(chǔ)能力可以將地質(zhì)資料中的海量的、多源、多元、異構(gòu)的分布式數(shù)據(jù)進(jìn)行云匯聚和云存儲(chǔ),還可以借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)野外調(diào)查、物探、化探、野外實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、海洋地質(zhì)調(diào)查、航空航天遙感等采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸和匯聚;③在應(yīng)用層面,地質(zhì)云搭建了一個(gè)虛擬的服務(wù)平臺(tái),從事地質(zhì)勘探工作的人員可以利用該平臺(tái)進(jìn)行在線快速制圖、項(xiàng)目管理和經(jīng)費(fèi)管理、設(shè)備共享與管理等工作,也可以通過地質(zhì)云平臺(tái)獲取地質(zhì)勘探工作中所需的參考數(shù)據(jù)資源,便于地質(zhì)勘探工作的順利開展。
地質(zhì)云平臺(tái)的建設(shè)不但打破了傳統(tǒng)的柜臺(tái)式借閱的服務(wù)模式,而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)分散的地質(zhì)資料信息資源的互聯(lián)互通,并提供公開地質(zhì)信息的一站式在線查詢和下載,大大降低了用戶獲取數(shù)據(jù)的成本和難度,為全面實(shí)現(xiàn)地質(zhì)信息資料的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)奠定了基礎(chǔ)。然而,大數(shù)據(jù)時(shí)代下的地質(zhì)資料服務(wù)不能僅僅停留在文本、圖件等單項(xiàng)數(shù)據(jù)借閱層面,應(yīng)當(dāng)圍繞社會(huì)需求和地質(zhì)工作需求,制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)選重點(diǎn)地質(zhì)調(diào)查成果,有計(jì)劃、有針對(duì)性地對(duì)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行包裝和整合形成新的專題服務(wù)產(chǎn)品,逐漸完善地質(zhì)信息服務(wù)產(chǎn)品體系,為社會(huì)大眾提供內(nèi)容豐富、形式多樣、方便快捷的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。
為此,科研人員充分挖掘已有地質(zhì)數(shù)據(jù),按照已形成的《中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)信息服務(wù)產(chǎn)品體系》,將地質(zhì)資料數(shù)據(jù)大致分為地質(zhì)數(shù)據(jù)(庫)、地質(zhì)圖、地學(xué)科普、文獻(xiàn)與出版物、技術(shù)方法與標(biāo)準(zhǔn)、儀器設(shè)備、地學(xué)軟件等七大類,集中在地質(zhì)云平臺(tái)發(fā)布在線服務(wù)。在地調(diào)局的專項(xiàng)部署下,地質(zhì)云以七大類產(chǎn)品目錄為骨架,不斷充實(shí)和豐富地質(zhì)信息產(chǎn)品內(nèi)容,陸續(xù)開發(fā)公共基礎(chǔ)地質(zhì)產(chǎn)品、應(yīng)急救災(zāi)信息產(chǎn)品、各類專題信息產(chǎn)品(如找礦突破、生態(tài)文明建設(shè)等重大專項(xiàng)),及時(shí)主動(dòng)地提供地質(zhì)資料信息服務(wù)。如2017-11-18,西藏林芝發(fā)生地震,為支撐搶險(xiǎn)救災(zāi)工作,“地質(zhì)云”平臺(tái)立即首次啟動(dòng)了應(yīng)急服務(wù)工作機(jī)制,當(dāng)日即通過地質(zhì)云航遙節(jié)點(diǎn)發(fā)布災(zāi)區(qū)震前國(guó)產(chǎn)資源衛(wèi)星影像,首次實(shí)現(xiàn)了基于互聯(lián)網(wǎng)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)與產(chǎn)品快速共享發(fā)布;另外,地質(zhì)云面向“一帶一路”、京津冀協(xié)同發(fā)展、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶、脫貧攻堅(jiān)、青藏高原、海岸帶、黑土地保護(hù)和開發(fā)利用等都實(shí)施了精準(zhǔn)服務(wù),這些都充分體現(xiàn)了地質(zhì)云平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享服務(wù)能力和較為完善的服務(wù)機(jī)制。
據(jù)地質(zhì)云網(wǎng)站報(bào)道顯示,地質(zhì)云上累計(jì)共享96個(gè)國(guó)家核心地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、1.3萬個(gè)資源環(huán)境權(quán)威信息產(chǎn)品、500萬件成果地質(zhì)資料、100萬個(gè)重要鉆孔數(shù)據(jù)、37萬m重要巖心圖像數(shù)據(jù)等,為國(guó)家能源資源安全保障、生態(tài)文明建設(shè)等重大工程提供了權(quán)威信息服務(wù)。截至2020-07,地質(zhì)云門戶累計(jì)訪問量突破1 000萬次,累計(jì)注冊(cè)用戶4.6萬人,數(shù)據(jù)產(chǎn)品瀏覽累計(jì)381.8萬次,數(shù)據(jù)產(chǎn)品下載累計(jì)192.7萬次,以上數(shù)據(jù)直觀顯示,地質(zhì)云具有強(qiáng)大的地質(zhì)數(shù)據(jù)共享服務(wù)規(guī)模,地質(zhì)大數(shù)據(jù)的服務(wù)能力得到了階躍式提升。
隨著5G時(shí)代的到來,5G通信網(wǎng)絡(luò)具備的大寬帶技術(shù)特征與地質(zhì)云將相輔相成,共同促進(jìn)地調(diào)工作的創(chuàng)新發(fā)展。傳統(tǒng)的地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集多以離線為主,地質(zhì)人員“單兵”作戰(zhàn),從野外一線采集數(shù)據(jù)之后存儲(chǔ)于單機(jī)或?qū)I(yè)數(shù)據(jù)庫中,之后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、專業(yè)成圖等成果凝練,數(shù)據(jù)成果共享能力較弱。5G時(shí)代,云端具備高速的數(shù)據(jù)處理能力,數(shù)量眾多的終端與云端的數(shù)據(jù)交互延時(shí)大大縮短,數(shù)據(jù)傳輸?shù)玫搅擞行ПU?。?019年起,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組織實(shí)施的所有地質(zhì)調(diào)查二級(jí)項(xiàng)目均使用“地質(zhì)云-地調(diào)在線”模塊,搭建了項(xiàng)目的云上工作環(huán)境,提供野外數(shù)據(jù)采集、傳輸、項(xiàng)目數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)處理建模、數(shù)據(jù)集成應(yīng)用、安全生產(chǎn)保障、生產(chǎn)調(diào)度指揮等功能,支撐了項(xiàng)目研究和成果的共享,實(shí)現(xiàn)了地調(diào)業(yè)務(wù)的全流程信息化,形成“云+端”的智能地調(diào)工作模式。
地質(zhì)資料乘著大數(shù)據(jù)的東風(fēng),揚(yáng)帆而起,猶如一座金礦被重新發(fā)現(xiàn),價(jià)值不可估量,不可否認(rèn),信息技術(shù)在整個(gè)過程中是輔助、是工具,發(fā)揮作用的是實(shí)實(shí)在在的數(shù)據(jù)和內(nèi)容。但是,未來隨著大數(shù)據(jù)分析能力的崛起,大數(shù)據(jù)技術(shù)將會(huì)引領(lǐng)人們的認(rèn)知,解決更多無法預(yù)知的難題。
據(jù)第21屆中國(guó)國(guó)際礦業(yè)大會(huì)論壇地質(zhì)云相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹,地質(zhì)云上線的重要地質(zhì)調(diào)查應(yīng)用系統(tǒng)可以達(dá)到輔助國(guó)家重大工程決策的能力,如地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)掌握全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害隱患數(shù)據(jù),可以及時(shí)掌握全國(guó)和省級(jí)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警信息;國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)信息服務(wù)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全國(guó)一萬多個(gè)地下水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的自動(dòng)監(jiān)測(cè);城市地質(zhì)信息服務(wù)系統(tǒng)提供330個(gè)城市自然地理地質(zhì)條件、地質(zhì)資源結(jié)構(gòu)、環(huán)境問題等信息,為城市規(guī)劃決策提供信息支撐服務(wù);地質(zhì)云井場(chǎng)調(diào)度指揮系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)于16口油氣鉆井,并成功拓展應(yīng)用到青海共和盆地干熱鹽井場(chǎng)監(jiān)控,提供遠(yuǎn)程監(jiān)控、輔助決策、及時(shí)會(huì)商功能;地質(zhì)云安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)上線智能氣象災(zāi)害預(yù)警服務(wù)功能,主動(dòng)實(shí)時(shí)向野外人員推送雷電、暴風(fēng)雨、臺(tái)風(fēng)等氣象災(zāi)害預(yù)警信息。
除此之外,大數(shù)據(jù)和人工智能的深度結(jié)合也產(chǎn)生了新的發(fā)展生態(tài),基于大量的巖石照片形成的知識(shí)庫,巖礦智能識(shí)別應(yīng)運(yùn)而生,用戶可以實(shí)現(xiàn)拍照識(shí)巖石,拍照識(shí)寶石,甚至拍照識(shí)古生物化石;基于海量遙感影像及相應(yīng)的矢量數(shù)據(jù)形成的樣本庫,地質(zhì)災(zāi)害隱患智能識(shí)別已經(jīng)在開展深度學(xué)習(xí)研究,未來依靠人力勤勤懇懇目視解譯將成為輔助手段。
5G時(shí)代,地質(zhì)工作可以與其他新型產(chǎn)業(yè)融合,如采用5G超高清視頻傳輸技術(shù),對(duì)需要宣傳需要科普的工作進(jìn)行4K超高清直播,在探測(cè)儀器或地調(diào)工作者身上安裝傳感器、高清攝像頭并配置5G通信模塊,讓觀眾以地調(diào)工作者的第一視角觀看普通的簡(jiǎn)單的野外巖石、地層的測(cè)量等工作,體驗(yàn)地調(diào)工作者的艱苦野外生活;對(duì)地質(zhì)野外調(diào)查感興趣的用戶可以采用小型移動(dòng)終端以人機(jī)交互的模式全方位深入體驗(yàn)一線野外踏勘調(diào)查,甚至乘坐航空飛機(jī)對(duì)地表進(jìn)行物探測(cè)量等,地質(zhì)調(diào)查VR全沉浸式體驗(yàn)讓地質(zhì)調(diào)查從高深專業(yè)走向淺普及。
從地質(zhì)資料到地質(zhì)大數(shù)據(jù),體現(xiàn)的是時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步,依托人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)的發(fā)展,在未來,地質(zhì)大數(shù)據(jù)將在國(guó)家重大需求如能源資源安全、生態(tài)文明與防災(zāi)減災(zāi)、城市重大工程建設(shè)、甚至深空、深海、深地探測(cè)等方面將發(fā)揮更加重要的作用,產(chǎn)生更高的應(yīng)用價(jià)值。
作者申明:本文地質(zhì)云上線產(chǎn)品數(shù)據(jù)參考自geocloud. cgs.gov.cn地質(zhì)云平臺(tái)相關(guān)報(bào)道。
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宋艷茹(1986—),女,碩士,主要從事航空物探遙感信息服務(wù)產(chǎn)品開發(fā)、制作研究。
中國(guó)地調(diào)局項(xiàng)目“資源環(huán)境遙感地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用”資助(編號(hào):DD20190436)
2095-6835(2021)06-0179-03
P5
A
10.15913/j.cnki.kjycx.2021.06.074
〔編輯:丁琳〕