MapGIS K9支持下的地質礦產成果集成系統建設

王學杰，谷 娟，王豐收，劉家橙，崔軍磊，喬天榮

（1.河南省地質調查院，河南 鄭州 450000；2.華北水利水電大學，河南 鄭州 450006；3.河南省地質科學研究所，河南 鄭州 450000）

MapGIS K9支持下的地質礦產成果集成系統建設

王學杰1，谷 娟2，王豐收1，劉家橙3，崔軍磊1，喬天榮1

（1.河南省地質調查院，河南 鄭州 450000；2.華北水利水電大學，河南 鄭州 450006；3.河南省地質科學研究所，河南 鄭州 450000）

在全面收集以往地質礦產資料的基礎上，建立了河南省桐柏地區不同比例尺地質礦產資料數據庫，構建地質礦產綜合信息開發平臺，實現了綜合信息的入庫、管理、分析、查詢等功能，能為礦產開發規劃提供服務。

成果集成；數據庫；系統開發

1 總體技術路線

1）按要求進行資料收集、分析和整理，以各類地質資料的空間位置為聯系，以數據庫為主要技術手段，進行各專業、不同介質成果數據的關聯，集成建設綜合數據庫[2]。

2）選擇使用地學常用軟件，進行各專業數據的處理與分類，各專業成果數據通過數據交換，轉換為MapGIS格式，建立綜合數據處理解釋圖庫。

3）綜合以往和本次數據處理成果，進行多元數據的空間融合，建立桐柏地區金屬及非金屬礦成果集成信息系統，實現數據的有效管理與便捷查詢。

2 具體工作部署

按照指導原則和技術路線，項目工作大致可分為資料整理、數據庫建設和系統集成3個部分（見圖1）。

圖1 部署層次示意圖

2.1 資料收集整理

桐柏地區早年地質礦產工作較為密集，礦產地數據131處。建國以來開展的區域地質、礦產、物化探等工作項目共計180個，其中地球化學勘查20個、礦產勘查128個、區域地質調查8個、物化探綜合調查5 個、地球物理勘查19個。

重點收集工作區內基礎地質和礦產勘查成果資料，還要盡可能收集原始資料，如物探、化探、遙感等專業數據。具體收集的資料如表1。

對收集到的資料按專業類型進行綜合整理和分類，開展資料預處理工作，為數據建庫作準備。為保證各類成果數據入庫的便捷性與條理性，需要對資料的分類有清晰的認識，專業譜系是所有專業成果的超集，故建立本區地質礦產調查成果專業譜系來進行資料分類[3]（圖2）。按照所屬專業類型和數據建設大致可以建立如下專業譜系：

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

2）基礎地質類，主要包括區域地質調查、區域化探調查、區域航磁、區域重力、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）礦產勘查類，主要包括礦產地資料、礦產勘查項目資料、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）區數字高程模型和地質體三維模型。

5）文本類，包含文字報告、論文論著等。

表1 重點收集資料表

圖2 數據庫建設流程圖

2.2 綜合數據處理

系統建立各類地質圖空間數據庫，主要數據處理方法見表2。

表2 主要數據處理方法

2.3 數據庫建設

針對河南省桐柏地區地質礦產數據專業廣、來源多、結構不一等特征，系統采用MapGIS K9的空間數據倉庫技術，并針對性地提供包括原始分層數據標準化處理、異構地質數據錄入與導入、數據一致性檢查及更新維護等系列工具，降低建庫難度，提高建庫效率，實現對多源、異構城市地質數據的一體化組織與管理。

根據收集的資料內容，采取不同存儲形式與格式，對收集資料進行數字化、格式轉換，建立各專業成果數據庫。工作內容分為數據庫平臺選擇、專業數據庫分類、數據模型選擇（建立）、資料數字化和專業數據入庫與集成。數據建庫流程見圖2。

對坐標系、投影，除剖面圖、原始數據外，涉及平面坐標的圖件（數據庫）均采用平面直角坐標系，橢球參數采用北京1954/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（中央經線111°）；比例尺小于1∶25萬的圖件，采用蘭伯特投影，參數為：第一標準緯線（DDMMSS）353 000、第二標準緯線（DDMMSS）323 000、中央子午線經度（DDDMMSS）1 133 000、投影原點緯度（DDMMSS）312 300。

對地理底圖、遙感影像、DEM等基礎地理空間數據，可借助系統提供的MapGIS地圖庫、影像庫、高程庫功能導入數據庫；對規范化處理后的專題屬性數據(結構化的表格類數據)，可借助Excel、Access等輔助工具導入、導出(格式轉換)數據庫，還可進行有效性檢查、修改、編輯等。

數據建庫保證入庫過程準確無誤，對入庫的數據進行正確性檢查，數據入庫后的應用性檢查，提供多種數據錯誤檢查的方法及統計工具；對于種類繁多的地質數據，系統提供地質數據庫的擴展機制。

2.4 系統開發

從管理和服務于河南省三維地質（礦產）工作的實際需求出發，充分利用現代數據庫技術、GIS技術、多媒體技術及計算機網絡技術，完成集數據的輸入、管理及可視化為一體的功能全面穩定的三維地質項目成果信息系統[4]，滿足河南省三維地質調查項目成果數據管理、展示的多方面需求。

由于桐柏工作區信息化程度、集成程度均較低，因此在系統開發與集成方面應從基礎做起，以成果資料綜合數據庫為基礎（數據源），開展“河南省桐柏地區金屬及非金屬礦成果信息系統”的設計和研發，初步實現綜合數據庫的集群管理和可視化。

2.4.1 運行環境

1）軟件需求。①運行（系統）平臺：Microsoft Windows X86 系列操作系統、MapGIS K9系列軟件、Oracle 10g數據庫平臺。②開發平臺：Microsoft Visual Studio .Net 2010、MapGIS K9二次開發平臺、Oracle10g開發平臺。③常用軟件：Microsoft Office 2003（及以上版本）、Adobe Photoshop、數字礦調、GeoMAG、GeoDAS、GeoExpl、RGIS、MRAS等軟件。

2）硬件需求。①服務器：HP或IBM中檔及以上服務器（包括磁盤陣列、存儲器及其他附件）2臺。② 計算機：執行前臺任務的計算機普通配置即可，執行后臺任務需中高配計算機（工作站或服務器）。③網絡設備：10-100-1 000 M自適應網卡、交換機、機柜及附件等。④外圍設備：彩色掃描儀、彩色噴墨繪圖儀、打印機、UPS等。

2.4.2 系統結構

系統結構（見圖3）大致可分為前臺子系統（共享服務平臺）和后臺子系統（集成管理平臺），前臺子系統提供專業分析及輔助決策支持，采用B/S結構；后臺子系統實現數據集成和綜合管理，采用C/S結構[5]。

圖3 系統結構示意圖

2.4.3 功能設計

2.4.3.1 多元數據集群管理功能

提供對基礎地理空間數據、各專題屬性數據、成果圖件、文檔資料等的數據庫管理維護，輔助操作人員進行多元多尺度的可視化數據管理，實現對不同時期、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∶5萬基礎地理數據多為Coverage格式，入庫前要將數據轉換為MapGIS格式；接著進行換庫和投影變換等工作，最后將核查無誤的標準化數據導入Oracle數據庫，由MapGIS K9通過數據庫引擎實現數據管理。基礎地質數據和礦產勘查數據涉及的專業較多，其數據處理和管理形式為：①非空間數據，這部分數據一般是參考性數據，不參與空間分析，經過數據處理后，直接入庫。②專業屬性數據，一般為表格數據。按照所屬專業建立屬性表和數據結構，若存在標準化的電子文檔數據，可以直接導入數據庫，如Excel、Access、Dbase格式；若為紙質表格，則可以通過MapGIS K9平臺或Oracle數據庫平臺直接輸入。③空間數據，各專業的基礎圖件、原始數據可通過數據交換，轉換為MapGIS格式，標準化后即可入庫；中間成果一般由原始數據衍生而來，原則上不再入庫，如有需要，根據實際情況酌量入庫；最終成果和研究成果利用其專業平臺的轉換工具，轉換為MapGIS格式。

2.4.3.2 礦區三維建模功能

通過三維可視化方式模擬與表達礦區地質體和地質現象，是對傳統的二維地質信息表達的補充和擴展，便于地學工作者或非專業人員分析地質體的空間展布規律，觀察地質現象的變化，在三維環境下進行地質礦產信息的可視化探析。

為建立礦區三維模型，系統必須根據各種模型的特點開發合適的三維數據結構，選用適當的建模方法建立各種復雜的模型。其中三維數據格式選擇的前提條件有兩點：①能滿足模型空間分析的需要；②能夠在現有地質數據獲取情況下盡量精確刻畫復雜的地質結構。

三維地質模型的建立可采用“預建模型”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模型，并把這種結果保存起來，作為今后運行、顯示的模型數據。系統可重建地下地質體三維空間形態及組合關系，實現地下復雜空間結構與關系的分析和過程的虛擬再現，可基于地質體三維結構模型進行任意切割、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據挖掘技術實現復雜工程地質問題的計算評價研究（圖5～8）。

圖5 三維建模與動態剖切

圖6 地質體建模示意圖

圖7 勘查剖面礦體線框模型

圖8 礦體表面模型

平面數據和三維數據在數據庫中單獨管理，有各自對應的子數據庫，二者疊加的前提是系統可通過二者的相關性，自動計算出平面數據的三維坐標，從而實現空間上的疊加顯示和融合分析。

由于工作區范圍較大，各專業數據較多，本次工作把三維可視化的重點選擇在工作程度較高、礦產地和鉆孔在空間分布上較為連續的3個礦帶上（老灣、大河、圍山城），重點收集大比例尺（大于1∶1萬）地質礦產資料和工程測量數據、鉆孔、巷道（導線坐標）、槽探、淺井、重要地質界線、礦體頂底板坐標等。

2.4.3.3 多專業分析評價與輔助決策功能

提供對基礎地質、礦產地質、地球物理、地球化學、遙感等多種專題數據的查詢、統計和專業分析功能，針對三維地質模型的直觀分析功能，可為資源勘查、規劃管理、工程建設等領域的宏觀決策、社會公益服務提供技術支撐[7]。

2.4.3.4 基于Web的成果資料共享服務功能

通過成果資料的網絡發布與專業服務，實現元數據的發布與檢索、動態信息發布、數據查詢分析、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，實現與協作單位數據服務器的網絡互聯和（元）數據同步，實現成果數據的有限共享和實時更新。

此外，系統還提供對用戶進行分類，按照數據密級設定訪問級別的功能以及其他常用功能。

2.4.4 系統性能測試

信息系統初步完成后，需要經過不斷的調試和改進，使系統不斷完善、趨于穩定。調試完畢后，編寫使用說明，并送由第三方作系統測試。

1）精度。系統數據精度要求不僅能滿足計算機制圖的相應要求，還能夠滿足信息系統進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、穩定的數據處理機制，因此，系統處理速度、檢索時間主要依賴于硬件性能。此外，數據及處理流程的復雜程度也會直接影響系統的處理速度。

3）可擴展性。系統繼承了MapGIS K9的諸多特性，具備較強的可擴展能力，用戶可根據實際需要，對系統進行擴展與維護。

3 結 語

該項目是以桐柏地區的一些重要地質礦產成果為基礎，初步建立起來的集地質資料管理與三維建模為一體的信息系統。系統的總體設計和具體功能還有待完善，尚需在實際應用中根據用戶體驗進行修改。

[1] 徐紹史.加強統籌建用并舉 以信息化規范和創新國土資源管理[J].國土資源信息化,2009(6):3-7

[2] 國土資源部.推進地質資料信息服務集群化產業化工作方案[Z].北京:國土資源部,2010

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[6] 袁鑫.地學綜合信息圖庫管理系統的進一步開發應用[D].長春：吉林大學,2010

[7] 翟黎明.河北省國土資源一張圖和綜合監管平臺架構設計[D].石家莊:河北師范大學,2013

P208

B

1672-4623（2015）04-0037-04

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

王學杰，碩士，工程師，主要從事國土信息化建設工作。

2014-06-25。