數字地質調查系統空間數據庫建設

李敏，傅潔，陳安蜀，李磊，牛廣華，張燕

1.中國地質調查局天津地質調查中心，天津300170；2.中國地震局第一監測中心，天津300180

數字地質調查系統空間數據庫建設

李敏1，傅潔2，陳安蜀1，李磊1，牛廣華1，張燕1

1.中國地質調查局天津地質調查中心，天津300170；2.中國地震局第一監測中心，天津300180

在現代信息技術和空間技術高速發展的今天，區域地質調查工作過程的數字化已經成為一種必然趨勢，它能更好地實現信息共享和數據更新，為地質工作服務.區域地質圖空間數據庫的建設為基礎地質調查規劃部署、地方資金找礦勘探提供了重要的數據支撐，是地質調查成果數字化、信息化及國土資源部數字化工程的重要組成部分.通過對數字地質圖空間數據庫的組織模型、空間存儲及屬性繼承、輔助建庫工具、質量監控的闡述，為建庫提供了技術保障，保證了數據的精度，有效提高了建庫效率.

數字地質調查系統；空間數據庫；空間存儲；屬性繼承；質量監控；元數據

區域地質圖空間數據庫的建設不僅可向社會各界提供基礎性地質資料和信息，更好地為國民經濟發展和建設規劃提供基礎素材，同時也為國家制定經濟發展的戰略決策，保證國土資源信息化工作的高水準高效率提供基礎數據支撐，為國家經濟持續發展起到有力的促進作用.

區域地質圖空間數據庫是應用地理信息系統和數據庫技術，將地質圖及相關數據存儲于計算機而形成的數據庫.它包含兩個方面：其一是將已匯交出版的地質圖進行圖形矢量化、點線編輯修改、屏幕檢查與素圖輸出檢查、圖形校正、建立拓撲、建立分層文件、屬性編輯、圖元與屬性的一致性、投影變換等，最終形成地質圖數據庫及相應的圖件；其二是近年采用的野外數字填圖系統直接生成的地質圖數據，利用野外填圖數據來進行地質圖編輯、數據庫建設和噴繪紙圖，最終形成的數據庫可以在計算機上查閱和檢索一個圖幅或更大范圍內的地質礦產基本特征.

數字地質圖空間數據庫應用地學模型的基礎內容標準、專用標準和應用模式的關系與規則，通過要素類或對象類的擴展建立具體數據庫的數據模型，是我國第三代地質圖數據模型.以數字地質調查系統為基礎，通過面向對象的數據模型，采用選擇文件更新的方式繼承編稿原圖數據，對空間數據庫涉及的空間拓撲及屬性信息進行無縫集成、迭代建庫，實現了從實際材料圖、編稿原圖到空間數據庫等數據庫群的不同階段數據流的“繼承與傳遞”，既保證了數字填圖過程中不同階段的數據庫的數據繼承與被繼承關系，同時也保證了各個階段數據庫的原始性和獨立性［1］.

1 地質圖空間數據庫組織模型

數據模型是對空間實體數據關系的抽象.地質數據模型是對地質實體及關系的抽象，是地質應用問題向計算機應用系統轉換的橋梁，是地質數據庫建設和地質信息系統開發的能基礎［2］.

地質圖空間數據庫組織模型把地質圖數據組織成關系型的數據對象:對象類、要素類、關系類、綜合要素類和要素數據集.一個對象類在地理數據庫中是一個表,存儲非空間數據.一個要素類是具有相同幾何類型和相同屬性的要素的集合.一個要素數據集是共享空間參考系統的要素類的集合.關系類是由一個關系規則構成的關聯集合（可以用關聯、依賴、組合和繼承來描述對象之間的關系規則）.綜合要素類與要素類相同，是共享空間參考系統的多個要素類的集合，在地質圖數據模型中由復合地質點、線、面要素實體類構成，但不與其他要素類構成拓撲關系.該數據模型對空間要素的定義更接近于現實世界，這種面向對象的數據模型使用戶可以根據具體的需要進行擴展，具有用戶自定義的特征.在地質圖空間數據庫中建立了一個不屬于任何要素數據集的要素類，稱為獨立要素類.獨立要素類需要建立自己的空間參考系統，并設定自己的投影系統參數和/X/Y域.地質圖空間數據庫的組織模型如圖1所示［3］.

圖1 地質圖空間數據庫組織模型Fig.1 Architecture model of geological map spatial database

地質圖屬于基礎數據庫類，利用15個基本要素類、8個綜合要素類、12個對象類組成的地質圖空間數據模型，形象化描述了地質圖的數據（實體）之間的聯系和有關語義約束規則，對數據模型規定的數據的內容、結構、行為和語義進行一致化的描述.區域地質圖空間數據庫基本要素類、綜合要素類、對象類分類表如表1所示.

表1 數字填圖分類表Table 1 Classification of digital mapping

2 數字填圖方法空間存儲及屬性繼承

數字地質調查系統結合面向對象的地質圖空間數據庫模型，采用數據模型繼承技術，通過數據流“?！碧幚恚?-9］（圖2），提供了地質圖空間數據庫數據（空間拓撲、屬性信息）無縫集成和迭代建庫的技術方案，實現了地質圖空間數據庫一體化建庫模式.

圖2 PRB數據流“?！盕ig.2 PRB data stream stack

首先，自動繼承編稿原圖的地質面文件和線文件的空間信息以及屬性信息到空間數據庫要素類.當要素類屬性錄入結束后，利用“自動從地質體面實體提取對象類，自動從地質界線提取斷層對象類功能，自動從標準圖框（內圖框）中提取圖幅基本信息”實現對象類屬性數據的部分自動繼承.并不是所有要素類的屬性都可以繼承，部分綜合性屬性需要逐個輸入，進而完善對象類屬性數據.除標準內圖框外，其余綜合要素類均為區文件，這些綜合要素類數據輸入時應首先根據綜合要素類對應的地質含義建立它的臨時區文件.其次，考慮到建立拓撲關系的實體沒有帶空間數據庫標準的結構，因此，需要把新建的綜合要素類合并到綜合相應的空間要素類，以便整合和獲得數據結構，在此基礎上完成綜合要素類的數據輸入.

通常，一個要素類的所有對象有相同的行為和屬性，但并不是所有的對象共享相同的屬性域.當一個要素類的對象使用不同的屬性域時，使用不同屬性域的對象就構成要素類或表的子類型.子類型的使用使得數字地質調查系統空間數據庫建立時，不需要進行圖層剝離，而是通過子類型標識中唯一的屬性字段進行圖層的區分，大大提高了信息組織的完整性、靈活多樣性.地質體面實體和地質界線的子類型分別如表2、3所示.

表2 地質體面實體子類型Table 2 Subtypes of geologic bodies

表3 地質界線子類型Table 3 Subtypes of geological boundaries

3 數字地質圖空間數據庫建庫工具

數字地質調查系統空間數據庫建設實現了自動給要素類賦ID值：系統可以為每一個要素類賦ID號，也可一次性的對所有要素類（綜合要素類、基本要素類）賦ID值.自動賦地質界線兩側的地質體代號：以圖幅為單位，自動將所有地質體界線兩側的地質體代號賦給相應地質界線的左地質體代號、右地質體代號屬性中；自動給斷層編號字段加圖幅編號；選擇產狀合并到空間數據庫（產狀無屬性）：系統可以將不帶屬性結構的產狀文件合并到空間數據庫的產狀要素類.

同時，數字地質調查系統提供了一系列輔助建庫工具，解決了建庫技術流程中的可操作性問題.建庫工具主要包括3個方面.

（1）屬性編輯與全局管理工具

屬性編輯與全局管理工具實現了要素類從空間到屬性、從屬性到空間的整合以及對基本要素類、綜合要素類和對象類的綜合管理.

（2）數據一致性檢查工具

數據一致性檢查工具從兩個方面檢查：①對區和線的拓撲錯誤以及線、弧一致性進行檢查.②檢查基本要素類和對象類的一致性：包括對象類存在，要素類必須存在；從要素類提取的對象類與已經存在的對象類必須一致.

（3）屬性與制圖信息整合工具

屬性與制圖信息整合工具從3個方面檢查：①檢查地質體面實體的地質代號與圖形參數（顏色）是否一致，包括一種地質代號所對應的地質體顏色是否唯一，一種地質體顏色所對應的地質代號是否唯一；②檢查地質界線代碼與線型是否一致；③檢查產狀類型名稱、產狀類型名稱代碼、產狀是否一致.

此外，在地質圖空間數據庫建庫過程中，如果已經做了大量工作，再重新拓撲，原有的區文件信息就會丟失，為了解決這個問題，數字地質調查系統提供了“生成label點文件（帶參數）”，通過區文件生成的label點既能記錄區屬性，也能記錄區參數.當重新拓撲重建時，原先生成的區的顏色和屬性均丟失，可以利用label點與區合并的功能恢復大部分圖元的屬性和參數.

4 地質圖空間數據庫的質量監控

地質圖空間數據庫建庫過程主要體現在對空間數據、屬性數據的操作和數據質量的檢查上.整個流程中，首先應該注意空間數據質量.換句話說，在空間數據庫操作窗口之前，應反復檢查編稿地質圖，消除所有制圖問題，主要包括以下幾個方面.

（1）數字地質調查系統空間數據庫要求坐標系類型為投影平面直角，橢球參數為“北京54”或“西安80”，投影類型為高斯克呂格.

（2）空間數據質量：①無重疊線、重疊坐標；②無懸掛線,不作為地層分界線的斷層的懸掛線要保留,其他由此產生的懸掛弧段要刪除；③系統參數設置中的結點、裁剪搜索半徑設置不大于10-9；④結點的建立，包括斷層切割地質體，水系的主干與支流；⑤地層接觸關系正確，地質界線壓蓋合理；⑥不同圖層共用界線一致（圖層套合）；⑦多邊形要封閉；⑧統一每個圖層的投影參數和TIC點信息.

5 元數據庫的建立

元數據是“關于數據的數據”或“關于信息的信息”，在地理信息系統中用于描述地理數據集的內容、質量、表示方式、空間參照系、管理方式以及數據集的其他特征，它是信息化社會中地學信息共享的關鍵，并作為“數字地球”的六大技術之一，引起了全球的高度重視［10］.可擴展標記語言（Extensible Markup Language,XML）是目前使用最廣泛的結構化語言，可以滿足元數據標準的定義、表達、驗證、檢索等操作需要［11］.

元數據采集應嚴格按照《地質信息元數據標準》（DD2006-05）和元數據庫采集說明書，盡量系統、完整、全面地反映數據庫的詳細情況和狀態：包括圖幅基本信息、處理過程、屬性結構等.

6 數字地質圖空間數據庫檢索

地質圖空間數據庫是以圖幅方式組織的，利用數字地質調查系統可以進一步整理和使用多個圖幅下的地質圖空間數據庫成果數據.包括根據需要加載多幅空間數據庫數據；交互式查詢和檢索不同要素類屬性；地質要素檢索,檢索條件包括要素類到對象類、對象類到要素類、對象類到對象類的檢索，用戶可自選；根據地質年代檢索要素類；地理內容的檢索；專題圖層的生成.

7 數據整理與服務產品開發成果

（1）通過建立元數據庫，實現對區域地質空間信息的編目、管理與發布.

（2）開發完成了基于元數據的空間查詢檢索系統，實現了基于標準分幅數據的空間查詢、輸入極值坐標與拐點坐標串的空間范圍查詢、按整裝勘查區、成礦遠景區與成礦區帶業務數據空間查詢、按省地級市范圍行政區查詢、按矩形或多邊形的范圍查詢以及結合元數據中關鍵詞的屬性查詢.通過檢索查詢使用戶了解圖幅的空間位置、圖幅區調與數據庫相關信息以及數據存放與借閱的相關信息.

（3）區域地質圖空間數據庫的建設為重要礦產資源調查評價、基礎地質調查等提供基礎性數據，為開展礦產資源潛力評價和整裝勘查提供基礎性數據，為社會經濟的發展提供了強有力的支撐與服務.

（4）利用區域地質圖空間數據庫形成的圖件，快速編制如交通工程前期論證、施工勘查、水利、電力工程施工勘查等方面的圖件，更好地服務于相關專業，從而獲得更大的經濟效益和社會效益.

8 結語

數字地質調查系統采用Geodatabase建立面向對象的數字地質圖空間數據庫，可以從地學空間概念的抽象到數據模型的物理實現保持一致，而且過渡自然，不需要復雜的模型轉換.Geodatabase數據模型使得數據庫的某一字段將不再只存儲地學數據類型，而是一個定義了其行為、包含對象屬性的數據［12］，同時，使得各空間實體的拓撲關系能夠直觀反映，數據精度得到提高，建庫質量得到保障，有效降低了數據冗余、減輕了建庫工作量.

地質圖空間數據的建設、數據整理以及相關服務產品的開發為地質人員開展礦產資源潛力評價、整裝勘查提供了數據支撐和強有力的服務，使地質資料更好地為國土資源合理開發利用服務，為新開展的國土資源調查、礦產資源規劃、礦產開發、地質環境及災害治理等工作提供了快速方便、準確的基礎地質信息.

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SPATIAL DATABASE CONSTRUCTION IN DIGITAL GEOLOGICAL SURVEY SYSTEM

LI Min1,FU Jie2,CHEN An-shu1,LI Lei1,NIU Guang-hua1,ZHANG Yan1

1.Tianjin Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Tianjin 300170,China; 2.The First Monitoring Centre of China Seismological Burea u,Tianjin 300180,China

With the rapid development of modern information and space technology,the digitization of regional geological survey has become an inevitable trend,which can achieve better information sharing and data update for geological work. The analysis on the architecture model of digital geological map spatial database,space storage,property inheritance, auxiliary tools for database building and quality monitoring is proposed,which offers technical guarantees for the building of spatial database and accuracy of data and improves the efficiency of spatial database building as well.

digital geological survey system;spatial database;space storage;property inheritance;quality monitoring; metadata

1671-1947（2015）02-0164-05

P628

A

2014－08－12；

2014-09-29.編輯：周麗、張哲．

中國地質調查局項目“區域地質圖數據庫建設”（1212011220342）.

李敏（1984—），女，碩士，工程師，現主要從事地理信息系統研究、空間數據庫建設工作，通信地址天津市河東區大直沽八號路4號，E-mail//liminyj@126.com