地質資料信息服務集群化試點數據庫建設與應用

李 紅，劉忠明，尹 偉，張 嫣

(湖北省地質科學研究所，湖北武漢 430034)

0 引言

國土資源部關于《推進地質資料信息服務集群化產業化工作方案》的通知指出:提高地質資料數字化信息化水平，不斷擴大服務領域，提高服務功能是國外地質工作強國的普遍做法。

2009年全國啟動了地質資料信息服務集群化產業化試點研究工作，上海、湖北、山東、安徽、湖南、青海六省(市、自治區)為首選試點省份，其中上海、安徽以城市地質為特色，湖北以礦業城市為特色，山東、湖南、青海以成礦區帶為特色。通過幾年的工作，各試點省份均建立了自己的地質資料管理服務系統及支撐集群化產業化的工作平臺。自2012起，試點工作面擴大，遼寧、福建等省份也參加到集群化和產業化工作中來。從2013年開始，集群化工作全面推廣，產業化工作開始加強。試點省份提交了集群化產業化成果報告(2012年)，也發表了相關的論文，出版了論文集，對集群化產業化工作進行了較系統總結和有益的探索。

2009年—2012年湖北省地質科學研究所與武漢中地數碼科技有限公司開展了湖北省黃石市城區地質資料信息服務集群化產業化試點研究工作，根據黃石市城區地質需求，探索出了一套適合黃石市地質資料信息服務集群化產業化工作的技術路線和技術方法［1－3］，初步建立了黃石市城區地質資料管理服務系統和地市級地質資料數據中心建設框架［4］。

通過項目組全體技術人員的共同努力，經過幾年的反復試驗，初步探索出了集群化技術路線:地質資料收集→地質資料分類→地質資料整理、編碼→數據錄入、試點數據庫建立→地質三維建模和可視化→地質資料、數據、圖形、模型的管理、統計、分析、評價。其中試點數據庫建設是集群化工作的核心，也是實現地質三維可視化的基礎。本文以黃石市為例就地質資料信息服務集群化中的試點數據庫建設進行一下探討。

1 試點數據庫建立意義

地質資料信息服務集群化的目的就是要實現地質資料、數據的平臺管理和空間分析，建立地質資料數據中心，提升地質資料的管理水平、服務質量，逐步形成地質資料信息服務產業化。其中城市地質資料標準數據庫的建立與管理是集群化的重點，是建立地質資料數據中心的核心。

通過地質資料、數據的建庫和建模，實現城市地質可視化，達到地質空間分析和空間模擬的功能。通過圖形庫和數據庫的關聯，進行二維空間分析和三維空間分析。

建立試點鉆孔數據庫，實現幾何數據和屬性數據的高度關聯。在建立鉆孔標準數據庫的基礎上，構建城市三維地質模型，實現地表地理地質和地下地質體、空間結構的可視化，易直觀和快速地提取城市地質信息，更好地對數據進行評價和對地質體的空間分析表達。

建立標準數據庫是對原始(成果)地質資料和數據的提取、篩選、標準化的一個過程。通過標準化，將不同時期、不同單位、不同標準的零散地質資料和數據納入統一平臺下進行集群管理，發揮地質資料、數據的整體效益。

建立試點標準數據庫，有益于探索工作方法，總結技術標準，積累工作經驗，有利于推進地質資料信息服務集群化。地質資料信息服務集群化和產業化試點工作是一項龐大系統復雜的工程，時間較長，涉及地質、資料管理、計算機、信息化建設等領域，沒有現成的技術標準和規范，必須在現有地質、信息、計算機標準和規范的基礎上，創造性地開展工作。這就要求從事地質資料信息服務集群化試點工作的技術人員邊學習、邊工作、邊總結、邊提高，在建庫建模等方面積極發揮主觀能動性、創造性，創立并完善地質資料、數據建庫標準。

2 數據庫建設原則及數據庫分類

2.1 建庫原則

主要有效優化、循序漸進、適用性、標準化、完整性、可擴充性和可行性等。

2.1.1 循序漸進原則

先試點建庫，后大規模建庫，不斷補充數據和完善數據庫結構。先建立地質資料目錄數據庫、再建立地質資料數據庫，然后建立地質數據庫和地質模型。

2.1.2 成本效益優化原則

軟硬件和系統配置經濟合理，數據精度滿足設計要求，建庫功能展示快。

2.1.3 實用性原則

不僅應考慮方法與手段，還應考慮大數據量的存儲、維護與更新，同時應考慮與現行體制相適應，盡量滿足用戶要求。

2.1.4 可擴充性原則

數據編碼和系統功能、數據、應用領域和軟硬件配置均應可擴充。

2.1.5 可行性原則

應充分考慮與人力、財力相適應，具有有效的數據更新機制和較為迫切的用戶需求，以及適宜的建設周期。

2.1.6 標準化原則

數據分類與編碼、數據庫內容與結構、建庫過程均應采用國家相關標準、行業標準和地方標準。對于正在研發的部分標準予以說明。

2.1.7 完整性原則

數據庫的內容包括城市所有地質資料類型及其數據，通過同一系統實現多庫的集成管理及二維、三維信息的融合。

2.1.8 安全性原則

①地質資料保密，嚴格執行國家保密法;②提高數據的保密安全性，采用國產硬件、軟件及網絡產品;③充分考慮硬件的安全性，網絡的安全性以及數據的保密安全性;④保持數據的容災能力，根據數據集的類型不同，確定不同的數據備份策略。

2.2 數據庫分類

地球科學大詞典中，數據庫(data base)是這樣定義的:在計算機外存儲器中，服務于一種或多種應用的，按一定組織方式存儲在一起的相關數據項的集合。這一集合具有較小的冗余度，較高的數據獨立性、安全性和完整性，可供數據共享。數據庫的這些特性是由數據庫管理系統軟件提供的通用存取控制方法實現的。數據庫的分類方法很多，按其組織結構可分為層次、網狀和關系數據庫;按其中所存儲數據的特點可分為事實數據庫、模糊數據庫等;按其應用領域可分為地質數據庫、商用數據庫、工程數據庫等等。地質資料信息服務集群化中試點數據庫一般分為原始、標準和成果數據庫。

2.2.1 原始數據庫

指收集到的各種地質資料與數據。不加任何修改，保持其原有性質。

2.2.2 標準數據庫

指系統進行常規分析評價、三維建模所使用的基礎數據的集合，包括地理信息數據、區域地質數據、水文地質數據、工程地質數據、礦產資源數據、地質災害數據、地球物理數據、地球化學數據、礦產勘查數據、礦產開發數據等，按數據類型分有矢量圖形、屬性數據表、柵格數據、影像數據、文本數據。

2.2.3 成果數據庫

指系統生成的各類成果資料的數據集合，包括有關專業的成果圖件、三維模型分析結果，按數據類型分有矢量圖形、三維空間數據、數據表、圖片數據、視頻數據等。該層次的數據允許進行編輯修改。

3 數據庫建立技術方法

3.1 技術路線

數據庫建設技術路線是:地質數據需求調查→地質數據要素全面清理→數據庫設計→試點數據錄入建庫與調試→數據錄入建庫→數據更新、維護。數據庫設計要求反映的地質要素要全，由空間數據和屬性數據組成，結構合理，操作性強。待數據庫建設方法成熟后，進行大規模數據錄入，正式建立數據庫。

3.2 技術方法

不同的階段，技術方法也不一樣。

3.2.1 地質數據需求調查

多次征求了省、市級國土資源主管部門的地質需求意見，并進行了系統的歸納與清理。通過黃石市人民政府關于黃石市城市的轉型政策，了解城市建設、城市環境恢復治理等地質需求。

3.2.2 地質數據要素全面清理

在地質數據分類的基礎上，對不同的地質數據進行要素全面清理，數據庫設計充分考慮地質數據要素的齊全性，既要有空間數據，又要有屬性數據。例如，在清理褶皺數據要素時，充分利用地球科學大詞典，將所有褶皺要素列入字段設計，并附加空間數據。這樣的數據庫大而全，實際上是一個數據庫倉庫，在此基礎上，根據需要，選取一些要素，可建立新的數據庫(子數據庫)。

3.2.3 數據庫設計

在統一系統下，根據地質數據要素和地質需求，設計數據庫內容、結構、字段。并組織少量數據進行試錄入建庫，不斷發現問題，與軟件公司進行溝通，完善數據庫設計。

這里以地質鉆孔為例簡單說明試點數據庫的設計。

每一個鉆孔資料分為兩大部分:鉆孔基本信息(表1)和鉆孔分層信息(表2)，用基本信息(表1)定位鉆孔的空間位置，用分層信息(表2)描述地層內部結構，兩者之間具有一定的約束關系，通過字段HOLEID(中文名:鉆孔ID)進行索引。

表1 鉆孔基本信息——ZK_HOLEINFOTable 1 Basic information of drilling

鉆孔基本信息，用于定位鉆孔在空間中的位置及其基本特征，包括鉆孔編號、橫、縱坐標、鉆孔ID、孔口標高、深度、類型、級別等。

鉆孔的分層信息，描述鉆孔在地層內的幾何特征。包括鉆孔ID，用于索引鉆孔信息的唯一標識;標準分層版本 ID，用于標識分層信息的標準，統一各地層名稱;頂板埋深，地層的開始深度;底板埋深，地層的終止深度;巖性名稱，地層的標準名稱;巖性描述，地層信息描述。

基本信息可以直接從原始數據中提取，而分層信息則是地質人員進行了大量的整理工作，例如，地層巖性適度合并，當遇到斷層時的處理等等，從而建立標準分層數據。

表2 鉆孔標準分層——ZK_HOLELAYERTable 2 Standard delamination of drilling

3.2.4 試點數據錄入建庫與調試

組織一定數量的地質數據進行試點建庫，并不斷征求用戶的意見、行政主管部門和信息化專家的意見，最終形成較完善的數據庫設計。

鉆孔數據可以直接建立Excel表格(圖1)，整理無誤后再通過導入界面導入到數據庫(圖2)。

3.2.5 數量與數據質量控制、檢查與驗收、質量評述

數量與數字質量控制與檢查:主要有人工檢查、系統查錯，然后人工改正。

以鉆孔數據錄入建庫為例，在數據導入到系統前，要檢查11項:①坐標、標高、孔深是否正確;②是否按規定模板錄入和導入;③鉆孔是否在黃石市城區內;④是否少項;⑤孔號編排是否合理正確，歸區是否正確;⑥分層是否合理;⑦不能出現單一層(沒有劃層);⑧層底埋深從上至下，數據是否從小到大，有沒有異常值出現;⑨層序與標準層序是否一致、合理;⑩鉆孔ID號是否具有唯一性(不能出現重復、漏號現象);○11特殊情況下地層巖性適度合并，保持地質體的連續性。

圖1 鉆孔數據Fig.1 Data of drilling

圖2 導入界面Fig.2 Introduction interface

鉆孔數據進入系統中生成的三維模型是否失真。如果失真，針對出現異常的鉆孔進行檢查，從原始地質資料入手，到編碼、標準化和錄入整個環節進行檢查，找出錯誤進行修改。項目組安排了2名專職的地質資料管理員，對資料進行了嚴格的登記、歸檔管理，可以調取工作過程中任一環節的資料與信息，因此，可以快速發現并糾正錯誤。

數據驗收:項目組員提交的數據由小組長負責檢查，然后提交項目負責進行檢查驗收，最后交由地質資料管理員存檔。建成庫的數據直接由系統統計讀出，如鉆孔數據數量。所有的地質數據均有目錄表，方便檢查與驗收。

數據質量評述:利用他人數據，要對其進行可靠性評價。對于元素地球化學測試數據，有化學分析數據，用化學分析數據;沒有化學分析數據，用光譜定量數據;沒有光譜測試數據，光譜半定量測試數據不可用。還有，充分利用權威測試機構測試的數據。再有，利用經過評審鑒定的數據，慎用未經評審鑒定的數據。對于一個地質體，不同類型的分析數據應匹配，如果出現不協調，則要檢查是什么類型數據出了問題。

3.2.6 數據更新、維護

及時對地質數據實行增加、刪除。

4 試點數據庫應用

利用建立好的鉆孔數據庫可生成柱狀圖、剖面圖及三維模型圖。

4.1 鉆孔柱狀圖生成

根據MapGis K9提供的鉆孔柱圖生成模板，自動生成各專業鉆孔柱狀圖(圖3)，系統還提供方便的修改編輯方式。

可以對生成的柱狀圖進行調整，包括修改數據、調整比例尺等。還可將柱狀圖保存為矢量格式文件，以便在常用的外部GIS平臺環境中進行進一步的編輯。

系統提供鉆孔輔助分層功能(如修改地層屬性、增加、刪除地層、合并地層等功能)，可根據已有的知識經驗，在自動生成鉆孔柱狀圖基礎上，對分層數據進行修改，在授權情況下，允許更新基礎數據庫中的原有鉆孔分層信息。

4.2 鉆孔剖面圖生成

根據選定的鉆孔數據和設定的地層連接方式(如尖滅位置等)輔助生成鉆孔之間的地質剖面圖(圖4)，剖面圖生成時按照先連大層，后連小層的規則進行鉆孔間地層的連接，對于長的鉆孔底部的地層沒有其他鉆孔與之對應，對這些地層進行平推，外推距離為鉆孔間距離的1/2或1/3，或者通過人工干預完成。同樣剖面圖也具有相應的編輯功能。

圖4 鐵山區地質剖面生成Fig.4 Generation of geological profile in Tieshan ore district

4.3 礦床地質三維模型生成

選擇工程地質鉆孔和礦區地質鉆孔662個，錄入、導入標準數據庫，進行鐵山礦區地質三維建型(圖5)。

圖5 鐵山礦區一礦段剖面模型Fig.5 Profile model of ore section in Tieshan ore district

5 結語

本文從地質資料信息服務集群化中的試點數據庫建設入手，結合實際工作，提出了地質資料建庫的工作思路和技術方法。在此試點項目中，最關鍵是將各種地質數據建立起標準數據庫，但就地質資料內容的復雜情況來看，至少目前存在很大的難度，值得進一步的深入研究。

［1］ 劉忠明，王建新.礦業城市地質資料信息服務集群化和產業化工作方法探討［J］.資源環境與工程，2011，23(增刊):91 －94.

［2］ 劉忠明，韓培光，李紅，等.黃石市城區地質資料信息服務集群化試點工作的初步探索［J］.華南地質與礦產，2012，28(1):84 －90.

［3］ 曾俊，劉忠明，韓培光.地質資料信息服務集群化中地質資料匯交管理和共享機制的初步探索—以黃石市為例［C］//全國第八屆地質資料學術研討會論文集.北京:地質出版社，2012:128－131.

［4］ 劉忠明，徐波，姚燕，等.地市級地質資料數據中心建設框架初步研究—以黃石市為例［C］//全國第八屆地質資料學術研討會論文集.北京:地質出版社，2012.