關(guān)于全國重要地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)建設(shè)的思考

王 斌，梁銀平，韓 健，張立海

（國土資源實(shí)物地質(zhì)資料中心，河北 三河 065201）

關(guān)于全國重要地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)建設(shè)的思考

王 斌，梁銀平，韓 健，張立海

（國土資源實(shí)物地質(zhì)資料中心，河北 三河 065201）

地質(zhì)鉆孔資料是地質(zhì)工作形成的最重要資料，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全國地質(zhì)鉆孔資料的網(wǎng)絡(luò)化信息共享，對(duì)我國國民經(jīng)濟(jì)和地質(zhì)行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料數(shù)據(jù)特點(diǎn)，本文介紹了全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)建設(shè)的目標(biāo)任務(wù)和設(shè)計(jì)原則，重點(diǎn)研究了服務(wù)平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)、主要功能以及大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、集群節(jié)點(diǎn)架構(gòu)自動(dòng)對(duì)等、四叉樹切片、無級(jí)平滑縮放等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，并就鉆孔資料涉密信息處理和服務(wù)平臺(tái)更新維護(hù)提出了解決措施和建議。

鉆孔；地質(zhì)資料；數(shù)據(jù)庫；平臺(tái)

地質(zhì)鉆孔資料是地質(zhì)工作形成的第一手資料，是人類認(rèn)識(shí)地球最直接的原始地質(zhì)信息記錄。新中國成立以來，特別是近十幾年，我國開展了大規(guī)模的區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源勘查評(píng)價(jià)和地質(zhì)科學(xué)研究等工作，獲得了大量的十分珍貴的地質(zhì)鉆孔資料。縱觀全球，美國、英國、加拿大、德國、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家非常重視地質(zhì)鉆孔資料的采集、管理和利用，紛紛開展了不同程度的地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫建設(shè)，并對(duì)外提供網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)利用。為進(jìn)一步提高我國地質(zhì)鉆孔資料信息化水平和服務(wù)效率，2009年我國將鉆孔數(shù)據(jù)庫建設(shè)列為“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容。

2011年，我國開展了地質(zhì)鉆孔基本信息清查工作，掌握了我國各地勘單位保管的地質(zhì)鉆孔類型、分布及數(shù)量，建立了全國地質(zhì)鉆孔基本信息數(shù)據(jù)庫，包含全國除油氣、海洋和放射性鉆孔外的958102個(gè)鉆孔的基本信息。2013年，我國啟動(dòng)了全國鉆孔數(shù)據(jù)庫建設(shè)工作，目前已初步建立了階段性全國鉆孔數(shù)據(jù)庫，包含全國445個(gè)地勘單位9216個(gè)項(xiàng)目的166683個(gè)鉆孔的基礎(chǔ)信息，總數(shù)據(jù)量達(dá)2.8TB。充分利用已有地質(zhì)鉆孔資料，有利于降低地質(zhì)工作風(fēng)險(xiǎn)，減少重復(fù)工作，避免資金浪費(fèi)［2］。為盡快將鉆孔數(shù)據(jù)庫成果向社會(huì)提供服務(wù)利用，充分發(fā)掘地質(zhì)鉆孔資料價(jià)值，擴(kuò)大地質(zhì)鉆孔資料應(yīng)用范圍，高效服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)和其它相關(guān)學(xué)科研究，建設(shè)全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)十分必要。

1 目標(biāo)任務(wù)

采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，按照全國地質(zhì)鉆孔資料信息一張圖的建設(shè)思路，根據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、分布部署、集成服務(wù)”的原則，建設(shè)完成具有數(shù)據(jù)輸入、輸出、檢索查詢、統(tǒng)計(jì)分析、圖形制作與三維可視化、數(shù)據(jù)管理與維護(hù)等功能的分布式全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)匯集地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)信息并提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)支撐。

2 設(shè)計(jì)原則

1）分層設(shè)計(jì)原則。平臺(tái)由多層組成，每層完成獨(dú)立功能。各層的功能基于同層和底層的功能之上，上層只能調(diào)用本層和下層的接口。每層內(nèi)部分多個(gè)模塊，各模塊之間相互獨(dú)立，但數(shù)據(jù)流雙向交換。

2）組件式開發(fā)和可擴(kuò)展性原則。為方便系統(tǒng)功能擴(kuò)展，宜采用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)SOA（Service－Oriented Architecture，SOA）開放標(biāo)準(zhǔn)，將主要功能寫成專門的模塊或類。模塊功能強(qiáng)內(nèi)聚、模塊間耦合度小。在系統(tǒng)后期功能擴(kuò)展和更新維護(hù)中只需修改參數(shù)、調(diào)用或開發(fā)新的模塊即可實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。

3）標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和安全性原則。平臺(tái)應(yīng)遵循信息技術(shù)方面的國家和行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，確保信息資源存儲(chǔ)、傳輸和應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和安全性［5］。

4）可靠性原則。平臺(tái)應(yīng)有很強(qiáng)的容錯(cuò)和處理突發(fā)事件以及報(bào)錯(cuò)能力，不至于因某個(gè)動(dòng)作或突發(fā)事件而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或系統(tǒng)癱瘓［6］。

5）快速性原則。平臺(tái)應(yīng)建立鉆孔數(shù)據(jù)的字段索引信息，提高鉆孔信息檢索查詢速度。

3 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 服務(wù)平臺(tái)總體功能設(shè)計(jì)圖

圖2 服務(wù)平臺(tái)總體技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)應(yīng)是以Internet技術(shù)為基礎(chǔ)，采用面向服務(wù)（SOA）構(gòu)架、Web Service技術(shù)、基于國家測(cè)繪地理信息局開發(fā)并對(duì)外發(fā)布的天地圖作為地理底圖，開發(fā)而成的B/S模式（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器）的分布式地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)。該平臺(tái)主要由前端界面功能、后臺(tái)數(shù)據(jù)管理和安全運(yùn)行維護(hù)管理三部分組成。服務(wù)平臺(tái)總體功能設(shè)計(jì)如圖1所示，總體技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，各技術(shù)功能說明如表1所示。

表1 各技術(shù)功能說明

4 服務(wù)平臺(tái)主要功能和關(guān)鍵技術(shù)

目前，全國鉆孔數(shù)據(jù)庫中主要包含地質(zhì)鉆孔保管單位、項(xiàng)目、鉆孔基礎(chǔ)信息和巖芯圖像信息。為滿足政府部門和各省級(jí)地質(zhì)資料館藏機(jī)構(gòu)的鉆孔數(shù)據(jù)管理和綜合利用以及社會(huì)公眾的檢索查詢和服務(wù)利用需求，全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)應(yīng)實(shí)現(xiàn)鉆孔數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)、管理、檢索、圖形制作與三維可視化、數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析等功能。全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)主要功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)包括以下方面。

1）采用非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的虛擬分布式存儲(chǔ)。目前，全國地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)是采用MS Access數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)。由于其局限性，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)全國鉆孔數(shù)據(jù)的綜合管理與利用。由于鉆孔數(shù)據(jù)庫中占存儲(chǔ)量較大的主要是JPEG、TIF格式的工程布置圖、勘探線剖面圖、鉆孔柱狀圖和PDF格式的樣品分析結(jié)果表，為實(shí)現(xiàn)對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的有效組織和高效管理，服務(wù)平臺(tái)應(yīng)采用NoSQL型數(shù)據(jù)庫（如Big Table和Dynamo數(shù)據(jù)庫等）。

2）支持分級(jí)樹狀和等權(quán)網(wǎng)狀架構(gòu)模型。作為全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)各單位之間地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)信息的資源共享、信息共享和成果共享以及多元信息的協(xié)同共享，建立地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通的節(jié)點(diǎn)群。服務(wù)平臺(tái)的開發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)在實(shí)現(xiàn)分級(jí)樹狀架構(gòu)模型基礎(chǔ)上，還應(yīng)支持可跨域的等權(quán)網(wǎng)狀架構(gòu)模型。

3）實(shí)現(xiàn)地質(zhì)體屬性編碼解析。利用地質(zhì)要素自動(dòng)解析技術(shù)，對(duì)已有地質(zhì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行地質(zhì)體屬性編碼解析，并通過地質(zhì)數(shù)據(jù)編碼接口、XML JSON技術(shù)實(shí)現(xiàn)客戶端就某一位置的地質(zhì)體屬性信息查看請(qǐng)求。

4）開發(fā)鉆孔數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、傳輸和發(fā)布工具。利用計(jì)算機(jī)并行處理技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)能實(shí)現(xiàn)MS Access鉆孔數(shù)據(jù)庫快速批量導(dǎo)入到服務(wù)平臺(tái)，以及鉆孔數(shù)據(jù)的一鍵式發(fā)布的鉆孔數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、傳輸、導(dǎo)入和發(fā)布工具。并利用集群節(jié)點(diǎn)自動(dòng)對(duì)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)和分節(jié)點(diǎn)鉆孔數(shù)據(jù)的定時(shí)和強(qiáng)制對(duì)等，實(shí)現(xiàn)全國各節(jié)點(diǎn)鉆孔數(shù)據(jù)的及時(shí)更新。

5）實(shí)現(xiàn)鉆孔柱狀圖、勘探線剖面圖和工程布置圖等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的無級(jí)平滑縮放。利用四叉樹切片、無級(jí)平滑縮放、微軟銀光內(nèi)核等技術(shù)，將非結(jié)構(gòu)化的鉆孔柱狀圖、勘探線剖面圖和工程布置圖按照像素大小自動(dòng)識(shí)別并進(jìn)行至少10級(jí)切片，確保其在互聯(lián)網(wǎng)能夠快速瀏覽查看。

6）實(shí)現(xiàn)地質(zhì)鉆孔在天地圖上的空間展現(xiàn)與集群式發(fā)布。以鉆孔為單元，利用鉆孔經(jīng)緯度坐標(biāo)在天地圖上進(jìn)行快速投點(diǎn)顯示，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)鉆孔的地圖檢索查詢，并以Tab頁或氣泡窗口形式進(jìn)行地質(zhì)鉆孔保管單位、項(xiàng)目和鉆孔基礎(chǔ)信息的瀏覽查看。

7）實(shí)現(xiàn)地質(zhì)鉆孔柱狀圖、巖芯掃描圖像和鉆孔基礎(chǔ)屬性信息的“一張圖”組合綜合顯示。利用先進(jìn)的圖像瀏覽顯示技術(shù)如流媒體、切片等，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)鉆孔柱狀圖、巖芯掃描圖像、鉆孔基礎(chǔ)屬性信息和樣品元素測(cè)試分析結(jié)果數(shù)據(jù)等按照鉆孔深度以“圖表”形式從上到下依次顯示，并按鉆孔深度依次注明地質(zhì)時(shí)代、層位、分層、巖性描述、巖性花紋、元素測(cè)試分析結(jié)果等信息。

8）實(shí)現(xiàn)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)管理、關(guān)鍵字查詢、模糊查詢、高級(jí)查詢、矩形查詢、多邊形查詢、目錄樹查詢、統(tǒng)計(jì)分析等功能；實(shí)現(xiàn)某礦區(qū)或特定區(qū)域的三維地質(zhì)建模、勘探線剖面圖劃切、鉆孔柱狀圖生成、礦體圈定、儲(chǔ)量計(jì)算等功能。

9）實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)終端和移動(dòng)終端的在線瀏覽和檢索查詢功能。

10）開發(fā)必要的調(diào)用接口。利用XML Web Service技術(shù)開發(fā)必要的服務(wù)平臺(tái)前臺(tái)調(diào)用接口、后臺(tái)數(shù)據(jù)調(diào)用接口以及支持與其它系統(tǒng)或軟件的調(diào)用接口。

5 鉆孔數(shù)據(jù)處理和更新維護(hù)的幾個(gè)問題

5.1 鉆孔坐標(biāo)精度的處理

按照國家涉密地質(zhì)資料管理和服務(wù)的相關(guān)法律法規(guī)和文件規(guī)定，服務(wù)平臺(tái)公開發(fā)布的鉆孔位置精度必須優(yōu)于50m，因此需要對(duì)鉆孔經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行漂移技術(shù)處理。處理方法有兩種：一是利用國家測(cè)繪地理信息局開發(fā)的鉆孔坐標(biāo)非線性抖動(dòng)處理軟件對(duì)鉆孔精度進(jìn)行處理；二是根據(jù)圓的參數(shù)方程：x′＝x＋1＊sinθ，y′＝y(tǒng)＋1＊cosθ（x表示緯度，y表示經(jīng)度，θ為隨機(jī)數(shù)），利用高級(jí)編程語言中的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，開發(fā)鉆孔坐標(biāo)隨機(jī)漂移處理工具對(duì)鉆孔坐標(biāo)進(jìn)行降低精度處理，使鉆孔位置精度符合涉密技術(shù)要求。

5.2 工程布置圖和勘探線剖面圖涉密信息的技術(shù)處理

工程布置圖和勘探線剖面圖涉及大量的地理信息、等高線信息、參照物信息等，需要對(duì)其進(jìn)行降低分辨率、像素抽稀、縮小圖片大小、消除或屏蔽涉密信息等技術(shù)處理，從而有效保護(hù)地質(zhì)資料，使其合理開發(fā)利用。

5.3 鉆孔柱狀圖涉密信息的技術(shù)處理

鉆孔柱狀圖中含有鉆孔經(jīng)緯度坐標(biāo)、孔口高程等涉密數(shù)據(jù)，需利用CorelDraw、Photoshop等軟件對(duì)其進(jìn)行擦除、遮蓋等技術(shù)處理。

5.4 服務(wù)平臺(tái)的更新維護(hù)

服務(wù)平臺(tái)建設(shè)完成后，更新維護(hù)是關(guān)鍵。服務(wù)平臺(tái)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)信息的更新維護(hù)，主節(jié)點(diǎn)應(yīng)由國家地質(zhì)資料館藏機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)；各分節(jié)點(diǎn)應(yīng)由各省（區(qū)、市）地質(zhì)資料館藏機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)，各省（區(qū)、市）只需每年度末將鉆孔數(shù)據(jù)以刻盤形式上報(bào)國家地質(zhì)資料館藏機(jī)構(gòu)即可。同時(shí)，為了保證該項(xiàng)工作的順利開展，每年國家都應(yīng)給每個(gè)省（區(qū)、市）安排一定的地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)信息更新維護(hù)工作經(jīng)費(fèi)，從而保障該項(xiàng)工作順利開展實(shí)施［6］。

6 結(jié)語

地質(zhì)鉆孔資料是地質(zhì)工作形成的最重要基礎(chǔ)地質(zhì)資料之一，具有能夠重復(fù)開發(fā)利用、長期提供服務(wù)利用的特點(diǎn)。全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)的建成，將是我國地質(zhì)鉆孔資料管理和服務(wù)工作的一項(xiàng)重大進(jìn)展，是地質(zhì)鉆孔資料對(duì)外提供網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)利用和提高地質(zhì)鉆孔資料利用效率的重要手段，是我國紙質(zhì)向電子地質(zhì)鉆孔資料服務(wù)利用方式的工作模式轉(zhuǎn)變。全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國地質(zhì)鉆孔資料的信息共享、資源共享和成果共享，服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)和地質(zhì)行業(yè)的發(fā)展都具有重要作用。

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Thinking on the construction of service platform of national geological drilling database

WANG Bin，LING Yin－ping，HAN Jian，ZHANG Li－h(huán)ai
（Cores and Samples Center of Land and Resources，Sanhe 101149，China）

The data of geological drilling is the most important information of geological work，and sharing the data of geological drilling is very important to the development of national economy and geological industry.According to the characteristics of geological drilling data，this paper introduces the tasks and principles of the construction of service platform，and focused studies the overall design，main functions and application of some new and key technologies of service platform，for example，technology of big data storage，automated peer，sliced，stepless zoom and so on.At the same time，it proposes the solutions and recommendations for the technical processing of confidential geological drilling data and the update of platform.

drilling；geological data；database；platform

王斌（1984－），男，漢族，山東泰安人，主要從事地質(zhì)資料管理和服務(wù)利用研究工作。E－mail：wangbin＿cgs＠163.com。

G250.74；P624

A

1004－4051（2014）S2－0370－04

2014－09－17

地質(zhì)調(diào)查工作項(xiàng)目“重要地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫平臺(tái)建設(shè)與試點(diǎn)應(yīng)用”資助（編號(hào)：1212011220350）