英國開放式地學信息服務模式的研究

郭艷軍，顏世強，王 喆，許百泉，李 寧，潘 懋

（1.北京大學地球科學國家級虛擬仿真實驗教學中心，北京100871；2.國地資源實物地質資料，北京100037；3.中國鐵道科學研究院通信信號研究所.北京100081）

隨著信息網絡技術發展，國內外都十分重視地質資料信息在互聯網上的開放式服務。英國、美國、加拿大等西方發達國家把資料信息服務作為政府公共服務的重要內容之一，滿足社會需求、產品豐富多樣、服務高效便捷已成為資料信息服務機構的基本準則[1－5]。我國地質資料信息服務在國際合作和國內建設都取得了突出成績[6]。在2008年的第33屆國際地質大會上，中國地質調查局作為東亞和東南亞地學信息協調委員會的成員加入了“全球地質一張圖”（One Geology）計劃[7]。2009年，國土資源部在總結上海城市地質系統建設和測繪地理信息產業發展經驗，聽取行業多位專家建議的基礎上，要求在全國“推進地質資料信息服務集群化產業化”（簡稱“兩化”）[8]。2011年，全國地質資料館核心數字系統（數字地質資料館系統）可直接向普通公眾免費發布地質資料數據信息近18000種、近50000件，總數據量高達3.3TB，數據形式有文字報告、數據表，大量圖件、數據庫等[9]。同年，中國地質調查局啟動了三維地質填圖試點，標志著我國地質填圖邁入“三維”時代[10]。與國外地質資料信息服務內容豐富、形式多樣，技術領先等方面相比，我國各項工作尚在起步階段仍面臨諸多問題和挑戰。針對這些問題，本文以服務內容和形式及其關鍵技術為重點，研究了英國開放式地學（OpenGeoscience）信息服務模式，針對我國地質資料信息服務提出建議。

1 OpenGeoscience服務模式

英國地質調查局（British Geological Survey，BGS）與Esri合作，采用ArcGIS技術于2009年推出一項新的免費數據服務—開放式地學信息服務，BBC以“英國地質圖免費瀏覽”為題進行了報道。該服務是世界上第一個基于整個國家地質矢量數據提供網絡地圖服務（Web Map Service，WMS），目標是用戶通過WMS服務將自己的數據與BGS提供的地質數據集融合在一起使用。其在國外具有較廣泛的影響，推出的當月訪問量達到2800萬，引起了GoogleEarth、ESRI、大學、Blogs、YouTube等的廣泛關注。

本文將OpenGeoscience服務模式分為基本要素和服務支撐要素兩部分進行研究（圖1）。其中，服務提供者、對象、內容和形式為基本要素；服務和管理政策、標準和技術是支撐要素。

圖1 英國開放式地學信息服務模式的架構圖

1.1 服務提供者和對象

英國國家地球科學數據中心（National Geoscience Data Centre，NGDC）負 責 提 供OpenGeoscience服務，全面的收集了英國各區域的地下信息（包括學術用途或商業用途），管理了超過400個數據集，包括環境監測數據、數字數據庫、物理集合（巖芯，巖石，礦物和化石）、記錄和歸檔。NGDC是BGS的一部分，由英國自然環境研究理事會（Natural Environment Research Council，NERC）出資的地球科學數據中心，也是NERC的6個研究中心之一。從19世紀開始，NERC積累了幾十年的歷史測量記錄，可為學術、政府、公共部門、工業和商業等用戶提供支持研究、調查和監測等活動的寶貴資源。NERC是一個非政府部門的公共機構，商業、創新和技能部投入的年度經費3.70億英鎊左右，投資于世界級環境科學，創新和培訓；工作范圍涵蓋了全方位的地球，大氣，生物，陸地和水生生物科學，包括從海洋深處到大氣層上部，從兩極到赤道。

OpenGeoscience為非商業的個人學習，研究和教育提供免費訪問BGS數據集服務，包括地圖、照片、數字數據、研究報告、軟件、信息和知識交流等，旨在幫助人們更好地理解世界。

1.2 服務內容和形式

OpenGeoscience通過常用的6種網絡形式：如圖件瀏覽器、數據下載、數據集、照片和掃描件查看、移動服務、web service等，提供了開放的地質資料服務，使這些數據可以與應用GIS軟件、地圖瀏覽器，如谷歌地球等，進行基礎地質、水文地質、地球物理和地球化學等方面的地質資料信息數據融合。下面將針對不同的服務方式及其提供的服務內容主題進行詳細闡述。

1.2.1 圖件瀏覽器

OpenGeoscience提供的圖件瀏覽器具有放縮和平移等功能，用戶可查看英國的地面和地下信息，也可選擇感興趣的區域，了解更多關于該區域的信息。

圖件瀏覽器的內容主要包括以下幾方面。①英國地質圖：可查看1∶62.5萬和1∶5萬比例尺的英國數字地質圖，可以通過郵編進行定位，還可以選擇用衛星圖或者街道圖作為底圖。在英國地質圖上，可免費搜索的內容還包括（I）鉆孔、礦井和水井的記錄掃描件；（II）通過選擇地震時間軸上的時間查看歷史地震位置；（III）通過在3D英國地質模型上選定區域查看虛擬鉆孔或虛擬橫截面（圖2）。②地質圖索引（GeoIndex）：基于地質圖的索引，用于搜索BGS數據集。③地下水的水位線顯示圖：提供從1970年至今，英國各地每月的地下水水位線數據。④1∶62.5萬比例尺的數字水文地質圖：顯示英國的高，中，低的含水層以及基本上不含地下水的基巖層。⑤倫敦土壤：可以在倫敦土壤的地球化學圖上，通過互動的方式查看環境敏感元素。

圖2 3D英國地質模型上選定區域查看虛擬鉆孔或虛擬橫截面

1.2.2 數據下載

OpenGeoscience提供對BGS基本數字產品下載的服務，包括基礎地質，水文地質、地球物理和地球化學等數據集。①國家基巖柵欄圖：英國三維地質模 型 （3Dgeological model for Great Britain，GB3D）采用三維交叉剖面的柵欄圖表達（圖3），既可挖掘地層和資源之間（如：水，石油，礦石，煤炭和天然氣等）的關系，也可解釋復雜的地質體之間的關系。②1∶62.5萬比例尺的英國地質、地震和水文數據：包括基巖、淺層、斷層及相關線性屬性。格式為ESRI、MapInfo、KML或進行定制數據。③重力和磁力調查數據：英國地心引力和磁場的測量數據集，格式為csv。④環境樣品中的化學數據的位置索引：顯示環境數據樣本在英國的采樣位置（位置數據來源于G－BASE項目），格式為KML。以上數據中的KML格式均可以在谷歌地球和谷歌地圖中進行可視化。

1.2.3 數據集

圖3 GB3D國家基巖柵欄圖及其在GoogleEarth上顯示

BGS已經對大部分數據集的信息建立了索引，通過OpenGeoscience提供檢索和查看數據集和詞匯庫的服務。其中，最受歡迎的數據庫有鉆孔資料、地磁數據、地學索引、地下水水位信息、PalaeoSaurus、巖石系列、化石標本的在線分類等；詞匯庫有命名巖石地層單位的詞匯、巖石分類方案、詞匯和關聯數據。

1.2.4 掃描件和照片

OpenGeoscience提供鉆孔、地質圖和水文地質圖等資料的掃描件和照片的查看服務。服務的專題有：①鉆孔巖心樣品照片；②鉆孔資料掃描件；③地學景觀（GeoScenic）；④大不列顛及愛爾蘭地質調查歷史地圖；⑤英國水文地質圖；⑥愛爾蘭歷史地質圖；⑦地磁圖；⑧巖石薄片圖像。

1.2.5 移動應用程序

BGS開發了各種移動應用，OpenGeoscience提供的服務方式有為用戶提供隨時隨地查看BGS數據集的移動網站和免費的智能手機應用程序，以及使用者和開發者在線交流的平臺，如公眾科普、開發者交流社區等。服務內容有：①移動網站：BGS（手機版），英國地質（移動版），鉆孔掃描（移動版），地學景觀，Groundhog；②智能手機應用程序包括：iGeology，iGeology3D（圖4）和“我的土壤”。隨著智能終端的突破性普及，為智能手機應用（Application，APP）程序服務奠定了龐大的用戶基礎，并成為用戶的關注焦點。

圖4 iGeology3D

1.2.6 Web Services

由于OpenGeoscience服務是世界上第一個基于整個國家地質矢量數據提供WMS的。WMS是開放地理空間聯盟（Open Geospatial Consortium，OGC）制定的接口標準。該標準是一套簡單的HTTP接口，用于從一個或多個分布式地理信息數據庫傳輸有地理定位的地圖圖像數據，其返回為JPEG、PNG、等地圖數據，可用于網頁或桌面客戶端顯示。因此，WMS服務內容將作為Web services研究的重點。

1.2.6.1 英國地質陸上數字圖（1∶5萬比例尺）的WMS服務

1∶5萬比例尺的英格蘭，威爾士和蘇格蘭數字地質圖是大不列顛（DiGMapGB－50）地質圖數字數據集的一部分，包括基巖，表面沉積物，人工接地，塊體移動和線性地質特征。該圖提供WMS服務（支持 WMS 1.3.0 和 1.1.1 版 本；地 址為 http：／／maps.bgs.ac.uk／ArcGIS／services／BGS＿Detailed＿Geology／MapServer／WMSServer？；采用英國國家網格和緯度／經度 WGS84坐標系），并為OneGeology項目的門戶網站提供數據支持。

1.2.6.2 英 國 陸 地／海底基巖和 地 表 地 質 圖（1∶62.5萬比例尺）的 WMS服務

OpenGeoscience提供了1∶62.5萬比例尺的英國陸地的地表地質數據和1∶100萬比例尺的英國大陸架上的海底沉積物的數據。該地質圖是DiGMapGB的一部分，可提供 WMS服務（地址為http：／／ogc.bgs.ac.uk／cgi－bin／BGS＿Bedrock＿and＿Superficial＿Geology／wms？）。通過此服務還可使用的圖層有：英國陸上基巖巖性（1∶62.5萬），英國陸上基巖地層（1∶62.5萬），英國陸地表面巖性（1∶62.5萬），英國陸地表面巖層（1∶62.5萬），英國海底大陸架沉積物（1∶100萬）。

1.2.6.3 數字水文地質資料（1∶62.5萬比例尺）的WMS服務

OpenGeoscience提供1∶62.5萬比例尺的數字水文地質資料的 WMS服務（地址為http：／／mapapps.bgs.ac.uk／arcgis／services／HydroMap／HydroMap／MapServer／WMSServer），也提供該數據的免費下載服務。

1.2.6.4 天然地面樣品穩定性數據（1∶5萬比例尺）的WMS服務

OpenGeoscience提供了1∶5萬比例尺的天然地面樣品穩定性數據的WMS服務（地址為http：／／ogc.bgs.ac.uk／ cgi－bin／BGS＿1GE＿Geology／wms？），為OneGeology項目提供1∶5萬比例尺基爾馬諾克區域和拉夫堡張區域的地圖及天然地基穩定性數據。

1.2.6.5 土壤數據的 WMS服務

OpenGeoscience的土壤層數據來自NERC土壤門戶網站，可以提供土壤數據的WMS服務（地址為http：／／mapapps2.bgs.ac.uk／ArcGIS／services／SoilPortal／SoilPortal／MapServer／WMSServer）。土壤數據層包括表層土壤和剖面土壤樣品數據，土壤質地，土壤深度和土壤母質。

1.2.6.6 GeoIndex的 WMS服務

GeoIndex是BGS于2000年7月中旬推出的地圖索引，分為陸地GeoIndex和海洋GeoIndex，支持WMS服務。可將GeoIndex數據層加入到地圖軟件（GIS系統等），與用戶或其他供應商的數據對比和查看。

GeoIndex支持 WMS 1.3.0和 WMS 1.1.1，可提供WMS服務，但是各種Geoindex主題都有單獨的WMS服務，具體的客戶端地址見表1。

表1 GeoIndex的WMS服務地址

另外，OpenGeoScience的Web Services可以與眾多基于Web的系統或開源軟件，如ESRI?的ArcGIS Explorer數據瀏覽器，MapInfo?的Proviewer數據查看器和Intergraph?的GeoMedia的瀏覽器，提供空間數據交互服務。交互內容主要有：①英國地質學與英國和世界各地的地震的KML格式數據；②英國地質數據集的WMS服務；③英國和世界各地的地震地圖的GeoRSS訂閱；④英國地質或地震地圖的嵌入服務。在此之前，這些數據只能通過紙制版面向大學提供借閱或者訂閱服務。因此，英國伯明翰大學的保羅·史密斯教授表示，該服務改變了大學里地球科學的教育方式。

1.3 數據管理和服務政策

為了支持長期的數據管理，NERC制定了《環境數據和信息產品的許可和收費政策》，新版于2011年1月生效。該數據政策與2004年環境信息條例，2009年建立空間信息基礎設施（Infrastructure for Spatial Information in the European Community，INSPIRE））法規等是一致的。管理數據的目標是為了鼓勵數據的使用和再利用，因此OpenGeoscience服務還將盡可能滿足開放政府許可證（Open Government Licence，OGL）的要求

1.4 服務技術、標準和協議

OpenGeoscience服務形式不僅采用了傳統的在線瀏覽，下載，檢索方式，還提供WMS服務，移動網站和免費的智能手機app。其中，WMS是開放地理空間聯盟（Open Geospatial Consortium，OGC）制定的接口標準。該標準是一套簡單的HTTP接口，用于從一個或多個分布式地理信息數據庫傳輸有地理定位的地圖圖像數據，其返回為JPEG、PNG、等地圖數據，可用于網頁或桌面客戶端顯示。這樣的數據可以被所有人使用，但也能進入 ESRI、MapInfo、Intergraph等私有軟件環境中。WMS支持網絡協議HTTP，所支持的操作是由URL定義的利用具有地理空間位置信息的數據制作地圖，將地圖定義為地理數據可視的表現。WMS能夠根據用戶的請求返回相應的地圖（包括PNG，GIF，JPEG等柵格形式或者是SVG和WEB CGM等矢量形式）。移動網站采用無線應用協議 WAP（Wireless Application Protocol，WAP），用戶可以借助支持GPRS功能的手機，通過 WAP獲取OpenGeoscience服務提供的信息。手機APP采用JavaScript，CSS2和HTML5進行開發。

2 建議

英國OpenGeoscience在發展過程中，具有服務內容多樣性，技術領先的優勢，在世界范圍內具有廣泛影響，對我國地質資料信息服務有借鑒意義。

2.1 完善知識型服務配套的法規和標準

我國地質資料信息服務不再是單純傳統產品的服務（資料、圖片、地圖等），而是逐漸與信息化技術相結合，以提供方便、快捷、高效服務為目的，提供大量的在線服務和數據處理，技術指導、軟件開發，個性化服務和移動服務。但是，與英國OpenGeoScience的服務模式相比還存在配套的政策法規不完善，服務模式需調整等問題。可借鑒OpenGeoScience的先進經驗，其面向非商業的個人學習，研究和教育提供面向地質資料信息的知識型服務，有配套的較為完善的政策法規和機制體制，服務內容豐富、服務形式多樣，將地質資料信息作共享資源支持教育、科普和宣傳的發展。對我國地質資料信息服務從傳統的面對面的館藏資料服務模式轉變為數字化產品和網絡信息產品，提供數據處理、分析、咨詢、培訓等服務模式具有借鑒意義。

因此，我國建設面向地質資料信息的知識型服務模式，配套的完善的政策、法規和技術及標準，來支撐服務內容的細致化和服務形式的多樣化，如：地質圖件、地質書籍和指南、空間數據 、礦產出版物、攝影產品、文獻報告、期刊雜志、地學軟件、教育、休閑產品等數據的檢索和瀏覽、移動終端程序開發、數據集、3D模型的下載，WMS服務等，并加大地質信息的科普教育及宣傳方面的工作。

2.2 提供多專題、多樣化比例尺的網絡服務

自2011年起，中國地質調查局依托“1∶100萬地質圖國際合作編圖”項目成果，可按照Onegeology的要求提供1∶100萬地質圖的WMS服務。但是，與英國OpenGeoScience提供的WMS服務相比還存在服務產品專題較少，比例尺單一等問題。可借鑒OpenGeoScience的先進經驗，其是世界上第一個基于整個國家地質矢量數據提供WMS的服務，實現了提供整個國家多個專題、多個比例尺的地質矢量數據的WMS服務，并且提供與眾多基于Web的系統或開源軟件，如ESRI?的ArcGIS Explorer數據瀏覽器等，進行空間數據交互的服務。這些服務促進了空間數據的融合和交互，提高了數據使用和再利用率。

因此，我國需要在現有 Web Services的基礎上，提供多學科、多比例尺數據的 WMS服務，與市場成熟的軟件，如Google地球、ArcGIS等的數據和應用進行深度融合。

2.3 加快建設3D地質資料共享服務

目前，全國地質資料館可提供10萬余種、360萬件地質資料數據信息服務，數據量達31.5TB，內容包括基礎地質、礦產資源勘查、水文地質、環境地質、海洋調查、地球物理與地球化學調查、軟科學研究等，以及與百姓生活密切相關的地質旅游資源調查、缺水地區找水、農業地質調查資料和地學科普資料。但是，與英國OpenGeoScience提供的3D服務相比還存在服務產品比例尺單一、移動服務滯后等問題。可借鑒OpenGeo－Science的先進經驗，其在3D領域提供了大量的成果，包括3D地質模型的下載，免費的智能手機3D應用程序。3D地質模型成果數據是由多源地學數據整合，從國家總體模型到局部特定地區模型分不同比例尺建立，不同比例尺模型圖涵蓋不同尺度的信息，用以解決不同的地質問題。該模型支持多種格式的下載，如3Dpdf、LithoFrame Viewer等。免費的智能手機3D應用程序iGeology支持手機攝像頭任意角度移動拍攝地貌，并將該區域的地質圖自動疊加顯示，可查詢選中區域地質體的巖性。iGeology 3D程序支持Android和IOS系統的智能手機和平板電腦，技術較為領先。

因此，在我國地質資料信息服務中，以“三維地質填圖”工作為先導，急需不斷豐富地質資料信息服務的內容和形式，包括多學科，如基礎地質，水文地質、地球物理和地球化學等；多種比例尺（如1∶62.5萬或1∶5萬比例尺），多樣數據形式（柵格數據、和矢量數據）和不同軟件數據格式（如ESRI，MapInfo，KML，csv等）。在個人移動設備發展的如火如荼的今天，在移動設備上發展3D地質資料共享服務也變得越來越重要和急迫。

3 總結

本文研究了面向非商業的個人學習、科學研究和教育的英國OpenGeoscience信息服務模式，結合我國地質資料信息服務現狀提出了相關建議。該模式主要架構有七個方面組成：服務提供者，服務對象，服務內容，服務形式，服務配套的政策和法規，配套技術、標準與協議，提供的數據形式和格式，是面向地質資料信息服務的知識型服務模式。其明顯優勢在于：政策法規配套；接口標準，信息利用率高和其它信息深度融合；技術先進，服務內容豐富、形式多樣化。

我國地質資料信息服務的集群化產業化還處于起步階段，需要創建新型的服務模式，以滿足不斷豐富地質資料信息服務由傳統的服務模式向知識型服務模式的轉變。

[1]Open Geoscience｜Free data｜British Geological Survey（BGS）[EB／OL].[2013－12－08]www.bgs.ac.uk／opengeoscience.

[2]許百泉，顏世強，王黔駒，等.英國地質資料管理與服務跟蹤研究[J].中國礦業，2013，22（7）：58－62，72.

[3]USGS.About USGS[EB／OL].（2011－09－13）[2012－11－08].http：／／www.usgs.gov／aboutusgs／.

[4]馬智民，楊東來，李景朝，等.主要發達國家地學信息服務的現狀與特點[J].地質通報，2007，26（3）：355－360.

[5]GSC.Geoscience data repository（GDR）｜Earth science[EB／OL].（2012－05－14）[2012－11－08].http：／／www.nrcan.gc.ca／earth－sciences／products－services／geoscience－data－repository／11818.

[6]中國地質調查局.信息化建設：數據庫[EB／OL].[2012－11－08].http：／／www.cgs.gov.cn／cgjz／xxhjs／sjku／index.htm.

[7]李寧，郭艷軍，許百泉，等.2010年以來“同一個地質”計劃的最新進展[J].中國礦業，2013，22（7）：68－72.

[8]中華人民共和國國土資源部.國土資源部通過推進地質資料信息 服 務 產 業 化 方 案 [EB／OL].（2010－07－14）[2012－11－08].http：／／www.gov.cn／gzdt／2010－07／14／content＿1654027.htm.

[9]全國地質資料館核心數字系統研制成功——全國地質資料館的數字化、信息化建設進入新階段.[EB／OL].[2013－12－10]http：／／www.mlr.gov.cn／xwdt／zsdwdt／201312／t20131210＿1295690.htm.

[10]中國地質調查局即將啟動三維地質填圖試點工作[J].地質與資源，2011（04）：300.