中亞中比例尺地質數據集成中的若干問題

蔡青山，張彥平，賈建江，李云鵬

（1.新疆大學地質與礦業工程學院，新疆烏魯木齊830047；2.新疆中亞造山帶大陸動力學與成礦預測重點實驗室，新疆烏魯木齊830047；3.新疆地礦局信息中心，新疆烏魯木齊830000）

·地質與礦業工程·

中亞中比例尺地質數據集成中的若干問題

蔡青山*1,2，張彥平1,2，賈建江2，李云鵬3

（1.新疆大學地質與礦業工程學院，新疆烏魯木齊830047；2.新疆中亞造山帶大陸動力學與成礦預測重點實驗室，新疆烏魯木齊830047；3.新疆地礦局信息中心，新疆烏魯木齊830000）

中亞造山帶豐富的礦產資源皆延伸到新疆，傳統地質制圖方法往往無法有效的整合多源、多尺度的復雜地質信息數據。隨著GIS理論與地質理論的應用和發展，大量研究實踐表明，地質工作已發生實質性改變，即以信息化集成技術代替傳統地質制圖方法。以ArcGIS為平臺構建中亞中比例尺地質數據集成系統為例，為新疆大規模礦產勘查提供技術支撐和導向，旨在說明數字環境下中比例尺地質數據集成過程中出現的若干問題及原因，并且分析了日后地質數據集成系統的發展問題。

中亞造山帶；新疆；ArcGIS；地質數據集成

1 中亞地質數據在中亞造山帶的作用與意義

中亞位于歐亞大陸腹地核心，北抵西伯利亞大草原南緣，南與伊朗、阿富汗接壤，東與我國新疆為鄰，西至里海和伏爾加河，具有顯著的區域特色[1]。數據庫的集成跨越了哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土庫曼斯坦和中國的新疆維吾爾自治區，其獨特的地理位置因素已受到世界各國尤其是亞洲國家的普遍關注，比環太平洋、喜馬拉雅—阿爾卑斯等世界級造山帶更為復雜多樣[2]。

10億年來的陸殼演化，多個古巖石圈板塊的相互作用造就了天山造山帶，并聚集了豐富的礦產資源，造山帶形成后又經歷了中生代長期的剝蝕、夷平和新生代的強烈再造山改造。其大型—超大型礦床多期多階段富集特征明顯，是全球礦產資源潛力最大的區域[3]，基底的成礦預富集作用對大型—超大型礦床的形成具有重要意義，中亞造山帶成礦類型豐富，成礦機制多樣，成礦過程復雜，不能被其他造山帶成礦模型所涵蓋。因此自20世紀80年代以后，通過各種形式的國際合作，將中亞造山帶作為一個整體進行研究的高潮疊起且至今不減的原因。

新疆地處中亞腹地，是我國和中亞各國聯接的重要陸上通道，且中亞造山帶（CAOB）中的各個主要的成礦帶幾乎都延伸到新疆。中亞中比例尺的地質數據集成，可為中亞造山帶提供科學的數據依據，并能從整體上正確認識新疆地質演化、礦產分布及其形成規律，為以后開展大型礦產普查與礦產預測提供支持，特別對于加快礦產資源集中區成礦帶整體研究與勘查技術水平。

在“十一·五”、“十二·五”期間，通過國家“973”計劃和科技支撐計劃的實施，依據收集到的境外數據和資料，建立的關于中亞地質數據的空間數據庫。本文以此為基礎，從信息科學與空間數據集成的角度，探討數字環境下中亞中比例尺地質數據集成過程中出現不一致性問題及其相關原因，以及日后地質數據集成發展問題。

2 目前存在的問題

2.1 數據集成中若干問題

隨著地質資源數據的多方收集、信息數字化的開展，根據數字化成果進行地質信息空間數據的集成成為本次實踐任務的重要組成部分。其基本思路是在收集大量以中比例尺圖件為基礎地質信息資料及相關地質說明書的前提下，利用ArcGIS為技術平臺，在數字環境中通過對地質資料進行簡單的地質要素提取、化簡、概括和疊加。為滿足新疆大規模礦產勘查及礦產資源預測的需要、中亞中比例尺地質圖空間數據庫建設，于十一五期間收集中亞1∶20萬、1∶50萬中比例尺地質礦產標準圖幅各680幅、92幅，用于數字化采集和空間數據集成工作。中亞中比例尺地質數據的集成過程如圖1所示。

圖1 中亞中比例尺地質數據的集成過程示意圖

這個過程中的第三個階段是集成地質信息空間數據的關鍵環節。雖然GIS技術已不斷走向成熟，然而，由于各種地質圖信息的不確定性，以及地質因素之間相互作用的復雜性，基礎資料的有效處理一直是困擾中亞中比例尺地質信息空間數據集成系統的一道難題。

在地質數據集成的過程中，項目所要收集的資源和信息范圍廣、種類多、數量大。特別是中亞地質數據庫跨越了6個國家，如何能把多個國家的地質數據信息組織結合在一起，是一個相當大的空間數據處理任務。而且這些資料大部分來源于不同的單位（即使同一單位又涉及不同的部門、不同版本以及不同的軟件），因此如何有效地收集和組織數據材料是一項非?；A又很繁重的工作[4]。根據已有的資料（引用文獻）和項目實踐證明，各國地質圖信息制造者（制圖者）是最大的挑戰：由于不同的解譯方法、可變的數據輸入、描述概括和繪圖質量技術方法的不一致，都會導致地質圖疊加的不一致。

數據庫（圖形數據，屬性數據，關系數據）是Arc-GIS系統運行的基礎，其邏輯一致性、數據完整性、空間準確性關鍵在于數據的內容及其關系的掛接程度。在此次中亞中比例尺地質數據集成系統的實踐中，針對上述情況出現的典型問題總結如表1所示。

表1 中亞地質數據集成問題一覽表

2.2 數據集成中問題實例

問題a：可變的數據輸入、描述概括對同一地質實體有不同的空間形態、結構和細節。由于客觀的“可變”差異會產生一些不一致的地層界線，圖2中選中區域的二疊（P2）左側邊界和泥盆紀（D3kru）右側邊界應該是對接在一起。

問題b：各國地質圖信息制造者（制圖者）對地質實體的認識不統一。圖2上側是γPz3?Ⅲ，下側是γαC2同樣是花崗巖，但是兩側的地質學家對其命名不一致（花崗巖時代不一致，其成分也不一致)。

問題c：地層不一致，圖2的上側二疊（P2）和下側石炭（C1b）應該對接起來。對于這種在關鍵地史時期地層劃分不一致的問題，應進行綜合研究、分析各種數據資料。

如上所述，如何保證空間數據的邏輯一致性、數據完整性、空間準確性是影響一個集成數據庫優劣的重要因素，為確保其科學性、有效性，數據集成人員應盡最大可能確保數據庫的高質量。既然人為因素是主導，那么怎么去消除或者減弱人為的不良影響呢？畢竟，在一個短暫的時間內，地質信息制造者（制圖者）都是根據當時的任務去完成的地質填圖[5]，可以達到他們既定的目標。但是，如果把這些根據各自任務完成的地質圖疊加在一起時，就會出現一些明顯不一致的巖層類型。在以后這個不一致的問題可能會被解決，但一定會花費大量的時間和精力去研究這個不一致性，因而有個原則或標準是很亟需必要的。隨著社會對各類地學數據庫的需求，我們應嚴格按照符合我國實際、并與國際標準接軌的地質空間信息的有關技術標準。

圖2 中亞地質數據集成過程中部分不一致問題

3 解決方案

3.1 現狀

（1）與國家基礎地質數據相比，中亞中比例尺地質數據的集成具有如下特點：內容豐富，信息傳輸效率低；信息老化速度快；數據生產與更新的周期長、費用高；各個國家多使用獨立的平面參考系統，造成不同國家的地質數據參考基準不一致。

（2）就地質數據的覆蓋和質量狀況而言，發達國家明顯好于發展中國家。數字式地質數據正在成為地質信息的主導形式，但其標準化則相對落后。集成的矢量信息易于被用戶所接受，成為當前的最主要數據形式。

（3）中亞中比例尺地質數據的集成方面存在著不少問題，主要是：地質數據現勢性差，可用性低；各國地學發展不平衡，多數國家用于數據生產和更新的資金投入嚴重不足；數據生產和提供的現狀仍然不能滿足應用的需求。在中亞地質數據的共享上，一方面，經常缺乏實用性高的數據；另一方面，已有數據并沒有得到充分有效的利用，重復性生產現象十分嚴重。

就基于ArcGIS的中亞中比例尺地質數據集成而言，空間基礎地質數據依然是制約其發揮實際效應的“瓶頸”。在許多國家，重硬軟件、軟數據和重建立系統、輕實際應用的現象依然存在[6]。與此次項目一樣，我國當前的數字地質數據集成系統也缺乏宏觀的規劃和引導。

3.2 解決方法

從地質科學與信息科學角度分析，地質信息的積累與管理是一項永無完結的工作[7]，遠非僅僅是在數字化環境中對地質信息進行簡單的要素提取、化簡、概括和疊加，而是要從地質的角度出發，重點要實現年代地層與巖石地層相結合的原則，在野外驗證、遙感技術和圖幅柱狀圖對比等方面對問題進行處理，才能創建出符合實際地質情況的地質信息數據系統。在集成空間數據時，圖形數據會出現地層缺省、贅余等問題，應進行必要的拓撲錯誤檢查、拓撲重建來實現地層歸并、簡化、綜合取舍和補充新資料。

針對上述問題，主要對策如下：

（1）針對地質單元邏輯不一致性問題，主要是從地質方面出發，參照地質圖、相關圖例說明及地層對比資料，并輔以遙感數據進行修改。

（2）針對數據完整性問題，應充分了解中亞各國當前地學發展水平，分析中亞各國地質數據的精確性和可靠性。在此基礎上，應根據我國的實際需求，重新定義數據精度的比例尺。

（3）針對空間準確性的問題，用已有的大—中比例尺地質圖進行校正修改。出露好的地方也可用遙感圖對比進行補充。空間數據庫的存儲最好是由一個相對了解項目地層情況的地質團隊完成，這樣就不會出現技術方法上的差異。

4 地質數據更新與發展

對于地質地層方面而言，空間數據庫的建立相對困難和緩慢，如何保證這些地質信息數據的現勢性，實現信息實時更新，滿足國家建設和社會發展的需要，成為每一個地質行業部門目前迫切需要解決的重要問題。

空間數據庫更新不同于初始的數字化建庫，它需要利用各種來源的現勢性[8-9]數據資料，確定地理要素的范圍變化和屬性變化[10-11]。本文數據集成建庫所用軟件是ArcGIS9.3，人機交互是數字環境下制圖關鍵。因而，數據更新并非是計算機軟件盲目自動的進行數據更新，而是要充分發揮人的決策力，對地質現象、地理信息進行總結、增刪、變更等，最好達成以“以人的主觀決策為主，計算機數據處理為輔”的最佳原則。前人（蔣捷，2000；陳軍2004；Snjezana Mihalic，2005；何新東，2008）根據資料來源的不同，總結出三類數據庫更新機制，同樣適用于本次地質信息空間數據庫的構建：

（1）基于影像的綜合判別更新。為了保證影像與數字地圖之間相對精確，對照影像與地圖添加“新地物”，刪除或修改老（或變更的）地物是必要手段；

（2）基于大—中比例尺數據更新小比例尺數據的縮編更新；

（3）基于野外地質調查與專題研究相結合的數據更新。

其中，由于中亞的1∶20萬、1∶50萬數據資料收集比較齊全，在這次構建中亞地質信息空間數據庫中，主要是利用中比例尺數據更新小比例尺數據，在此基礎上輔以數字化大比例尺新成果數據資料，使其空間數據庫的建立盡善盡美。

5 結論

中亞中比例尺地質空間數據集成是根據要素實體數據（空間數據）和屬性數據（非空間數據）相結合的思想，達到空間數據庫的邏輯一致性、空間準確性和數據完整性的原則。本文主要特點是在數字環境下解決地質空間數據集成過程中出現的相關問題，提供現勢性好、實用性強的地層數據和與之相匹配的屬性數據一體化[12]的中亞地質信息空間數據數據庫，能夠最大限度滿足國家對各種現代區域地質信息集成的需求。這個由海量中比例尺數字地質數據集成的小比例尺數字地質圖所構建的空間數據庫，方便而又高效地為各種空間分析提供準確的空間數據，既能滿足復雜的、具有不確定性結構的環境分析、預測和過程模擬能力的要求，又能為地球科學研究、國民經濟建設和社會可持續發展提供最新的圖件和地質信息，為實現基礎性、公益性地質調查工作成果的社會共享奠定基礎，具有十分很重要的科學意義和使用價值。上述談到的幾個問題，只是作者在“十二·五”中亞中比例尺地質數據集成項目過程中研究的部分成果的總結，這項工作還在繼續進行，還有一些問題需要解決。

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The Several Issues about the Medium Scale Geological Data Integration of CentralAsia

CAI Qing-shan1,2,ZHANG Yan-ping1,2, JIAJian-jiang2,LI Yun-peng3
(1.Geology&Mining Engineering Institute of Xinjiang University,Urumqi Xinjiang 830047,China;2.The Key Laboratory of Central Asian Orogenic Belt Continental Dynamics and Metallogenic Prediction,Urumqi Xinjiang 830047,China;3.The Information Centre of Xinjiang Geology and Mineral Resources Bureau, Urumqi Xinjiang 830047,China)

The mineral resources of central Asia orogenic belt all extended to Xinjiang,so the traditional geological mapping method often cannot effectively integrate multi-source and multi-scale complex geological information data.With the application and development of GIS theory and geology theory a large number of practical shows that the geological work has been a substantial change that means information integration technology instead of traditional geological mapping method.Taking building the medium scale central Asia geological data integration system on the basis of ArcGIS as an example the paper provide technical support and guidance for large-scale mineral exploration in Xinjiang,its aims to explain some problems and causes in the process of the medium scale geological data integration in digital,and analyzed the development of the geological data integration system in future.

central Asian orogenic belt；Xinjiang；ArcGIS；geological data integration

P623

A

1004-5716(2015)11-0081-05

2014-11-06

2014-11-27

國家“十二·五”科技支撐計劃項目（編號：2011BAB06B08）中的成果。

蔡青山（1989-），男（漢族），甘肅武威人，新疆大學地質與礦業工程學院在讀碩士研究生，研究方向：礦產普查與勘探。