探析北京市城市地質(zhì)系列圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)
——以綜合水文地質(zhì)圖為例

張 雪， 李 瀟，劉 釗

（北京市地勘局信息中心，北京 100195）

0 引言

“城市地質(zhì)圖系列”因其可全面展示城市基礎(chǔ)地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害、礦產(chǎn)勘查、地球物理、地球化學(xué)、深層地?zé)岬缺姸囝I(lǐng)域的專業(yè)信息，是了解城市發(fā)展?fàn)顩r與水平和指導(dǎo)城市規(guī)劃、管理的重要基礎(chǔ)資料之一，歷來受到政府和學(xué)術(shù)界的高度重視（王桂芝等，2016）。建國后，北京市先后編制的地質(zhì)圖件主要有：1980年，北京市地質(zhì)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊第一次對本市編制了《北京市水文地質(zhì)圖集》（比例尺為1：600000），2008年，北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局聯(lián)合北京市地質(zhì)調(diào)查研究院共同編制了《北京城市地質(zhì)圖集》（比例尺為1：400000）。近年來，北京市轄區(qū)內(nèi)圖集相關(guān)工作未做更新和再版。我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，各種資源的過度開采和人類生存之間的矛盾日益凸顯，原有的青山綠水、藍天白云已被消耗殆盡，現(xiàn)有的城市地質(zhì)圖集已經(jīng)不能客觀的再現(xiàn)城市地質(zhì)的真實情況。

在數(shù)據(jù)庫方面，建立并完善了北京市1：5萬地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫、1：25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)庫、1：20萬區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)庫、礦產(chǎn)地數(shù)據(jù)庫、地下水資源數(shù)據(jù)庫、巖石地層數(shù)據(jù)庫等。地質(zhì)工作程度數(shù)據(jù)庫、礦產(chǎn)地數(shù)據(jù)庫、航磁數(shù)據(jù)庫、重力數(shù)據(jù)庫、地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫、自然重砂數(shù)據(jù)庫、遙感數(shù)據(jù)庫及地理地圖數(shù)據(jù)庫等八大數(shù)據(jù)庫構(gòu)建了北京市城市地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，共錄入各類野外調(diào)查點55003個，其中鉆孔數(shù)據(jù)近25000個，專業(yè)涉及地下水環(huán)境、地下水資源、地?zé)豳Y源、垃圾、活動斷裂、土壤地球化學(xué)、基巖三維調(diào)查、新生界三維調(diào)查、工程層三維調(diào)查等專題領(lǐng)域，總體數(shù)據(jù)量達到4530249個數(shù)據(jù)，并收錄專題成果圖227張（溫長恩，1990；王佞等，2006）。

因此，隨著科技的進步，人們對城市地質(zhì)系列圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)的需求和方式日趨多樣化，對其內(nèi)容的時效性也提出了更高的要求。通過以往工作的豐富數(shù)據(jù)積累，加之對重大基礎(chǔ)性課題攻堅克難的勝利，為保證現(xiàn)有數(shù)據(jù)不流失、新型成果及時得到展示，匯總各專題成果并集成到首都地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測預(yù)警平臺統(tǒng)一管理，因此開展了新一輪的北京市城市地質(zhì)系列圖空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，真正為新時期城市規(guī)劃、工程建設(shè)、資源利用、環(huán)境保護、防災(zāi)減災(zāi)等提供基礎(chǔ)資料。

“北京市綜合水文地質(zhì)圖”是一張綜合性圖件，在數(shù)據(jù)庫建設(shè)方面有較強的代表性，下面就以此為例，對數(shù)據(jù)庫建設(shè)思路進行詳實論述。

1 建設(shè)思路

城市地質(zhì)系列圖數(shù)據(jù)庫是統(tǒng)一設(shè)計的，以特定主題、范圍而相互關(guān)聯(lián)形成的有機整體，是一套系統(tǒng)的建設(shè)工作。以地質(zhì)圖的成果為基礎(chǔ)，建立高于地質(zhì)圖的表達形式，正可謂是“地理大百科全書”。因此要建立完善的北京市城市地質(zhì)系列圖數(shù)據(jù)庫，就要明確我們的整體思路。

首先收集北京市基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害、物探化探等相關(guān)領(lǐng)域以往工作成果、報告、數(shù)據(jù)以及國家、行業(yè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，在資料不足地方開展實際調(diào)研、踏勘、取樣、實驗、分析評價等工作，保證數(shù)據(jù)庫建設(shè)所需資料（湯大力，1999；宋國耀等，2000；WANG，2015）。

其次為滿足比例尺和各專題圖件的需求，保證數(shù)據(jù)的完成性、統(tǒng)一性和可集成性，必須編制北京市城市地質(zhì)系列圖空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)要求（1∶100000），將其納入首都地質(zhì)資源環(huán)境承載力監(jiān)測預(yù)警平臺多源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

最后根據(jù)編制的北京市城市地質(zhì)系列圖空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)要求（1∶100000），開展北京市城市地質(zhì)系列圖數(shù)據(jù)庫的建設(shè)工作。

綜合水文地質(zhì)信息采集的最終目的，是向國家和社會提供國土資源的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和相關(guān)細信息（趙軍，2004），建庫過程、步驟需要符合相關(guān)的規(guī)范、規(guī)定，需要與區(qū)域水工環(huán)的綜合分析信息應(yīng)用相匹配（母海東等，2008；陳軍，1995），可以有效的控制數(shù)據(jù)庫質(zhì)量。本文明確規(guī)定了建庫過程的規(guī)則、步驟，下面從具體問題進行分析。

2 數(shù)據(jù)庫要素分類及劃分

空間數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫之間的最大區(qū)別，在于空間數(shù)據(jù)庫帶有地理空間位置信息。要素是空間數(shù)據(jù)的基本操作單元，由幾何實體和屬性字段組成，通常把具有相同屬性結(jié)構(gòu)和操作方法的要素對象歸納為一個要素類，把專業(yè)一致的要素類按照某方面的共性歸納為要素數(shù)據(jù)集。空間數(shù)據(jù)庫核心是有要素數(shù)據(jù)集、要素類、屬性數(shù)據(jù)集、屬性表、屬性項、屬性值域、柵格要素集、坐標(biāo)參考系及它們之間的關(guān)系等多個對象組成（徐翠玲，2008；劉麗等，2010）。

按上述規(guī)則，根據(jù)8個專業(yè)分類、34個圖件分類（表1），確定“北京市綜合水文地質(zhì)圖”的“編號與名稱”為“DK3516”，要素分為地層、含水層組、富水性等，建設(shè)完成后的分層信息如圖1。

表1 專業(yè)分類與圖件分類對應(yīng)表Tab.1 Table of professional classi fi cation and map classi fi cation

圖1 數(shù)據(jù)庫建成后要素類分層圖Fig.1 The stratified graph of the factor class after the database is built

3 數(shù)據(jù)庫字典

隨著GIS技術(shù)不斷的發(fā)展和人們對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用要求的提升，作為空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)的質(zhì)量和效率決定了城市地質(zhì)圖集編制的成敗。目前的數(shù)據(jù)庫建設(shè)大多與各自專業(yè)相關(guān)，表達和展現(xiàn)方式不一，集成難度很大，對圖件的統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)應(yīng)用非常不利。

數(shù)據(jù)字典是關(guān)于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)描述的集合（張龍等，2014）。當(dāng)今多數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)均將數(shù)據(jù)字典作為定義數(shù)據(jù)庫中各類數(shù)據(jù)對象及相互關(guān)系的準(zhǔn)則（李禹生等，2003）。關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表就是空間數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)字典的映射，各項參數(shù)信息被記錄其中。描述一個數(shù)據(jù)模型時，要包括哪些要素，要素的結(jié)構(gòu)及各個要素之間的關(guān)系和存在的約束規(guī)則等（李陽東等，2007；陳常松，2003）。要素類一般包含要素名、屬性項、數(shù)據(jù)的類型、長度、是否允許為空、關(guān)鍵字信息等。不同專業(yè)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)模型，盡管屬性項類別存在差異，但是數(shù)據(jù)字典本身的構(gòu)成是一致的，從而以數(shù)據(jù)字典為基礎(chǔ)的圖集數(shù)據(jù)庫集成是統(tǒng)一的。數(shù)據(jù)字典強調(diào)數(shù)據(jù)的定義、構(gòu)成、表達方法，形成于對各專業(yè)數(shù)據(jù)庫分析設(shè)計后，需要根據(jù)科研成果和行業(yè)規(guī)范進行不斷完善，相互統(tǒng)一，以達到數(shù)據(jù)建庫的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。同時數(shù)據(jù)庫字典適用于后續(xù)數(shù)據(jù)庫規(guī)劃、設(shè)計、建庫、更新與維護（陸麗華等，2013）。

在城市地質(zhì)系列圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中，根據(jù)專業(yè)領(lǐng)域、成果和行業(yè)規(guī)范的不同，規(guī)劃與協(xié)調(diào)屬性項類別，調(diào)整屬性結(jié)構(gòu)，兼具行業(yè)的獨特性、要素類模型的統(tǒng)一性和今后的可擴展性，最終完成數(shù)據(jù)字典的建設(shè)。在“北京市綜合水文地質(zhì)圖”的數(shù)據(jù)建設(shè)中，定義出了應(yīng)用程序中使用的所有數(shù)據(jù)元素和結(jié)構(gòu)的含義、類型、數(shù)據(jù)大小、格式、精度等的共享倉庫（圖2）。

4 元數(shù)據(jù)

元數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)字典都是數(shù)據(jù)庫建設(shè)，特別是GIS行業(yè)最常用的兩個詞語，都被視為“規(guī)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。元數(shù)據(jù)主要用于對數(shù)據(jù)的存儲和管理，以及數(shù)據(jù)的應(yīng)用，需要對數(shù)據(jù)的內(nèi)容進行精準(zhǔn)并概括的描述。《地理信息 元數(shù)據(jù)》( GB /T 19710—2005) 中對元數(shù)據(jù)的定義是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，即標(biāo)識、覆蓋范圍、質(zhì)量、空間和時間模式、空間參照系和分發(fā)等信息。1993年第一屆IEEE元數(shù)據(jù)研討會對元數(shù)據(jù)進行了幾種定義，其中一種是說元數(shù)據(jù)是存儲的關(guān)于信息實體的信息，即語義信息和內(nèi)容、元素的類型和編碼、實體之間的關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)類型、相關(guān)的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)推論和派生等（陸麗華等，2013；姚魯峰，2010）。

圖2 “北京市綜合水文地質(zhì)圖”單個要素層數(shù)據(jù)字典圖Fig.2 Single factor layer data dictionary of "Beijing comprehensive hydrogeological map"

在城市地質(zhì)系列圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)中，重點強調(diào)了元數(shù)據(jù)的建設(shè)，以“北京市綜合水文地質(zhì)圖”為例，圖中展示了有關(guān)要素類的6張元數(shù)據(jù)表格（表2），并在建設(shè)過程中，對每個要素類元數(shù)據(jù)表進行了詳細規(guī)定，確保格式、內(nèi)容的一致性（圖3）。

表2 “北京市綜合水文地質(zhì)圖”元數(shù)據(jù)表Tab.2 Table of "Beijing comprehensive hydrogeological map"metadata

圖3 “北京市綜合水文地質(zhì)圖”單個要素類元數(shù)據(jù)圖Fig.3 Single element metadata diagram of "Beijing comprehensive hydrogeological map"

5 結(jié)論

北京市綜合水文地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫的成功建設(shè)，證明了編制北京市城市地質(zhì)系列圖空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)要求（1∶100000）的可行性，同時也證明此次建庫方法可以推廣到北京市城市地質(zhì)系列圖數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。全部數(shù)據(jù)庫建成后，可以很大程度上提高工作效率，真正為新時期城市規(guī)劃、工程建設(shè)、資源利用、環(huán)境保護、防災(zāi)減災(zāi)等提供基礎(chǔ)資料和技術(shù)支撐。

受個人能力及研究深度所限，本文多有謬誤及不當(dāng)之處，還請業(yè)界專家多多指正。