基于信息化的實物地質資料管理應用及研究

孫 陶，武彥斌，王瑋平

1 概述

當今社會，數字化水平已經成為評價管理服務現代化水平的重要標志。信息管理漸漸地成為現今最具富效率的管理手段，信息資源也已經成為社會發展與國民經濟的重要戰略資源。實物地質資料作為地球科學探測技術研究的基礎性資料，實物地質資料的管理水平的高低將直接影響地球科學的發展速度。

《地質資料管理條例》（中華人民共和國國務院令[2002]349 號）、《地質資料管理條例實施辦法》（國土資規[2002]16 號）、《實物地質資料管理辦法》（國土資規〔2016〕11 號）對實物地質資料的信息化管理有著明確的規定。《條例》第五條要求“國家建立地質資料信息系統”。《實施辦法》第四條第三款指出“全國地質資料館，省、自治區、直轄市國土資源行政管理部門的地質資料館和地質資料保管單位，在履行職責中應建立和維護地質資料信息服務系統”；第十九條指出“地質資料館藏機構應當利用現代信息處理技術，提高地質資料的處理、保管水平，建立地質資料信息服務網絡系統，公布地質資料目錄，開展對地質資料的綜合研究工作，為政府決策提供依據，為社會提供公益性服務”。《管理辦法》第十五條要求“國土資源實物地質資料中心應及時匯總、檢查和整理全國實物地質資料信息，建立全國實物地質資料目錄數據庫、重要地質鉆孔數據庫及其他實物地質資料數據庫。省級地質資料館藏機構應及時采集、錄入和更新實物地質資料目錄、重要地質鉆孔等數據信息。”

2 實物地質資料管理現狀

新中國成立以來，國家的地質勘探產生了很多的巖心、標本、化探副樣等等實物地質資料，但由于國家實物地質資料實行分級管理、分散保管，因此，大量的實物地質資料大多由地質局直屬部門和地方局分散保管。因為實物地質資料體量大、管理費用高但托管單位實力有限，導致巖心、標本、樣品等其他實物地質資料的管理情況不佳。2009 年，國土資源部對全國實物地質資料管理狀況進行摸底調查[1]，調查數據見表1。

從全國來看。實物地質資料種類多、數量大、保管分散，且涉及部門眾多，管理現狀令人擔憂。具體表現在，實物地質資料數據還不能滿足數據交互的需要。與需求相比，當下的實物資料管理顯露出“電子資料尚不能統一標準、統一規范”得缺陷，信息服務中難免有“無米之炊”的尷尬情況[2]。各級地勘單位和工礦企業上交的實物地質資料，只限于實物地質資料的簡易賬目，缺乏實物地質資料信息化管理的完整數據，實物資料基礎數據庫亟待完善。伴隨館藏資源和數字化資料的增加，一個高效、完整、智能、安全得全國實物地質資料綜合信息數據庫系統亟待建設。實物資料的共享標準體系不完善，實物地質資料的信息交互與服務共享的交互數據、性質參數、描述資源、服務模式、信息平臺、信息傳遞、內容發布、信息安全、數據對接等相關技術和標準亟待完善，現有數據還不能完全滿足國家重大需求和為社會公眾提供需要的資料信息。

總而言之，我國的實物地質資料管理手段仍舊落后，管理體系還不健全，實物地質資料管理的信息化程度不高。

3 管理信息系統的應用

實物地質資料管理信息系統主要設計內容包括：館藏業務信息交互、巖芯標本描述及掃描圖像數據采集、館藏信息數據存儲、實物服務集群、自動化倉儲控制等，并預留互聯網實物資料信息查詢服務功能。

管理信息系統的基本原則是優化實物地質資料管理和實物地質資料數據應用，包括：梳理實物地質資料匯交流程，建設實物地質資料數據庫，優化信息管理工作，創新管理方式和手段。該管理信息系統運行的同時，通過與原地質檔案館數據融合，完成原始地質資料、實物地質資料、成果地質資料的密集存儲和綜合管理，實現地勘成果在地學研究上的綜合應用。

管理信息系統的關鍵是數據庫設計、系統空間模型建設、屬性數據擬合和系統數據庫建設。數據庫結構的合理設計能夠提高系統的工作效率，從各種實物地質資料數據中篩選擴展類型數據。系統數據庫采用關系型數據結構，系統結構分為三層：客戶端、Web 服務器和數據庫。客戶端為用戶提供得可訪問接口是一個可視化操作界面，在Web 瀏覽器環境下運行并直接參與數據庫交互。在整個系統中，Web 服務器發揮信息中轉站的效果，它為客戶端提供數據庫的數據瀏覽查詢。整個系統的底層是數據庫，它采用Microsoft SQLServer 關系數據庫管理系統，用于存儲各類數據。

實物地質資料的管理信息系統建設不僅可以較為完整、快速地存儲巖芯標本得所有原始圖像數據及其它數據，彌補因巖芯風化、破碎及取用產生的巖芯損毀，最終實現實物地質資料永久保存的目標，而且通過資料數字化和數據庫等技術手段，實現實物地質資料的信息交互，為更多檔案查詢者提供更加快捷得信息檢索服務和易于處理、便于研究的檔案信息，通過對相似巖芯圖件信息進行的比對與評價，為生產、科研和領導決策提供便利。

實物地質資料管理信息系統利用實物地質資料檔案信息資源優勢，為專業化研究和社會化應用服務，作為全國實物地質資料的管理機構，必須開發面向實物地質資料的實物管理和檔案建設的管理信息系統。依托數據庫技術建立起一套實物地質資料信息管理數據庫，涵蓋區域地質數據庫、野外鉆孔數據、礦產資源數據等，然后應用信息系統理論，對海量地質數據形成規范化管理，最后利用數據挖掘技術提供資料查詢服務。

4 實物地質資料信息化建設

實物地質資料的信息化建設是實物地質檔案數字化和數據有序化得過程；也是實物資料數字化服務的研究方向，同樣也是實物地質資料信息檢索和信息服務得基礎。

4.1 設計思路

實物地質資料的信息化建設是針對地質勘探中采集的化探副樣、光（薄）片、標本、巖芯等實物，開展以巖心掃描為主、薄片電子化和標本記錄為輔得實物地質資料信息化工程，遵循標準的數據組織結構和信息采集規范，對實物資料屬性數據、鉆孔巖芯數據、標本數據、化探副樣數據、光薄片數據和開采單位、保管單位信息的儲存和管理。數據庫通過幫助用戶了解地勘工作項目中產生的實物資料類型及數量、存儲現狀和查詢信息，實現綜合化的多源信息檢索查詢服務。具體建設內容如下：

表1 國土資源部2009年全國實物地質資料管理狀況調查數據

4.1.1 實物地質資料數據采集軟件開發

針對實物地質資料特點，開發具有實用性的數據集采軟件，組成分級管理、分類保存、規范化的實物地質資料信息收集、統計、分析系統，為建設全國實物地質資料數據庫提供技術支持。

4.1.2 建設實物地質資料數據資源數據庫

通過鏈接專業化的實物地質資料信息采集軟件，將實物資料信息分級分類上傳入庫，匯集實物匯交清單生成、類型篩選、自助錄入、驗收、入庫、封存、移交、數據庫目錄生成、檔案借閱、監管統計、庫房管理、臺帳管理等實物檔案管理功能，建立信息數據庫，用于儲存資料名稱、從屬類型、入庫數量、產出位置、產出方式、開采時間、匯交人員、項目名稱、保管信息等基礎信息和以巖芯掃描圖件、紅外光譜圖件、薄片顯微圖件、標本圖件和分析數據等專業信息。

4.1.3 組建實物地質資料數據集群服務系統

在信息資源數據庫建設的基礎上，搭建一套全國實物地質資料信息集群服務系統，將館藏數據庫和來源單位的實物地質資料信息資源進行鏈接，并與國家其他地質資料數據庫對接，實現實物地質資料信息資源數據庫與成果地質資料數據庫、原始地質資料數據庫等數據源的信息交互，確保實物地質資料管理信息系統信息數據的動態更新，實現全國實物地質資料信息的高效互聯互通。

4.1.4 開展實物地質資料信息檢索服務

基于信息資源數據庫和集群系統，構建分類分級的共享體系，開展實物目錄查詢、檔案借閱、電子閱覽室、數據復制與報告輸出、陳列展覽、電子信息網絡查詢、地學教育科普等服務。提供實物地質資料檔案線上與線下的瀏覽、檢索、查詢、分析、統計、備份等服務。

4.2 關鍵技術

實物地質資料信息化建設主要涉及三項關鍵技術，具體為：面向對象設計模型構建、搭建式開發、數據庫設計。

4.2.1 面向對象設計模型構建

面向對象設計就是運用面向對象的方法進行系統設計，針對體系結構、分布方案、并發控制、數據管理之間做出分類并建立聯系，通過不同對象間消息傳送構成不同的系統，然后利用關系型數據模型建立面向對象的空間數據庫，從而解決非結構化空間數據存儲以及屬性數據和圖形數據間統一管理的問題。實際開發過程中，通過應用非結構化空間的數據表達，抽象巖芯、貨倉位置、鉆孔編號和庫存屬性間信息關系，有效地建立各路數據鏈接關系，應用非結構化空間數據表達完成實物資料屬性信息得快速檢索任務。

4.2.2 搭建式開發

數據庫的搭建式開發是系統建設的前提。正確開發數據結構能夠加快系統的開發速度，解決各種實物地質資料數據類型的存儲和管理問題。搭建式開發涵蓋了自定義表單工具、工作流、SOA 功能倉庫和運行平臺，它通過設置多種權限模型，涵蓋空間數據權限、業務權限和功能權限等，實現面向所有客戶端權限的嚴密控制，保證數據訪問安全，并編寫詳細得上機日志，確保操作的可追溯性以及功能實現的獨立性與復用性。

4.2.3 數據庫設計

數據庫設計過程包括邏輯設計、概念設計、物理設計三個步驟。概念設計以需求分析為基礎，建立數據概念結構，通過對系統數據加以分析，確定實體之間的屬性，標識出實體屬性之間依賴關系，構建實體—聯系模型。邏輯設計則是以數據庫特征為基礎，把概念結構表達為相應得邏輯結構，消除實體中不應存在的多對多關系，實現概念結構得優化。物理設計是以數據管理特點為基礎，確定數據庫的存儲結構，實現數據庫文件字段名稱、寬度和類型的確定，并在數據庫文件之間建立索引。

4.3 總體方案

實物地質資料信息化建設是為國家行政管理部門、地質科研單位、地質大隊、地方局和礦山企業提供數據分析與檔案查詢服務。管理對象是多種地質屬性得實物地質資料，包括數萬米鉆孔巖芯數據和實物資料索引目錄數據，涵蓋全國范圍地調和鉆探巖芯、標本數據、化探分析留下的副樣、地層剖面標本和光（薄）片電子數據。

根據現行行業和國家規范，滿足實物地質資料實際管理需要，應用面向對象設計模型構建關系型數據庫，對實物地質數據進行統一管理。數據庫基于Windows 操作系統，在SQLserver2000 語言基礎上開發，劃分出七個界面：業務進度界面、信息采集界面、數據編輯界面、入庫操作界面、館藏分布界面、數據檢索界面和信息瀏覽界面。涵蓋實物地質資料匯交與驗收、掃描與建檔、入庫與管理、查詢與服務4 個階段。

實物資料入庫前，需進行信息采集和錄入工作。實物地質資料的信息采集主要包括：實物實體表面信息采集、相關資料錄入和掃描、實物地質資料檔案著錄、檢索工具制作。其中實物實體表面信息采集包括巖心掃描、標本立體照相、光薄片成像等；相關資料掃描包括文本掃描和圖紙掃描。

入庫后，通過實物地質資料管理信息系統進行錄入。信息錄入主要包括：樣本描述、薄片照片數據、巖芯照片描述、組合分析樣數據、光譜樣數據、巖石全分析樣數據、物探數據、化學分析樣數據、巖芯庫巖芯存放位置信息等。

該系統基于現行計算機操作系統運行，分為客戶端和服務器兩部分，分別通過集團內網鏈接，服務器端存放數據，客戶端存取、處理數據。該信息系統由數據編輯、系統維護、數據處理、統計分析、檢索查詢和數據輸出六部分組成。它將鉆井孔、取芯流程、巖芯編錄、巖芯分析等各項信息分門別類入庫，并同時錄入巖心描述信息及其掃描圖像。系統以信息目錄、圖像、數據表和報表得形式把檢索瀏覽結果準確、直觀得呈現給用戶。

系統數據庫由5 個分庫和八個子庫組成。分庫包括巖芯圖像分庫、鉆孔數據分庫、電子信息分庫、地質地層信息分庫。其中，圖像分庫所涵蓋的數據屬性有照片、圖層、專業圖件、地質剖面、巖心柱狀圖等；鉆孔數據分庫所包含得數據屬性有采取率、起止深度、鉆孔深度、鉆孔編號、取芯層位等；電子信息分庫包含得數據屬性有成果獲獎等級、成果報告、測試分析數據等；地質底層信息分庫包含得數據屬性有采集人、標本采集地點、類別、標本名稱等。

子庫組包括科學鉆孔子庫、生產鉆孔字庫、環境調查子庫、地層剖面子庫、典型礦床子庫、巖石子庫、特殊地質構造子庫、地球化學子庫，所有子庫依據其自身特征涵蓋不同得數據屬性。通過面向對象的搭建式數據庫設計，實現巖芯圖像呈現、地圖空間展示、圖幅系統展示、數字展廳、綜合查詢等功能。同時，把信息系統與GIS 技術融合，把庫房突顯作為圖形數據得節點。通過對象—關系型數據模型，架構巖芯位置信息和庫房平面圖之間的聯系。綜合鉆孔的空間位置數據，實現鉆孔地理位置、巖芯、鉆孔信息的完全聯動。

完成實物資料的信息資源數據庫建設后，采用Web 搭建一個實物地質資料信息檢索平臺，并與全國范圍內的地質局直屬單位、各省地調隊的數據庫建立鏈接，把實物資料目錄數據、成果資料數據、原始資料數據和成礦區信息進行集群，建立起全國實物資料集群服務系統，通過共享服務平臺提供社會化共享。開發目錄信息檢索服務，實現全國實物地質資料交互式服務。

通過實物地質資料信息化建設，能夠形成全國統一的實物地質資料“賬本”，實現與各直屬單位、地方局的信息共享，強化監管，落實管理。達到實用性、可靠性、先進性、安全性、可操作性、可維護性、可擴充性的目標。

5 實物地質資料信息化管理的意義

實物地質資料是地質資料的關鍵構成，通過信息化建設，為實物地質資料管理開創了新的起點。實物資料的信息化管理，可以為社會和國家積累一筆珍貴的數據財富，使實物檔案資源得到充分使用，簡化了重復工作，提高科研生產效率，推動了地質行業和社會經濟的全面發展。

與傳統的實物資料人工記賬方式相比，實物地質資料的信息化管理打破了信息交流范圍限制和利用率不高得缺陷，通過采用GIS 技術、現代數據庫技術和計算機組網技術相結合的信息化管理模式，使實物資料信息通過局域網、廣域網傳送可視化工作，使地質檔案信息得到最大范圍內傳播界面，克服了傳統手工記賬帶來的查詢不便、統計困難、提供遲緩的缺憾，推進了實物地質檔案服務方式的數字化、科技化，提高了實物地質資料二次開發利用的水平。

經過實物地質資料信息化建設，實現了巖芯位置、巖芯信息、鉆孔地理位置、鉆孔信息的聯動查詢，取得了實物資料管理手段上的突破。按照統一標準，將全國實物地質資料信息進行采集導入，改變了實物地質資料信息長期封鎖在庫房的現狀，建成統一標準、統一規范的全國實物地質資料信息服務體系，實現全國實物地質資料信息共享，建立常態化信息更新機制，有利于實物資料現代化服務。

實物地質資料信息管理和服務體系的實施，填補了實物地質資料管理的空白，完善了地質檔案體系，一方面將數字化的實物地質資料信息作為地質成果檔案予以永久保留；此外，使這一珍貴的信息資源得以系統化開發研究，為地質勘查發揮作用。此外，實物地質資料的館藏機構將信息化技術用于收集、保管、研究，大大方便了實物地質資料的管理維護、查詢統計工作。基于網絡發布平臺運行，將有利于提高地質調查重大成果、地球系統科學、資源與環境關系等地學知識教育、傳播與普及，開發通俗易懂的科普產品，開展實物地學科普基地建設，提升社會影響力。

6 結論

開展實物地質資料管理的信息化建設符合《地質資料管理條例》、《地質資料管理條例實施辦法》、《實物地質資料管理辦法》的要求，符合地質資源勘查中長期規劃的要求，符合國土資源部對實物地質資料委托保管的要求，符合國家未來發展戰略要求，在國家的方針、政策方面和自身的發展方面均是適時的、必要的，對促進我國地質資源開采與儲備、地學事業的順利發展，具有十分重要的意義。

然而，實物地質資料的信息化管理還存在一些短板，為了彌補不足，需要加強如下幾個方面：

1）重視科學實施，落實人員配給，明確工作節點，落實資料匯交，跟進監督和指導，爭取早日完成實物地質資料匯交和實物檔案數據庫建設內容。

2）落實科研經費，確保各項工作順利完成。

3）強化技能培訓，對實物地質資料管理人員進行嚴格培訓，加強檔案標準化宣貫，為實物地質資料信息管理和服務體系建設打好基礎。

4）強化服務理念，以服務促進發展。要求實物地質資料信息管理機構簡化辦事流程，開辟地質資料借閱復制、實物匯交等領域的網絡審批流程，提供免費借閱和復制服務，以優質的服務促進信息流動，從而提高實物地質資料信息化水平。