基于知識服務的地學數據庫產品開發模式研究

齊釩宇，李曉蕾，孔昭煜，閻海飛，張 仲

(1.中國地質調查局發展研究中心，北京 100037； 2.全國地質資料館，北京 100037； 3.江蘇省有色金屬華東地質勘查局地質信息中心，江蘇 南京 210007； 4.山東元鴻勘測規劃設計有限公司，山東 濟南 250014)

地質資料的本質屬性是提供社會化服務，為國家重大工程、基礎設施規劃與建設和地質調查工作等提供精準化的地質信息產品服務[1]。近些年，社會各界對地學數據庫產品的需求持續上漲，傳統以項目建設地學數據庫的方式很難滿足社會發展的需求，利用地質資料數字資源，從中挖掘出地學知識匯聚并形成數據庫產品成為現今地質資料精準化服務的研究熱點之一。

地質資料作為一種專業類科技檔案，同時也是地學知識的集合體，其中蘊含著海量的地學知識信息，易于開展地質資料的深入分析和知識的提煉聚合，具有利用知識服務開展地學知識匯聚并建庫的良好基礎[2]。本研究基于地質資料數字資源，以提升地質資料精準服務質量為目標，貫徹社會各界用戶對地學數據庫產品的切實需求，融入知識建庫核心過程，提出基于知識服務的地學數據庫產品開發模式及發展建議，帶動地學數據庫產品開發與建設的發展。

1 基于知識服務的地學數據庫產品開發理念與意義

1.1 理念

以往利用地質資料建設地學數據庫，往往是利用分散在各個地質資料中一件資料，提取并集成整合建設地學數據庫。例如國家地質圖數據庫，是從區域調查地質資料中提取出標準分幅的地質圖，集成整合并匯聚，形成國家地質圖數據庫。隨著大數據時代的來臨，提取出地質資料中蘊含的地學知識，開發利用并建設地學數據庫產品成為當今地質資料發展的重要方向。

地質資料是地學知識的集合體，地學知識往往蘊含在各種地質報告、附圖、附表和附件中。目前，各級地質資料館藏機構管理的基本單位是“件”，而一件地質資料中蘊含的地學知識很難被用戶發現并利用[3]，而用戶需求的往往是地質資料中蘊含的這些地學知識。將海量地質資料作為數據源，從中提取相關地學知識，集成整合后匯聚形成地學數據庫產品是當今地質資料重要的發展趨勢。

1.2 意義

1) 提升地質資料開發利用價值。地質資料具有深度的開發利用價值，目前有大量利用地質資料深層開發找礦的成功案例[4-6]。從地質資料中提取地學知識，形成地學數據庫產品是對地質資料的深層開發利用，可以提升地質資料開發利用價值。

2) 提升地質資料精準服務水平。地質資料的本質屬性是服務利用，而大量用戶的需求是賦存在地質資料中的地學知識。從地質資料中挖掘地學知識并建庫，是地質資料產品開發的新形式，有助于提升地質資料精準服務的水平。

3) 有助于數據庫持續更新維護。傳統的地學數據庫建設工作需要以項目的形式，項目結束后，不再有經費的支持下，地學數據庫的更新維護面臨極大的挑戰。而地質資料具有持續匯交性，每年均有大量的地質資料匯交至館藏機構，以全國地質資料館為例，每年要接收地質資料近5 000檔，30萬件。這些新匯交的地質資料是地學數據庫的重要更新數據源，因此利用地質資料建設地學數據庫產品，有助于對地學數據庫的持續更新與維護。

4) 縮短建庫時間，節約建庫成本。以往項目建設地學數據庫的形式，投入大量的人力、物力和財力，匯集形成地學數據庫。隨著信息技術的發展，大量的地學數據庫所需地學知識蘊含在地質資料中，通過技術手段提取地學知識，集成整合后匯聚并建庫，將大大縮短地學數據庫產品建設時間，節約建庫成本。

2 基于知識服務的地學數據庫產品開發模式

2.1 地學數據庫產品開發策略

1) 以需求為導向的地學數據庫產品構建。地學數據庫產品建設的目的是開展精準化的地學知識服務，提升地質資料深層開發利用價值。因此，地學數據庫產品開發時，需要結合社會各界用戶需求，針對用戶需求來設計地學數據庫產品。

2) 注重前期數據源摸底與數據庫試點建設工作。和地質資料一樣，地學數據庫涉及地質、水文、地球化學、地球物理等多個專業，每個專業形成的地質報告具有不同的特點，其蘊含的地學知識也不盡相同，因此，地學數據庫產品研發前期需要對數據源進行詳細的摸底調研。經過數據源摸底后需要開展數據庫試點建設工作，根據試點建設過程中遇到的問題，及時修正技術路線。

3) 擅用技術手段，提升數據庫建庫效率。地質資料具有海量性[7-8]，海量的地質資料數字資源蘊含著極為豐富的地學知識，這也導致了地學數據庫建設的工作量巨大。擅用自動化手段，提升地學知識提取、匯聚等工作效率，是解決海量地學知識建庫的重要手段方法。

2.2 地學數據庫產品開發模式

1) 知識來源。地學數據庫產品利用全國地質資料館館藏作為知識來源，其中包括有結構化地質資料數據、半結構化地質資料數據和非結構化地質資料數據。館藏地質資料包含有矢量化的數據，柵格數據等，種類豐富，數據量大。地學數據庫產品開發前需要對知識來源做充分的數據調研，才能保障后續工作。

2) 技術要素。從地質資料數據中心利用技術要素建設地學數據庫產品，主要流程包括有知識提取、知識集成、知識匯聚、知識建庫、知識分析和知識獲取等，具體主要有智能提取、符號表示、規則抽取、統一編碼、數據可視化等相關技術(圖1)。

3) 領域應用。利用技術手段從地質資料數據中提取出地學知識并建庫，從而達到地學數據庫產品建設與服務的目的。地學數據庫服務領域廣泛，從國家重大工程規劃部署、基礎設施建設到礦產地質調查、水工環勘查等。

圖1 基于知識服務的地學數據庫產品開發模式

Fig.1 Product development mode of geosciences database base on knowledge service

3 開發實例

3.1 全國礦產地數據庫

全國礦產地數據庫完成于2003年，在礦產資源規劃、管理、開發、評價工作中有著重要的意義[9-10]，但卻多年未進行系統的數據更新維護，致使庫中礦產地數據現勢性不足。2018年起，全國地質資料館組織人員力量，從館藏涉及礦產資源地質資料中的報告、附件和附表中挖掘礦產地數據，并經過集成整合后匯聚進新的全國礦產地數據庫，形成了全國礦產地數據庫2019版。全國地質資料館作為國家級地質資料館藏機構，每年約接收5 000檔(約30萬件)的地質資料匯交，其中60%左右是涉及礦產資源的地質資料，具有充足的礦產地數據更新數據源。全國礦產地數據庫利用地質資料中蘊含的礦產地知識聚合形成，不僅包含近些年新發現的礦產地數據，還包括有已閉坑的礦產地數據，數據全面。基于知識服務的全國礦產地數據庫的建設大大降低了建庫成本，提升了礦產地數據庫更新效率，全面提高礦產地數據的服務水平。

3.2 全國礦床巖石地球化學數據庫

經過幾十年的地質工作，對全國礦床巖石積累了大量的巖石地球化學數據，包括有巖石常量元素、微量元素和稀土元素數據等。目前，這些數據分散在地質資料成果報告、附件、附表和原始地質資料中，其數據量與日俱增，對這些數據進行提取、集成整合并建設全國礦床巖石地球化學數據庫，可提升我國科研人員對礦床巖石進行系統研究，是一項十分重要的基礎地質工作。

以往，每個項目組進行礦床學研究時均會采集大量的礦床巖石樣品進行測試分析，所獲得的巖石地球化學數據會以知識形式賦存于地質成果報告、附表、附件中。近些年，隨著原始地質資料的匯交，越來越多的礦床巖石地球化學數據匯交至全國地質資料館，為全國礦床巖石地球化學數據庫的建設奠定數據基礎。

全國礦產地數據庫和全國礦床巖石地球化學數據庫的建設是基于知識服務的地學數據庫產品開發的典范，不僅節約了地學數據庫建庫成本，縮短了建庫時間，提升了數據更新維護效率，還為其他地學數據庫的建設提供了思路和方法。

4 建 議

4.1 強化用戶需求調研，提升地質資料精準化服務

傳統的地學數據庫建庫方式以項目為單位，往往是“自建自用”或“自建他用”的服務形式。利用地質資料開發地學數據庫產品則是館藏機構負責建設，用戶使用的方式。因此只有不斷強化用戶的需求調研，才能更加精準的了解用戶需求，設計出適用用戶需求的地學數據庫產品。

4.2 建立開放式建庫與維護的新機制

在強化用戶需求調研的基礎上，建議開展和用戶聯合建庫與維護的地學數據庫建設新機制，不僅可以更加精準的根據用戶需求開發產品，還可以以用戶專業的角度更加完善產品建設。

4.3 豐富地學數據庫產品體系

加緊基于地質資料的地學數據庫產品規劃設計,拓寬地學數據庫產品范圍是地質資料服務所必經之路。傳統方式建設的地學數據庫產品更新速度已很難滿足現代社會對地學數據庫產品的需求,豐富地學數據庫產品體系，加強地學數據庫產品的研發是地質資料需求者共同的夙愿。增加地學數據庫產品建設能力,完善地學數據庫產品體系,努力提升我國地質資料深層開發利用的水平。

4.4 加強數據庫建庫技術研究，提升地學數據庫之間的關聯性

地學數據之間的關聯性很強，例如礦產地質調查工作，對以往地質調查、已有礦產地信息、測試分析數據、區域地質圖件等等具有很強的需求性。將這些地學數據，甚至地學數據庫相關聯，利用先進的數據庫建庫技術，將這些數據(庫)相關聯，是地學數據庫更新換代的發展趨勢。將關聯數據、知識圖譜和數據倉庫等數據庫建庫技術融入進地學數據庫產品建設中，提升地學數據庫間的關聯關系，是下一代地學數據庫的發展趨勢。

5 結 語

隨著技術的發展，地質資料開發利用面臨重大變革。面對海量地質資料數字資源，通過對數據的摸底調研，基于用戶需求，利用地質資料知識挖掘對結構化、半結構化和非結構化的地質資料數據進行知識挖掘、提取、集成、整合并匯聚建庫，可以有效推動地學數據庫的建設，縮短建庫周期，提升數據更新維護效率，提供更加高效的地學數據庫產品服務。知識服務時代的來臨，地學數據庫產品開發模式轉型勢在必行，提高地學數據庫產品的建設效率與數據的現勢性，針對用戶需求實現知識化管理與建庫，成為新時期地質資料開發利用重要的發展趨勢。