基于GIS的礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建研究

吳 強(qiáng)，賴小偉

（江西省地質(zhì)局九0二大隊(duì)，江西 新余 338000）

礦產(chǎn)資源是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基石，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要促使我國(guó)不斷加大礦產(chǎn)資源開采，礦山開采不可避免地礦山及其周邊區(qū)域帶來(lái)生態(tài)環(huán)境問題。然而，良好的生態(tài)環(huán)境是人類生活的必備條件，與人類身體健康息息相關(guān)。因此，我國(guó)十分重視礦山開采帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問題，不斷開展礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，獲取礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)空間數(shù)據(jù)，以此評(píng)估礦山生態(tài)環(huán)境變化[1]。但是，環(huán)境地質(zhì)空間數(shù)據(jù)包含內(nèi)容廣泛，如地理位置、空間分布、地質(zhì)生態(tài)特征等，具有數(shù)據(jù)量大、種類多、范圍廣等特點(diǎn)。尤其是在大數(shù)據(jù)時(shí)代，地質(zhì)空間數(shù)據(jù)的獲取、處理、整合、可視化已經(jīng)成為地質(zhì)行業(yè)的基礎(chǔ)性工作。因此，亟需構(gòu)建礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)庫(kù)，滿足地質(zhì)調(diào)查需求，為此提出基于GIS的礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建研究。

1 基于GIS的礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建研究

1.1 建立礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)模型

礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)主要包括遙感影像、成果圖件、空間實(shí)體、基礎(chǔ)地質(zhì)、文檔資料等數(shù)據(jù)，具有表格、圖像、數(shù)字、文字、圖形等5種表現(xiàn)形式[2]。而空間數(shù)據(jù)的形成，需要采用掃描儀、數(shù)字化儀等設(shè)備，將數(shù)據(jù)輸入GIS（地理信息系統(tǒng)）中，才能表達(dá)出礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)。基于此，建立的礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)模型，如圖1所示。

如圖1所示的空間數(shù)據(jù)模型，即是根據(jù)礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)中的已知坐標(biāo)位置，依據(jù)GIS的樞紐、構(gòu)成和包含等數(shù)據(jù)空間關(guān)系，構(gòu)成空間數(shù)據(jù)模型。而對(duì)于礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)中，存在的與幾何位置無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)，則基于數(shù)據(jù)的定性（特性、名稱、類型等）和定量（等級(jí)、數(shù)量等）兩種描述方式，為空間數(shù)據(jù)模型賦予定量和定性描述，完成礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)模型建立。

圖1 空間數(shù)據(jù)模型

1.2 基于GIS處理礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)

由于礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，均是通過(guò)不同的設(shè)備、途徑采集到的數(shù)據(jù)，存在數(shù)據(jù)不清晰、冗余、缺失、格式不統(tǒng)一等問題[3]。需要采用GIS系列的主流軟件ArcGIS軟件，對(duì)礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

將礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)加載到ArcGIS軟件的ArcMap中，選擇WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)作為地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)處理坐標(biāo)，依據(jù)ArcMap中的Define Projection命令，定義數(shù)據(jù)坐標(biāo)投影，根據(jù)載入ArcGIS軟件中的數(shù)據(jù)類型，柵格數(shù)據(jù)選擇ArcMap中的Projection Raster命令，完成地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)投影，除柵格外的其他數(shù)據(jù)選擇Project命令，完成地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)投影。在投影過(guò)程中，還需要從WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)的Output Coordinate System命令中，選擇適合載入數(shù)據(jù)的投影坐標(biāo)系。

由于調(diào)查載入的礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)數(shù)據(jù)屬于全新余市范圍的礦山數(shù)據(jù)，同一個(gè)地理位置中包含了高程、遙感、航磁等圖像數(shù)據(jù)。為此，選擇ArcMap中的Create Layer From Selected Features命令，在同一個(gè)地理位置的數(shù)據(jù)中創(chuàng)建圖層，將同一個(gè)第一位置的不同類型數(shù)據(jù)保存在一個(gè)圖像中。

不同方式采集到的礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)的柵格數(shù)據(jù)，需要根據(jù)數(shù)據(jù)概括范圍，對(duì)其進(jìn)行拼接和剪裁處理。因此，選擇ArcMap中的Mosaic命令，拼接處于不同柵格圖像的同一個(gè)地理位置數(shù)據(jù)；Extract by Mask命令剪裁同一圖像中包含的其他地理位置數(shù)據(jù)。

1.3 礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)管理

經(jīng)過(guò)GIS處理后的礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，按照?qǐng)D1所示的空間數(shù)據(jù)模型，整合為包含圖形和屬性兩個(gè)類別的數(shù)據(jù)，即為地質(zhì)圖形數(shù)據(jù)賦予屬性。為此，采用關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理的方式，管理礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)。

該管理方式根據(jù)此次研究建立的空間數(shù)據(jù)模型，將圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)按照兩者之間的關(guān)系相結(jié)合，形成對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)管理模型，將地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)按照空間模型無(wú)縫集中在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2 實(shí)驗(yàn)分析

此次實(shí)驗(yàn)選擇某區(qū)域的礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)空間數(shù)據(jù)作為此次實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，將基于三維空間的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法作為此次實(shí)驗(yàn)對(duì)比方法，驗(yàn)證此次研究的基于GIS的礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法。

2.1 開發(fā)運(yùn)行平臺(tái)

此次實(shí)驗(yàn)選擇可以多用戶并行訪問、承載數(shù)據(jù)量大、保證數(shù)據(jù)一致性，具有分布式處理、安全和完整性控制等功能的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，搭載此次實(shí)驗(yàn)選擇的兩組數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)。

將Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)軟件安裝到ArcSDE數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，建立兩者之間的連接關(guān)系，啟動(dòng)Oracle軟件中Oracle 11g服務(wù)，初始化Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。此時(shí)，即可在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)軟件中，采用兩組數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法，根據(jù)礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)空間數(shù)據(jù)，分別構(gòu)建礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建過(guò)程中，采用Microsoft Visual Studio 2019工具開發(fā)平臺(tái)和ArcEngine10.0二次開發(fā)平臺(tái)，使用C#開發(fā)語(yǔ)言，開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)功能。數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建完成后，采用Windows Server 2007操作系統(tǒng)，操作此次實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)空間數(shù)據(jù)

此次實(shí)驗(yàn)選擇的礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)空間數(shù)據(jù)，主要為某城市礦山基礎(chǔ)地質(zhì)圖庫(kù)，其中主要包括礦山地質(zhì)背景、成礦潛力評(píng)價(jià)、礦產(chǎn)資源、成礦預(yù)測(cè)等專題的數(shù)據(jù)圖庫(kù)，共包括21個(gè)礦山地質(zhì)圖件，平均每個(gè)圖件可以分為35個(gè)圖層，其數(shù)據(jù)總大小為1.5GB。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用兩組數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法，根據(jù)上述1.5GB的礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)空間數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)空間數(shù)據(jù)分為1536MB、1024MB、500MB、120MB、60MB、25MB、10MB七個(gè)分量，測(cè)試兩組數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法，構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)讀取礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)空間數(shù)據(jù)的響應(yīng)時(shí)間。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

數(shù)據(jù)庫(kù)讀取礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)空間數(shù)據(jù)的響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)讀取響應(yīng)時(shí)間對(duì)比

從表1中可以看出，兩組數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間受數(shù)據(jù)量大小的影響，即當(dāng)數(shù)據(jù)量過(guò)小時(shí)，數(shù)據(jù)讀取響應(yīng)時(shí)間會(huì)比數(shù)據(jù)量大時(shí)的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，如10MB和25MB時(shí)的數(shù)據(jù)量；只有當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)量超過(guò)25MB時(shí)，其數(shù)據(jù)讀取響應(yīng)時(shí)間才會(huì)隨著讀取數(shù)據(jù)量的增加而增加。但是，在此次實(shí)驗(yàn)設(shè)置的數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)量下，此次研究方法構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間，相較基于三維空間的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間分別小25.5303s、9.7357s、34.81769s、4.60878s、2.106832s、0.372729s、0.66846s。由此可見，此次研究方法構(gòu)建的礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)，讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中大量數(shù)據(jù)所需的響應(yīng)時(shí)間少，更適合處理大數(shù)據(jù)量。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，此次構(gòu)建礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)庫(kù)，充分考慮地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)范圍、類型、數(shù)量、表現(xiàn)形式，將礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)整合，形成礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查空間數(shù)據(jù)模型，提高數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間。