基于GIS技術(shù)的地質(zhì)成果資料檢索服務(wù)技術(shù)探討

黃家凱, 潘玉清, 樊旭東

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢　430034)

0　引言

地質(zhì)成果資料是一筆寶貴的財(cái)富。如何合理有效地利用地質(zhì)成果資料,最大限度地服務(wù)于地質(zhì)找礦與科學(xué)研究,是地質(zhì)資料管理者們研究的目標(biāo)之一。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步,地質(zhì)成果資料管理從傳統(tǒng)的人工檢索、計(jì)算機(jī)輔助檢索發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)檢索。這極大地方便了資料使用者,使其獲得的資料更符合預(yù)期,同時(shí)也大大減輕了資料管理者的工作。這些技術(shù)方法的廣泛使用標(biāo)志著地質(zhì)成果資料的管理全面進(jìn)入信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的時(shí)代。

GIS技術(shù)無疑是當(dāng)今最熱門的課題。地質(zhì)成果資料的固有屬性之一就是地理空間范圍,因此它先天與GIS具有極高的親和度。而按照感興趣的空間位置檢索需要的地質(zhì)成果資料又是查詢者最希望的檢索方式之一,因此研究基于GIS技術(shù)的地學(xué)資料檢索方法,是一個(gè)非常有意義的課題。

1　資料檢索服務(wù)技術(shù)現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與Internet技術(shù)的發(fā)展,使得資料檢索服務(wù)技術(shù)發(fā)生了革命性的變化,計(jì)算機(jī)檢索取代卡片目錄的檢索方式已是歷史的必然[1]。計(jì)算機(jī)檢索可以為讀者提供“廣、快、精、準(zhǔn)”的有效信息服務(wù)。對此,卡片檢索是無能為力的。采用Web技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖書資料檢索是目前最新的技術(shù)手段之一[2]。信息時(shí)代下讀者檢索所需的資料方式發(fā)生了翻天覆地的變化:你只需擁有一臺(tái)能連上Internet的Web終端,這里所謂的終端可以是普通臺(tái)式PC、筆記本電腦，甚至只需要是智能手機(jī)、平板電腦,然后在Web瀏覽器中打開需要檢索資料的圖書館Web站點(diǎn),在Web頁面中輸入感興趣的關(guān)鍵詞,圖書館的Web服務(wù)器就會(huì)返回所有滿足條件的資料目錄(圖1)。

圖1　信息時(shí)代資料檢索示意圖

這個(gè)過程中,資料檢索用戶與Web終端直接交互,通過Web頁面輸入關(guān)鍵詞及其它篩選條件。Web終端將這些信息封裝,通過HTML、XML等網(wǎng)絡(luò)通訊語言發(fā)送到被檢索的圖書館的Web服務(wù)器,Web服務(wù)器處理檢索請求,將查詢條件轉(zhuǎn)化為對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的查詢語言,通過SQL、中間件等技術(shù)查詢數(shù)據(jù)服務(wù)器,然后將查詢結(jié)果沿前述的路徑返回給用戶。

從上述的流程來看,信息時(shí)代的資料檢索服務(wù)無疑具有極大的優(yōu)勢。這種方式可以實(shí)現(xiàn)海量資料目錄檢索、自動(dòng)檢索及模糊匹配等諸多功能。

2　地質(zhì)成果資料空間屬性與檢索的空間定位需求分析

2.1　地質(zhì)成果資料空間屬性

地質(zhì)成果資料是一類特殊的資料。它除了具有一般資料的寶貴性、可重復(fù)利用性等固有屬性外,還具有獨(dú)特的空間位置屬性(表1)。

表1　地質(zhì)成果資料主要元數(shù)據(jù)項(xiàng)一覽表

地質(zhì)成果資料的空間屬性描述的是該資料的工作區(qū)范圍。這個(gè)范圍通常用點(diǎn)或多邊形兩種幾何形狀來抽象。當(dāng)抽象為點(diǎn)要素時(shí),其代表的是工作區(qū)中心位置,通常對應(yīng)較大比例尺、較小工作范圍的工作區(qū)。當(dāng)抽象為多邊形要素時(shí),其代表的是該工作區(qū)的精確邊界,通常對應(yīng)較小比例尺、較大工作范圍的工作區(qū)。

采用多邊形來抽象表達(dá)的地質(zhì)成果資料空間屬性,又可分為三種基本類型：第一類是僅需要一個(gè)最大最小范圍即能表達(dá)的,如一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖幅、一個(gè)正南正北的矩形范圍等，這類多邊形在GIS中常用“最小外包絡(luò)矩形”(Minimal Boundary Rectangle,MBR)來抽象表達(dá)[3]；第二類是采用普通多邊形表達(dá)抽象的,這類地學(xué)成果資料的工作區(qū)范圍為一個(gè)實(shí)心的、不帶任何空洞的多邊形；第三類是采用復(fù)雜多邊形抽象表達(dá)的,這類地學(xué)成果資料的工作區(qū)范圍可以是一個(gè)或多個(gè)多邊形范圍(如某一工作區(qū)為采礦權(quán)的范圍,該采礦權(quán)有若干個(gè)采區(qū)),這些矩形可以是簡單矩形,也可以是帶空洞的復(fù)雜多邊形(圖2)。

圖2　地質(zhì)成果資料空間屬性抽象表達(dá)幾何方式示意圖

2.2　地質(zhì)成果資料檢索空間定位需求

區(qū)別于一般資料檢索,地質(zhì)成果資料的檢索除具有一般資料檢索的所有共性以外,它常常是與空間定位緊密相連的。這種空間定位需求可以抽象概況為三種方式:

(1)檢索者想知道某個(gè)興趣點(diǎn)周圍一定距離內(nèi),有哪些地質(zhì)工作成果。這種需求抽象為GIS語言就是:在給定坐標(biāo)的空間點(diǎn)附近一定距離的緩沖區(qū)內(nèi),有哪些地質(zhì)成果資料的空間位置與之有相交關(guān)系。

(2)檢索者想知道沿著某一條路徑周圍一定距離內(nèi),有哪些地質(zhì)工作成果。這種需求表達(dá)為GIS語言就是:在給定坐標(biāo)的路徑兩側(cè)一定距離的緩沖區(qū)內(nèi),有哪些地質(zhì)成果資料的空間位置與之相交。

(3)檢索者要求知道某個(gè)區(qū)域內(nèi),有哪些地質(zhì)工作成果。這種需求轉(zhuǎn)換為GIS語言就是:在給定坐標(biāo)的區(qū)域內(nèi),有哪些地質(zhì)成果資料的空間位置與之相交。

從上述分析可知,地質(zhì)成果資料檢索在人機(jī)交互時(shí),除了需要輸入檢索關(guān)鍵詞等檢索條件外,檢索者常常還期望輸入一些空間限定條件。這些空間限定條件可以在檢索服務(wù)器端轉(zhuǎn)化為成熟的GIS空間分析過程(表2)。

表2　地質(zhì)成果資料檢索空間限定條件抽象與表達(dá)

3　基于GIS技術(shù)的地質(zhì)成果資料檢索服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

3.1　建設(shè)地質(zhì)成果資料目錄數(shù)據(jù)庫

地質(zhì)成果資料目錄數(shù)據(jù)庫是檢索應(yīng)用的基礎(chǔ)。不同于一般的資料目錄數(shù)據(jù)庫,它應(yīng)該具有獨(dú)立、完整、規(guī)范的空間屬性。只有達(dá)到這個(gè)要求,后續(xù)的空間定位查詢才能得到有效支持。

對于地質(zhì)成果資料目錄這一實(shí)體來說,有多種成熟的方式可用來存儲(chǔ)其空間屬性。大型的商用數(shù)據(jù)庫(如Oracle)均有空間數(shù)據(jù)類型；成熟的GIS基礎(chǔ)平臺(tái)均支持通過SDE(Spatial Data Engine)在商用數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)；OGC(Open GIS Consortium)、ISO/TC211等國際組織也有相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)表達(dá)與存儲(chǔ)方案。

在建設(shè)地質(zhì)成果資料目錄數(shù)據(jù)庫的過程中,其空間屬性數(shù)據(jù)的類型選擇也是特別需要關(guān)注的問題。因?yàn)榈乩砜臻g數(shù)據(jù)是與特定的參考橢球、特定的高程系統(tǒng)(如果有高程坐標(biāo))、地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)或投影坐標(biāo)數(shù)據(jù)等核心元數(shù)據(jù)緊密相關(guān)的,為了簡化后續(xù)的檢索應(yīng)用,提高檢索效率,建議采用統(tǒng)一的地理空間定位坐標(biāo)系統(tǒng)。

3.2　部署GIS服務(wù)器

區(qū)別于普通的資料檢索系統(tǒng),支持空間檢索的地質(zhì)成果資料檢索系統(tǒng)在Web服務(wù)器與數(shù)據(jù)服務(wù)器之間增加了GIS服務(wù)器,它是完成地質(zhì)成果資料空間檢索的關(guān)鍵。GIS服務(wù)器的位置及與體系中各部分交互的主要途徑見圖3。

圖3　地質(zhì)成果資料檢索系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)圖

從圖3可以看出,Web客戶端與圖書館Web服務(wù)器之間的通信由HTML、XML升級(jí)為支持傳遞空間信息的GML。它可以將Web客戶端資料檢索者輸入的空間限定條件傳遞至Web服務(wù)器端。這些空間信息是GIS服務(wù)器完成空間分析判別的輸入數(shù)據(jù)來源。

GIS服務(wù)器上需要部署相應(yīng)的GIS平臺(tái),它負(fù)責(zé)完成檢索過程中的空間分析。GIS平臺(tái)有多種選擇,國產(chǎn)的大型GIS平臺(tái)有MapGIS、Surpermap、GeoStar等多款可選；國際的知名GIS平臺(tái)有ArcGIS等許多成熟的產(chǎn)品。Web服務(wù)器與GIS服務(wù)器之間通過GIS平臺(tái)提供的WMS、WCS、WFS這三類標(biāo)準(zhǔn)GIS接口訪問[3-5]。

GIS服務(wù)器與資料目錄數(shù)據(jù)服務(wù)器之間通過GIS平臺(tái)提供的SDE訪問數(shù)據(jù)服務(wù)器中資料目錄的空間屬性。這些空間屬性數(shù)據(jù)返回到GIS服務(wù)器后,由其完成空間分析功能,篩選符合條件的資料條目,再返回到Web服務(wù)器,最終由Web服務(wù)器返回到客戶端,從而完成整個(gè)檢索過程。

3.3　開發(fā)具有空間分析功能的B/S資料檢索系統(tǒng)

一套高效的支持空間分析功能的B/S資料檢索系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)地質(zhì)成果資料檢索的靈魂。從地質(zhì)成果資料檢索的業(yè)務(wù)需求來看,這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該具有三大特點(diǎn)。

(1)該系統(tǒng)應(yīng)該是簡單的B/S結(jié)構(gòu),同時(shí)還應(yīng)該是“瘦客戶端/胖服務(wù)端”的結(jié)構(gòu)。在Web客戶端,只需要通過瀏覽器下載安裝GIS平臺(tái)提供的ActiveX控件或簡單的插件。所有的空間分析與處理功能應(yīng)該全部在GIS服務(wù)端完成。

(2)該系統(tǒng)的Web客戶端在符合傳統(tǒng)資料檢索習(xí)慣的同時(shí),還應(yīng)該有一個(gè)可供資料檢索者方便輸入空間限定條件的視圖窗口。這個(gè)空間視圖窗口一般是由GIS平臺(tái)提供的ActiveX控件或插件實(shí)現(xiàn)的。通過該空間視圖窗口,檢索者可以通過在圖上選定檢索空間范圍；同時(shí)也可以輸入精確的坐標(biāo)值來確定資料檢索范圍。

(3)該系統(tǒng)應(yīng)該運(yùn)行流暢。GIS服務(wù)器端選擇最佳的方式通過Web服務(wù)器與Web客戶端交互空間數(shù)據(jù)是系統(tǒng)流暢運(yùn)行的關(guān)鍵。因此需要結(jié)合使用WMS、WCS與WFS,當(dāng)Web端視圖范圍區(qū)域較大時(shí),建議采用WMS交互數(shù)據(jù)；當(dāng)Web端視圖范圍區(qū)域較小時(shí),可以采用WCS、WFS交互數(shù)據(jù),但同時(shí)要注意數(shù)據(jù)緩存的處理,避免Web端長時(shí)間的等待。

4　結(jié)語

基于GIS技術(shù)建設(shè)支持空間條件檢索的地質(zhì)成果資料服務(wù)系統(tǒng)是今后地學(xué)資料服務(wù)的一個(gè)非常有前景的發(fā)展方向。這種方式既契合了地質(zhì)成果資料的空間屬性特征,也能更好的滿足地質(zhì)成果資料檢索者的需求。本文中論及的各項(xiàng)技術(shù)方法均已成熟,并且成功應(yīng)用于諸如電子地圖網(wǎng)站、智能導(dǎo)航等領(lǐng)域,因此建設(shè)支持空間條件檢索的地質(zhì)成果資料服務(wù)系統(tǒng)是完全可行的。這樣的一套資料檢索系統(tǒng),有利于寶貴的地質(zhì)成果資料的二次開發(fā)利用,更好地為地質(zhì)找礦事業(yè)服務(wù)。

參考文獻(xiàn):

[1]黎剛.圖書資料檢索與信息化建設(shè)[J].黑龍江社會(huì)科學(xué),2001(2):79-80.

[2]李茉莉,左鳳朝.基于Web的圖書資料檢索技術(shù)研究[J].情報(bào)雜志,2003(2):65-67.

[3]龔健雅,杜道生,朱欣焰,等.當(dāng)代地理信息技術(shù)[M].第二版.北京:科學(xué)出版社,2001.

[4]李輝,杜亞軍.圖書資料檢索過程的智能行為研究[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào)：哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版,2004(4):90-91.

[5]盧秀麗.淺談GIS空間分析[J].科教前沿,2013(1):66-67.