MapGIS K9支持下的地質礦產成果集成系統(tǒng)建設

王學杰，谷 娟，王豐收，劉家橙，崔軍磊，喬天榮

（1.河南省地質調查院，河南 鄭州 450000；2.華北水利水電大學，河南 鄭州 450006；3.河南省地質科學研究所，河南 鄭州 450000）

MapGIS K9支持下的地質礦產成果集成系統(tǒng)建設

王學杰1，谷 娟2，王豐收1，劉家橙3，崔軍磊1，喬天榮1

（1.河南省地質調查院，河南 鄭州 450000；2.華北水利水電大學，河南 鄭州 450006；3.河南省地質科學研究所，河南 鄭州 450000）

在全面收集以往地質礦產資料的基礎上，建立了河南省桐柏地區(qū)不同比例尺地質礦產資料數(shù)據庫，構建地質礦產綜合信息開發(fā)平臺，實現(xiàn)了綜合信息的入庫、管理、分析、查詢等功能，能為礦產開發(fā)規(guī)劃提供服務。

成果集成；數(shù)據庫；系統(tǒng)開發(fā)

1 總體技術路線

1）按要求進行資料收集、分析和整理，以各類地質資料的空間位置為聯(lián)系，以數(shù)據庫為主要技術手段，進行各專業(yè)、不同介質成果數(shù)據的關聯(lián)，集成建設綜合數(shù)據庫[2]。

2）選擇使用地學常用軟件，進行各專業(yè)數(shù)據的處理與分類，各專業(yè)成果數(shù)據通過數(shù)據交換，轉換為MapGIS格式，建立綜合數(shù)據處理解釋圖庫。

3）綜合以往和本次數(shù)據處理成果，進行多元數(shù)據的空間融合，建立桐柏地區(qū)金屬及非金屬礦成果集成信息系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據的有效管理與便捷查詢。

2 具體工作部署

按照指導原則和技術路線，項目工作大致可分為資料整理、數(shù)據庫建設和系統(tǒng)集成3個部分（見圖1）。

圖1 部署層次示意圖

2.1 資料收集整理

桐柏地區(qū)早年地質礦產工作較為密集，礦產地數(shù)據131處。建國以來開展的區(qū)域地質、礦產、物化探等工作項目共計180個，其中地球化學勘查20個、礦產勘查128個、區(qū)域地質調查8個、物化探綜合調查5 個、地球物理勘查19個。

重點收集工作區(qū)內基礎地質和礦產勘查成果資料，還要盡可能收集原始資料，如物探、化探、遙感等專業(yè)數(shù)據。具體收集的資料如表1。

對收集到的資料按專業(yè)類型進行綜合整理和分類，開展資料預處理工作，為數(shù)據建庫作準備。為保證各類成果數(shù)據入庫的便捷性與條理性，需要對資料的分類有清晰的認識，專業(yè)譜系是所有專業(yè)成果的超集，故建立本區(qū)地質礦產調查成果專業(yè)譜系來進行資料分類[3]（圖2）。按照所屬專業(yè)類型和數(shù)據建設大致可以建立如下專業(yè)譜系：

1）基礎地理類，包含各類地形圖資料。根據工作需要，本次工作選擇1∶5萬地形圖資料，部分礦區(qū)選擇中大比例尺地形圖資料。

2）基礎地質類，主要包括區(qū)域地質調查、區(qū)域化探調查、區(qū)域航磁、區(qū)域重力、地面高精度磁測、遙感及自然重砂等成果，包括推斷解釋成果。

3）礦產勘查類，主要包括礦產地資料、礦產勘查項目資料、鉆探資料等。

4）三維模型類，指后期處理成果。本次工作選擇地形資料和鉆孔資料，初步建立工作（礦）區(qū)數(shù)字高程模型和地質體三維模型。

5）文本類，包含文字報告、論文論著等。

表1 重點收集資料表

圖2 數(shù)據庫建設流程圖

2.2 綜合數(shù)據處理

系統(tǒng)建立各類地質圖空間數(shù)據庫，主要數(shù)據處理方法見表2。

表2 主要數(shù)據處理方法

2.3 數(shù)據庫建設

針對河南省桐柏地區(qū)地質礦產數(shù)據專業(yè)廣、來源多、結構不一等特征，系統(tǒng)采用MapGIS K9的空間數(shù)據倉庫技術，并針對性地提供包括原始分層數(shù)據標準化處理、異構地質數(shù)據錄入與導入、數(shù)據一致性檢查及更新維護等系列工具，降低建庫難度，提高建庫效率，實現(xiàn)對多源、異構城市地質數(shù)據的一體化組織與管理。

根據收集的資料內容，采取不同存儲形式與格式，對收集資料進行數(shù)字化、格式轉換，建立各專業(yè)成果數(shù)據庫。工作內容分為數(shù)據庫平臺選擇、專業(yè)數(shù)據庫分類、數(shù)據模型選擇（建立）、資料數(shù)字化和專業(yè)數(shù)據入庫與集成。數(shù)據建庫流程見圖2。

對坐標系、投影，除剖面圖、原始數(shù)據外，涉及平面坐標的圖件（數(shù)據庫）均采用平面直角坐標系，橢球參數(shù)采用北京1954/克拉索夫斯基（1940）橢球。比例尺大于1∶2.5萬（包括1∶2.5萬）的圖件，采用高斯投影3°分帶（中央經線114°）；比例尺為1∶5萬～1∶25萬的圖件，采用高斯投影6°分帶（中央經線111°）；比例尺小于1∶25萬的圖件，采用蘭伯特投影，參數(shù)為：第一標準緯線（DDMMSS）353 000、第二標準緯線（DDMMSS）323 000、中央子午線經度（DDDMMSS）1 133 000、投影原點緯度（DDMMSS）312 300。

對地理底圖、遙感影像、DEM等基礎地理空間數(shù)據，可借助系統(tǒng)提供的MapGIS地圖庫、影像庫、高程庫功能導入數(shù)據庫；對規(guī)范化處理后的專題屬性數(shù)據(結構化的表格類數(shù)據)，可借助Excel、Access等輔助工具導入、導出(格式轉換)數(shù)據庫，還可進行有效性檢查、修改、編輯等。

數(shù)據建庫保證入庫過程準確無誤，對入庫的數(shù)據進行正確性檢查，數(shù)據入庫后的應用性檢查，提供多種數(shù)據錯誤檢查的方法及統(tǒng)計工具；對于種類繁多的地質數(shù)據，系統(tǒng)提供地質數(shù)據庫的擴展機制。

2.4 系統(tǒng)開發(fā)

從管理和服務于河南省三維地質（礦產）工作的實際需求出發(fā)，充分利用現(xiàn)代數(shù)據庫技術、GIS技術、多媒體技術及計算機網絡技術，完成集數(shù)據的輸入、管理及可視化為一體的功能全面穩(wěn)定的三維地質項目成果信息系統(tǒng)[4]，滿足河南省三維地質調查項目成果數(shù)據管理、展示的多方面需求。

由于桐柏工作區(qū)信息化程度、集成程度均較低，因此在系統(tǒng)開發(fā)與集成方面應從基礎做起，以成果資料綜合數(shù)據庫為基礎（數(shù)據源），開展“河南省桐柏地區(qū)金屬及非金屬礦成果信息系統(tǒng)”的設計和研發(fā)，初步實現(xiàn)綜合數(shù)據庫的集群管理和可視化。

2.4.1 運行環(huán)境

1）軟件需求。①運行（系統(tǒng)）平臺：Microsoft Windows X86 系列操作系統(tǒng)、MapGIS K9系列軟件、Oracle 10g數(shù)據庫平臺。②開發(fā)平臺：Microsoft Visual Studio .Net 2010、MapGIS K9二次開發(fā)平臺、Oracle10g開發(fā)平臺。③常用軟件：Microsoft Office 2003（及以上版本）、Adobe Photoshop、數(shù)字礦調、GeoMAG、GeoDAS、GeoExpl、RGIS、MRAS等軟件。

2）硬件需求。①服務器：HP或IBM中檔及以上服務器（包括磁盤陣列、存儲器及其他附件）2臺。② 計算機：執(zhí)行前臺任務的計算機普通配置即可，執(zhí)行后臺任務需中高配計算機（工作站或服務器）。③網絡設備：10-100-1 000 M自適應網卡、交換機、機柜及附件等。④外圍設備：彩色掃描儀、彩色噴墨繪圖儀、打印機、UPS等。

2.4.2 系統(tǒng)結構

系統(tǒng)結構（見圖3）大致可分為前臺子系統(tǒng)（共享服務平臺）和后臺子系統(tǒng)（集成管理平臺），前臺子系統(tǒng)提供專業(yè)分析及輔助決策支持，采用B/S結構；后臺子系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據集成和綜合管理，采用C/S結構[5]。

圖3 系統(tǒng)結構示意圖

2.4.3 功能設計

2.4.3.1 多元數(shù)據集群管理功能

提供對基礎地理空間數(shù)據、各專題屬性數(shù)據、成果圖件、文檔資料等的數(shù)據庫管理維護，輔助操作人員進行多元多尺度的可視化數(shù)據管理，實現(xiàn)對不同時期、不同部門、不同比例尺的成果資料的一體化組織與管理[6]（圖4）。

目前收集到的1∶5萬基礎地理數(shù)據多為Coverage格式，入庫前要將數(shù)據轉換為MapGIS格式；接著進行換庫和投影變換等工作，最后將核查無誤的標準化數(shù)據導入Oracle數(shù)據庫，由MapGIS K9通過數(shù)據庫引擎實現(xiàn)數(shù)據管理?；A地質數(shù)據和礦產勘查數(shù)據涉及的專業(yè)較多，其數(shù)據處理和管理形式為：①非空間數(shù)據，這部分數(shù)據一般是參考性數(shù)據，不參與空間分析，經過數(shù)據處理后，直接入庫。②專業(yè)屬性數(shù)據，一般為表格數(shù)據。按照所屬專業(yè)建立屬性表和數(shù)據結構，若存在標準化的電子文檔數(shù)據，可以直接導入數(shù)據庫，如Excel、Access、Dbase格式；若為紙質表格，則可以通過MapGIS K9平臺或Oracle數(shù)據庫平臺直接輸入。③空間數(shù)據，各專業(yè)的基礎圖件、原始數(shù)據可通過數(shù)據交換，轉換為MapGIS格式，標準化后即可入庫；中間成果一般由原始數(shù)據衍生而來，原則上不再入庫，如有需要，根據實際情況酌量入庫；最終成果和研究成果利用其專業(yè)平臺的轉換工具，轉換為MapGIS格式。

2.4.3.2 礦區(qū)三維建模功能

通過三維可視化方式模擬與表達礦區(qū)地質體和地質現(xiàn)象，是對傳統(tǒng)的二維地質信息表達的補充和擴展，便于地學工作者或非專業(yè)人員分析地質體的空間展布規(guī)律，觀察地質現(xiàn)象的變化，在三維環(huán)境下進行地質礦產信息的可視化探析。

為建立礦區(qū)三維模型，系統(tǒng)必須根據各種模型的特點開發(fā)合適的三維數(shù)據結構，選用適當?shù)慕７椒ń⒏鞣N復雜的模型。其中三維數(shù)據格式選擇的前提條件有兩點：①能滿足模型空間分析的需要；②能夠在現(xiàn)有地質數(shù)據獲取情況下盡量精確刻畫復雜的地質結構。

三維地質模型的建立可采用“預建模型”方式，也就是說采用自動/半自動的方式逐步建立各三維地質模型，并把這種結果保存起來，作為今后運行、顯示的模型數(shù)據。系統(tǒng)可重建地下地質體三維空間形態(tài)及組合關系，實現(xiàn)地下復雜空間結構與關系的分析和過程的虛擬再現(xiàn)，可基于地質體三維結構模型進行任意切割、開挖、虛擬鉆探等可視化模擬，提供包括體積、面積、距離、深度、壓縮性、承載力等三維量算功能，并可利用空間分析與數(shù)據挖掘技術實現(xiàn)復雜工程地質問題的計算評價研究（圖5～8）。

圖5 三維建模與動態(tài)剖切

圖6 地質體建模示意圖

圖7 勘查剖面礦體線框模型

圖8 礦體表面模型

平面數(shù)據和三維數(shù)據在數(shù)據庫中單獨管理，有各自對應的子數(shù)據庫，二者疊加的前提是系統(tǒng)可通過二者的相關性，自動計算出平面數(shù)據的三維坐標，從而實現(xiàn)空間上的疊加顯示和融合分析。

由于工作區(qū)范圍較大，各專業(yè)數(shù)據較多，本次工作把三維可視化的重點選擇在工作程度較高、礦產地和鉆孔在空間分布上較為連續(xù)的3個礦帶上（老灣、大河、圍山城），重點收集大比例尺（大于1∶1萬）地質礦產資料和工程測量數(shù)據、鉆孔、巷道（導線坐標）、槽探、淺井、重要地質界線、礦體頂?shù)装遄鴺说取?/p>

2.4.3.3 多專業(yè)分析評價與輔助決策功能

提供對基礎地質、礦產地質、地球物理、地球化學、遙感等多種專題數(shù)據的查詢、統(tǒng)計和專業(yè)分析功能，針對三維地質模型的直觀分析功能，可為資源勘查、規(guī)劃管理、工程建設等領域的宏觀決策、社會公益服務提供技術支撐[7]。

2.4.3.4 基于Web的成果資料共享服務功能

通過成果資料的網絡發(fā)布與專業(yè)服務，實現(xiàn)元數(shù)據的發(fā)布與檢索、動態(tài)信息發(fā)布、數(shù)據查詢分析、三維模型顯示與分析、文本資料檢索等功能。

在保證成果資料不泄密的前提下，實現(xiàn)與協(xié)作單位數(shù)據服務器的網絡互聯(lián)和（元）數(shù)據同步，實現(xiàn)成果數(shù)據的有限共享和實時更新。

此外，系統(tǒng)還提供對用戶進行分類，按照數(shù)據密級設定訪問級別的功能以及其他常用功能。

2.4.4 系統(tǒng)性能測試

信息系統(tǒng)初步完成后，需要經過不斷的調試和改進，使系統(tǒng)不斷完善、趨于穩(wěn)定。調試完畢后，編寫使用說明，并送由第三方作系統(tǒng)測試。

1）精度。系統(tǒng)數(shù)據精度要求不僅能滿足計算機制圖的相應要求，還能夠滿足信息系統(tǒng)進行空間分析的特殊需求。

2）處理速度。由于在算法上沿襲了MapGIS K9高效、安全、穩(wěn)定的數(shù)據處理機制，因此，系統(tǒng)處理速度、檢索時間主要依賴于硬件性能。此外，數(shù)據及處理流程的復雜程度也會直接影響系統(tǒng)的處理速度。

3）可擴展性。系統(tǒng)繼承了MapGIS K9的諸多特性，具備較強的可擴展能力，用戶可根據實際需要，對系統(tǒng)進行擴展與維護。

3 結 語

該項目是以桐柏地區(qū)的一些重要地質礦產成果為基礎，初步建立起來的集地質資料管理與三維建模為一體的信息系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體設計和具體功能還有待完善，尚需在實際應用中根據用戶體驗進行修改。

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1672-4623（2015）04-0037-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.014隨著我國地質礦產工作信息化程度的不斷深入，傳統(tǒng)的地質礦產成果資料逐漸難以滿足地礦工作信息化的要求。為了更好地保護和利用這些早期地質礦產成果資料，有必要用新的信息技術對這些資料進行綜合整理[1]。本文以河南省桐柏地區(qū)金屬及非金屬礦產成果集成調查為例，建立地礦成果集成系統(tǒng)，以期達到地質礦產成果的集成化管理。

王學杰，碩士，工程師，主要從事國土信息化建設工作。

2014-06-25。