基于MAPGIS的1∶5萬地質圖管理系統(tǒng)設計與實現

趙林林, 劉榮梅

(中國地質調查局發(fā)展研究中心, 北京　100037)

基于MAPGIS的1∶5萬地質圖管理系統(tǒng)設計與實現

趙林林, 劉榮梅

(中國地質調查局發(fā)展研究中心, 北京100037)

摘要：針對目前獲取的海量區(qū)域地質圖數據管理難的問題，提出了建立1∶5萬區(qū)域地質圖數字化建庫內容的管理方法。在研究MAPGIS技術和相關計算機技術的基礎上，設計了一種GIS應用系統(tǒng)的解決方案。該系統(tǒng)具有數據入庫管理、屬性代碼轉換、數據分布式存儲管理、空間查詢、地理要素檢索、地理內容檢索等功能。實驗結果表明，地質圖管理系統(tǒng)為區(qū)域地質圖數據規(guī)范化管理提供了基礎平臺，對保證區(qū)域地質數據庫建設成果數據積累和社會服務應用具有重要意義。

關鍵詞：MAPGIS;地質圖;管理系統(tǒng);1∶5萬

0引言

區(qū)域地質圖空間數據庫建設是運用計算機技術和數據庫技術，對以往不同比例尺大小的區(qū)域地質調查資料或未數字化建庫的地質資料進行數字化[1]。1∶5萬區(qū)域地質圖空間數據庫建設主要是對20世紀60年代以來我國系統(tǒng)開展的區(qū)域地質調查工作中所獲得的海量基礎地質成果資料，應用現代計算機技術、空間數據庫管理技術和信息共享技術，進行數字化、匯總、建庫和管理。1∶5萬區(qū)域地質圖空間數據庫建設始于1998年，2000年起在除上海外的各省(區(qū)、市)進行試點性空間數據庫建設，2003年度開始進行全國性空間數據庫建設。截至2012年度，全國已累計完成3 439幅區(qū)域地質圖數據庫建設。通過數字化建庫，形成了ArcGIS空間數據庫和MAPGIS數據庫以及元數據庫等系列產品，這些產品為我國的基礎地質研究、礦產資源評價、國土資源開發(fā)利用、區(qū)域規(guī)劃制定和地質環(huán)境保護等領域提供切實有效的數字化信息和服務，進一步推進了全國基礎地學數據信息的社會化共享和服務，提高了地質信息的利用率，體現國家基礎地質工作的價值[2]。

本文根據1∶5萬區(qū)域地質圖空間數據庫管理應用的需要，以MAPGIS 6.7為GIS二次開發(fā)平臺，運用GIS技術和計算機技術，開發(fā)實現了地質圖數據庫管理系統(tǒng)，這對區(qū)域地質圖的管理應用發(fā)揮了重要作用。

1關鍵技術

1.1　組件技術

組件(Components)是微軟公司開發(fā)的一種新的軟件開發(fā)技術，組件技術是目前常用的開發(fā)軟件的一種重要方法，應用十分廣泛。應用組件，可以操縱、共享和訪問由其他進程所提供的方法和數據[3]。同時，組件技術具有以下優(yōu)點：①組件可以在多個應用系統(tǒng)中進行共享和重復利用，大大節(jié)省開發(fā)時間，節(jié)約成本投入； ②組件技術采用面向對象思想；③組件與語言、平臺無關，開發(fā)人員可以根據需要，采用不同語言和不同的操作系統(tǒng)[4]；④組件支持將應用系統(tǒng)擴展到網絡環(huán)境。

1.2　MAPGIS技術

MAPGIS是武漢中地數碼科技有限公司開發(fā)的GIS基礎平臺軟件系統(tǒng)。MAPGIS是集地圖輸入編輯、空間數據庫管理和空間分析為一體的GIS基礎平臺[5]。作為國內成熟的GIS基礎開發(fā)平臺，MAPGIS給開發(fā)人員提供了多種二次開發(fā)方式，滿足不同層次、不同應用的需求。

2系統(tǒng)架構設計

2.1　系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)總體設計采用3層架構，如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結構設計

2.1.1數據層

系統(tǒng)在管理地質圖等相關數據時，建立了多個數據庫，具體如下：

(1)mapdata_index.mdb數據庫: mapdata_index.mdb數據庫包含多個數據表，其中：allsheet數據表記錄在與中國疆土有關的所有1∶5萬圖幅的圖幅號和圖幅名；mapNo數據表記錄所有入庫的標準圖幅的地質圖，有圖幅號、MAPGIS工程文件名、地質圖的存儲路徑、入庫日期等；Shfilenum數據表記錄入庫的MAPGIS經緯度格式的地質圖分層文件，有圖幅號、文件存儲路徑、文件分層代碼、入庫日期等。

(2)mapinfo.mdb 數據庫: 其中field_name_app數據表記錄將要進行代碼轉換的圖層文件所涉及的字段、字段類型和字段長度。

(3)niandai.mdb 數據庫： 中國巖石地層辭典，記錄地層名稱、地層編號、命名單位等。

(4)work_log.mdb 數據庫: 其中user_info數據表記錄用戶信息，包括用戶名、密碼。

(5)代碼2008.mdb 數據庫: 代碼2008.mdb 數據庫是根據《代碼字典2008.mdb》簡化而來，包括數據庫建設所用的地理地質部分代碼表，記錄字段名、代碼、漢字名、英譯名等。

2.1.2系統(tǒng)層

該系統(tǒng)層主要是實現各個子系統(tǒng)或功能模塊間的互操作，保證系統(tǒng)的可擴展性、可管理性、數據一致性和應用安全性等。

2.1.3應用層

系統(tǒng)與用戶的主要接口，通過表示層定位用戶與系統(tǒng)的交互，實現數據管理、查詢檢索等功能。

2.2　系統(tǒng)功能框架

根據1∶5萬地質圖數據庫建設的成果數據管理與服務的需要，設計開發(fā)基于MAPGIS管理系統(tǒng)，系統(tǒng)具有圖形導航的數據查詢檢索、入庫管理等功能，并根據檢索結果形成用于數據服務的數據包。系統(tǒng)功能設計基本框架如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)功能框架

2.3　數據組織方式

基于MAPGIS平臺的全國1∶5萬區(qū)域地質圖空間數據庫管理系統(tǒng)的數據組織分為管理性數據組織和地質圖數據組織兩個部分：

(1)管理性數據組織。管理性數據包括空間數據的目錄結構、數據層名稱、進行空間數據管理的元數據管理信息和進行查詢的空間數據的屬性信息。在方便、快捷、人性化的設計原則前提下，根據數據多屬性的特征，兼顧傳統(tǒng)的專業(yè)習慣，采用多種分類方式組織和展示各類數據，為用戶提供多種查詢、訪問方式?？紤]以元數據、目錄數據為基礎，按照地質要素和數據類型(圖像、矢量)等管理組織數據。管理的數據類型包括分幅的以度為單位的地質地理圖、投影的分幅全要素地質圖、元數據、掃描圖、文檔資料。

(2)地質圖數據組織。地質圖的數據主要包括空間數據、元數據、DRG數據和數據說明數據等。管理數據和地質圖數據的區(qū)別主要在于管理數據是系統(tǒng)用于數據管理的，由系統(tǒng)自己生成。數據可以存放在不同的硬盤上。在數據的命名上，由于數據生產原因，同一圖幅數據可能由多個單位生產，并產生多個文件名相同、內容不同的數據，這時需要在以圖幅號作為目錄名的后面加上其他字符以示區(qū)別。

2.4　系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

在軟件開發(fā)環(huán)境和語言選擇上，通常選用VB、VC++、DELPHI等可視化編程語言。較其他幾種語言，VISUAL BASIC語言簡單易學，且功能強大，面向對象設計，具有可視化集成開發(fā)環(huán)境，擴充性好，開發(fā)者容易掌握和運用，對管理軟件開發(fā)容易實現，因此選用VB語言為區(qū)域地質圖管理系統(tǒng)二次開發(fā)語言工具[6]。

3系統(tǒng)主要功能實現

3.1　空間數據管理

3.1.1數據管理

數據管理主要是指系統(tǒng)針對1∶5萬區(qū)域地質圖數據庫建設要求提交的各類數據與資料進行管理，包括空間數據、成圖數據、影像數據、元數據及文檔等，主要功能包括數據的導入導出，數據的加載入庫與卸載，屬性代碼轉換瀏覽、保存、數據分布式存儲管理功能、同一圖幅有多個省制作未形成統(tǒng)一的圖幅數據的管理等，如圖3所示。

圖3　數據管理功能

針對地質數據格式復雜、文件破碎的特點，系統(tǒng)實現了地質數據批量數據入庫功能，解決了手工導入速度慢、效率低、易出錯等問題[7]，在實際工作中應用十分廣泛。

3.1.2數據瀏覽

基于GIS圖形數據顯示基本功能，主要包括圖形放大、縮小、全屏顯示漫游、屬性數據顯示、元數據、圖像數據及文本的顯示與瀏覽等。

以面圖元屬性瀏覽為例(圖4)，系統(tǒng)根據選中面圖元，顯示選中圖元的屬性內容，同時系統(tǒng)自動將屬性代碼轉換為相應中文。其中地層名稱自動關聯巖石地層數據庫，查詢地層單位名稱，系統(tǒng)還進一步自動查詢地層命名、巖性、分布特征等詳細信息。

圖4面圖元屬性

Fig.4Surface primitive attribute

3.1.3系統(tǒng)參數設置

為了更好地進行數據的管理和應用，開發(fā)了系統(tǒng)參數設置功能，該功能主要包括：進行線緩沖區(qū)半徑的設置、數據拷貝設置、Reader路徑設置和用戶密碼設置等，實現系統(tǒng)的不同參數的修改和設置。

3.2　空間數據檢索

為了進行地質數據的直接成圖，在系統(tǒng)中所有的地質圖空間數據都采用統(tǒng)一的地理坐標系統(tǒng)。在空間數據檢索中，系統(tǒng)根據用戶提供的各種空間范圍，將此范圍內的地質圖數據提取出來，并根據用戶要求進行投影變換，完成數據的拼接和成圖。

3.2.1空間范圍檢索

在系統(tǒng)空間范圍檢索查詢中，查詢方式分為矩形、多邊形、行政區(qū)域、圖幅等空間范圍檢索，如圖5所示。

圖5空間范圍檢索

Fig.5Spatial range retrieval

根據實際需求，系統(tǒng)可以根據添加感興趣線，依據預先設定的檢索半徑，沿著感興趣線，查詢檢索出相關圖幅的地質圖，同時根據緩沖半徑進行自動裁剪，自動建立工程文件。

3.2.2地質要素檢索

地質要素的檢索是基于空間范圍，在地質要素集中根據屬性進行檢索。選擇不同的圖層、不同的屬性字段后，屬性列表隨著更新變化。在檢索時，首先要確定圖層。圖層確定后，通過添加檢索條件，設置檢索結果輸出的文件存儲路徑和文件名。在這個檢索結果的基礎上還可以查詢面狀地質要素的更詳細的屬性信息。圖6為地質要素檢索界面。

圖6　地質要素檢索

3.2.3地理要素檢索

地理要素檢索是在地質數據空間范圍檢索的基礎上，用戶可選擇不同的地理要素進行檢索。具體指通過添加基礎地理內容，主要包括居民地、行政界線、交通、水系和等高線等地理內容進行檢索查詢，如圖7所示。

圖7　地理要素檢索

3.2.4保存查詢結果

對于查詢結果，系統(tǒng)可以生成工程文件，保存在相應目錄下。同時，系統(tǒng)在生成工程文件時，還可以同時進行代碼的轉換。

4應用效果分析

1∶5萬區(qū)域地質圖空間數據庫管理系統(tǒng)是隨著區(qū)域地質圖數據庫建設工作的不斷推進，大量建成的區(qū)域地質圖空間數據需要進行統(tǒng)一的管理和存儲，應用數據庫技術和地理信息技術，開發(fā)的數據庫管理系統(tǒng)。應用該系統(tǒng)，數據入庫、管理更加便捷，查詢檢索更加有效、準確。

借助1∶5萬區(qū)域地質圖空間數據庫管理系統(tǒng)，保證了空間數據庫建設的穩(wěn)步開展。本著區(qū)域地質圖數據庫邊建設邊服務的宗旨，高質量的數據庫成果已在全國各省礦產資源潛力評價等重大專項中全面應用；同時先后為中國地震局地殼應力研究所、地質力學所、武警黃金部隊、地調院、大區(qū)地調中心等單位提供數據服務2 800余幅，數據庫成果應用于基礎地質研究、礦產資源勘查評價、礦產勘查規(guī)劃、地震活動研究、旅游地質、抗旱打井等社會各領域應用。

5結論

基于MAPGIS的 1∶5萬地質圖數據庫管理系統(tǒng)，實現了檢索結果按國家標準規(guī)定的投影方式進行自動編圖，方便數據與其他主頁圖形數據的自動扣合，可作為編制各種同比例尺專題圖件的基礎地質信息庫，為快速編輯出版各種專題圖提供了有效的解決辦法和有力支持；系統(tǒng)首次實現了數據的集中管理。由于數據庫建設工作成果主要是分散的各承擔單位，在數據的管理和應用上差異較大，阻礙了數據庫成果的進一步社會化應用，系統(tǒng)開發(fā)相應功能，對數據進行了規(guī)范化存儲和管理，提高了數據管理和應用效率；系統(tǒng)建立了全國地質數據庫和地理地圖元數據庫，為地質礦產調查、管理、規(guī)劃與經濟建設提供了方便翔實的數據，為數據庫信息資源的共享和管理奠定了基礎。

參考文獻：

[1]黃祥芝.湖北省區(qū)域地質圖空間數據庫建設[J].資源環(huán)境與工程,2011, 25(6) :642-647.

[2]馬瑜宏,王紀存,謝頌詩.區(qū)域地質圖空間數據建庫質量控制的MapGIS分析[J].地球信息科學學報,2011, 13(6) :758-762.

[3]潘愛民.COM原理與應用[M].北京：清華大學出版社,2001.

[4]楊珍,劉永,琚鋒.MAPGIS-IMS組件結構研究及開發(fā)示例[J].測繪科學,2007, 32(4):83-85.

[5]李祥,郭福生.MAPGIS二次開發(fā)中圖數松散耦合機制的實現方案[J].計算機應用與軟件,2004, 21 (10):113-115.

[6]馬長發(fā).基于VB的MAPGIS組件式二次開發(fā)[J].新疆師范大學學報(自然科學版) ,2005,24(2) :37-43.

[7]劉燦娟,毛先成,陳振.綜合地質數據庫系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].地質找礦論叢,2011,26 (1) :108-112.

The Design and Realization of the Management System for 1∶50,000

Geological Map based on MAPGIS

ZHAO Lin-lin, LIU Rong-mei

(DevelopmentResearchCenterofChinaGeologicalSurvey,Beijing100037,China)

Abstract:Considering that it is difficult to manage the massive regional geological map data, we proposed a method for managing the digital construction contents by establishing the 1∶50,000 regional geological map management system. Base on the study of technologies relating to MAPGIS and computer science, we put forward a high efficient GIS application solution which has the function of data warehousing management, property code conversion, distributed data storage management, spatial query, geographic elements and content retrieval. Experiments showed the geological map management system could provide a basic platform for regional geological map data standardization management, and this had great significance to ensure the data accumulation of regional geological database construction and the application of social services.

Key words:MAPGIS; geological map; management system; 1∶50,000

通信作者：劉榮梅(1978—)，高級工程師，主要從事地學數據庫建設。 Email:alrmei@126.com。

作者簡介：趙林林(1986—)，碩士，主要從事數據庫和地理信息系統(tǒng)開發(fā)。Email:zlinlin@mail.cgs.gov.cn。

基金項目：中國地質調查“區(qū)域地質圖數據庫建設 (編號：1212010550101)”項目資助。

收稿日期：2014-08-07； 改回日期： 2014-09-02。

中圖分類號：G250.7

文獻標志碼：A

文章編號：2095-8706(2015)01-0055-06