地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 杰，張立海，陳飛翔，許 福，耿 騰

（1．國土資源實(shí)物地質(zhì)資料中心，河北 三河065201；2．北京林業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，北京100083）

鉆孔資料是地質(zhì)勘探中極為重要的一類數(shù)據(jù)，是地質(zhì)資料中主要成果的重要基礎(chǔ)性資料。長期以來，我國大量地質(zhì)礦產(chǎn)資料記錄在紙質(zhì)表格上，分散保存在不同的部門、單位和個(gè)人手中，其保存條件和管理水平也有很大差異，不僅占用大量空間，而且共享不便，經(jīng)常導(dǎo)致所需的成果資料無法及時(shí)找到，或同樣的數(shù)據(jù)要進(jìn)行多次統(tǒng)計(jì)，造成不必要的人力、物力和財(cái)力浪費(fèi)，更談不上進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析為設(shè)計(jì)人員和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)提供決策支持。

作為“十二五”重要地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫建設(shè)的重要工作任務(wù)之一，鉆孔數(shù)據(jù)庫建設(shè)對(duì)提高地質(zhì)鉆孔資料的服務(wù)利用效率，加強(qiáng)地質(zhì)鉆孔資料的匯交，降低地質(zhì)工作風(fēng)險(xiǎn)，減少重復(fù)工作和資金浪費(fèi)，并為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)提供服務(wù)具有重要意義。

目前，國外發(fā)達(dá)國家應(yīng)用現(xiàn)代高新技術(shù)和先進(jìn)的管理模式，建立了各類地質(zhì)礦產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，并開展了網(wǎng)上元數(shù)據(jù)和目錄發(fā)布，并提出了一站式服務(wù)的理念。我國目前這方面的工作相對(duì)滯后，各地質(zhì)工作類型的鉆孔資料，在著錄項(xiàng)目、著錄格式、字段定義表述上不盡相同，制約了地質(zhì)鉆孔資料信息交流和資源共享。本文在這方面做了一些探索性工作，重點(diǎn)介紹了鉆孔數(shù)據(jù)庫采集系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。本研究已在我國一些地質(zhì)保管單位開展了試點(diǎn)應(yīng)用工作，為優(yōu)化地質(zhì)鉆孔資料管理模式，提高信息化管理與服務(wù)水平提供了有益借鑒。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1給出了鉆孔屬性庫軟件系統(tǒng)的體系架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)導(dǎo)入和導(dǎo)出、數(shù)據(jù)上報(bào)、系統(tǒng)維護(hù)、報(bào)表打印和系統(tǒng)幫助8個(gè)主要部分。

1）數(shù)據(jù)錄入。將數(shù)據(jù)錄入到鉆孔屬性表中，包括五類表格：保管單位表、項(xiàng)目信息表、鉆孔重要信息表、鉆孔屬性表和鉆孔巖芯屬性表。支持手工錄入和Excel錄入兩種形式。

2）數(shù)據(jù)查詢。支持基本查詢、高級(jí)查詢、按鉆孔類型查詢、按鉆孔目錄樹查詢四種形式，通過多種手段查找鉆孔信息。

3）數(shù)據(jù)匯總。用于上級(jí)主管部門（省廳及國家部委）匯總其管轄地區(qū)的鉆孔信息，支持按保管單位、按項(xiàng)目、按鉆孔三類形式匯總。

4）數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出。支持從Excel中導(dǎo)入數(shù)據(jù)，便于充分利用已有的電子成果，避免繁瑣的手工錄入。同時(shí)，也支持將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel，便于數(shù)據(jù)的交流和共享。

5）數(shù)據(jù)上報(bào)。各保管單位利用此模塊向上級(jí)主管部門匯交數(shù)據(jù)，支持完整匯交，也支持增量匯交。匯交的信息不僅包括鉆孔的屬性信息，還包括配套的圖件信息。

圖1 系統(tǒng)體系架構(gòu)圖

6）系統(tǒng)維護(hù)。提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)的備份、恢復(fù)及數(shù)據(jù)追加功能，保證數(shù)據(jù)的安全性，提供必要時(shí)的災(zāi)難恢復(fù)（如磁盤損壞）機(jī)制。

7）報(bào)表打印。打印單條記錄及匯總記錄，支持打印匯總表和資料移交清單等功能。

Woodruff顧客價(jià)值層次模型認(rèn)為顧客感知價(jià)值具有3個(gè)不同層次，即基于產(chǎn)品屬性的價(jià)值感知，基于使用結(jié)果的價(jià)值感知與基于使用目的的價(jià)值感知，3種價(jià)值感知之間存在層次影響關(guān)系，且具有“自上而下”與“自下而上”兩種影響關(guān)系，“自下而上”主要應(yīng)用于對(duì)產(chǎn)品屬性的完善以達(dá)到消費(fèi)者使用結(jié)果，從而強(qiáng)化消費(fèi)者的需求[18]853。本文主要對(duì)“自下而上”即“屬性-結(jié)果-目的”層次關(guān)系進(jìn)行實(shí)證研究，并且基于游客感知視角，依據(jù)感知價(jià)值層次模型的關(guān)聯(lián)程度提供完善鄉(xiāng)村旅游地游客中心的功能的對(duì)策。

8）系統(tǒng)幫助。提供chm格式的用戶手冊(cè)。

考慮到基層單位部署使用方便，本系統(tǒng)支持WindowsXP、Vista、Windows7、Windows 8等主流操作系統(tǒng)，鉆孔數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用Access（支持Access 2003以上版本），支持表單模式、仿Excel模式兩類屬性數(shù)據(jù)采集形式。

2 采集范圍及采集原則

地質(zhì)鉆孔信息數(shù)據(jù)采集范圍是：地勘單位歸檔保管的除油氣、放射性以外的區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)（大型以上項(xiàng)目）、環(huán)境地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)勘查等形成的地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)信息。通過對(duì)全國地質(zhì)鉆孔資料的調(diào)研分析，形成了鉆孔資料分層次建設(shè)數(shù)據(jù)庫的思路。根據(jù)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)屬性特征，將數(shù)據(jù)文件分為兩大類：①基本信息表。包括：保管單位信息表、項(xiàng)目信息表、鉆孔重要信息表；②鉆孔基礎(chǔ)屬性信息表，包括鉆孔屬性表和鉆孔巖芯屬性表。

基本信息表中的三張數(shù)據(jù)表關(guān)系如下：全國與各?。ㄊ?、區(qū)）為1：n關(guān)系，各省與鉆孔資料保管單位為1：n關(guān)系，保管單位信息表與項(xiàng)目信息表為1：n關(guān)系，項(xiàng)目信息表與鉆孔信息表為1：n關(guān)系。行政區(qū)劃代碼、組織機(jī)構(gòu)代碼、項(xiàng)目名稱、原始資料檔號(hào)、鉆孔編號(hào)為數(shù)據(jù)文件的主關(guān)鍵字。

鉆孔基礎(chǔ)屬性信息表包括：固體礦產(chǎn)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、煤田地質(zhì)鉆孔基礎(chǔ)屬性信息表四類。

1）固體礦產(chǎn)鉆孔基礎(chǔ)信息屬性數(shù)據(jù)表包括：鉆孔基本信息表，鉆孔回次數(shù)據(jù)表，鉆孔孔深校正及彎曲測量數(shù)據(jù)表，鉆孔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表，鉆孔分層數(shù)據(jù)表，鉆孔地質(zhì)綜合數(shù)據(jù)表，鉆孔巖石花紋對(duì)照數(shù)據(jù)表，鉆孔標(biāo)本采樣數(shù)據(jù)表，鉆孔劈心樣數(shù)據(jù)表，鉆孔基本化學(xué)分析數(shù)據(jù)表，鉆孔物相分析數(shù)據(jù)表，鉆孔體重測定數(shù)據(jù)表，鉆孔組合分析數(shù)據(jù)表，鉆孔巖石樣品全分析數(shù)據(jù)表，鉆孔樣品分析結(jié)果數(shù)據(jù)表，鉆孔測井曲線層數(shù)據(jù)表和鉆孔測井曲線點(diǎn)數(shù)據(jù)表。

2）水文地質(zhì)鉆孔基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)表包括：鉆孔（井）基本信息表，鉆孔（井）地層巖性數(shù)據(jù)表，鉆孔（井）結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表，鉆孔（井）抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)表，鉆孔（井）水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表和鉆孔（井）電測井?dāng)?shù)據(jù)表。

4）煤田地質(zhì)鉆孔基礎(chǔ)信息屬性數(shù)據(jù)表包括：鉆孔地質(zhì)記錄表，鉆孔信息記錄表，鉆孔煤層記錄表，鉆孔煤質(zhì)分析信息表，鉆孔煤樣試驗(yàn)記錄表，鉆孔孔深校正及彎曲測量數(shù)據(jù)表，鉆孔測井曲線層數(shù)據(jù)表和鉆孔測井曲線點(diǎn)數(shù)據(jù)表。

考慮到我國地質(zhì)鉆孔屬性庫目前還未形成統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因此在項(xiàng)目實(shí)施過程中不可避免地要經(jīng)常對(duì)鉆孔屬性表的種類、字段等進(jìn)行頻繁的修改，并及時(shí)發(fā)放給基層單位進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用。為避免上述修改帶來復(fù)雜的軟件修改和維護(hù)開銷，項(xiàng)目組精心設(shè)計(jì)了屬性采集引擎，能靈活地適應(yīng)屬性表的動(dòng)態(tài)變化，這也是本文的重要研究動(dòng)機(jī)。

3 關(guān)鍵技術(shù)方案設(shè)計(jì)

3．1 界面渲染引擎選擇

本文設(shè)計(jì)的屬性數(shù)據(jù)采集引擎，可以根據(jù)元數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)生成屬性數(shù)據(jù)的錄入界面，能快速適應(yīng)屬性表的種類、字段等的調(diào)整，從而有效簡化軟件修改工作。采用上述動(dòng)態(tài)生成策略的優(yōu)勢在于：①數(shù)據(jù)表種類和字段發(fā)生變化，界面無需重新設(shè)計(jì)；②能自動(dòng)生成功能邏輯代碼，并支持?jǐn)?shù)據(jù)的有效性和合法性校驗(yàn)；③系統(tǒng)擴(kuò)展性高、通用性好，維護(hù)成本相對(duì)較低，開發(fā)周期較短。

動(dòng)態(tài)生成界面，首先要選擇合適的界面渲染引擎。本研究采用Html＋CSS繪制界面，采用VC＋＋實(shí)現(xiàn)功能代碼。采用Html＋CSS的好處是界面容易調(diào)整，容易自動(dòng)生成。傳統(tǒng)上，一般通過瀏覽器控件（如IE WebBrowser）來渲染界面。但不同版本的瀏覽器控件，其渲染機(jī)制往往有差異，在不同計(jì)算機(jī)上可能得到不同的運(yùn)行結(jié)果，兼容性存在問題，且瀏覽器控件本身較為笨重，體積較大。

本研究采用了不同的設(shè)計(jì)思路，利用Htmlayout作為Html＋CSS的渲染引擎。Htmlayout是一個(gè)輕量級(jí)的瀏覽器引擎，大小僅900k，以動(dòng)態(tài)鏈接庫形式提供API接口，便于集成到各種主流開發(fā)環(huán)境中。Htmlayout可以高效的解析和渲染HTML網(wǎng)頁，幾乎支持所有的HTML元素和CSS3標(biāo)準(zhǔn)，且界面與邏輯分離，通過其特殊擴(kuò)展的behaviorcss屬性可以方便的交互或者擴(kuò)展、自定義控件。采用Htmlayout的優(yōu)點(diǎn)是，Html頁面在不同的操作系統(tǒng)上渲染完全一致，兼容性好，并具備良好的VC＋＋集成能力，便于后端功能代碼的開發(fā)。同時(shí)，該渲染引擎運(yùn)行速度快，占用內(nèi)存低，性能也很高效。

3．2 屬性采集引擎設(shè)計(jì)思路

能動(dòng)態(tài)適應(yīng)屬性表的種類調(diào)整和屬性表中的字段調(diào)整，且不用修改界面代碼和功能邏輯代碼是本研究設(shè)計(jì)的屬性采集引擎的最大特點(diǎn)。該引擎包括四個(gè)主要處理步驟。

1）通過元數(shù)據(jù)表統(tǒng)一描述屬性表種類和表格中的字段。為此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了SysTableInfo表，該表定義了每張屬性表的表名，每張表的各個(gè)字段名以及這些字段名對(duì)應(yīng)的中文名，字段是否為空，字段的數(shù)據(jù)類型，字段在界面上采用的控件類型，字段的長度，顯示控件的長度，字段的校驗(yàn)正則表達(dá)式等（圖2）。

2）根據(jù)元數(shù)據(jù)表中的字段定義，映射成合適的Html控件。以圖3中的“（固體）鉆孔孔深校正及彎曲度測量數(shù)據(jù)表”為例，其中，校測孔深、誤差率、天頂角等是數(shù)值型，記錄日期、檢查日期是日期時(shí)間類型，可以將上述字段類型分別映射成Html中的文本框、下拉框。為了提高系統(tǒng)性能，系統(tǒng)會(huì)檢查是否已生成了相應(yīng)的界面代碼。如果已生成了，則直接使用該界面代碼。否則，則從圖2中讀取該數(shù)據(jù)表的定義，生成界面代碼。這樣，在保證系統(tǒng)靈活性的同時(shí)，有效提升了系統(tǒng)的性能。

圖2 SysTableInfo元數(shù)據(jù)表

圖3 （固體）鉆孔孔深校正及彎曲度測量數(shù)據(jù)表定義

3）調(diào)用Htmlayout解析和渲染界面代碼。處理流程是，由Htmlayout加載步驟（2）生成的Html代碼，解析其中的Html標(biāo)簽代碼和CSS定義，從而繪制出最終的用戶界面。

需要指出的是，采集引擎必須能對(duì)數(shù)據(jù)字段進(jìn)行合法性和有效性檢查。為此，本研究利用正則表達(dá)式，給Htmlayout增加了相應(yīng)的過濾器機(jī)制。比如，整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的字段，其過濾器的定義如下：整數(shù)：filter＝"0～9"novalue＝"［整數(shù)值］"style＝"color：＃4B0082"；浮 點(diǎn) 數(shù)：filter＝"－0～9．"novalue＝"［數(shù)值］"style＝"color：＃8B2323"。

借助上述機(jī)制，就可以對(duì)界面中錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，確保采集到的屬性數(shù)據(jù)的合法性和有效性。

4）數(shù)據(jù)獲取及消息處理。當(dāng)用戶輸入文字，或者點(diǎn)擊按鈕等控件時(shí)，會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的事件，調(diào)用Htmlayout的behavior來響應(yīng)用戶。借助該機(jī)制，可以獲取步驟（3）中錄入的數(shù)據(jù)，并將其保存到Access數(shù)據(jù)庫?？紤]到鉆孔屬性數(shù)據(jù)量很大，為減小錄入開銷，加快輸入速度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了快速錄入功能，如“保存”、“重置”、“拷貝上一條記錄”、“保存并繼續(xù)填寫”、“退出”等功能。其中，點(diǎn)擊“保存”按鈕，將保存當(dāng)前錄入的內(nèi)容；“重置”按鈕，將當(dāng)前的表單內(nèi)容置空；“拷貝上一條記錄”按鈕，將上一條輸入的數(shù)據(jù)，拷貝填充至當(dāng)前錄入界面；“保存并繼續(xù)填寫”按鈕，保存當(dāng)前輸入信息，將錄入界面初始化為下一條填報(bào)信息，同時(shí)自動(dòng)填寫部分已知信息。比如，在同一個(gè)鉆孔下連續(xù)輸入多條鉆孔屬性信息時(shí)，單擊“保存并繼續(xù)填寫”，會(huì)存儲(chǔ)當(dāng)前信息，將錄入界面初始化為下條信息，并自動(dòng)填入上條鉆孔屬性信息所屬的鉆孔。

3．3 類Excel的便捷性錄入措施

考慮到用戶很熟悉Excel的數(shù)據(jù)錄入形式，且有些保管單位的鉆孔屬性數(shù)據(jù)已經(jīng)存儲(chǔ)在了Excel電子表格中，本文設(shè)計(jì)的屬性采集引擎除了支持通過上述自動(dòng)生成的表單采集數(shù)據(jù)外，還設(shè)計(jì)了一套類Excel的屬性數(shù)據(jù)采集機(jī)制，其典型功能特征如下所示。

1）界面錄入：可創(chuàng)建類Excel表格錄入界面，用戶可手工將各項(xiàng)信息逐項(xiàng)輸入。

除手工輸入外，也支持從Excel中拷貝一行或多行數(shù)據(jù)（需保證Excel中的字段順序與采集引擎中的字段順序一致），也支持從屬性引擎界面中直接拷貝粘貼。這樣，可以使屬性錄入更加高效，避免同一屬性值反復(fù)手動(dòng)錄入的繁瑣。

Excel錄入模式也設(shè)計(jì)了友好的信息提示功能，避免誤操作帶來的返工。

2）信息提示：在數(shù)據(jù)錄入的過程中，當(dāng)錄入的鉆孔屬性數(shù)據(jù)不符合要求時(shí)，系統(tǒng)給出了詳細(xì)的提示信息，錄入各種數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)，有詳細(xì)的選項(xiàng)列表供用戶選擇參考；比如，錄入時(shí)間項(xiàng)數(shù)據(jù)、角度、深度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)提示相應(yīng)信息，保證了錄入數(shù)據(jù)的正確性。系統(tǒng)還能夠顯示當(dāng)前正在編輯的總記錄條數(shù)、當(dāng)前記錄號(hào)、當(dāng)前地質(zhì)鉆孔資料信息，給用戶錄入和修改數(shù)據(jù)提供了方便，提高了數(shù)據(jù)錄入質(zhì)量和錄入速度。

3）數(shù)據(jù)檢查和數(shù)據(jù)校驗(yàn)：在Excel模式下，同樣具有完善的數(shù)據(jù)檢查和數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制。在用戶錄入鉆孔屬性數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)在規(guī)范著錄格式要求的基礎(chǔ)上，對(duì)錄入的重要數(shù)據(jù)項(xiàng)提供了校驗(yàn)機(jī)制，對(duì)不符合著錄要求的數(shù)據(jù)給出錯(cuò)誤提示，避免了用戶填寫錯(cuò)誤。比如，地質(zhì)勘查單位的組織機(jī)構(gòu)代碼、項(xiàng)目名稱、資料檔號(hào)、鉆孔編號(hào)等數(shù)據(jù)項(xiàng)采集時(shí)不能為空，鉆孔類別與工作程度的正確對(duì)應(yīng)及其它常用數(shù)據(jù)的取值及范圍校驗(yàn)等。

4 小 結(jié)

針對(duì)鉆孔屬性庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的典型場景，如數(shù)據(jù)表多、字段多、需要經(jīng)常調(diào)整等，筆者經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)研和反復(fù)的比較，摸索出采用動(dòng)態(tài)生成策略的方法來解決此類問題。經(jīng)試點(diǎn)應(yīng)用，該策略高效地完成了屬性數(shù)據(jù)的采集任務(wù)，降低了軟件的維護(hù)開銷。實(shí)際上，本文的方法具有較高的通用性，不僅適用于地質(zhì)鉆孔屬性數(shù)據(jù)的采集，在其它類似的場景中，比如油氣、林地、化工、海洋等其他行業(yè)也可以靈活運(yùn)用。

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