國際地學信息委員會地學數(shù)據(jù)標準分析與案例實踐

劉榮梅，張明華，王永志，余海龍，任 偉

1. 中國地質調查局 發(fā)展研究中心，北京 100037；2. 吉林大學 地球探測科學與技術學院，長春 130061

隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術在地學領域的應用（何文娜等，2013；2019），地質云為各類用戶提供了大量的多專業(yè)地學數(shù)據(jù)與信息產(chǎn)品（王永志等，2018；何文娜等，2019）。決策者、研究人員、數(shù)據(jù)科學家和開發(fā)人員等使用的大量地學空間數(shù)據(jù)廣泛存在跨部門、跨行業(yè)、跨區(qū)域的需求（譚永杰，2017），對地學數(shù)據(jù)的集成與共享提出了挑戰(zhàn)。國際組織、各國地質調查機構開展了一系列基于開放地理空間聯(lián)盟OGC（Open Geospatial Consortium）標準的地學數(shù)據(jù)集成與共享工作，以破解全球化進程中地學數(shù)據(jù)應用遇到的壁壘，來源不同、格式多樣的地學數(shù)據(jù)在統(tǒng)一標準下進行數(shù)據(jù)交換，以完成跨地域、跨語言、跨專業(yè)的在線交互。國際地質科學聯(lián)合會IUGS（International Union of Geological Sciences）的地學信息管理與應用委員會（簡稱“國際地學信息委員會”）CGI（Commission for the Management and Application of Geoscience Information）開發(fā)的地球科學標記語 言GeoSciML（Geoscience Markup Language）已在國際地學數(shù)據(jù)交換應用中初見成效（Laxton et al., 2010; Lombardo, et al., 2018）。國際地質科學聯(lián)合會發(fā)起的“地質一張圖（OneGeology）”使用GeoSciML作為數(shù)據(jù)標準（Simons et al.，2012），實現(xiàn)了包括中國在內(nèi)的全球120多個國家的一張地質圖的數(shù)據(jù)共享（Komac M，2015）；支持歐洲空間信息基礎設施建設計劃INSPIRE（Infrastructure for Spatial Information in Europe）實現(xiàn)歐盟成員國之間的地學信息交換（https://inspire.ec.europa.eu），美國地球科學信息網(wǎng)絡USGN（US Geoscience Information Network） 提供政府、教育和私人機構之間的地質數(shù)據(jù)共享（http://usgin.org/page/how-usgin-works）； 加 拿大地下水信息網(wǎng)CGIN（Canadian Groundwater Information Network）正在使用GroundwaterML整合多個區(qū)域的水井信息，澳大利亞地球科學信息網(wǎng)AGIN（Australian Geoscience Information Network）等項目采用GeoSciML從澳大利亞州及相關機構為社會提供鉆孔數(shù)據(jù)服務（http://portal.geoscience.gov.au）；非—歐地學資源觀測系 統(tǒng)AEGOS（African-European Georesources Observation System）項目也在促進將GeoSciML作為整個非洲地球科學數(shù)據(jù)交換的標準（http://www.aegos-project.org/index.php）。中 國 地 質調查局一直積極探索國際地學數(shù)據(jù)共享標準的應用，研究了基于GeoSciML、地球資源標記語 言EarthResourceML（Earth Resource Markup Language）等相關國際地學數(shù)據(jù)交換標準，翻譯的GeoSciML 4.1中文版被OGC采納并提供在線服 務（ http://www.geosciml.org/doc/geosciml/4.1/documentation/ogc_spec_translations/16-008_OGC_Geoscience_Markup_Language_GSML4.1-CN2018.08.18.docx. 2020-06-17.）。CGI制 定的EarthResourceML等標準及地學專業(yè)術語Geoscience Terminology已在全球范圍內(nèi)得到廣泛使用（http://earthresourceml.org）。

1 國際地學信息委員會數(shù)據(jù)標準體系

CGI是IUGS下設的6個分會之一，負責牽頭開展國際地學信息領域的協(xié)作與培訓，研究地學信息相關標準的編制及全球推廣應用，以促進地球科學數(shù)據(jù)的互操作和信息交換。CGI倡導的數(shù)據(jù)互操作涉及異構數(shù)據(jù)的交換和理解、與其他領域的空間數(shù)據(jù)集成、語義一致性理解與應用三個主要層次。

截止2020年6月，CGI已有來自全球78個國家的注冊會員500多名。CGI的業(yè)務工作由其委員會牽頭開展，11位委員會成員來自法國、中國、澳大利亞、美國、加拿大、納米比亞等10個國家。CGI下設地球科學標記語言、地球資源標記語言、地球科學術語和地學領域（Geoscience Domain）四個技術工作組和一個區(qū)域工作組（Regional Groups）（圖1）：（1）地球科學標記語言技術工作組負責地學數(shù)據(jù)交換標準的研究與推廣使用；（2）地球資源標記語言技術工作組負責礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)交換標準的研究與推廣應用；（3）地球科學術語技術工作組負責地球科學領域專用術語庫（多語種）的建設與應用；（4）地學領域合作工作組由CGI與OGC共同組建，主要開展地學領域與城市、交通、工農(nóng)業(yè)等以及三維空間應用的相關地學數(shù)據(jù)互操作標準研建與應用，地下水及水文地質領域數(shù)據(jù)交換標準GroundwaterML（Groundwater Markup Language）為重要內(nèi)容之一，不同行業(yè)鉆井數(shù)據(jù)之間互操作試驗標準BoreHole-IE（BoreHole Interoperability Experiment）的研建與示范（https://www.ogc.org/projects/initiatives/boreholeie）；（5）區(qū)域工作組負責亞洲、非洲、歐洲、北美、南美、大洋洲等不同區(qū)域的協(xié)調與合作。

圖1 CGI組織結構Fig. 1 Organization structure of CGI

2 地學數(shù)據(jù)交換標準GeoSciML

2.1 GeoSciML研發(fā)歷程

地球科學標記語言GeoSciML是一個基于可擴展標記語言XML（eXtensible Markup Language）、地理標記語 言GML（Geography Markup Language）的數(shù)字地質科學信息交換的數(shù)據(jù)標準（http://geosciml.org；http://www.opengis.net/doc/geosciml/4.1. 2020-07-08），其開發(fā)主要受到前期北美地質圖數(shù)據(jù)模型NADM（North American Data Model）、勘探與挖掘標記語言XMML（eXploration and Mining Markup Language）及私營公司在英國地質調查工作等一系列項目影響。

2003年英國地質調查局和澳大利亞地質調查局提出建設GeoSciML倡議，其目的是建立地學領域通用的數(shù)據(jù)交換標準，通過開發(fā)不依賴軟件平臺、具有通用數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)內(nèi)容的地學數(shù)據(jù)概念模型，將模型映射到通用的交換數(shù)據(jù)格式后，用戶可采用WFS、WMS、WCS等格式的數(shù)據(jù)服務實現(xiàn)地學數(shù)據(jù)有機集成。

標準研制主要包括研發(fā)數(shù)據(jù)模型與應用模式、開發(fā)測試模式（驗證交換格式）、術語庫建設等任務。2006年，CGI發(fā)布了GeoSciML 1.0。2009年CGI發(fā)布的GeoSciML 2.1被全球一張地質圖門戶采納，用于組織多國發(fā)布數(shù)據(jù)構成全球地質一張圖（http://www.onegeology.org）。該地質數(shù)據(jù)交換標準2012年被澳大利亞和新西蘭地質調查機構采納使用。2010年更新版本成為INSPIRE和USGIN的數(shù)據(jù)交換標準，另有19個國家地質調查局發(fā)布了基于GeoSciML的WFS服務。2012～2015年根據(jù)用戶需求不斷完善調整，分別發(fā)布了GeoSciML 3.0、3.2、4.0等系列版本。2016年發(fā)布了GeoSciML 4.1版本，該版本經(jīng)OGC領域國際專家無記名投票表決，于2017年3月正式成為OGC標準。

在成為OGC標準之前，GeoSciML研究與完善經(jīng)歷了十幾年發(fā)展。最初主要由CGI技術工作組負責，2011年以后的GeoSciML更新由OGC和CGI-IUGS共同開展。不同版本的GeoSciML在地質模型內(nèi)容、表達模式等方面變化較大。隨著相關國際地理信息標準的更新和新用戶的需求變化，GeoSciML將吸收其他標準與模型的優(yōu)點不斷升級。

2.2 GeoSciML建模方法及數(shù)據(jù)結構

GeoSciML采用統(tǒng)一建模語言UML（Unified Markup Language）表達，UML的面向對象特性可靈活表達GeoSciML模型中的繼承、多態(tài)等特征，以及包、類、基數(shù)、類關系。

圖2采用GeoSciML的高層模型體現(xiàn)了通過繼承可方便實現(xiàn)擴展，抽象地質要素（GeologicFeature）可衍生出抽象的地質構造（GeologicStructure）、地質單元（GeologicUnit）、其他地質要素，地質構造還可進一步衍生出擴展 的 地 質 構 造（Extended Geologic Structure）。GeoSciML數(shù)據(jù)結構采用XML模式表達，包括基本數(shù)據(jù)類型、實體（類）、簡單要素、復雜要素、枚舉等數(shù)據(jù)結構，可實現(xiàn)各種空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等復雜的數(shù)據(jù)結構。

圖3展示了UML格式的數(shù)據(jù)結構，它體現(xiàn)了地質單元視圖類（GeologicUnitView）與繪圖要素（MappedFeature）、巖性單元（Lithologic Unit）、地質單元之間的使用關系，即在創(chuàng)建地質單元視圖對象時，其某個屬性可能是繪圖要素、巖性單元或地質單元類型。圖4給出了基礎地質要素發(fā)布成WFS格式服務后返回的XML格式數(shù)據(jù)，從中可清晰地看出符合GeoSciML標準的屬性值（目的、地質事件、地質單元類型、值域等）、外部鏈接資源（xlink）等。

圖2 GeoSciML高層模型（引自OGC Geoscience Markup Language 4.1）Fig. 2 High-level model of GeoSciML

圖3 GeoSciML數(shù)據(jù)結構表達（UML）Fig. 3 UML representation example of GeoSciML data structure

圖4 數(shù)據(jù)結構實現(xiàn)（XML片斷）Fig. 4 Partial XML format data of GeoSciML data structure

2.3 GeoSciML模型譜系圖

GeoSciML主要目標是構建描述和表達地質圖、數(shù)據(jù)庫等關鍵元素的語義、模式和編碼的語法，使信息系統(tǒng)能與這些數(shù)據(jù)進行互操作，為實現(xiàn)地學數(shù)據(jù)互操作而專門開發(fā)的地學數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)轉換標準。GeoSciML充分發(fā)揮面向對象的繼承特性，采用XML模式定義XSD（XML Schema Definition）確定數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)關聯(lián)、數(shù)據(jù)約束、類型變換等，實現(xiàn)其利用已有數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)信息資源、自動生成和發(fā)布服務的目的，以滿足從基礎圖件數(shù)據(jù)到復雜的關系型地質數(shù)據(jù)庫的管理。GeoSciML覆蓋地球物質組成、地層學、地質單元、地質年代、地質構造、地貌學和地球化學等領域，以及地質調查野外采樣涉及的鉆孔和地質樣品等內(nèi)容。GeoSciML 4.1主要包括基礎包、擴展包、地質年代包、鉆孔包、實驗分析與樣品包和輕量包等6個包（如圖5）:（1）基礎包（GeoSciML Basic）：涵蓋核心地質要素集，與INSPIRE的地質數(shù)據(jù)規(guī)范一致;（2）擴展包（GeoSciML Extension）：根據(jù)不同的業(yè)務需求，在基礎包上增加新的特性和關聯(lián)，繼承擴展成基礎要素的詳細描述;（3）地質年代包（GeoSciML Time）：使用國際地層學術委員會認可的地質年代表達模型;（4）鉆孔包（Borehole）：包括地質測井、鉆探詳情和其他工程信息的鉆孔模型;（5）實驗分析與樣品包（LaboratoryAnalysis-Specimen）：體現(xiàn)實驗室分析的元數(shù)據(jù)、地質采樣、樣品以及同位素測年觀察結果的模型;（6）輕量包（GeoSciML Lite）：地質圖表達的簡化實現(xiàn)模型。

每個應用包對應目標實現(xiàn)（邏輯模型、編碼和數(shù)據(jù)實例）至少包括一個要求類（符合模塊化的規(guī)范）的主題，更多目標實現(xiàn)可發(fā)布成獨立的文檔?；A包提供了一個類集合，用于表示基礎地質、地貌特征（單位、構造和事件）、地球物質、地質時代和它們之間關系。它限制描述屬性的數(shù)量，以保證與重要用例相匹配。圖6顯示了GeoSciML基礎包與其他包的依賴關系，基礎包在運行時需要導入常用要素實例（General Feature Instance）、SWE通用數(shù)據(jù)模型2.0（SWE Common Data Model 2.0、采 樣 要 素（samplingFeature）、空間模式（Spatial Schema）和概念模式語言（Conceptual schema language）等多個包。

圖5 GeoSciML 4.1 包（OGC Geoscience Markup Language 4.1）Fig. 5 Package diagram of GeoSciML 4.1

圖6 GeoSciML基礎包的依賴關系（OGC Geoscience Markup Language 4.1）Fig. 6 Dependency relationship diagram of GeoSciML Basic package

2.4 地質基礎包

GeoSciML將地質圖描述成一個地質數(shù)據(jù)集，一個地質數(shù)據(jù)集包括多個地質要素，空間可視化的地質要素可使用編圖要素。編圖要素能表示包括地質要素在內(nèi)的任何要素，它使用其“規(guī)范”關系來標識要表達的內(nèi)容。地質要素可進一步細分成地質單元、地質構造、地貌要素和地質事件。地質基礎重點定義基礎地質圖要素類、要素類之間的關系擴展包則擴展基礎包中的抽象描述，引入新的地質構造要素和多個類，加強對基礎類的描述。

2.4.1 地質單元

GeoSciML的地質單元是一個地球物質包（通常是巖石），同時它亦指地球上某個范圍的地質體或用于表征地球上某些物質，它包括標準地層單位、非標準地層單位和未命名的地質單元（如圖7）。

圖7 地質單元語境圖（OGC Geoscience Markup Language 4.1）Fig. 7 Context diagram of GeologicUnit

2.4.2 地質構造

GeoSciML中的地質構造（GeologicStructure）是一個描述現(xiàn)實世界地質構造的類包，用以描述地球物質的不均勻性、模式或斷裂等性質。地質構造的尺度規(guī)模可從微觀到宏觀，其不均勻性包括斷裂、礦物顆粒邊界和具有不同顆粒幾何（紋理）或成分的巖石邊界。地質構造體現(xiàn)巖石的不同部分或巖體間擠圧關系，但獨立于物質和物質結構。固體物質中比非固體物質更易發(fā)現(xiàn)地質構造，且地質構造更持久。圖8展示了地質構造類之間的關系，地質構造是一個繼承自地質要素的抽象類，通過對其繼承可產(chǎn)生褶皺（Fold）、褶皺體系（FoldSystem）、接觸關系（Contact）、剪切位移構造（ShearDisplacementStructure）等更具體的要素類。

2.4.3 地貌要素

地形可由天然地球過程（河道、海岸、冰磧或山巒等）形成，亦可通過人類（人為的）活動創(chuàng)建（挖掘通道、改造土地、礦山尾礦庫等）。GeoSciML地貌學子包描述了構成地球地表的性質和形狀（如地形）要素，其中的地貌要素是一種描述地球的地表形狀和性質的地質要素，它被建模成一個與組成地質單元相關的要素（如圖9）。從圖中可顯見，地貌要素繼承自地質要素、依賴于地質單元，且可擴展形成自然地形要素、人工地形要素，此外還包括地形單元抽象描述、天然/人工要素類型術語等。

2.4.4 地質事件（GeologicEvent）

地質事件（GeologicEvent）是一個包括多個事件類的包（如圖10），用于描述與改變地質實體有關的一或多個地質過程活動中的事件。地質歷史是地質事件對象的有序集合，每一個地質事件對象均有相關的地質年代、地質環(huán)境和一或多個地質過程（EventProcessTerms）、地質事件描述（GeologicEventDescription）等。年齡是特定地質事件或要素的屬性，用絕對年齡、區(qū)間年齡（NumericAgeRange）和地質年代表中的年代名稱（GeochronologicEraTerms）表達。

2.5 其他數(shù)據(jù)包

（1）GeoSciML地質年代包：使用國際地層學術委員會認可的地質年代表達模型。包括IUGS的國際地層委員會定義的全球年代地層單位界線層型剖面和點位GSSP（Global Stratotype Section and Point）、ISO19108時態(tài)模式的擴展內(nèi)容和地質年代表。

（2）GeoSciML鉆孔包：包括地質鉆孔、鉆孔詳細描述和其他工程信息的鉆孔模型，它將鉆孔描述成對地下地質單元進行采樣的方法模型。

圖8 地質構造概要圖（OGC Geoscience Markup Language 4.1）Fig. 8 Summary diagram of geologic structures

圖9 地貌要素概要圖（OGC Geoscience Markup Language 4.1）Fig. 9 Geomorphologic feature summary diagram

（3）GeoSciML實驗與分析包：包括描述實驗室用儀器完成的、與地質樣本分析相關的過程和結果的類，涵蓋采樣信息、觀測結果質量、觀測參數(shù)、分析儀器、分析任務、分析過程、分析方法以及形成的圖片等信息。

3 EarthResourceML

地球資源標記語言EarthResourceML（Earth Resource Markup Language，簡 稱ERML）是CGI主持研制的以礦產(chǎn)資源為主的涵蓋全礦業(yè)領域的數(shù)據(jù)交換標準。主要應用于礦點、礦山和采礦活動。標準內(nèi)容包括礦產(chǎn)資源的地質特征、賦存環(huán)境、礦產(chǎn)品及其礦產(chǎn)資源和儲量、礦山和采礦活動、精礦、精煉產(chǎn)品和廢料生產(chǎn)等。其與礦床有關的地質特征參照GeoSciML標準執(zhí)行。

圖10 地質事件概要圖（OGC Geoscience Markup Language 4.1）Fig. 10 Summary diagram of Geologic Events

ERML最早由澳大利亞政府地球科學信息委員會于2004～2008年研究建設，CGI互操作工作組于2009年發(fā)布EarthResourceML 1.1版本。為了適應INSPIRE的需求不斷完善，當前版本為2013年10月發(fā)布的EarthResourceML 2.0，其標準編制的建模方法、數(shù)據(jù)結構與GeoSciML一脈相承。ERML通過導入GeoSciML核心包、模式語言包（Schema Language）、空間模式包（Spatial Schema）、時空模式包（Temporal Schema）、元數(shù)據(jù)包（Metadata）、GML包、地球物理包等構建（如圖11）。

3.1 礦床數(shù)據(jù)包

礦床數(shù)據(jù)包由采礦活動有關的數(shù)據(jù)組成，即將礦產(chǎn)原材料加工成礦業(yè)產(chǎn)品的過程。礦業(yè)產(chǎn)品與礦點相關，即礦產(chǎn)經(jīng)濟資源的地質描述。由礦床基本信息、開礦活動、成礦物質組分、礦業(yè)廢物、礦產(chǎn)品等要素信息（圖12）。圖12顯示了采掘要素（MiningFeature）派生出采礦活動（MiningActivity）、采礦廢料（MiningWaste）、礦山（Mine）等，以及 采 礦 廢 料 測 量（MiningWasteMeasure）、礦山狀態(tài)值（MineStatusValue）、原材料角色值（RawMaterialRoleValue）等相關支持類。

3.2 礦點數(shù)據(jù)包

礦點數(shù)據(jù)包涵蓋了礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫中的要素屬性，部分與采礦活動有關。側重于描述獨立于相關人類活動（如采礦）的礦產(chǎn)資源、礦床類型、成礦模型、成礦過程及表生地質作用過程（如圖13）。礦點從地質資源類派生而成，它擁有探測活動（ExplorationActivity）、地球資源物 質（EarthResourceMaterial）、采 掘 活 動、礦床模 型（MineralDepositModel）、礦 物 質系 統(tǒng)（MineralSystem）等類型的屬性。

4 地學專業(yè)術語標準

為地球科學領域構建多語種語義的地學術語庫也是CGI技術標準工作之一，已確定的100多個地球科學詞匯表為GeoSciML和EarthResourceML等數(shù)據(jù)交換標準提供全面支撐，其中50多個詞匯表被廣泛編譯和采用。2019年又被IUGS深時數(shù)字地球大科學計劃DDE（Deep-time Digital Earth）用作知識體系術語的主要來源庫。

圖11 EarthResourceML數(shù)據(jù)包依賴關系圖（引自EarthResourceML 2.0）Fig. 11 Package dependencies diagram of EarthResourceML

圖12 礦床數(shù)據(jù)類關系圖（EarthResourceML 2.0，2013）Fig. 12 Class diagram of Mine package

CGI制定地學專業(yè)術語的名稱、下屬詞等內(nèi)容，為每個術語和下屬詞給出了詳細的定義、參考來源、類型、狹義或廣義的意義、上屬詞以及每個詞條的變更過程，提供htmljson df ext tlxml等多種格式的服務，既可滿足用戶在線查詢，亦可直接用于機器理解。所有下屬詞通過URI方式與發(fā)布的地學數(shù)據(jù)屬性關聯(lián)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)與標準的深度融合。表1按字母順序列出了GeoSciML術語類型，表2按字母順序列出了EarthResourceML術語類型。

圖13 礦點類圖（EarthResourceML 2.0，2013）Fig. 13 Class diagram of MineralOccurence package

5 樣例

5.1 地質體模型

桌面版地質圖的圖層一般均已建好，屬性列難以通過關聯(lián)方式隨意構建（特別是MapGIS圖件），很難與多個數(shù)據(jù)庫中的若干個圖層形成新表、新圖層、新事件等。但實際工作中，以某個圖層為主、與一個或多個結構化表關聯(lián)生成新圖層的需求很常見，基于GeoSciML數(shù)據(jù)標準可以滿足上述要求。

地質體是地質圖中最重要的組成內(nèi)容，它一般保存在空間數(shù)據(jù)庫中，也可存于單個Shapefile文件中。與其關聯(lián)的數(shù)據(jù)可存于相同數(shù)據(jù)庫中，或其他數(shù)據(jù)庫中（PostgreSQL/MySQL/SQL Server/Oracle等）。在地質圖發(fā)布前，地質單元圖層可包括所有屬性或部分重要屬性（如幾何類型、要素編號等），而其他屬性可以保存在關系表中（如地質體名稱、標志、類型、地質年代、巖石類型等）。發(fā)布前要準備好模式及映射文件。在發(fā)布OGC服務（WFS、WMS等）時，通過映射及關聯(lián)發(fā)布成多個具有不同屬性的組合要素，其中地質單元描述、接觸關系等既可以用字符串，亦可使用鏈接。發(fā)布成WFS、WMS服務后，基于WebGIS的各類應用可訪問地質體的空間要素。地質體屬性可通過統(tǒng)一資源標識符URI（Uniform Resource Identifier）鏈接至CGI地學術語庫（Bibliotheca, 2017；http://geosciml.org/resource），可同時使用多國語言的術語，亦可通過查找方法在地質單元屬性中搜索匹配的地質術語。

圖14示意性展示了基于GeoSciML的北京市地質界線，以及吉林省空間分布的地質體要素的發(fā)布及應用。吉林省地質體（Jilin_Geobody）面要素類繼承自地質要素類，它增加了要素編號（Feature_ID）、地質體名稱（Geobody_Name）等屬性，通過要素編號與保存在關系型數(shù)據(jù)庫中的地質體屬性類（GeobodyProperty）一對一關聯(lián)?；贕eoSciML標準，通過地質要素類屬性、新增屬性、地質體屬性類中的字段配置，可生成并發(fā)布成WFS格式的新要素。地質體屬性類還可與地質時代（Geobody_Era）、地質體資源（Geobody_URI）等關聯(lián)。發(fā)布的吉林省地質體面要素（Jilin_Geobody_R）、北京市地質界線（Beijing_Geoline_L）可顯示在WebGIS應用中顯示或參與計算。

表1 GeoSciML術語分類列表（按字母順序排列）Table1 GeoSciML Vocabularies（In alphabetical order）

表2 EarthResourceML術語分類列表（按字母順序排列）Table 2 EarthResourceML Vocabularies（In alphabetical order）

5.2 采礦權模型

采礦權是礦業(yè)權（探礦權、采礦權）的一個最重要的組成部分。它可進行地上、地下、地上/地下開采，與采礦活動非常密切，覆蓋從礦山設計、礦石采掘到運輸、礦業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)等全過程。在地學空間數(shù)據(jù)管理中，具有很多空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)，甚至其他結構化和非常結構化數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)共享與應用中，主要有采礦權空間范圍（采礦權要素）、屬性數(shù)據(jù)等。屬性數(shù)據(jù)一般保存在其他關系型屬性表內(nèi)（如礦床狀態(tài)、采礦活動、儲量等），而通用的礦種、開采方法等數(shù)據(jù)以字典形式保存。圖15用UML圖展示了采礦權的動態(tài)映射模型。采礦權要素（MiningRightsFeature）繼承自EarthResourceML的采掘要素（MiningFeature），它與采礦權屬性（MiningRightsProperty）一對一關聯(lián)，采礦權屬性與項目類型（ProjectType）、礦種（Mineral）、開采方法（MiningRightsMethod）等具有一對多的關聯(lián)關系。通過模式匹配和設置后，可在地圖服務器上發(fā)布WFS格式的采礦權要素數(shù)據(jù)服務（MiningRightsFeatureWFS）。

圖14 基于GeoSciML的地質體應用模式圖Fig.14 Application diagram for geobody based on GeoSciML

圖15 采礦權映射圖Fig. 15 Generalization diagram for MiningRights

6 結論與建議

6.1 結論

CGI-IUGS在國際地學信息領域開展了重要和權威的數(shù)據(jù)標準研建與推廣工作，取得了顯著的應用成效。CGI國際標準GeoSciML、EarthResourceML等采用了面向對象的靈活可擴展表達方式，所有類均可縱向、橫向的無限制自由擴展，以滿足不同領域、不同層次、不同角度的需求。目前已在OneGeology、INSPIRE、USGIN、AuScope計劃等重大國際地學數(shù)據(jù)共享中得到廣泛應用，重點解決了不同國家多元異構數(shù)據(jù)的共享與語義融合問題。原始數(shù)據(jù)基于GeoSciML、EarthResourceML等發(fā)布成WFS、WMS地圖服務，以滿足同一語義框架下的地圖可視化、數(shù)據(jù)集成與共享。

CGI標準能實現(xiàn)簡單要素、復雜要素的各類地學數(shù)據(jù)，以及復雜關系的對象集合應用；基于GeoSciML按需進行數(shù)據(jù)交換模型的靈活擴展，設計并映射成開放的信息模型，有利于后續(xù)諸多地學信息領域的重用。

6.2 建議

我國地學相關領域當前及未來的地質大數(shù)據(jù)資源建設（如地質云、DDE等）（Zhang et al., 2017；http://ddeworld.org），尤其涉及國際化及多行業(yè)部門之間數(shù)據(jù)交換的應用，可重點借鑒或參考CGI標準 （Zhang et al.，2019）；對已有數(shù)據(jù)盡量采用該國際標準進行轉換應用，以達到統(tǒng)一標準和國際化應用目的。

GeoSciML的擴展特性確實為靈活設計數(shù)據(jù)模型帶來了好處，但生成的大量XML格式數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡傳輸與用戶體驗造成一定影響，建議盡量采用GeoJSON格式數(shù)據(jù)。同時，在應用國際地學標準時，要深入把握需求及標準的適用性。