地質(zhì)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)與發(fā)展方向

趙靜儀

地質(zhì)數(shù)據(jù)是地質(zhì)工作記錄及其成果體現(xiàn)的關(guān)鍵，文章基于地質(zhì)數(shù)據(jù)的來源，對(duì)獲取地質(zhì)數(shù)據(jù)的途徑進(jìn)行了分析，并對(duì)地質(zhì)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，同時(shí)提出了地質(zhì)大數(shù)據(jù)建設(shè)的發(fā)展方向，以供相關(guān)人士參考。

近些年，全國的大數(shù)據(jù)研發(fā)與實(shí)踐得到了顯著提升，大數(shù)據(jù)技術(shù)日漸成熟，相關(guān)配套設(shè)施逐步完善。而同時(shí)期，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)出蓬勃活力，具有來源多元、形式豐富、應(yīng)用面廣的特點(diǎn)。地理學(xué)作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石之一，其服務(wù)深度和廣度并不僅限于表面，而地質(zhì)數(shù)據(jù)正是地學(xué)研究者進(jìn)行分析和評(píng)估的關(guān)鍵工具。雖然現(xiàn)在的地質(zhì)信息化已經(jīng)有了相當(dāng)程度的進(jìn)展，但對(duì)于地質(zhì)大數(shù)據(jù)的理解與研究仍顯不足，這就限制了地質(zhì)信息化的進(jìn)一步發(fā)展。因此，文章將立足于現(xiàn)今的大數(shù)據(jù)概念及其發(fā)展趨勢，深入討論地質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和來源進(jìn)行的識(shí)別，以及從客觀存在和實(shí)際使用角度挖掘出大數(shù)據(jù)特點(diǎn)。希望透過這些工作，能為將來的地質(zhì)大數(shù)據(jù)定義提供更深入和系統(tǒng)的解讀，并基于此剖析當(dāng)前地學(xué)信息化建設(shè)的困難，提出地質(zhì)大數(shù)據(jù)未來發(fā)展思路。

地質(zhì)數(shù)據(jù)的獲取途徑

野外調(diào)查采集。野外勘測是地質(zhì)學(xué)者親歷現(xiàn)場，直接深入地理解地質(zhì)地理環(huán)境，觀察地質(zhì)活動(dòng)實(shí)況，包括定點(diǎn)觀測、巡回檢查、制作剖面和采集樣本，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的記錄、描繪圖表以及平面圖等工作。對(duì)于地質(zhì)研究而言，這種方式是至關(guān)重要的基礎(chǔ)工作，能夠提供最真實(shí)準(zhǔn)確的地質(zhì)信息。在原始的考察辦法中，地質(zhì)錘、指南針、放大鏡是必不可少的戶外觀察工具，而記錄內(nèi)容則主要以描述性文字為主，將所有現(xiàn)場文獻(xiàn)保存在野外筆記簿中。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，新的野外信息采集儀器，如野外數(shù)據(jù)采集儀相繼問世，與數(shù)字化地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)和智能化地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)相互融合，從而完成從初階到高階的電子化、組織規(guī)范化轉(zhuǎn)變，向著更高效、精確的方向繼續(xù)前進(jìn)。

觀測監(jiān)測獲取。精密的觀測與監(jiān)測技術(shù)，通過專業(yè)儀器或手工操作對(duì)特定區(qū)域的地質(zhì)屬性進(jìn)行定期評(píng)估并實(shí)時(shí)捕捉數(shù)據(jù)，從而準(zhǔn)確掌握地質(zhì)環(huán)境狀態(tài)。其涵蓋范圍包括運(yùn)用傳感器檢測地下水位、流速、溫度及地應(yīng)力、位移、地面沉降等多種地質(zhì)災(zāi)變參數(shù)，并由影像記錄地質(zhì)活動(dòng)過程等領(lǐng)域。目前已普遍利用電子傳感設(shè)備結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸，并設(shè)立專用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

工程揭露采集。工程揭露技術(shù)主要采用鉆探機(jī)械與徒手挖掘方式，涵蓋了鉆探、坑探、槽探、洞探等多種手段，以揭示地表下厚重覆蓋層中的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其他探索需要。同時(shí)，該過程伴隨著詳細(xì)的鉆進(jìn)進(jìn)度、巖心分布、剖面特征記錄，以柱狀圖、剖面圖等形式進(jìn)行展示。然而，隨著科技發(fā)展的日新月異，現(xiàn)今人們已經(jīng)能夠輕松地利用數(shù)字采集和繪畫技術(shù)來生成各類柱狀圖、剖面圖，此外，大量的鉆井施工數(shù)據(jù)例如轉(zhuǎn)速、溫度、泥漿密度、孔斜等也都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測、傳輸和保存，這都得益于借助傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代科技工具。

分析測試獲取。通過對(duì)野外地貌樣本或鉆孔探查中的礦物標(biāo)本進(jìn)行全面物理與化學(xué)分析測試，能夠獲取地表物質(zhì)的特性、成分以及構(gòu)造，最終形成樣本記錄、分析結(jié)果以及處理日志。近幾年內(nèi)，隨著相關(guān)分析設(shè)備的快速發(fā)展，獲取的物理、化學(xué)性質(zhì)以及敏感度均得到顯著提升，特別值得指出的是，同位素測年技術(shù)已日益走向完善。

地球化學(xué)勘探采集。地球化學(xué)勘探基于地殼及表層物質(zhì)中化學(xué)特征的獨(dú)特性進(jìn)行采樣與量化成分分析，成功制定施工規(guī)劃、測試結(jié)果以及地質(zhì)剖析報(bào)告。在科技進(jìn)步的推動(dòng)下，如今地球化學(xué)勘探可揭示的物質(zhì)特性已由原先的40余種擴(kuò)展到超過70種，并有潛力覆蓋更廣泛的元素領(lǐng)域。在此過程中，檢測精度逐步提升，微量元素的測量也愈發(fā)精準(zhǔn)。

地質(zhì)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)

地質(zhì)數(shù)據(jù)具備深遠(yuǎn)的應(yīng)用價(jià)值。作為地質(zhì)勘查單位與地質(zhì)學(xué)家的珍貴財(cái)富，地質(zhì)數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍十分廣闊。地質(zhì)工作在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展中起到舉足輕重的先導(dǎo)和基礎(chǔ)作用，是決定經(jīng)濟(jì)建設(shè)走向及長期建設(shè)全程的關(guān)鍵因素。其成果不僅滿足了我國能源資源安全的需求，助力生態(tài)文明建設(shè)，預(yù)防災(zāi)害，還在服務(wù)于海洋強(qiáng)國，新型城市化，工業(yè)、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化以及重大工程等多個(gè)領(lǐng)域以及軍事國防建設(shè)等方面發(fā)揮著積極作用。因此有理由認(rèn)為，地質(zhì)數(shù)據(jù)具有無法估量的廣泛應(yīng)用價(jià)值。

地質(zhì)數(shù)據(jù)具有獨(dú)特的再利用價(jià)值。根據(jù)地史記載，地球存在約46億年，而地質(zhì)現(xiàn)象的變化相對(duì)人類的生活則顯得極為緩慢。除了偶發(fā)的構(gòu)造變動(dòng)、火山爆發(fā)以及地質(zhì)災(zāi)害之外，大多數(shù)地質(zhì)現(xiàn)象的演變均以萬年乃至百萬年為計(jì)量單位。然而，我國大規(guī)模的有據(jù)可考的地質(zhì)調(diào)查工作至今僅進(jìn)行了不足百年。相較于地質(zhì)體的研究，這些年代因素可以被忽視。地質(zhì)學(xué)家們在某地進(jìn)行勘察時(shí)，特別關(guān)注已有地質(zhì)資料的收集與研究，這使得地質(zhì)學(xué)比其他領(lǐng)域更注重?cái)?shù)據(jù)的再利用。由于人類對(duì)地質(zhì)認(rèn)知能力的限制及探測手段的局限，人們對(duì)地下物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和演化規(guī)律的了解極少，甚至只能推測和猜測，猶如盲人摸象。因此，地質(zhì)工作往往需要反復(fù)進(jìn)行同一區(qū)域的調(diào)查研究，以便更好地了解并深入認(rèn)識(shí)。其中，原始的野外或現(xiàn)場采集的地質(zhì)數(shù)據(jù)最為珍貴，它們只是客觀詳細(xì)地描繪了地質(zhì)現(xiàn)象。而經(jīng)過處理過的數(shù)據(jù)，如工作進(jìn)程中的衍生數(shù)據(jù)，雖然也具有一定意義，但因其包含了部分個(gè)人主觀推斷，通常只用于參考。

地質(zhì)數(shù)據(jù)獨(dú)具時(shí)空特性。所有地質(zhì)數(shù)據(jù)都以特定地點(diǎn)的地質(zhì)特征或性質(zhì)為主，都附有明確的空間坐標(biāo)，而唯有將具體位置予以詳細(xì)記錄的地質(zhì)數(shù)據(jù)才有其科學(xué)價(jià)值。在這其中，地質(zhì)體的地質(zhì)演進(jìn)過程及其相應(yīng)的地質(zhì)年代皆為地質(zhì)數(shù)據(jù)中的重要組成部分。地理信息數(shù)據(jù)同樣具有豐富的時(shí)空特性，與地質(zhì)數(shù)據(jù)以及其他各類型地學(xué)數(shù)據(jù)共享同一性。

地質(zhì)數(shù)據(jù)具有較大的局限性、多解性和模糊性。鑒于地球遼闊，地質(zhì)人員得以實(shí)地考察、施工和取樣的地點(diǎn)極其有限，因此他們所得出的地下狀況理解存在很大偏頗且具局限性，頻繁出現(xiàn)的現(xiàn)象則為“一孔之見”。諸如地球物理探測與遙感在內(nèi)的各種探測技術(shù)，都依賴于物性和光性的反演推斷，但其可信度和精度往往受到事實(shí)認(rèn)證的限制，因此這些方法實(shí)測得到的地質(zhì)認(rèn)知同樣具有多解性。此外，地球被視為一個(gè)有機(jī)整體，地質(zhì)研究必須結(jié)合地球體系科學(xué)觀點(diǎn)來深入理解，然而由于野外獲取數(shù)據(jù)的不足以及各類間接手段解讀數(shù)據(jù)時(shí)的多解性，使得基于綜合研究得出的最終結(jié)果（即成果數(shù)據(jù)）具有較明顯的模糊性。這也是為何人們在地質(zhì)報(bào)告中經(jīng)?？吹绞褂谩巴茰y”“可能”“估算”等模糊措辭的原因。

地質(zhì)大數(shù)據(jù)的發(fā)展方向

多年來，地質(zhì)大數(shù)據(jù)所面臨的挑戰(zhàn)包括：開放共享困難、應(yīng)用效益低且缺乏大規(guī)模應(yīng)用，這主要源于多個(gè)源頭的數(shù)據(jù)。首先，這種數(shù)據(jù)與特定的數(shù)據(jù)描述模型間的間隔，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)的多樣性和復(fù)雜性，限制了在存儲(chǔ)與檢索上的效率。其次，數(shù)據(jù)生產(chǎn)者對(duì)共享的積極性較低，也限制了數(shù)據(jù)匯聚的程度。再次，挖掘和分析這些數(shù)據(jù)的難度高，使得獲取有價(jià)值的信息增加了難度。此外，數(shù)據(jù)的匯聚效率較低，尚未實(shí)現(xiàn)有效的系統(tǒng)化方法。最后，地質(zhì)大數(shù)據(jù)的大眾認(rèn)知水平有限，盡管具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，但關(guān)注率并不高。為此，應(yīng)加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的工作，以推動(dòng)地質(zhì)大數(shù)據(jù)的高質(zhì)量發(fā)展。

加強(qiáng)地質(zhì)數(shù)據(jù)模型研發(fā)，規(guī)范化地質(zhì)數(shù)據(jù)采編。要解決現(xiàn)有地質(zhì)數(shù)據(jù)采集的隨意性問題，提高數(shù)據(jù)規(guī)整和應(yīng)用效率，國家應(yīng)大力推動(dòng)開發(fā)具有高度可信度的地質(zhì)數(shù)據(jù)模型，覆蓋全領(lǐng)域通用和專業(yè)數(shù)據(jù)類型。此外，需要制定和發(fā)布地質(zhì)數(shù)據(jù)采編規(guī)程作為行業(yè)指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)（如圖1），統(tǒng)一規(guī)范行業(yè)廠商地質(zhì)勘探設(shè)備和相應(yīng)軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表示方法，協(xié)助全社會(huì)地質(zhì)勘查機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)采集及成果展示。

深化大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理研發(fā)，提升數(shù)據(jù)管理與分享能力。同時(shí)改進(jìn)并完善地質(zhì)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，設(shè)計(jì)有效且易用的元數(shù)據(jù)收集工具。規(guī)范地質(zhì)多元數(shù)據(jù)的編制流程，搜集并妥善修改已有元數(shù)據(jù)，進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)的鞏固工作。綜合考慮各類地質(zhì)數(shù)據(jù)的特性和格式、數(shù)量等因素，創(chuàng)新性地構(gòu)建混合式數(shù)據(jù)庫架構(gòu)（如圖2），并實(shí)行在線和離線的雙重?cái)?shù)據(jù)管理策略，以期有效地管理地質(zhì)大數(shù)據(jù)。

深化地質(zhì)大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)化探索，提升處理高效性。當(dāng)前，多數(shù)紙質(zhì)地質(zhì)文獻(xiàn)已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，但仍以非結(jié)構(gòu)化語言描述或圖像形式存在，處理效率較低。針對(duì)已掃描的地質(zhì)報(bào)告，通過精密的文字識(shí)別技術(shù)將其轉(zhuǎn)換為文本格式，并創(chuàng)建相應(yīng)的表格文件。對(duì)于類似文檔，應(yīng)用自然語言智能識(shí)別技術(shù)，依據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)描述模型對(duì)文本進(jìn)行識(shí)別與信息抽取，最終生成結(jié)構(gòu)化的表述數(shù)據(jù)。同時(shí)，對(duì)掃描后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)屬性的精準(zhǔn)識(shí)別，建立矢量圖形文件。以上相關(guān)研究技術(shù)已然成型，可有效支持大規(guī)模的批量化處理工作。

深化地質(zhì)大數(shù)據(jù)整合分析，提高其利用率和效益。遵循大數(shù)據(jù)理論與方法，致力于推進(jìn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的深度融合，創(chuàng)造出具有爆發(fā)力的數(shù)據(jù)“火花”，或者碰撞出新的觀點(diǎn)。而在進(jìn)行數(shù)據(jù)碰撞之前，務(wù)必保證數(shù)據(jù)間坐標(biāo)和時(shí)間基準(zhǔn)的一致性，數(shù)據(jù)描述的精細(xì)度或可比性的高相符度，在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)地質(zhì)大數(shù)據(jù)的研究及資料整理。同時(shí)，深入解析成礦模型、找礦模型以及地質(zhì)演化模型等，最終構(gòu)建相應(yīng)的業(yè)務(wù)模式、數(shù)據(jù)模型及算法。此外，運(yùn)用先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，進(jìn)一步提高地質(zhì)大數(shù)據(jù)的深層挖掘和分析應(yīng)用。

綜上，我國已累計(jì)形成獨(dú)具價(jià)值的地質(zhì)數(shù)據(jù)，堪稱重要的自然與國家大數(shù)據(jù)寶庫。地質(zhì)工作作為構(gòu)建社會(huì)活動(dòng)及經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健發(fā)展的基石，其所提供的地質(zhì)數(shù)據(jù)兼?zhèn)鋾r(shí)空特性以及大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征，且呈現(xiàn)出明顯的行業(yè)特色，具備廣泛的應(yīng)用潛能。同時(shí)，建立健全地質(zhì)大數(shù)據(jù)服務(wù)產(chǎn)品分級(jí)管理體制，提升地質(zhì)大數(shù)據(jù)的融合處理效率，加大業(yè)務(wù)分析模型建設(shè)力度，構(gòu)建完整的地質(zhì)大數(shù)據(jù)體系，以增強(qiáng)我國地質(zhì)大數(shù)據(jù)在國際社會(huì)中的影響力。

[作者單位：河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院（河北省地學(xué)旅游研究中心）]