李敏，傅潔，陳安蜀，李磊，牛廣華，張燕

1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；2.中國地震局第一監(jiān)測中心，天津300180

數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)

李敏1，傅潔2，陳安蜀1，李磊1，牛廣華1，張燕1

1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；2.中國地震局第一監(jiān)測中心，天津300180

在現(xiàn)代信息技術(shù)和空間技術(shù)高速發(fā)展的今天，區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作過程的數(shù)字化已經(jīng)成為一種必然趨勢，它能更好地實現(xiàn)信息共享和數(shù)據(jù)更新，為地質(zhì)工作服務(wù).區(qū)域地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)為基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查規(guī)劃部署、地方資金找礦勘探提供了重要的數(shù)據(jù)支撐，是地質(zhì)調(diào)查成果數(shù)字化、信息化及國土資源部數(shù)字化工程的重要組成部分.通過對數(shù)字地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫的組織模型、空間存儲及屬性繼承、輔助建庫工具、質(zhì)量監(jiān)控的闡述，為建庫提供了技術(shù)保障，保證了數(shù)據(jù)的精度，有效提高了建庫效率.

數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)；空間數(shù)據(jù)庫；空間存儲；屬性繼承；質(zhì)量監(jiān)控；元數(shù)據(jù)

區(qū)域地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)不僅可向社會各界提供基礎(chǔ)性地質(zhì)資料和信息，更好地為國民經(jīng)濟發(fā)展和建設(shè)規(guī)劃提供基礎(chǔ)素材，同時也為國家制定經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略決策，保證國土資源信息化工作的高水準高效率提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，為國家經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展起到有力的促進作用.

區(qū)域地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫是應(yīng)用地理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將地質(zhì)圖及相關(guān)數(shù)據(jù)存儲于計算機而形成的數(shù)據(jù)庫.它包含兩個方面：其一是將已匯交出版的地質(zhì)圖進行圖形矢量化、點線編輯修改、屏幕檢查與素圖輸出檢查、圖形校正、建立拓撲、建立分層文件、屬性編輯、圖元與屬性的一致性、投影變換等，最終形成地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫及相應(yīng)的圖件；其二是近年采用的野外數(shù)字填圖系統(tǒng)直接生成的地質(zhì)圖數(shù)據(jù)，利用野外填圖數(shù)據(jù)來進行地質(zhì)圖編輯、數(shù)據(jù)庫建設(shè)和噴繪紙圖，最終形成的數(shù)據(jù)庫可以在計算機上查閱和檢索一個圖幅或更大范圍內(nèi)的地質(zhì)礦產(chǎn)基本特征.

數(shù)字地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用地學(xué)模型的基礎(chǔ)內(nèi)容標準、專用標準和應(yīng)用模式的關(guān)系與規(guī)則，通過要素類或?qū)ο箢惖臄U展建立具體數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型，是我國第三代地質(zhì)圖數(shù)據(jù)模型.以數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，采用選擇文件更新的方式繼承編稿原圖數(shù)據(jù)，對空間數(shù)據(jù)庫涉及的空間拓撲及屬性信息進行無縫集成、迭代建庫，實現(xiàn)了從實際材料圖、編稿原圖到空間數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫群的不同階段數(shù)據(jù)流的“繼承與傳遞”，既保證了數(shù)字填圖過程中不同階段的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)繼承與被繼承關(guān)系，同時也保證了各個階段數(shù)據(jù)庫的原始性和獨立性［1］.

1 地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫組織模型

數(shù)據(jù)模型是對空間實體數(shù)據(jù)關(guān)系的抽象.地質(zhì)數(shù)據(jù)模型是對地質(zhì)實體及關(guān)系的抽象，是地質(zhì)應(yīng)用問題向計算機應(yīng)用系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的橋梁，是地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建設(shè)和地質(zhì)信息系統(tǒng)開發(fā)的能基礎(chǔ)［2］.

地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫組織模型把地質(zhì)圖數(shù)據(jù)組織成關(guān)系型的數(shù)據(jù)對象:對象類、要素類、關(guān)系類、綜合要素類和要素數(shù)據(jù)集.一個對象類在地理數(shù)據(jù)庫中是一個表,存儲非空間數(shù)據(jù).一個要素類是具有相同幾何類型和相同屬性的要素的集合.一個要素數(shù)據(jù)集是共享空間參考系統(tǒng)的要素類的集合.關(guān)系類是由一個關(guān)系規(guī)則構(gòu)成的關(guān)聯(lián)集合（可以用關(guān)聯(lián)、依賴、組合和繼承來描述對象之間的關(guān)系規(guī)則）.綜合要素類與要素類相同，是共享空間參考系統(tǒng)的多個要素類的集合，在地質(zhì)圖數(shù)據(jù)模型中由復(fù)合地質(zhì)點、線、面要素實體類構(gòu)成，但不與其他要素類構(gòu)成拓撲關(guān)系.該數(shù)據(jù)模型對空間要素的定義更接近于現(xiàn)實世界，這種面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型使用戶可以根據(jù)具體的需要進行擴展，具有用戶自定義的特征.在地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫中建立了一個不屬于任何要素數(shù)據(jù)集的要素類，稱為獨立要素類.獨立要素類需要建立自己的空間參考系統(tǒng)，并設(shè)定自己的投影系統(tǒng)參數(shù)和/X/Y域.地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫的組織模型如圖1所示［3］.

圖1 地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫組織模型Fig.1 Architecture model of geological map spatial database

地質(zhì)圖屬于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫類，利用15個基本要素類、8個綜合要素類、12個對象類組成的地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)模型，形象化描述了地質(zhì)圖的數(shù)據(jù)（實體）之間的聯(lián)系和有關(guān)語義約束規(guī)則，對數(shù)據(jù)模型規(guī)定的數(shù)據(jù)的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、行為和語義進行一致化的描述.區(qū)域地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫基本要素類、綜合要素類、對象類分類表如表1所示.

表1 數(shù)字填圖分類表Table 1 Classification of digital mapping

2 數(shù)字填圖方法空間存儲及屬性繼承

數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)結(jié)合面向?qū)ο蟮牡刭|(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫模型，采用數(shù)據(jù)模型繼承技術(shù)，通過數(shù)據(jù)流“棧”處理［4-9］（圖2），提供了地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)（空間拓撲、屬性信息）無縫集成和迭代建庫的技術(shù)方案，實現(xiàn)了地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫一體化建庫模式.

圖2 PRB數(shù)據(jù)流“?！盕ig.2 PRB data stream stack

首先，自動繼承編稿原圖的地質(zhì)面文件和線文件的空間信息以及屬性信息到空間數(shù)據(jù)庫要素類.當要素類屬性錄入結(jié)束后，利用“自動從地質(zhì)體面實體提取對象類，自動從地質(zhì)界線提取斷層對象類功能，自動從標準圖框（內(nèi)圖框）中提取圖幅基本信息”實現(xiàn)對象類屬性數(shù)據(jù)的部分自動繼承.并不是所有要素類的屬性都可以繼承，部分綜合性屬性需要逐個輸入，進而完善對象類屬性數(shù)據(jù).除標準內(nèi)圖框外，其余綜合要素類均為區(qū)文件，這些綜合要素類數(shù)據(jù)輸入時應(yīng)首先根據(jù)綜合要素類對應(yīng)的地質(zhì)含義建立它的臨時區(qū)文件.其次，考慮到建立拓撲關(guān)系的實體沒有帶空間數(shù)據(jù)庫標準的結(jié)構(gòu)，因此，需要把新建的綜合要素類合并到綜合相應(yīng)的空間要素類，以便整合和獲得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上完成綜合要素類的數(shù)據(jù)輸入.

通常，一個要素類的所有對象有相同的行為和屬性，但并不是所有的對象共享相同的屬性域.當一個要素類的對象使用不同的屬性域時，使用不同屬性域的對象就構(gòu)成要素類或表的子類型.子類型的使用使得數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫建立時，不需要進行圖層剝離，而是通過子類型標識中唯一的屬性字段進行圖層的區(qū)分，大大提高了信息組織的完整性、靈活多樣性.地質(zhì)體面實體和地質(zhì)界線的子類型分別如表2、3所示.

表2 地質(zhì)體面實體子類型Table 2 Subtypes of geologic bodies

表3 地質(zhì)界線子類型Table 3 Subtypes of geological boundaries

3 數(shù)字地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫建庫工具

數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)實現(xiàn)了自動給要素類賦ID值：系統(tǒng)可以為每一個要素類賦ID號，也可一次性的對所有要素類（綜合要素類、基本要素類）賦ID值.自動賦地質(zhì)界線兩側(cè)的地質(zhì)體代號：以圖幅為單位，自動將所有地質(zhì)體界線兩側(cè)的地質(zhì)體代號賦給相應(yīng)地質(zhì)界線的左地質(zhì)體代號、右地質(zhì)體代號屬性中；自動給斷層編號字段加圖幅編號；選擇產(chǎn)狀合并到空間數(shù)據(jù)庫（產(chǎn)狀無屬性）：系統(tǒng)可以將不帶屬性結(jié)構(gòu)的產(chǎn)狀文件合并到空間數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)狀要素類.

同時，數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)提供了一系列輔助建庫工具，解決了建庫技術(shù)流程中的可操作性問題.建庫工具主要包括3個方面.

（1）屬性編輯與全局管理工具

屬性編輯與全局管理工具實現(xiàn)了要素類從空間到屬性、從屬性到空間的整合以及對基本要素類、綜合要素類和對象類的綜合管理.

（2）數(shù)據(jù)一致性檢查工具

數(shù)據(jù)一致性檢查工具從兩個方面檢查：①對區(qū)和線的拓撲錯誤以及線、弧一致性進行檢查.②檢查基本要素類和對象類的一致性：包括對象類存在，要素類必須存在；從要素類提取的對象類與已經(jīng)存在的對象類必須一致.

（3）屬性與制圖信息整合工具

屬性與制圖信息整合工具從3個方面檢查：①檢查地質(zhì)體面實體的地質(zhì)代號與圖形參數(shù)（顏色）是否一致，包括一種地質(zhì)代號所對應(yīng)的地質(zhì)體顏色是否唯一，一種地質(zhì)體顏色所對應(yīng)的地質(zhì)代號是否唯一；②檢查地質(zhì)界線代碼與線型是否一致；③檢查產(chǎn)狀類型名稱、產(chǎn)狀類型名稱代碼、產(chǎn)狀是否一致.

此外，在地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫建庫過程中，如果已經(jīng)做了大量工作，再重新拓撲，原有的區(qū)文件信息就會丟失，為了解決這個問題，數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)提供了“生成label點文件（帶參數(shù)）”，通過區(qū)文件生成的label點既能記錄區(qū)屬性，也能記錄區(qū)參數(shù).當重新拓撲重建時，原先生成的區(qū)的顏色和屬性均丟失，可以利用label點與區(qū)合并的功能恢復(fù)大部分圖元的屬性和參數(shù).

4 地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量監(jiān)控

地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫建庫過程主要體現(xiàn)在對空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)的操作和數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查上.整個流程中，首先應(yīng)該注意空間數(shù)據(jù)質(zhì)量.換句話說，在空間數(shù)據(jù)庫操作窗口之前，應(yīng)反復(fù)檢查編稿地質(zhì)圖，消除所有制圖問題，主要包括以下幾個方面.

（1）數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫要求坐標系類型為投影平面直角，橢球參數(shù)為“北京54”或“西安80”，投影類型為高斯克呂格.

（2）空間數(shù)據(jù)質(zhì)量：①無重疊線、重疊坐標；②無懸掛線,不作為地層分界線的斷層的懸掛線要保留,其他由此產(chǎn)生的懸掛弧段要刪除；③系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置中的結(jié)點、裁剪搜索半徑設(shè)置不大于10-9；④結(jié)點的建立，包括斷層切割地質(zhì)體，水系的主干與支流；⑤地層接觸關(guān)系正確，地質(zhì)界線壓蓋合理；⑥不同圖層共用界線一致（圖層套合）；⑦多邊形要封閉；⑧統(tǒng)一每個圖層的投影參數(shù)和TIC點信息.

5 元數(shù)據(jù)庫的建立

元數(shù)據(jù)是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”或“關(guān)于信息的信息”，在地理信息系統(tǒng)中用于描述地理數(shù)據(jù)集的內(nèi)容、質(zhì)量、表示方式、空間參照系、管理方式以及數(shù)據(jù)集的其他特征，它是信息化社會中地學(xué)信息共享的關(guān)鍵，并作為“數(shù)字地球”的六大技術(shù)之一，引起了全球的高度重視［10］.可擴展標記語言（Extensible Markup Language,XML）是目前使用最廣泛的結(jié)構(gòu)化語言，可以滿足元數(shù)據(jù)標準的定義、表達、驗證、檢索等操作需要［11］.

元數(shù)據(jù)采集應(yīng)嚴格按照《地質(zhì)信息元數(shù)據(jù)標準》（DD2006-05）和元數(shù)據(jù)庫采集說明書，盡量系統(tǒng)、完整、全面地反映數(shù)據(jù)庫的詳細情況和狀態(tài)：包括圖幅基本信息、處理過程、屬性結(jié)構(gòu)等.

6 數(shù)字地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫檢索

地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫是以圖幅方式組織的，利用數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)可以進一步整理和使用多個圖幅下的地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫成果數(shù)據(jù).包括根據(jù)需要加載多幅空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)；交互式查詢和檢索不同要素類屬性；地質(zhì)要素檢索,檢索條件包括要素類到對象類、對象類到要素類、對象類到對象類的檢索，用戶可自選；根據(jù)地質(zhì)年代檢索要素類；地理內(nèi)容的檢索；專題圖層的生成.

7 數(shù)據(jù)整理與服務(wù)產(chǎn)品開發(fā)成果

（1）通過建立元數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對區(qū)域地質(zhì)空間信息的編目、管理與發(fā)布.

（2）開發(fā)完成了基于元數(shù)據(jù)的空間查詢檢索系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于標準分幅數(shù)據(jù)的空間查詢、輸入極值坐標與拐點坐標串的空間范圍查詢、按整裝勘查區(qū)、成礦遠景區(qū)與成礦區(qū)帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)空間查詢、按省地級市范圍行政區(qū)查詢、按矩形或多邊形的范圍查詢以及結(jié)合元數(shù)據(jù)中關(guān)鍵詞的屬性查詢.通過檢索查詢使用戶了解圖幅的空間位置、圖幅區(qū)調(diào)與數(shù)據(jù)庫相關(guān)信息以及數(shù)據(jù)存放與借閱的相關(guān)信息.

（3）區(qū)域地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)為重要礦產(chǎn)資源調(diào)查評價、基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查等提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，為開展礦產(chǎn)資源潛力評價和整裝勘查提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，為社會經(jīng)濟的發(fā)展提供了強有力的支撐與服務(wù).

（4）利用區(qū)域地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫形成的圖件，快速編制如交通工程前期論證、施工勘查、水利、電力工程施工勘查等方面的圖件，更好地服務(wù)于相關(guān)專業(yè)，從而獲得更大的經(jīng)濟效益和社會效益.

8 結(jié)語

數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)采用Geodatabase建立面向?qū)ο蟮臄?shù)字地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫，可以從地學(xué)空間概念的抽象到數(shù)據(jù)模型的物理實現(xiàn)保持一致，而且過渡自然，不需要復(fù)雜的模型轉(zhuǎn)換.Geodatabase數(shù)據(jù)模型使得數(shù)據(jù)庫的某一字段將不再只存儲地學(xué)數(shù)據(jù)類型，而是一個定義了其行為、包含對象屬性的數(shù)據(jù)［12］，同時，使得各空間實體的拓撲關(guān)系能夠直觀反映，數(shù)據(jù)精度得到提高，建庫質(zhì)量得到保障，有效降低了數(shù)據(jù)冗余、減輕了建庫工作量.

地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)的建設(shè)、數(shù)據(jù)整理以及相關(guān)服務(wù)產(chǎn)品的開發(fā)為地質(zhì)人員開展礦產(chǎn)資源潛力評價、整裝勘查提供了數(shù)據(jù)支撐和強有力的服務(wù)，使地質(zhì)資料更好地為國土資源合理開發(fā)利用服務(wù)，為新開展的國土資源調(diào)查、礦產(chǎn)資源規(guī)劃、礦產(chǎn)開發(fā)、地質(zhì)環(huán)境及災(zāi)害治理等工作提供了快速方便、準確的基礎(chǔ)地質(zhì)信息.

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SPATIAL DATABASE CONSTRUCTION IN DIGITAL GEOLOGICAL SURVEY SYSTEM

LI Min1,FU Jie2,CHEN An-shu1,LI Lei1,NIU Guang-hua1,ZHANG Yan1

1.Tianjin Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Tianjin 300170,China; 2.The First Monitoring Centre of China Seismological Burea u,Tianjin 300180,China

With the rapid development of modern information and space technology,the digitization of regional geological survey has become an inevitable trend,which can achieve better information sharing and data update for geological work. The analysis on the architecture model of digital geological map spatial database,space storage,property inheritance, auxiliary tools for database building and quality monitoring is proposed,which offers technical guarantees for the building of spatial database and accuracy of data and improves the efficiency of spatial database building as well.

digital geological survey system;spatial database;space storage;property inheritance;quality monitoring; metadata

1671-1947（2015）02-0164-05

P628

A

2014－08－12；

2014-09-29.編輯：周麗、張哲．

中國地質(zhì)調(diào)查局項目“區(qū)域地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)”（1212011220342）.

李敏（1984—），女，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事地理信息系統(tǒng)研究、空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)工作，通信地址天津市河?xùn)|區(qū)大直沽八號路4號，E-mail//liminyj@126.com