李　莉， 劉永權， 龐迎春， 陳小婷， 鄧艷麗

(1.武漢地質調查中心，武漢　430205； 2.中國地質圖書館，北京　100083)

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基于WebGIS技術的實測地層剖面數(shù)據(jù)Web發(fā)布系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

李莉1， 劉永權2， 龐迎春1， 陳小婷1， 鄧艷麗1

(1.武漢地質調查中心，武漢430205； 2.中國地質圖書館，北京100083)

摘要：我國在青藏高原開展了許多地質調查與礦產勘查工作，取得了大量的地質資料，但是這些珍貴的地質資料沒有實現(xiàn)統(tǒng)一管理，不能實現(xiàn)共享，影響了為青藏高原經濟社會發(fā)展的服務。因此，開展實測剖面數(shù)據(jù)庫建設與數(shù)據(jù)Web發(fā)布系統(tǒng)的研究工作，可以全面摸清青藏高原地質資料數(shù)據(jù)分布情況，并通過基于WebGIS技術的實測地層剖面數(shù)據(jù)Web發(fā)布系統(tǒng)發(fā)布這些地質資料。通過這一系統(tǒng)，用戶可以十分直觀地了解已完成區(qū)域地質調查項目的實測地層剖面分布情況，了解每一條實測剖面的地理位置、所測地層、長度、生產單位、生產日期，觀看剖面示意圖，了解每一地層分段的巖石特征、化石種類、巖層厚度等，為用戶提供地層剖面數(shù)據(jù)的檢索與查詢服務，以及地圖查詢、瀏覽、打印服務，同時還可以了解相關的地質背景知識。

關鍵詞：實測地層剖面； Web數(shù)據(jù)發(fā)布； 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)； 青藏高原

0引言

青藏高原位于我國西南部，主體平均海拔4 000 m以上，為地球上獨一無二的自然地域單元，是世界級特提斯構造東段的重要組成部分，總面積達240萬km2，約占我國陸地面積的四分之一。青藏高原是世界上海拔最高、面積最大、年代最新、并仍在隆升的一個高原，是印度板塊與歐亞大陸碰撞的結果。它夾持于塔里木地臺、中朝地臺、揚子地臺和印度地臺之間，呈紡錘狀。內部有一系列不同演化歷史和不同源地的陸塊、褶皺帶相間排列，反映了特提斯的復雜演化歷史[1-3]。

自新一輪地質大調查以來，我國對整個青藏高原及其鄰區(qū)，包括西藏、青海、甘肅大部、四川西部、云南西北部、新疆南部以及寧夏西部等行政區(qū)范圍進行了詳細調查，地理范圍為北緯25°～40°、東經72°～106°，面積約280萬km2。共完成1∶25萬區(qū)域地質調查163幅，完成1∶20萬區(qū)域地質調查266幅，完成1∶5萬區(qū)域地質調查546幅。如果按每幅地質圖區(qū)調工作完成30個實測剖面計算，這些區(qū)調工作總共完成有3萬余條實測剖面。如果按每個實測剖面含有30個巖性段計算，那么這些實測剖面中就包含了近百萬個巖性段。這些數(shù)據(jù)資料是本項研究工作的主要數(shù)據(jù)來源。

多年來，我國在青藏高原開展了許多地質調查和礦產勘查工作，所取得的原始資料和成果資料分布在全國地質資料館、有關省地質資料館、有關科研院所和隊伍，一直沒有全面的匯交，沒有實現(xiàn)地質資料的統(tǒng)一管理，不能進行地質資料的共享，影響了地質資料為青藏高原經濟社會發(fā)展的服務。開展此項工作的研究，可以全面摸清青藏高原地質資料數(shù)據(jù)分布情況，形成公開、權威的地質資料目錄； 利用這些地質資料開展綜合集成研發(fā)，建立青藏高原實測地層剖面數(shù)據(jù)庫，編制青藏高原實測剖面分布圖，采用基于WebGIS技術的實測地層剖面數(shù)據(jù)Web系統(tǒng)發(fā)布這些地質資料，為青藏高原地質礦產調查與評價、全國礦產資源潛力預測和地方經濟社會發(fā)展提供支撐。

利用MapGIS和ArcGIS軟件完成青藏高原實測剖面分布圖，利用Microsoft Office Access軟件建立青藏高原實測剖面數(shù)據(jù)庫，利用WebGIS軟件實現(xiàn)青藏高原實測剖面數(shù)據(jù)Web發(fā)布。本文重點介紹基于WebGIS技術的青藏高原實測剖面數(shù)據(jù)Web發(fā)布系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。

1系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

實測地層剖面數(shù)據(jù)Web發(fā)布系統(tǒng)是在多比例尺矢量地質空間數(shù)據(jù)的融合、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一描述、數(shù)據(jù)的跨越無縫顯示，以及多比例尺矢量地質空間屬性自動處理和標注技術的研究基礎上，實現(xiàn)對1∶150萬青藏高原及鄰區(qū)地質圖、1∶100萬全國地質圖及1∶250萬全國地質圖的空間數(shù)據(jù)和實測剖面數(shù)據(jù)Web展示及查詢功能，并綜合評價技術的適用性和有效性。

搭建WebGIS平臺，發(fā)布1∶250萬全國地質圖、1∶100萬全國地質圖、1∶150萬青藏高原地質圖及實測剖面數(shù)據(jù)，用戶通過互聯(lián)網登錄WebGIS平臺后，可以在3個比例尺地質圖間無縫瀏覽、查詢地質數(shù)據(jù)及實測地層剖面數(shù)據(jù)的詳細信息[4]。

1.1系統(tǒng)搭建

本系統(tǒng)在開發(fā)過程中軟件配置及開發(fā)工具簡要說明如下。

操作系統(tǒng)為Microsoft Window7 SP1 64bit； 數(shù)據(jù)庫為Oracle Spatial 11g； 開發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual Studio 2010、MapGIS 6.7(用于合并文件及地圖文件格式轉換)、ArcGIS 9.3(用戶地圖文件的投影坐標轉換)、MapBuilder(MapViewer自帶工具，用于可視化定義地圖樣式、主題以及制作地圖等)。中間件及服務器部署，首先安裝Oracle 11g數(shù)據(jù)庫、JDK 以及WebLogic服務器，然后在WebLogic服務器中部署MapViewer中間件服務，在MapViewer中配置Oracle Spatial數(shù)據(jù)源后即可開始編程，通過中間件訪問數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)。

圖1　系統(tǒng)結構圖Fig.1　The system structure

1.2Web發(fā)布框架

實測剖面數(shù)據(jù)Web發(fā)布系統(tǒng)主要按照3層邏輯進行設計，如圖1所示。

1.2.1數(shù)據(jù)層

使用的數(shù)據(jù)源是數(shù)字化的1∶150萬青藏高原及鄰區(qū)地質圖、1∶100全國地質圖和1∶250萬全國地質圖的ArcGIS和MapGIS文件格式，對地質圖的處理工作也將在2種文件上進行，而實測地層剖面的數(shù)據(jù)(Access數(shù)據(jù)類型)則另外開發(fā)數(shù)據(jù)接口，將Access數(shù)據(jù)以文本方式記錄的實測地層剖面數(shù)據(jù)進行坐標轉換后，直接導入到空間數(shù)據(jù)庫中。為解決這種多源異構地質數(shù)據(jù)的處理、共享問題，將這2種空間數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的SDO_GEOMETRY格式存儲在Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)庫中，利用其強大的空間數(shù)據(jù)處理功能實現(xiàn)地質空間數(shù)據(jù)的查詢、檢索，實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)源儲存的融合，為數(shù)據(jù)源擴展奠定基礎。

1.2.2邏輯層

利用MapViewer中間件對已經存入Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)庫中的3個比例尺地質圖空間數(shù)據(jù)進行編輯與定義，按照用戶的瀏覽習慣定義各個圖層的顯示樣式與方式，將3個比例尺地質圖數(shù)據(jù)庫中的所有圖層統(tǒng)一編輯為一個獨立的FOI(用戶興趣特征)或Tile(底圖)，打破3個比例尺的限制，實現(xiàn)3個比例尺內所有地質數(shù)據(jù)既獨立又統(tǒng)一的邏輯關系。MapViewer通過對展示層JavaScript API的響應，從數(shù)據(jù)層選擇符合要求的圖層返回到展示層，實現(xiàn)地質數(shù)據(jù)的融合瀏覽。

1.2.3展示層

系統(tǒng)的展示層采用JQuery來控制HTML頁面，并在ExtJS框架的基礎上搭建展示界面，為用戶提供優(yōu)秀的操作與瀏覽體驗。同時，在用戶頁面上實現(xiàn)了圖層選擇、距離測量以及屬性查看等一系列的功能，方便用戶使用。通過展示邏輯的設計以及JavaScript API的調用，控制地質體圖層的無縫后臺切換，同時搭配Google Maps優(yōu)秀的地理底圖，完成地質空間數(shù)據(jù)的融合展示。

通過對Oracle Spatial +MapViewer技術體系的應用，實現(xiàn)了3個比例尺地質數(shù)據(jù)的跨越展示，完成地質空間數(shù)據(jù)儲存、邏輯以及展示的融合[5-14]。

1.3空間數(shù)據(jù)庫建立

空間數(shù)據(jù)庫是進行地質數(shù)據(jù)展示的基礎，采用的Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)庫主要解決以下2個方面的問題。

1.3.1空間信息與屬性信息的分離

經研究發(fā)現(xiàn)，雖然地理信息系統(tǒng)在國民經濟建設與人們的日常生活中發(fā)揮著重要作用，但地理信息系統(tǒng)在信息服務的發(fā)展史上是作為獨立的信息系統(tǒng)發(fā)展起來的，大多數(shù)系統(tǒng)仍然采用某種雙架構的形式對空間信息與屬性信息進行分別存儲，Oracle Spatial則從根本上消除了數(shù)據(jù)庫中空間和非空間信息的隔閡，完成了2種信息的統(tǒng)一管理。

1.3.2多源異構空間數(shù)據(jù)的集成

解決空間數(shù)據(jù)多源異構的問題，采取了在數(shù)據(jù)層進行統(tǒng)一集成的方法，即將ArcView、MapGIS格式的空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一導入、存儲在Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)用戶需求調用相關數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)。

地質空間數(shù)據(jù)的格式有很多種，在進行Web展示的時候，不能針對每一種格式進行專門的邏輯設計，這將增加不必要的工作負擔與性能負擔，Oracle Spatial通過對OGC與SQL/MM標準的實現(xiàn)，定義了SDO_GEOMETRY數(shù)據(jù)類型，提供了一種簡單有效的方法，實現(xiàn)了對各種格式空間數(shù)據(jù)的儲存與分析功能。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)預處理的目的是為3個小比例尺數(shù)據(jù)(1∶100萬全國地質圖、1∶250萬全國地質圖、1∶150萬青藏高原及鄰區(qū)地質圖)在互聯(lián)網上實現(xiàn)按主題分圖層發(fā)布、展示提供數(shù)據(jù)支持。由于1∶100萬全國地質圖、1∶250萬全國地質圖數(shù)據(jù)是按照圖幅劃分情況分幅存放(1∶100萬的地質圖數(shù)據(jù)包括64個區(qū)文件，總數(shù)據(jù)量為764 M; 1∶250萬地質圖數(shù)據(jù)分為9個圖層，總數(shù)據(jù)量為303 M)。為了便于數(shù)據(jù)的處理和發(fā)布，這些數(shù)據(jù)在導入到Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫之前，需要經過以下幾個步驟的預處理：

(1) 分幅文件合并。利用MapGIS軟件，將各幅中的同類地質數(shù)據(jù)文件合并成一個完整的文件。

(2) 數(shù)據(jù)格式轉換。利用MapGIS格式轉換工具將合并完成的WT、WP或WL文件轉換成SHP文件。

(3) 投影轉換。由于原始地質數(shù)據(jù)的投影參數(shù)為“高斯北京54”，而目前主流的WebGIS開發(fā)所使用的投影是“Web墨卡托”投影。為了適應WebGIS方式展現(xiàn)地質數(shù)據(jù)的技術特點，需要進行投影轉換——利用ArcGIS軟件載入轉換之后的SHP文件，建立轉換工程，將投影由“高斯北京54”轉換成“Web墨卡托”投影。

(4) 數(shù)據(jù)導入。利用MapBuilder自帶的SHP文件導入功能，建立其與Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)庫的連接，將3個小比例尺地質數(shù)據(jù)直接導入數(shù)據(jù)庫，最終形成各比例尺的相關地質信息數(shù)據(jù)庫。

經過數(shù)據(jù)預處理，將3種比例尺的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等內容導入到Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫，但與之相關的圖例樣式丟失，為了方便地質圖發(fā)布時，用戶能夠瀏覽到標準樣式的地質圖，需要手工還原地圖樣式。本系統(tǒng)中，一個地圖是由一個或多個主題組成，每個主題都有自己的樣式，主題基于數(shù)據(jù)庫表。

1.5用戶界面

對于任何Web應用來說，用戶界面的友好性都是十分重要的，為了給用戶帶來出色的體驗，展示層是在ExtJS框架基礎上開發(fā)的。ExtJS是一種主要用于創(chuàng)建前端用戶界面，一個基本與后臺技術無關的前端ajax框架，其功能豐富，界面優(yōu)美，使得本系統(tǒng)的最終界面與傳統(tǒng)的WebGIS應用同質化的界面與操作體驗區(qū)別開來。

2系統(tǒng)測試

實測地層剖面數(shù)據(jù)Web發(fā)布系統(tǒng)主要實現(xiàn)了圖層的選擇、搜索(地質體搜索、實測剖面搜索)、屬性展示(Tile屬性獲取、FOI屬性獲取)、實用工具(導航條、距離測算、繪圖、底圖切換)等系統(tǒng)功能。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，一方面通過測試頁面不斷測試已完成的地質空間數(shù)據(jù)的展示效果，另一方面不斷優(yōu)化界面效果，在用戶界面上測試用戶友好性與用戶體驗。

2.1圖層選擇

用戶可以根據(jù)界面左側的單選組選擇要在地圖上配合展示的地質體底圖，同時還可以拖動其下側的滑塊改變當前地質體底圖的透明度。在透明度滑塊下方是3張地質圖數(shù)據(jù)中的其他可展示主題圖層。目前可以展示的圖層有1∶150萬青藏高原實測剖面、1∶150萬青藏高原地理注記、1∶150萬青藏高原底圖、1∶150萬青藏高原指引線、1∶100萬典型巖性、1∶250萬斷裂構造、1∶250萬火山口、1∶250萬同位素以及1∶250萬鉆孔。用戶勾選主題后，相應的主題圖層會在地圖區(qū)展示出來。

2.2搜索

2.2.1地質體搜索

Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)庫具有強大的空間分析能力，系統(tǒng)基于此特性實現(xiàn)了基于空間位置的地質體圖層搜索功能，并以圖形的方式展現(xiàn)搜索結果。用戶通過在界面左側的搜索下拉框內，設定要搜索的地質體數(shù)據(jù)比例尺、搜索結果顏色、搜索關鍵字類別、搜索關鍵字以及搜索空間范圍，系統(tǒng)以屏幕中心的坐標為原點，搜索在指定半徑內符合用戶關鍵字的地質體，并將結果以圖形的方式展現(xiàn)在地圖上(圖2)。

圖2　石炭系地質體搜索結果示意圖(藍色標出)Fig.2　Search results for geological body formed in Carboniferous (colored blue)

2.2.2實測剖面搜索

搜索實測剖面線時，在搜索圖層下拉框中選中“青藏實測剖面”，搜索內容中填寫搜索的關鍵字，此時除以上2項內容外，其他的搜索選項均可忽略不寫。點擊查詢后，符合條件的剖面線將會顯示在查詢按鈕下方的對話框內，點擊對話框中的一條剖面線，視窗將會移動到該剖面線附近，同時該剖面線將會短暫地變成藍色，以提示用戶； 若用戶未看清，只需再次點擊對話框內的該剖面線即可(圖3)。

圖3　實測剖面搜索結果示意圖Fig.3　Schematic diagram showing search results of measured profile

2.3屬性展示

2.3.1Tile屬性獲取

地質體圖層是以Tile的方式展示。用戶獲取地質體圖層信息時，只需用鼠標左鍵單擊地圖上的區(qū)域即可獲取該點的地質體信息，信息會在右側信息框內展示，系統(tǒng)會自動判定當前用戶展示的是哪個地質體圖層，并將相應的地質體信息展示出來。

2.3.2FOI屬性獲取

為了方便用戶操作，點或線的圖層通常以FOI的方式實現(xiàn)。這樣做的目的是為了方便用戶點擊該類地質特征對象時，實時獲取正確的信息。用戶點擊圖層上的點或線要素時，其屬性將以彈出框的方式展現(xiàn)給用戶。

圖4　實測剖面屬性信息展示Fig.4　The attribute information of measured profile

青藏實測剖面圖層的剖面實體不僅具有剖面本身文字的描述信息，還有層內文字信息以及圖片信息。為了清晰明朗地展示這些信息，系統(tǒng)采用了與上述圖層不同的方式進行展示。當用戶點擊剖面線時，剖面線本身的文字信息會在地圖下方的信息欄內展示，同時會彈出該剖面線圖片的縮略圖；用戶若需要瀏覽該剖面詳細的層內信息以及完整的剖面圖片，則點擊彈出框內的按鈕，系統(tǒng)會在新彈出的頁面內展示出該剖面完整的圖片以及層內信息(圖4)。

2.4實用工具

本系統(tǒng)提供了導航條、距離測算、繪圖及底圖切換共4個客戶端工具，方便用戶使用。

(1)導航條。用戶既可以通過鼠標滾輪實現(xiàn)地圖的放大或縮小，也可以通過操作地圖區(qū)左上角的瀏覽導航條實現(xiàn)； 同樣，用戶既可以通過拖拽地圖實現(xiàn)地圖的上下左右移動，也可以通過操作地圖區(qū)左上角的瀏覽導航條實現(xiàn)。

(2)距離測算。用戶通過點擊左側工具欄中的“距離測算”工具，可以在地圖區(qū)上單擊各個點，系統(tǒng)將自動計算距離總和。

(3)繪圖工具。單擊左側工具欄中的“繪制圖形工具”實現(xiàn)繪圖功能。左鍵單擊地圖區(qū)上各點可以繪制線條，將線條起點和終點閉合，可以繪制成區(qū)域。

(4)底圖切換。為了配合不同圖層的觀察需求，在系統(tǒng)工具欄中設置了底圖切換按鈕，用戶通過點擊想要的底圖切換地圖區(qū)底圖設置。

3結論

(1)實測地層剖面數(shù)據(jù)Web發(fā)布系統(tǒng)基于Ora-cle Spatial+MapViewer+WebLogic完成了多比例尺矢量空間數(shù)據(jù)跨越顯示的系統(tǒng)框架模型的建立。

(2)實現(xiàn)了對1∶150萬青藏高原及鄰區(qū)地質圖、1∶100萬全國地質圖及1∶250萬全國地質圖的儲存、邏輯定義以及展示。

(3)以Google提供的帶等高線的地形圖作為地理底圖，實現(xiàn)了3個不同比例尺地質圖的在線空間數(shù)據(jù)展示。

(4)實現(xiàn)了各圖層數(shù)據(jù)的選取瀏覽，解決了在本地瀏覽時需要轉換坐標系與投影的問題，完成了在統(tǒng)一的坐標和投影下對上述各空間數(shù)據(jù)的瀏覽問題。

(5)開發(fā)了數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)了實測地層剖面數(shù)據(jù)由Access數(shù)據(jù)庫向Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)的導入。

(6)基于Web完成了地質圖的發(fā)布，完成了地質圖在客戶端瀏覽應用的開發(fā)。用戶既可在客戶端使用鼠標查看、縮放及移動地質圖，也可選擇圖層、導航欄、定位、計算距離、選取區(qū)域等工具進行相關操作。同時利用Oracle Spatial可以進行簡單的地質體數(shù)據(jù)空間查詢功能。

(7)基于WebGIS的實測地層剖面數(shù)據(jù)Web發(fā)布系統(tǒng)比傳統(tǒng)的地質資料有著更多的優(yōu)點。通過該系統(tǒng)，用戶可以十分直觀地了解已完成的區(qū)域地質調查項目的實測地層剖面的分布情況，了解每一條實測剖面的地理位置、所測地層、長度、生產單位、生產日期，觀看剖面示意圖，了解每一地層分段的巖石特征、化石種類及巖層厚度等。

(8)通過實測地層剖面數(shù)據(jù)Web發(fā)布系統(tǒng)，建立地層剖面網絡服務系統(tǒng)，可以為服務對象提供地層剖面數(shù)據(jù)的檢索與查詢服務，提供地圖查詢、瀏覽、打印服務，同時提供相關的地質背景知識服務。

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(責任編輯： 劉永權)

Design and implementation of measured stratigraphic profile data publishing system based on WebGIS

LI Li1, LIU Yongquan2, PANG Yingchun1, CHEN Xiaoting1, DENG Yanli1

(1.WuhanCenterofChinaGeologicalSurvey,Wuhan430205，China; 2.NationalGeologicalLibraryofChina,Beijing100083,China)

Abstract:Large amount of geological data are achieved in geological survey and mineral exploration projects of Qinghai-Tibet Plateau, and these need unified management and effective sharing for servicing the economic and social development in this underdevelopment area of China. The Web publishing system for measured stratigraphic profile can exhibit and release spatial distribution characteristics and geological data in Qinghai-Tibet Plateau based on WebGIS technology. We can visualize the major information of measured stratigraphic profile in completed projects by this system, including location, measured strata, length, production entity, date, profile, and even rock characteristics, fossil species, and strata thickness. The Web publishing system provides services of retrieval and query, map browsing and print, and introduction of related geological background.

Key words:measured stratigraphic profile; Web publishing system; system design and implementation; Qinghai-Tibet Plateau

中圖分類號：TP393.092； P53

文獻標志碼：A

文章編號：2095-8706(2016)02-0058-07

第一作者簡介：李莉(1967—)，女，教授級高級工程師，主要從事地理信息專業(yè)研究。Email: 5502583020@qq.com。

基金項目：中國地質調查局“地質調查數(shù)據(jù)集成與服務系統(tǒng)建設(中南)(編號： 1212011120420)”項目資助。

收稿日期：2015-07-13；

修訂日期：2016-03-03。

引用格式： 李莉，劉永權，龐迎春，等.基于WebGIS技術的實測地層剖面數(shù)據(jù)Web發(fā)布系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].中國地質調查,2016,3(2): 58-64.