地质图数据库

1. 1∶万区域水文地质图空间数据库

一、内容概述

隶属于国土资源大调查“数字国土”工程基础数据库建设计划项目，是该工程中基础数据库重点建设项目之一。由中国地质调查局总工办公室管理，前期由中国地质环境监测院和中国地质调查局发展研究中心共同组织实施，后期由中国地质环境监测院组织实施，各省（市、自治区）地质调查院和地质环境监测总站共同参与建设工作。

该项目是在制定的“1∶20万区域水文地质图空间数据库图层及属性文件格式标准”的基础上，以信息标准化工作为先导，形成了区域水文地质图空间数据库建设的工作流程、质量控制体系和系列工具软件，建立了涉及全国范围内共1017幅1∶20万国际标准图幅的区域水文地质图空间数据库（未在台湾省开展工作）。该数据库成果基本完成了全国区域水文地质普查工作成果图件的数字化建库工作，是目前国内地质领域重要的全国性信息化成果之一，同时也是国内唯一的国家级、完整的区域水文地质信息化成果。

在已完成的全国区域水文地质普查工作成果基础上，以1∶20万区域水文地质图为数据基础，建立全国区域水文地质图空间数据库。

通过开展数字化建设，达到抢救全国范围内区域水文地质普查成果资料和实现区域水文地质图信息化建设的目标；通过编制区域水文地质图空间数据建设工作指南和标准化建设，达到在全国范围内普及水文地质专业信息化建设相关知识、培训水文地质专业信息建设人员的目的，进而完善地质成果信息化建设流程、建立信息化建设质量控制体系；通过建立区域水文地质图空间数据库，达到全面反映区域水文地质特征要素综合空间信息的目标；通过建立元数据库，实现对区域水文地质空间信息的编目、管理和发布。通过建立区域水文地质图图幅管理系统，实现区域水文地质图信息的检索查询，达到为政府主管部门提供水文地质专业需求服务和技术支撑的目标，实现区域水文地质普查成果社会化、公益性服务的目标。

二、应用范围及应用实例

区域水文地质基础资料数据的建立，在国土资源合理开发利用、工农业生产建设、区域规划设计及地质环境保护等方面发挥了巨大作用。但是，随着时间的推移，传统纸介质资料图件逐渐破损、辨认困难，少部分资料年久破损严重已无法正常使用。

有鉴于区域水文地质普查资料数据的重要性和资料保存现状，1∶20万区域水文地质图空间数据库旨在利用GIS（地理信息系统）技术，对以图件为主要对象的区域水文地质信息（含文字报告、记录卡片）进行数字化并建立空间数据库，抢救性保护这批极其珍贵的基础资料，同时为各行业规划、生产提供基础性资料服务，为国家经济建设宏观决策、国土资源综合管理提供高效、便捷的信息化支持服务。

建成了一个全国性的、大型的全国区域水文地质图空间数据库，采集、处理了全国范围内1∶20万国际标准图幅1017幅的全要素综合水文地质图信息。全部数据量200 G。

通过数字化建库工作，形成了可满足政府和社会公益需求和服务为目的的系列产品，主要包括：

（1）MAPGIS格式1∶20万综合水文地质图空间数据库；

（2）MAPGIS格式1∶20万综合水文地质图全要素数字图件；

（3）ARCINFO格式数据和E00交换格式数据；

（4）1∶20万综合水文地质图原始资料扫描图；

（5）国家级、省级和单图幅的1∶20万区域水文地质图空间数据库元数据。

项目形成的数字化成果，已被广泛的应用在全国地下水资源调查、四川红层地区找水、华北平原地面沉降调查、全国汛期地质灾害预警预报、城市规划及川气东送、地质灾害危险性评估等项目中，在行业内产生了巨大的影响，发挥了基础数据的支撑作用。

三、推广转化方式

通过建立区域水文地质图图幅管理系统，实现区域水文地质图信息的检索查询，达到为政府主管部门提供水文地质专业需求服务和技术支撑的目标，实现区域水文地质普查成果社会化、公益性服务的目标。

技术依托单位：中国地质环境监测院

联系人：褚洪斌张斌

通讯地址：北京市海淀区大慧寺20号

邮政编码：100081

联系电话：010-62179611

电子邮件：[email protected]，[email protected]

2. 什么是地质数据库

就是地质类知道的数据库，有各种比例尺的地质图空间数据库、同位素地质测年数据库、重砂数据库、水文地质图数据库、地质资料管理数据库等等，只要内容是地质资料的数据库都是地质数据库的一种。

3. 地质空间数据库建设

一、内容概述

在地质制图技术手段的变革中，真正具有革命性的是与数字式地质图生产模式相关的技术进步，涉及从野外地质工作直至最终成果提交的全过程。建立国家数字式地质空间数据库，是推行这种新工作模式的总体目标和必然结果。为此，各国都下大力气狠抓数据库设计、建设和不同类型数据库的联网，大力推进地质制图的标准化，除了对符合现代要求的现有数据进行数字式信息提取之外，还积极创造条件把数字式工作方式延伸到最基础的野外工作环节。GIS的产生、发展与机助制图系统存在着密切的联系，两者的相同之处是基于空间数据库的空间信息的表达、显示和处理。GIS包含了机助制图系统的所有组成和功能，并且GIS还有数据处理分析的功能。它用空间数据库和属性管理地质数据，包括了图形数据及属性数据，并可对二者的数据进行空间分析和空间查询。GlS技术是数据库技术、图形图像处理技术和数据分析与处理技术的综合，在地质制图及多学科研究数据的处理、集成、模拟、显现乃至成果图件的编绘等方面，都起着不可替代的作用。通过数字式地质图生产模式的推行，可以使反映新认识、新成果的新数据得以及时输入数据库并与原有的数据资源融为一体，既能以常规纸图的形式输出，也能以数字产品的形式输出，必要时还能根据用户的要求以非标准的专用产品形式输出。GIS的出现及其在地学领域应用的深入，使地质图作为地学研究的基础图件，正在告别纸质时代，进入数字化时代（姜作勤等，2001；王永生，2011）。

二、应用范围及应用实例

在国际上，美国、英国等国在20世纪80年代开始进行国家空间数据库的建设。1992年，美国国会通过了《国家地质填图法案》，要求开发一个国家地质数据库（NGMDB），该数据库涵盖了地质学、地球物理学、地球化学、地质年代学和古生物学等地质领域。从1997年起，美国地质调查局（USGS）和宇航局（NASA）建立了全国统一的分类标准和数据标准，并开始进行地质图的数字化工作。至今已完成了占国土面积一半以上区域的地质数据数字化工作，并建立了数据库。

在国际上，对1∶100万国际分幅地质图编制与更新工作非常重视。俄罗斯从1999 年正式开始第三版（第三代）1∶100 万国家地质图系列编制和出版工作，并且专门制定了《俄罗斯联邦1∶100 万国家地质图系列编制和出版规范》，英国、法国、南非、印度、蒙古、朝鲜等也编制出版了全国1∶100万地质图件或专业图件，美国和加拿大编制出版了部分地区1∶100万地质图件或专业图件，意大利在2003年新出版了第五版1∶100万意大利地质图。

巴西1∶100万地质图由46幅按国际标准分幅的地质图幅拼接而成。这些图幅组成了数字地质信息库，通过地质信息系统来操作管理。这些地质图数据是在野外工作、卫星图像解译、采样、同位素测年等工作基础上，通过对数据的编辑、分析、综合以及说明获得的。资料截止于2003年年底，由巴西地质调查局完成。他们出版了41张包含46幅地质图幅的电子光盘。

在巴西1∶100万国际分幅地质图的基础上，南美地质编图委员进行了南美洲1∶100万地质及矿产资源图的编制工作。南美洲1∶100万地质及矿产资源图由92幅标准图幅组成，其中包括了巴西的46幅。阿根廷、巴西和乌拉圭地质调查局在修正更新了1∶100万地质底图并结合了航天TDM雷达图像，共同完成了该项工作。

印度地质调查局在20世纪70～80年代编制了一套1∶100万地质图集，包括了28个图幅。近年来又陆续编制了AraValli地区1∶100万岩石层位图，Kolar Schist Belt 1∶100万综合地球物理及地质图，Madhya Pradest 1∶100万地质矿产图（2幅），Chhattisgarh1∶100万地质矿产图，喜马拉雅1∶100 万地质图（45 幅），印度及周边地区1∶100 万地震构造图（42幅）。

目前，“planet earth”在2007～2009年的International Year计划中提出了“透明地球”方案，并已经开始着手实施，目的在于提供不同比例尺的动态的、可以交互操作的覆盖世界范围的数字地质图。该计划拟采用双重结构来操作。第一层由UNESCO、IYPE、IUGS、CGMW、ISCGM、ICOGS组成的执行委员会来负责。第二层由各参与国家、调查机构和组织来运作。

该计划已经确定了由3个部分组成，这3个部分的图层都可以通过像Google Earth那样的动态地图浏览器被广大用户应用。前两个部分是为更大比例尺图层服务的介绍性图层，由CGMW提供：第一层（“25 G”）建立在GCMW世界1∶2500万地质图基础上；第二层（“5 G”）建立在大陆和大洋1∶500万地质图基础上。这两个图层将根据简单的图例在地质内容上进行相互协调。第三层“1 M”由英国地质调查局（BGS）开始进行，又被称为“One Geology”计划，这个图层是由各参与国地质调查局提供的1∶100 万地质图组成的。不同地质数据间的重叠和不连续问题将由GeosciML（计算机图形接口数据模型及编码）软件来解决。同时，这些地质数据是动态的，可以随时进行更新。由英国地质调查局（BGS）发起并于2007年3 月12 日～16 日在Brighton召开了会议讨论并正式启动该计划。

三、资料来源

姜作勤，张明华.2001.野外地质数据采集信息化所涉及的主要技术及其进展.中国地质，28（2）：36～42

王永生.2011.地质资料信息服务集群化产业化政策研究.中国地质大学（北京）博士学位论文

4. 基于GIS数字地质图数据库的组成

1.数字地质图

传统的纸质模拟地图是根据地图模型（map model），按照一定的数学法则、符号、制图综合原理和比例，将地球空间实体和现象的形状、大小、相互位置、基本属性等表示在二维平面上。“数字地图”，简单地说，就是存储在计算机中数字化了的地图。一般来讲，数字地图是以地图数据库为基础，以数字形式存贮于计算机外存储器上，并能在电子屏幕上实时显示的可视地图，又称“屏幕地图”或“瞬时地图”。

（1）地质图

“地质图”乃是一切地质工作中的基本图件，用规定的符号、不同的颜色、描绘一地区的地质现象，反映沉积岩、岩浆岩、变质岩、各类矿产、各种型式的地质构造线等，反映它们形成的时代、分布和相互关系，以三维空间的立体形状表示在二维空间的平面上。金泽兰等在《地质图编汇法》中，提出地质图是一种将出露在地表的地质构造现象按比例投影到平面图（通常带有地形等高线，即地形图）上，并用规定的符号、色谱、花纹予以表示的图件。它是为特定目的服务的、有选择性地表示地质对象的时间和空间分布的符号化表现形式。在地质图上表示的地质对象即可以根据地质属性分类集合进行选择，也可以按照地理范围进行表示，一般情况下是两者结合进行的。总的来说，地质图是现实世界中地质客体在人脑中抽象的、具体的表达，是现实地质对象在图纸上的映射。如图7-11所示。

图7-15 以对象为中心的面向对象数据模型实现图形和属性统一存储

这种数据模型彻底解决了长期以来空间对象与其属性数据，在物理上分离带来的诸多难题，进而实现基于关系数据库的GIS空间数据一与其他非空间关系数据一体化管理，给GIS系统开发、应用带来了极大的便捷性。如利用空间引擎对空间与非空间数据进行操作，同时可以利用大型关系数据库海量数据管理、事务处理（transaction）、记录锁定、并发控制、数据仓库等功能。

4.GIS与数字地质图数据库的结合

GIS是分析和处理海量地理数据的通用技术，借助GIS，基于大量综合信息，可进行空间采样，对构造演化、火成活动、沉积相、矿产形成、模拟区域地质演化等复杂问题进行时空和多元统计分析，对成矿预测和矿产勘查提供有力分析工具。在数据量充裕前提下，GIS分析具有定量、定时、定位的特点，可给出动态（不同时间、不同位置）结果。借助深部与时间数据，GIS分析实际上可拓展到四维空间。

P.Gardenfors提出在客观世界和符号表达之间存在着概念层，他将知识表达分为三个层次，即：亚概念层、概念层、符号层，通过亚概念层感知客观世界，然后通过概念层将感知的内容抽象成为概念进行分类，将概念（分类）通过符号层表达出来。地理信息在概念层形成，在符号层表达，所以地理信息库的建立就是通过概念层对地理空间（客观世界）的抽象而形成地理信息概念空间，将该概念空间形式化后就成为本体化的地理信息空间，即可在计算环境下通过符号层（图形）表达出来。

地质信息系统研究的关键问题之一，就是构造图7-16中的地质模型，目的是通过有限的、不完全的并且含有各种噪声的观测数据来推断地下空间的物质、能量的分布和流动情况。

图7-16 地质认知过程的简化示意图

大部分矿产都不是暴露在表面，而是埋在地表深部。利用GIS的方法通过了解地表上层物质的空间分布，就可以判断矿藏存在的可能性。在一个找矿预测区域往往已知部分矿区和矿点，这些矿区和矿点具有很多的空间属性和地理属性，要想很直观的用以往普通的数据库管理系统去把它表达出来，可谓耗时费力。而GIS的出现为矿产资源评价和管理提供了前所未有的评价工具与手段。GIS是采集、管理、处理、分析、显示、输出多种来源的与地理空间位置相关信息的计算机系统。随着GIS与RS（遥感）、GPS（全球卫星定位系统）相结合的“3 S”集成以及计算机互联网的迅速发展，GIS在地质找矿中将发挥更加重要的作用。

目前，GIS与地质空间数据库的结合主要体现在以下几点：

（1）建立地质矿产资源数据库

描述矿产地属性的数据内容繁杂，类别众多，可分为属性数据和空间数据，矿产地各类属性信息认识、分析和评价该矿区也很重要。因此，地理空间信息在矿产资源管理中占有非常重要的地位。地质矿产数据库在GIS的支持下，结合矿产资源数据类型可建立多种地理空间数据库和属性数据库，利用GIS先进的数据库和图库管理对于各种地质图件和数据的长期保存及修改变得容易。

（2）图形显示的直观性和形象性

专题图不仅是一种重要的研究手段，同时也能有效而直观的反映研究成果。在地质数据库基础上，GIS可将各种数据或分析成果以专题图的形式直观而有效的显示，并可进行人机交互式地设计、编辑、修改。在成果输出方面，GIS能够提供高质量的预测成果图件，直观清晰，一目了然。GIS的这些功能，能将各种矿产资源的文字描述与空间地理位置有效的结合与表达，大大提高了矿产资源数据的直观性和形象性。

（3）空间分析功能

GIS的空间分析功能是GIS区别于其他计算机系统的主要标志。地质数据库系统涉及GIS多种空间分析功能，结合地质“专家知识”，为大范围大区域内实现快速、准确的成矿预测创造了有利条件。GIS吸取专家的经验及知识较容易，并且进行成矿预测具有空间直观性，避免了预测中的人为因素；能够弥补一些人工方法的缺陷（如对于断裂控矿影响宽度带的确定）。与传统的方法相比，GIS空间分析功能可以更加迅速地对大量数据进行对比和分析，大大节约了时间，缩短了研究周期，

（4）多源信息的集成

地质数据库的数据是多源数据。有不同精度、不同比例尺、不同数据源、不同格式的数据，借助GIS能将这些多源的数据有机地集成在一起，能提供集成管理多源地学数据（包括以文字、数字为主的属性信息和以图形图像为主的空间信息），具有方便建立模型及进行空间模拟分析的能力，使数据的分析更有效和定量化。进而，可以以多尺度、多方位反映某个地区的地质成矿信息。

由此可见，海量的地质数据与GIS强大的空间信息处理和分析功能的有机结合，是地质领域对多源地学信息综合分析进行成矿预测划时代的理想工具。

通过以上三个章节的分析论述，GIS在理论和技术上的日臻完善和强大，使得基于GIS地质图数据库的应用更加深入人心。在理论上，地理空间和地理信息空间的点本质认识以及地理信息元组概念的提出对地理信息应用特别是在地质领域的应用理论体系的建立提供了一条理论依据和入口；在技术上，以ArcGIS为代表的新一代地理信息系统的日益完善：在地理信息表达上，以本体为核心的地理信息表达方式为地质信息的表达及应用提供了强有力的工具，使得原有地理信息所不能完成的知识发现、复杂环境建模等复杂应用在新地理信息系统下成为现实；在地理信息分析技术上，ArcGIS从地理信息库（知识库）、基于知识库的智能可视化，以及地理信息处理三个角度为地理信息的各种应用提供了强有力的工具支持，特别是9.0版本开发以后，对探索式空间数据分析方法整合使从海量日益复杂的地理信息中进行数据挖掘和知识发现可以在空间、时间、属性一体化方式下进行。