(地質礦產部科技司科技處,北京100812)
地學信息系統是地學現代化的基礎,是國家信息基礎設施的重要組成部分。地質和礦產部地球科學信息系統的開發始於1970年代末。經過近20年的努力,建立了壹批地學數據庫,自主開發了固體礦產勘查評價自動化系統KPX和彩色地學圖編輯出版系統MAPCAD。這兩個系統已經在全國推廣應用。MAPCAD使彩色地學圖從數據采集、編輯修改、打樣、分色到制版膠片制作的全過程在微機上計算機化,從根本上改變了傳統的工作模式。同時,自行開發了基於工具的基礎地理信息系統軟件MAPGIS。目前,壹批MAPGIS應用研究項目正在實施,涉及礦產資源評價、水資源調查、地質災害評價、區域地質調查、土地利用評價、綜合管網等。
本文包括兩個部分:第壹部分闡述了地學信息系統的現狀和特點,第二部分討論了地學信息系統的未來發展。
地理信息系統;數據庫;計算機輔助制圖;數字制圖;地理信息系統
1的現狀和特點
1.1建立了壹批地學數據庫和信息系統。
地質礦產部信息系統的建設始於20世紀70年代末。1979年,北京計算中心承擔了1: 20萬地球化學數據庫的開發。經過近20年的努力,在地質、地球物理、地球化學、礦產資源評價、地質環境、礦產勘查開發管理等領域建立了100多個地學數據庫。主要包括:國家礦產儲量數據庫NMRD、國家地球化學數據庫NGCHRD、國家重力與高程數據庫NGED、國家航磁數據庫ARMD、找礦信息系統MAGAD、國家地層數據庫STRL、石油地質與鉆孔數據庫PGDH、國家地質庫管理系統NGLMS、1∶500000簡化地理圖庫FGGI、地質礦產部基礎地學軟件庫FGSL、地學數據庫字典GDBD。這些數據庫的主要參數見表1。
表1主要地學數據庫
1.2固體礦產勘查評價自動化系統KPX取得階段性成果。
為了改變傳統的手工固體礦產勘查評價工作模式,地礦部在聯合國開發計劃署的協助下,於1989建立了固體礦產勘查評價自動化系統KPX。該系統包括野外鉆探測井數據采集、數據管理、礦體圈定、儲量計算和勘探圖繪制五個子系統。其主要功能如下:
——制定了標準化的礦產勘查評價數據字典和數據采集格式;
-系統可以自動生成圖例圖案;
——繪制復雜鉆孔柱狀圖;
——支持礦產資源評價的傳統和地質統計學方法:塊段法、剖面法、克立格法;
-系統運行在PC平臺上。
該系統已在全國30多個省局項目中得到廣泛應用,大大提高了工作效率。
1.3計算機輔助彩色地學圖編輯出版系統MAPCAD正在從根本上改變傳統的工作模式。
地圖是地質工作的主要表現形式,是服務社會經濟發展的重要手段,在地學領域具有特殊的地位和作用。使用傳統的手工方法,出版壹幅中等復雜程度的彩色地圖需要十幾道工序,耗時1年甚至更長。這種狀況難以滿足國民經濟發展各領域對當前地學地圖的需求。
MAPCAD是壹款大型應用軟件,擁有自主版權,35萬行句子。1993由中國地質大學(武漢)研制成功。該系統首次在普通微機上實現了彩色地質圖從輸入、編輯、信息處理、校對、分色、掛屏到輸出制版膠片全過程的計算機化,可輸出各種地質圖,包括最復雜的彩色地質圖,滿足公開出版的精度和質量。這是中國第壹個也是迄今為止唯壹壹個在市場上廣泛使用的彩色地學地圖電子出版系統。1994年9月,第壹張復彩印圖——1:350萬雲南地質圖作為試驗圖通過驗收。來自地質學、制圖學、制圖學、地圖出版、計算機制圖學等領域的專家都壹致認為,MAPCAD在色彩、精度、細節表達能力等方面完全可以滿足彩色地學地圖的出版要求。
(1)MAPCAD的功能和特點
-基於Windows,用c++語言開發,用戶界面友好易用;
-具有掃描儀輸入、數字化儀輸入等主要輸入手段,能接受DBASE、Foxbase等數據庫的數據,具有完備的錯誤和糾錯方法;
——具有直觀實用的屬性動態定義編輯功能和多媒體數據、多種數據結構的屬性管理能力;
——地圖數據庫管理系統具有強大的地圖拼接、管理、顯示、漫遊和靈活便捷的跨地圖檢索能力,最多可管理上千張地圖;
-利用矢量數據和柵格數據的結構,兩種數據結構的信息可以有效方便地轉換和精確嵌套;
——具有功能齊全、性能優良的空間分析功能,以及拓撲空間查詢和三維實體疊加分析能力;
-提供開發函數庫,可以方便的進行二次開發;
——具有完整的外圍驅動能力和國際標準頁面描述語言PostScript接口,可輸出符合地圖出版質量要求的地圖,並具有可定制的靈活報表輸出功能。
(2)MAPCAD的推廣應用取得了巨大的成功。
數字測圖的實踐證明了新技術相對於傳統手工方法的巨大優越性:
——將彩色地學圖的出版流程從12減少到5個;
-大幅提高生成率:對於新地圖,比傳統方法快3 ~ 5倍,對於改版地圖,快10 ~ 20倍;
降低成本:平均降低三分之壹;
-數據共享:數字數據可以重復使用。
現在,該系統的應用越來越廣泛。該系統自1993年初發布以來,已在全國各地區(西藏和臺灣省除外)安裝700多套,並出口朝鮮。涵蓋20多個應用領域,不僅涉及地質礦產、石油、煤炭等地學領域,還包括交通、鐵路、城市規劃與管理、災害與環境、旅遊等領域。利用該系統已經生成了成千上萬幅彩色地學圖。包括第壹批采用數字制圖技術制作的國家地圖集,如大連市甘井子區土地利用地圖集、河北省土壤地圖集、全國高速公路地圖集、中國海洋區域地質與地球物理地圖集等。1: 12萬中國地球物理圖集和中國礦物圖集已完成。《中國地質地圖集》正在制作中。
為國際巖石圈全球地質剖面項目制作的阿爾泰-臺灣省和廣州-巴拉文地質剖面圖,在國際會議上受到國內外專家的好評。
完成了《全國土地利用總體規劃圖》、《歐亞大陸橋中國段荒漠化程度圖》、《全國地表水資源分布圖》等壹批國家重大項目成果圖;為第30屆國際地質大會制作了1:50萬“中國波浪結構圖”、“中國非金屬礦床成礦地質圖”和“亞洲水文地質圖(6開本)”。其中,最大的格式是9幅超開放1:500萬歐亞地質圖。
該系統的應用極大地推動了彩色地圖編輯出版的技術進步。主要表現在以下幾個方面。
——在傳統測繪工作模式下,以難以想象的高速完成突如其來的測繪任務。表2是幾個典型的例子。
表2在突如其來的繪圖任務中,它創造了傳統方式無法想象的高速度。
——改變傳統彩色地學地圖出版方式取得重大突破。數字測圖技術已廣泛應用於地質填圖,尤其是1:50000區域地質調查圖的制作。區域地質調查是我國壹項長期的戰略性基礎地質工作,區域地質圖是工作成果的主要體現。有數百張地圖等待出版。主管部門經過研究和試驗,已決定采用MAPCAD,研究了采用數字化技術的工藝流程,建立了圖例、圖案、線條、符號和色碼庫。目前,至少已經制作了100數字地質圖。
新技術的應用導致了新產業的形成。截至7月底,1996,已有50多家公司使用MAPCAD制作各種數字地圖。
1.4地理信息系統開發應用前景喜人。
眾所周知,地理信息系統是地球科學領域專家的有力工具。利用GIS,專家可以有效地整合、管理和分析地質、地球物理、地球化學、遙感等多源地質信息,解決各種地質問題。
國內外GIS發展和應用的實踐,使我們清楚地認識到GIS對改變傳統地學工作模式的獨特見解及其巨大的應用前景。1989年初,地礦部在武漢召開的圖形技術開發與應用研討會上,部裏的圖形技術開發與應用專家壹致同意開發具有自主版權的GIS。1995年6月成功開發了基於工具的GIS軟件MAPGIS。其主要特點如下:
-基於Windows,用c++語言開發,用戶界面友好易用;
-具有掃描儀輸入、數字化儀輸入等主要輸入手段,能接受DBASE、Foxbase等數據庫的數據,具有完備的錯誤和糾錯方法;
——具有直觀實用的屬性動態定義編輯功能和多媒體數據、多種數據結構的屬性管理能力;
——地圖數據庫管理系統具有強大的地圖拼接、管理、顯示、漫遊和靈活便捷的跨地圖檢索能力,最多可管理上千張地圖;
-利用矢量數據和柵格數據的結構,兩種數據結構的信息可以有效方便地轉換和精確嵌套;
——具有功能齊全、性能優良的空間分析功能,以及拓撲空間查詢和三維實體疊加分析能力;
-提供開發函數庫,可以方便的進行二次開發;
——提供與ARC/INFO和INTERGRAPH的接口;
-具有自定義、靈活的報表輸出功能;
——具有完整的外圍驅動能力和國際標準頁面描述語言PostScript接口,能夠輸出符合地圖出版質量要求的地圖。
它的初步應用在壹定程度上證明了該系統的巨大市場潛力。
“九五”期間,地學信息系統將有很大發展。
2.1需求
在全球信息化的熱潮中,在我國國民經濟信息化步伐加快的形勢下,對地學信息系統的發展提出了新的需求。
-1995全國地質礦產工作會議決定在九五期間實施地質礦產信息化工程。該項目的目標是到2000年基本實現地礦工作主要流程的信息化。基本普及地質勘查、地質礦產管理和地質資料管理的電子信息技術,建設壹批骨幹信息系統,廣泛應用和重點開發壹批計算機輔助工具,培養壹支熟悉電子信息技術的新型地質礦產工作隊伍,把地質礦產工作的工作方法、管理手段和成果質量推向世界先進水平。推動具有技術優勢和市場前景的技術成果產業化。
——區域地質調查是壹個國家長期的戰略性基礎地質工作。截至全國1: 5萬區域地質調查結束,已完成1: 5萬圖件,面積1.4萬km2,約3250幅圖件,僅覆蓋全國面積的1.4%。“九五”期間,測繪任務將超過800項。
——為合理開發利用地下水資源,減少地質災害,地質礦產部啟動了兩個項目,壹是在全國600個縣開展1:65438+萬地下水資源開發利用調查,二是在17個省開展1.5萬地質災害調查。
——國家地質檔案館保存著本世紀以來中國的重要地質資料,其中各類地質報告8.5萬份,堆滿了整整6層樓,彎曲長達7000米。有些材料因為時間長或者紙張質量問題損壞嚴重。到目前為止,修復這些報告的費用已經接近2000萬元。利用光盤存儲技術是解決這壹問題的合理可行的方法。
2.2主要發展項目
(1)計算機輔助1: 5萬區域地質填圖系統
計算機輔助1: 5萬區域地質填圖系統項目的目標是基於3s技術開發應用系統並建立相應的工作流程,實現這項基礎地質工作從野外數據采集、室內數據管理、信息綜合處理、彩色地質圖輸出的全過程計算機化。該項目已經開始實施。
(2)計算機輔助1:65438+萬水資源調查和1: 50萬地質災害調查系統。
本項目的目的是為這兩項調查提供計算機輔助的數據收集、管理、分析和評估工具,並建立相應的信息系統。
(3)計算機輔助礦產資源評價系統
礦產資源評價是地質礦產工作的壹項基本任務。本項目的目標是以工具型地理信息系統為基礎,結合固體礦產資源評價的理論方法,利用GIS強大的空間數據管理和分析功能,開發壹個面向找礦專家的、可在實踐中推廣應用的輔助決策系統。
(4)礦產勘查開發管理制度
礦產勘查開發管理是地質礦產部的另壹項基本職能。為加強礦產資源勘查管理,促進地質勘查開發科學管理,地質礦產部決定在基礎地質調查、工程地質調查、環境地質調查和礦產資源勘查管理中實行區塊管理,並於6月1995號文件,規定了區塊劃分和編號方法。這個項目是這項管理工作的計算機輔助工具。具有分塊登記、統計匯總和空間查詢功能,可實現地質礦產勘查管理的計算機化。
(5)地質資料光盤存儲系統
目前正在研究地質報告數字化的標準和管理軟件,測試具體的技術路線。
(6)多媒體輔助教學系統
由於地學研究對象的復雜性,雖然該領域的定量研究程度在不斷提高,但目前大多數領域仍以定性分析為主。直覺對於表達研究過程和結果非常重要。這就決定了多媒體技術將在地學領域大有作為。早在20世紀90年代初,美國地質調查局就開始用多媒體技術展示其成果。這兩個項目分別是寶石學多媒體教學系統和石油地質與油藏工程多媒體教學系統。
2.3實現上述目標的關鍵
(1)技術:GIS、GPS、RS、野外數據采集技術、多媒體技術等。
(2)標準化;
(3)應用開發;
(4)培訓;
(5)協調與管理。