引言
地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS)是介于信息科学、空间科学和地球科学之间的交叉学科,是计算机科学、遥感技术、信息工程与现代地学方法的有机结合。在计算机系统的支持下,GIS可以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程分析。矿产信息具有多源性的特征,它是各种成矿信息(包括地质构造、地球化学、地球物理、以及由它们伴生的地表信息)的综合体现。将GIS技术应用于对多源地学信息的综合分析和数据管理,进行矿产资源评价与分析,无疑已成为现代矿产资源评价和勘察工作的主要趋势。而建立高质量的GIS矿产资源评价数据库,又是进行矿产资源评价和分析的基础和关键所在。目前我国已有的部分相关基础空间数据库大多是建立在MapGIS平台上的,而且MapGIS是我国自主开发拥有自主知识产权的专业GIS平台软件,具有功能强大、易于二次开发、适合地质分析等优点,所以选用MapGIS作为建库平台。其工作流程见图1。
1 基础资料的收集和预处理
1.1 基础资料的收集
丰富的第一手资料是建立完整的空间数据库的前提和对数据进行空间分析的基础。所以要全面系统地收集预测区内已有的各种资料数据。一般应包括以下内容:
(1)地理方面:根据预测区面积的大小和实际需要,选择不同比例尺的地形图。
(2) 地质方面:1:20万和1:5万分幅地质图及矿产图(均应附有说明书),各种矿产资源调查评价报告,代表性矿床的普查、勘探报告。
(3) 化探方面:1:20万化探扫面数据,1:5万水系沉积物或土壤地球化学测量数据,局部地区1:1万、1:2万土壤或岩石地球化学测量数据。
(4) 物探方面:1:50万、1:100万航磁数据,1:20万或1:10万航磁和重力数据,局部地区1:5万地磁、重力和电法测量数据,1:20万或1:10万航空放射性测量数据或处理结果。
(5) 遥感方面:TM、MSS图像处理结果与解释数据,航空彩色或黑白相片解译。
(6) 矿产方面:各类矿床或矿点名称、矿种、坐标,容矿岩石类型,地质地球化学特征,控矿构造、蚀变作用、规模、产状和成矿年代学等各方面的资料数据。
1.2 资料的预处理
已收集到的各种遥感、化探及物探数据资料的表达方式和数据范围通常不一致,在入库前,需对各类图像及信息数据进行网格化处理,将不同类型的数据和图件转化成具有一定网格大小的网格值,使同一地区同一空间位置的数据在一个统一的参考座标系中配准。文字型数据,例如各类原始记录(编录)、分析鉴定报告、调查评价报告等则存在繁琐、含义重叠、缺乏标准化的问题,我们则需要以现行的相关勘查规范及标准为依据,将信息过滤提取。资料预处理还包括对收集的物化探数据形成相关图件,进行数据转换,其他GIS软件的文件格式转换为MapGIS的格式等
2 数据库系统设计
数据库设计合理与否是影响资源评价效率的重要因素。数据库系统设计是在对各类资料进行整理、研究和编制相关图件的基础上,将其按不同的方式存贮,建立表格数据库、图形数据库、属性数据库等,完成数据库的主体建设。
2.1 数据分类及存储形式
数据按其数据的结构类型分为两大类,一类是非空间数据(离散或网格化数据),另一类是空间数据(矢量或栅格数据)(见图2)。
非空间数据可分为结构化数据和非结构化数据。结构化数据是指有一定结构,可以划分出固定的组成要素,能够用关系数据库中的表、视图表示的数据,如目前地矿系统已建成的国家标准重磁数据库、化探数据库;而非结构化数据是指没有明显结构,无法划分出固定的组成要素的数据,如各种文件、法规等。
空间数据可划分为基于栅格和矢量的两种数据结构。基于栅格的数据结构如各类遥感图像;基于矢量的数据结构是通过抽象的点、线、面的数据模型表达空间地理实体。根据各要素性质的不同,GIS中对数据的管理采用分层的方式。
2.2 数据库的组织结构
根据以上数据的分类和存储形式,矿产资源评价数据库分为空间数据库和非空间数据库两大部分(见图3)。
空间数据库包括图形库和内部属性库。图形库存储与空间位置有关的图形数据,如地形图、地质图、工程图、遥感图、矿产位置分布图等,用MapGIS的点文件、线文件、面文件分别存储管理。内部属性库指用MapGIS自身的属性管理模块存储图元的属性信息,这些属性信息通常仅限于反映图元的固有特征,一般用于以 ID或其它关键字段如图元编码与图形数据直接关联。
非空间数据库又称外部属性库,用于存储图形库中图元的属性信息,外部属性库主要以关系数据库SQL、FoxPro等数据库软件为主体建立关系表,将结构化数据加以存贮。外部属性库与MapGIS的内部属性库通过联接码实现数据库联接与交换。
根据成矿带资源评价及地质分析的需要,本数据库又划分为以下六个子数据库:
1、基础地理地图数据库
2、地质图空间数据库
3、地球化学数据库
4、地球物理数据库
5、遥感数据库
6、矿产地空间数据库
3 数据输入及动态管理
3.1 数据标准化与规范化
高质量的数据是数据库建设成功与否的关键,信息数据的输入需严格按照相关标准与规范,才能实现各数据库之间的信息共享与交换。以上子库的图层划分、命名、属性文件格式等工作均参照国家地调局颁布的《地质图空间数据库建设工作指南(2.0版)》、《矿产地数据库建设工作指南》等相关规定,具体引用的主要标准与规范如下:
DZ/T0197 - 1997 数字地质图层及属性文件格式
GB2260 - 98 中华人民共和国行政区划代码
GB2808-81 全数字式日期表示法
GB9649 - 88 地质矿产术语分类代码
DDB9702 GIS图层描述数据内容标准
GB/T13923 - 92 国土基础信息数据分类代码
GB/T13989 - 92 国家基本比例尺地形图分幅编号
DDZ9701 资源评价工作中地理信息系统工作细则
DZ/T 0179-1997 地质图用色标准及用色原则
3.2 数据输入与误差校正
数据信息主要包括图形、图像数据和属性数据。属性数据通常采用键盘输入方式。内部属性数据是在MapGIS的属性管理、或输入编辑模块中通过已建立的属性结构输入的,为避免疏漏,我们通常采用输入图形时即时属性输入。外部属性数据通常输入到SQL、Foxpro、Excel等专用的数据库软件中已建立的关系表中。图形、图像输入通常通过扫描原图、矢量化、误差校正的步骤完成。在进行扫描时,将扫描图以栅格形式存贮于图像文件中(如*.tif格式)。打开 MapGIS的图形编辑模块,将扫描好的栅格图像调入,然后利用MapGIS提供的智能扫描矢量化子系统进行矢量化工作,将矢量数据分别存入到点文件 (.WT),线文件(.WL)和面文件(.WP)中。由于原图图纸变形和扫描时存在一定的系统误差,另外,在矢量化时,受操作员的技能和采样点密度等的影响,从而使得矢量化后的图形数据产生一定误差。所以,矢量化后的图形数据必须经过编辑修改和数据校正,其方法是利用系统提供的错误检查和误差校正功能来完成。
3.3 数据库的动态管理
随着研究工作的进展和数据资料的不断完善,数据库内的图形、图像数据、属性数据必须根据评价工作的需要及时修改,这就需要对数据库进行动态地管理维护。删除和修改功能在数据库的相应文件上进行,增加功能可通过两种途径来实现:一是当增加的数据量不大时,在相应的数据库文件上直接输入;二是当增加的数据量较大时,将其做成一个文件让数据库系统自动将其转换后装入数据库。
4. 南岭地区钨锡矿产资源数据库的建设
本文以南岭地区钨锡矿产资料数据库的建设为具体实例,叙述和讨论了基于GIS平台的矿产资源评价数据库建设的一般方法。
4.1 资料处理
南岭地区地质工作程度较高,自20世纪30年代起,丁文江、李四光、田崎隽、黄汲清等一批地质学家先后到本区进行过地质矿产调查、研究工作,初步确定了区内地层层序、构造轮廓、矿产种类和分布特点;新中国成立后,地质工作得到蓬勃发展,基础地质、物化探、遥感、矿产普查及专题研究相继开展,在地学的各个领域都取得了丰硕成果。因此,本次建库工作中,采用的资料从30年代开始至今,历经70余年。由于资料跨度比较大,资料的破损程度较高,这给建库带来了一定的难度,归纳有以下3种情况:
1)对于与数据库统一标准不同的坐标系统的相关图件,主要是矿区地形地质图、储量计算水平投影图等资料,经过矿体边界的确定和包容归并后,采取手工直接量算矿区边界图拐点坐标值进行卡片内容的填制,同时,做了相应的矿体水平投影示意图;
2)对于原始资料中只给出矿区地理坐标但无具体点位或只给出矿区独立(假定)直角坐标,首先通过计算机将地理坐标转换为北京直角坐标系,由于原始勘查成果资料给出的点位的不确定性,采取办法是根据矿区的中部推算出相应图件的公里网,然后进行手工量算得出矿区拐点坐标值,编绘矿区水平投影示意图,并采集相关的属性信息;
3)原勘查成果资料未提供直角坐标和地理坐标,即两无坐标。首先查找有关资料,根据矿产资源储量表获取所需的地理坐标(经纬度),然后,按上述方法进行数据处理。
4.2 技术流程
收集整理建库所需的所有资料,填制的全部矿区储量信息和空间信息严格按《矿产资源储量空间数据库指南》和《地质图空间数据库建设工作指南(2.0版)》要求进行,对填制的所有矿产资源储量空间属性采集表的内容进行了核查,将明显错误进行了修改、补充,经检查无误后进行了计算机录入。
空间数据建库流程按照图1严格执行。
4.3 问题与思考
该数据库的建设在地调局”中国重要成矿区带找矿模型及技术方法”的项目研究中发挥了重要作用,但实际应用的效果与电子政务的建设要求还相差甚远。在数据库建设过程中,我们也遇到了一些问题,总结出来,在今后建库工作中加以思考。
1)资料问题:由于年代早,个别矿区的原始资料破损较严重,原始资料存在的明显错误等,需对资料修编后,再进行数据的采集。笔者建议相关的资料管理部门能否开展相关收集工作,对于破损资料做过修订的成果,经专家审阅后,积极鼓励其入编,可避免下次使用者的重复劳动。
2)数据库的规范问题:目前全国各级省市地区都建立了矿产资源空间数据库,但普遍存在系统缺乏统一规划,不能完全满足政务管理信息系统数据共享的基本需求,还不能完全达到“集成化、开放、可扩展”的要求,针对这一问题,国土资源部部相关部门正在采取自上而下、从整体到局部的工作方式,开展相关工作。
4 结束语
基于GIS平台的矿产资源评价数据库的建立使多源地学信息得以科学有效的管理,能够方便地建立模型及进行空间模拟分析,使得数据的分析更有效和定量化。但由于数据库自身缺乏专家评价系统,在具体评价工作中,诸如控矿因素分析、选取变量、建立找矿模型、空间检索与分析、特征的提取与合并,以及最终形成预测图和相关的地质解释等步骤中,都需要矿产资源评价的专家们的参与。
参考文献
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