基于MapGIS的固體礦產(chǎn)巖芯數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

張學(xué)華，鄭貴洲

(1.河南省經(jīng)貿(mào)工程技術(shù)學(xué)校，河南鄭州 450053;2.中國地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院，湖北武漢 430074)

基于MapGIS的固體礦產(chǎn)巖芯數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

張學(xué)華1，鄭貴洲2

(1.河南省經(jīng)貿(mào)工程技術(shù)學(xué)校，河南鄭州 450053;2.中國地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院，湖北武漢 430074)

固體礦產(chǎn)數(shù)據(jù)是地質(zhì)勘探的重要成果，傳統(tǒng)的勘探數(shù)據(jù)管理方法已不適應(yīng)實(shí)際工作的需要。為了進(jìn)一步提高效率，基于MapGIS平臺(tái)和SQL Server2000數(shù)據(jù)庫，建立河南固體礦產(chǎn)巖芯數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鉆孔巖芯資料的規(guī)范化錄入、科學(xué)化管理;實(shí)現(xiàn)了鉆孔柱狀圖、等厚線圖等相關(guān)圖件編制及自動(dòng)化成圖，可完成鉆孔巖芯數(shù)據(jù)空間分析和查詢。

鉆孔巖芯;數(shù)據(jù)庫;MapGIS;SQL Server;河南省

0 引言

地質(zhì)勘查鉆孔信息編錄是找礦地質(zhì)勘探工作中的一項(xiàng)經(jīng)常性的、重要的基礎(chǔ)作業(yè)，它是將直接觀察到的巖芯的情況或經(jīng)綜合研究后的結(jié)果，正確、系統(tǒng)地用文字和圖表加以表達(dá)與說明，以解決和反映找礦勘探工作中的地質(zhì)問題。河南省擁有眾多的礦業(yè)企業(yè)，每年大約有幾十萬米的鉆探工作量，由于非公有礦業(yè)的比例的不斷加大，統(tǒng)一的地質(zhì)勘探鉆孔信息管理變得非常急需，否則信息的丟失將會(huì)導(dǎo)致大量的重復(fù)工作。加之地質(zhì)勘查工作從初步的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查到開始采礦或正式施工，中間經(jīng)過的時(shí)間可能長達(dá)幾年、幾十年，這就使得原始地質(zhì)鉆孔信息資料幾年、幾十年后可能還有價(jià)值。然而，由于不可避免的人事變動(dòng)，以及傳統(tǒng)存儲(chǔ)媒介本身的缺陷，原始地質(zhì)鉆孔信息可能存在丟失或失真問題。地質(zhì)勘探成果原始資料內(nèi)容繁多、數(shù)量巨大、關(guān)系復(fù)雜。傳統(tǒng)的資料管理方法已不能滿足現(xiàn)代管理的需要[1]。顯然，實(shí)現(xiàn)科學(xué)和規(guī)范的管理方式是改變這種狀況的必由之路，數(shù)據(jù)資料的自動(dòng)化管理是現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。將GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及計(jì)算機(jī)自動(dòng)成圖和分析引入地質(zhì)科研和生產(chǎn)中也是當(dāng)前的地學(xué)發(fā)展趨勢(shì)[2，3]。建立巖芯鉆孔數(shù)據(jù)庫是信息化工作中重要環(huán)節(jié)，開發(fā)基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的巖芯數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可為巖芯數(shù)據(jù)管理提供自動(dòng)化、信息化、現(xiàn)代化的技術(shù)手段。將原始地質(zhì)鉆孔信息資料全面、完整、直觀地記錄下來，這種記錄方式記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)能較容易為人理解，便于查詢、保存以及隨時(shí)更新，而且不因鉆探工程師或地質(zhì)工程師的編錄水平而變化，并且基于記錄的數(shù)據(jù)可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及鉆孔柱狀圖、勘探剖面圖及勘探平面圖等勘探中常用圖件的自動(dòng)成圖。利用巖芯鉆孔數(shù)據(jù)庫便于地質(zhì)人員隨時(shí)動(dòng)態(tài)修改更新數(shù)據(jù)，快速查詢所需的信息，有效分析成礦環(huán)境，并最終提高巖芯數(shù)據(jù)的服務(wù)水平和管理決策能力。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 軟件環(huán)境

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫主要有Oracle公司的Oracle10g、Microsoft公司的SQL Server2000、IBM公司的DB2以及Access等。由于礦區(qū)數(shù)據(jù)量較大，而Access數(shù)據(jù)庫不能滿足大數(shù)據(jù)量管理的需要，Oracle數(shù)據(jù)庫雖用來管理空間數(shù)據(jù)比較方便，但開發(fā)技術(shù)難度大。因此，考慮到空間數(shù)據(jù)管理能力、對(duì)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的支持能力等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)選擇SQL Server2000作為數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。MapGIS平臺(tái)具備了強(qiáng)大的圖形編輯處理能力、任意圖幅邊界的海量圖庫建庫與管理功能、完備的錯(cuò)誤檢查/自動(dòng)糾正及誤差校正功能以及高性能的空間數(shù)據(jù)檢索查詢功能等，MapGIS7.0實(shí)現(xiàn)了面向空間實(shí)體及其關(guān)系的數(shù)據(jù)組織、高效海量空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與索引、大尺度多維動(dòng)態(tài)空間信息數(shù)據(jù)庫、三維實(shí)體建模和分析，具有TB級(jí)空間數(shù)據(jù)處理能力、可以支持局域和廣域網(wǎng)環(huán)境下空間數(shù)據(jù)的分布式計(jì)算、支持分布式空間信息分發(fā)與共享、網(wǎng)絡(luò)化空間信息服務(wù)。MapGIS為支持用戶進(jìn)行二次開發(fā)，提供了完整的二次開發(fā)庫，用戶可以在MapGIS平臺(tái)上開發(fā)面向各自領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)[4]。為了減少失誤，在目前技術(shù)力量不足的情況下，本系統(tǒng)建設(shè)采用國產(chǎn)的MapGIS軟件作為基礎(chǔ)平臺(tái)。

1.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)河南“巖芯數(shù)據(jù)庫”信息化建設(shè)的目標(biāo)，全面推進(jìn)河南巖芯數(shù)據(jù)庫建設(shè)，需要開展一系列的信息化建設(shè)項(xiàng)目。系統(tǒng)引入了GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及計(jì)算機(jī)自動(dòng)成圖與分析技術(shù)。開發(fā)平臺(tái)采用MapGIS基礎(chǔ)平臺(tái)及MapGIS－SDE系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2000。通過MapGIS－SDE連接數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)庫、地球物理數(shù)據(jù)庫、遙感影像數(shù)據(jù)庫、鉆孔巖芯數(shù)據(jù)庫及文檔資料數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建。根據(jù)“巖芯數(shù)據(jù)庫”的建設(shè)的實(shí)際需要，完成巖芯數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)、巖芯數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、巖芯數(shù)據(jù)查詢分析系統(tǒng)、巖芯數(shù)據(jù)自動(dòng)成圖系統(tǒng)等內(nèi)容的建設(shè)。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 巖芯數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Core database management system architecture chart

1.3 系統(tǒng)功能模塊

為了提高系統(tǒng)的實(shí)用性，系統(tǒng)采用功能模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，即先將整個(gè)系統(tǒng)看成一個(gè)系統(tǒng)，然后按功能逐步分解為若干個(gè)第一層功能模塊、第二層子功能模塊等。一個(gè)子功能模塊只執(zhí)行一種功能，一種功能只有一個(gè)子功能模塊來實(shí)現(xiàn)。在系統(tǒng)中，以數(shù)據(jù)為中心進(jìn)行考慮，按照數(shù)據(jù)的處理流程，將系統(tǒng)的功能分成巖芯數(shù)據(jù)入庫、巖芯數(shù)據(jù)處理、巖芯數(shù)據(jù)管理、空間查詢分析和數(shù)據(jù)打印輸出5大功能模塊，如圖2所示。

圖2 河南省巖芯數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能模塊Fig.2 Core database management system functional modules of Henan Province

2 巖芯數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

2.1 巖芯數(shù)據(jù)組織

在橫向上以礦區(qū)或行政區(qū)為單位來管理數(shù)據(jù)，如圖3所示。按這種組織方式，系統(tǒng)易于針對(duì)地圖數(shù)據(jù)庫管理的特殊性，提供給用戶圖幅與圖幅間的接邊功能，以消除相鄰圖幅間的接合誤差，不至于讓人感到整幅圖是分塊拼合的結(jié)果;易于實(shí)現(xiàn)對(duì)跨圖幅圖元進(jìn)行整體查詢和歸并檢索輸出，同時(shí)保證系統(tǒng)的快速、高效性能。

在縱向上分圖層管理，以“目錄樹”來組織各礦區(qū)數(shù)據(jù)，如圖4所示。系統(tǒng)在主框架中按礦區(qū)、勘探線和鉆孔3個(gè)級(jí)別建立目錄樹，以礦區(qū)為單位來組織巖芯數(shù)據(jù)，每個(gè)專業(yè)圖層又可再細(xì)分各類可綜合顯示的數(shù)據(jù)作為子圖層，提供給用戶靈活直觀的空間數(shù)據(jù)強(qiáng)有力的查詢途徑和高效快捷的漫游顯示等功能和特性。

圖3 橫向行政區(qū)劃Fig.3 Horizontal administration divisions

圖4 縱向目錄樹Fig.4 Vertical directory tree

2.2 巖芯數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

礦區(qū)圖形數(shù)據(jù)庫存放實(shí)體的圖形數(shù)據(jù)及與實(shí)體密切相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)庫則存放巖芯等數(shù)據(jù)及報(bào)表、文字說明等屬性信息，圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的，但在使用過程中，二者之間又必須時(shí)時(shí)相連。由于外掛數(shù)據(jù)庫中可以由單個(gè)巖芯數(shù)據(jù)表，也可以由多個(gè)巖芯數(shù)據(jù)表相互關(guān)聯(lián)，通過各表的關(guān)聯(lián)字段進(jìn)行內(nèi)部關(guān)聯(lián)，同時(shí)通過各表的關(guān)聯(lián)字段與MapGIS空間數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部屬性表相應(yīng)字段連接，從而實(shí)現(xiàn)外掛數(shù)據(jù)庫與空間數(shù)據(jù)圖形庫的整合。圖形實(shí)體的內(nèi)部屬性關(guān)聯(lián)字段值，是通過MapGIS平臺(tái)的API函數(shù)調(diào)用。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 巖芯數(shù)據(jù)入庫

空間數(shù)據(jù)入庫借用MapGIS提供的空間數(shù)據(jù)引擎(MapGIS－SDE)工具，首先在SQL Server2000中建立空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，然后將基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、生成的柱狀圖，勘探剖面等成果圖件通過MapGIS平臺(tái)錄入到空間數(shù)據(jù)庫中。

屬性數(shù)據(jù)輸入功能主要是負(fù)責(zé)輸入鉆孔、槽探及淺井各參數(shù)的數(shù)據(jù)及采樣和觀察巖芯的相關(guān)數(shù)據(jù) 。系統(tǒng)提供多表的交互輸入方式，這種輸入方式操作簡單、比較直觀，但由于巖芯數(shù)據(jù)復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大，交互輸入速度慢，建庫周期長，因而系統(tǒng)還提供了批量輸入的方法，支持Excel表格數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，但要求Excel表格數(shù)據(jù)必須符合所設(shè)計(jì)的巖芯數(shù)據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，否則將導(dǎo)致輸入數(shù)據(jù)丟失、不全或出錯(cuò)。

3.2 巖芯數(shù)據(jù)管理

主要實(shí)現(xiàn)巖芯數(shù)據(jù)庫中礦區(qū)信息、鉆孔數(shù)據(jù)、槽探數(shù)據(jù)、淺井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行添加、更新、刪除及瀏覽等操作，如圖5所示。巖芯圖像管理是對(duì)已經(jīng)保存在數(shù)據(jù)庫中的巖芯圖像的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖芯圖像相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢、修改、保存、更新，如圖6所示。模塊采用了電子相冊(cè)的模式來模擬真實(shí)巖芯庫中巖芯的擺放方式，這比較符合專業(yè)人員的觀看習(xí)慣，使地質(zhì)人員如同進(jìn)入真正的巖芯庫一樣，并且提取巖芯各種資料更加方便、快捷。

3.3 巖芯數(shù)據(jù)處理

由于系統(tǒng)涉及的基礎(chǔ)地理地質(zhì)數(shù)據(jù)、鉆孔柱狀圖、勘探剖面圖及勘探平面圖都是以MapGIS的矢量格式存儲(chǔ)的，該模塊提供了基礎(chǔ)的GIS圖形編輯功能。包括點(diǎn)線區(qū)的添加、刪除和移動(dòng)，屬性編輯，圖形裁剪，動(dòng)態(tài)標(biāo)注及放大、縮小和漫游等交互操作。系統(tǒng)還提供鉆孔柱狀圖、勘探平面圖及等厚線圖等的自動(dòng)生成，如圖7、8所示。

圖5 巖芯數(shù)據(jù)管理Fig.5 Core data management

圖6 巖芯圖像管理Fig.6 Core image management

圖7 鉆孔柱狀圖Fig.7 Borehole log

3.4 空間查詢分析

系統(tǒng)提供距離、面積、厚度等量算功能。系統(tǒng)查詢功能強(qiáng)大，提供了空間特征查詢、巖芯屬性查詢功能?；诳臻g特征查詢主要有取心井點(diǎn)對(duì)象查詢和緩沖區(qū)查區(qū)，空間特征查詢主要包括矩形查詢、圓形查詢、任意多邊形查詢3種形式，可較好地實(shí)現(xiàn)空間實(shí)體的查詢，查找出目標(biāo)位置的空間實(shí)體和空間范圍及其屬性，并顯示出該空間對(duì)象的屬性列表，同時(shí)可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，生成一些統(tǒng)計(jì)圖表;基于屬性信息的查詢操作主要是在屬性數(shù)據(jù)庫中實(shí)現(xiàn)的，提供屬性數(shù)據(jù)的單表查詢及多表查詢，通過巖芯數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的特有的查詢語句、函數(shù)實(shí)現(xiàn)單條件或組合條件進(jìn)行查詢檢索。

圖8 等厚線圖Fig.8 Isopach map

3.5 巖芯數(shù)據(jù)輸出

鉆孔數(shù)據(jù)的成果分為報(bào)表和圖件兩部分。報(bào)表可輸出為電子表格(Excel)，也可打印成上交、甚至歸檔的原始資料?？紤]其實(shí)用性、易讀性等，將報(bào)表分為鉆孔記錄類、采樣測(cè)試類和測(cè)井曲線類。還可輸出礦區(qū)巖芯數(shù)據(jù)匯交清單，巖石花紋及符號(hào)。此外，還提供數(shù)據(jù)庫管理的矢量數(shù)據(jù)、圖件、圖片等數(shù)據(jù)的制版打印輸出。

4 結(jié)束語

隨著鉆孔資料的不斷積累，固體礦產(chǎn)資料的信息化管理是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)和GIS技術(shù)的發(fā)展為鉆孔資料的管理和成圖提供了有力的工具。河南省固體礦產(chǎn)巖芯數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鉆孔資料的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理，可完成鉆孔巖芯數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入導(dǎo)出功能，實(shí)現(xiàn)鉆孔柱狀圖、勘探剖面圖、等厚線圖等的自動(dòng)成圖，改變了傳統(tǒng)的使用文字與圖例記錄鉆孔信息的單一性，這使得鉆孔信息更加豐富、具體、準(zhǔn)確。提高了巖芯數(shù)據(jù)管理的工作效率和巖芯資料的使用頻率，更有利于巖芯資源的深層次開發(fā)和利用。但它是一個(gè)基于SQL Server2000數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)，還需要深入研究空間數(shù)據(jù)的集成方式，進(jìn)一步完善本軟件結(jié)構(gòu)與編程語言，美化系統(tǒng)界面，提高本軟件的實(shí)用性、完整性和嚴(yán)密性，同時(shí)提高程序的適用性與礦產(chǎn)資料信息的共享性，實(shí)現(xiàn)本軟件的網(wǎng)絡(luò)功能，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)在礦產(chǎn)資料管理上的優(yōu)勢(shì)，提高礦產(chǎn)資料的科學(xué)化、自動(dòng)化管理水平，以輔助國內(nèi)礦產(chǎn)資源管理工作的科學(xué)決策與合理規(guī)劃。

[1]王慶龍，黃毅，牛桂芝，等.地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫的開發(fā)和應(yīng)用[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì)，1996，18(3):252 －256.

[2]黃樹桃，王樹紅，韓紹陽，等.鉆孔資料管理和自動(dòng)成圖技術(shù)研究[J].鈾礦地質(zhì)，2004(1):52 －55.

[3]蔡煌琦，黃樹桃，趙永安，等.砂巖型鈾礦找礦勘探中鉆孔資料的管理與應(yīng)用技術(shù)[J].世界核地質(zhì)科學(xué)，2005，22(4):236 －241.

[4]解華明，陳守余.基于MAPGIS的鉆孔柱狀圖繪制軟件的編制[J].物探化探計(jì)算技術(shù)，2004，26(1):85 －90.

Design and Realization of Solid Rock Core Database System Based on MapGIS

ZHANG Xue-hua1，ZHENG Gui-zhou2
(1.Henan Province Economic and Trade Engineering Technical School，Zhengzhou Henan 450053，China;2.Faculty of Information Engineering，China University of Geosciences，Wuhan Hubei 430074，China)

Solid mineral data is the important result of the geological exploration.The traditional exploration data management methods haven't adapted to the requirement of current works.In order to promote the work efficiency，solid mineral rock core database system of Henan Province is developed based on MapGIS，SQL Server2000.It has realized standard input and scientific management of borehole core data，and interface editing and automatic drawing map of borehole log and isopach map.It can finish spatial analysis and search of borehole core data.

drill core;database;MapGIS;SQL Server;Henan Province

P 208;P 628+.4

A

1007－9394(2012)02－019－04

2011－08－12

張學(xué)華(1955～)，男，河南鞏義人，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事地質(zhì)(勘查)找礦方面的工作。