關于全國重要地質鉆孔數(shù)據(jù)庫服務平臺建設的思考

王 斌，梁銀平，韓 健，張立海

（國土資源實物地質資料中心，河北 三河 065201）

關于全國重要地質鉆孔數(shù)據(jù)庫服務平臺建設的思考

王 斌，梁銀平，韓 健，張立海

（國土資源實物地質資料中心，河北 三河 065201）

地質鉆孔資料是地質工作形成的最重要資料，利用計算機技術實現(xiàn)全國地質鉆孔資料的網(wǎng)絡化信息共享，對我國國民經(jīng)濟和地質行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。根據(jù)地質鉆孔資料數(shù)據(jù)特點，本文介紹了全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務平臺建設的目標任務和設計原則，重點研究了服務平臺總體架構設計、主要功能以及大數(shù)據(jù)存儲、集群節(jié)點架構自動對等、四叉樹切片、無級平滑縮放等關鍵技術應用，并就鉆孔資料涉密信息處理和服務平臺更新維護提出了解決措施和建議。

鉆孔；地質資料；數(shù)據(jù)庫；平臺

地質鉆孔資料是地質工作形成的第一手資料，是人類認識地球最直接的原始地質信息記錄。新中國成立以來，特別是近十幾年，我國開展了大規(guī)模的區(qū)域地質、礦產(chǎn)地質、水文地質、工程地質、環(huán)境地質調(diào)查、礦產(chǎn)資源勘查評價和地質科學研究等工作，獲得了大量的十分珍貴的地質鉆孔資料?？v觀全球，美國、英國、加拿大、德國、澳大利亞等發(fā)達國家非常重視地質鉆孔資料的采集、管理和利用，紛紛開展了不同程度的地質鉆孔數(shù)據(jù)庫建設，并對外提供網(wǎng)絡化服務利用。為進一步提高我國地質鉆孔資料信息化水平和服務效率，2009年我國將鉆孔數(shù)據(jù)庫建設列為“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要的一項重要工作內(nèi)容。

2011年，我國開展了地質鉆孔基本信息清查工作，掌握了我國各地勘單位保管的地質鉆孔類型、分布及數(shù)量，建立了全國地質鉆孔基本信息數(shù)據(jù)庫，包含全國除油氣、海洋和放射性鉆孔外的958102個鉆孔的基本信息。2013年，我國啟動了全國鉆孔數(shù)據(jù)庫建設工作，目前已初步建立了階段性全國鉆孔數(shù)據(jù)庫，包含全國445個地勘單位9216個項目的166683個鉆孔的基礎信息，總數(shù)據(jù)量達2.8TB。充分利用已有地質鉆孔資料，有利于降低地質工作風險，減少重復工作，避免資金浪費［2］。為盡快將鉆孔數(shù)據(jù)庫成果向社會提供服務利用，充分發(fā)掘地質鉆孔資料價值，擴大地質鉆孔資料應用范圍，高效服務經(jīng)濟社會發(fā)展、找礦突破戰(zhàn)略行動和其它相關學科研究，建設全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務平臺十分必要。

1 目標任務

采用先進的計算機技術、網(wǎng)絡技術和數(shù)據(jù)庫技術，按照全國地質鉆孔資料信息一張圖的建設思路，根據(jù)“標準統(tǒng)一、分布部署、集成服務”的原則，建設完成具有數(shù)據(jù)輸入、輸出、檢索查詢、統(tǒng)計分析、圖形制作與三維可視化、數(shù)據(jù)管理與維護等功能的分布式全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務平臺，為經(jīng)濟社會發(fā)展和找礦突破戰(zhàn)略行動匯集地質鉆孔數(shù)據(jù)信息并提供基礎數(shù)據(jù)服務支撐。

2 設計原則

1）分層設計原則。平臺由多層組成，每層完成獨立功能。各層的功能基于同層和底層的功能之上，上層只能調(diào)用本層和下層的接口。每層內(nèi)部分多個模塊，各模塊之間相互獨立，但數(shù)據(jù)流雙向交換。

2）組件式開發(fā)和可擴展性原則。為方便系統(tǒng)功能擴展，宜采用面向服務的體系結構SOA（Service－Oriented Architecture，SOA）開放標準，將主要功能寫成專門的模塊或類。模塊功能強內(nèi)聚、模塊間耦合度小。在系統(tǒng)后期功能擴展和更新維護中只需修改參數(shù)、調(diào)用或開發(fā)新的模塊即可實現(xiàn)功能擴展。

3）標準化、規(guī)范化和安全性原則。平臺應遵循信息技術方面的國家和行業(yè)技術標準規(guī)范，確保信息資源存儲、傳輸和應用的標準化、規(guī)范化和安全性［5］。

4）可靠性原則。平臺應有很強的容錯和處理突發(fā)事件以及報錯能力，不至于因某個動作或突發(fā)事件而導致數(shù)據(jù)丟失或系統(tǒng)癱瘓［6］。

5）快速性原則。平臺應建立鉆孔數(shù)據(jù)的字段索引信息，提高鉆孔信息檢索查詢速度。

3 總體架構設計

圖1 服務平臺總體功能設計圖

圖2 服務平臺總體技術架構設計圖

全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務平臺應是以Internet技術為基礎，采用面向服務（SOA）構架、Web Service技術、基于國家測繪地理信息局開發(fā)并對外發(fā)布的天地圖作為地理底圖，開發(fā)而成的B/S模式（Browser/Server，瀏覽器/服務器）的分布式地質鉆孔數(shù)據(jù)發(fā)布平臺。該平臺主要由前端界面功能、后臺數(shù)據(jù)管理和安全運行維護管理三部分組成。服務平臺總體功能設計如圖1所示，總體技術架構設計如圖2所示，各技術功能說明如表1所示。

表1 各技術功能說明

4 服務平臺主要功能和關鍵技術

目前，全國鉆孔數(shù)據(jù)庫中主要包含地質鉆孔保管單位、項目、鉆孔基礎信息和巖芯圖像信息。為滿足政府部門和各省級地質資料館藏機構的鉆孔數(shù)據(jù)管理和綜合利用以及社會公眾的檢索查詢和服務利用需求，全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務平臺應實現(xiàn)鉆孔數(shù)據(jù)的分布式存儲、管理、檢索、圖形制作與三維可視化、數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析等功能。全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務平臺主要功能實現(xiàn)的關鍵技術包括以下方面。

1）采用非關系型數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的虛擬分布式存儲。目前，全國地質鉆孔數(shù)據(jù)是采用MS Access數(shù)據(jù)庫進行存儲。由于其局限性，很難實現(xiàn)對全國鉆孔數(shù)據(jù)的綜合管理與利用。由于鉆孔數(shù)據(jù)庫中占存儲量較大的主要是JPEG、TIF格式的工程布置圖、勘探線剖面圖、鉆孔柱狀圖和PDF格式的樣品分析結果表，為實現(xiàn)對非結構化數(shù)據(jù)的有效組織和高效管理，服務平臺應采用NoSQL型數(shù)據(jù)庫（如Big Table和Dynamo數(shù)據(jù)庫等）。

2）支持分級樹狀和等權網(wǎng)狀架構模型。作為全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務平臺，應實現(xiàn)各單位之間地質鉆孔數(shù)據(jù)信息的資源共享、信息共享和成果共享以及多元信息的協(xié)同共享，建立地質鉆孔數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通的節(jié)點群。服務平臺的開發(fā)設計應在實現(xiàn)分級樹狀架構模型基礎上，還應支持可跨域的等權網(wǎng)狀架構模型。

3）實現(xiàn)地質體屬性編碼解析。利用地質要素自動解析技術，對已有地質數(shù)據(jù)信息進行地質體屬性編碼解析，并通過地質數(shù)據(jù)編碼接口、XML JSON技術實現(xiàn)客戶端就某一位置的地質體屬性信息查看請求。

4）開發(fā)鉆孔數(shù)據(jù)轉換、傳輸和發(fā)布工具。利用計算機并行處理技術，設計開發(fā)能實現(xiàn)MS Access鉆孔數(shù)據(jù)庫快速批量導入到服務平臺，以及鉆孔數(shù)據(jù)的一鍵式發(fā)布的鉆孔數(shù)據(jù)轉換、傳輸、導入和發(fā)布工具。并利用集群節(jié)點自動對等技術實現(xiàn)主節(jié)點和分節(jié)點鉆孔數(shù)據(jù)的定時和強制對等，實現(xiàn)全國各節(jié)點鉆孔數(shù)據(jù)的及時更新。

5）實現(xiàn)鉆孔柱狀圖、勘探線剖面圖和工程布置圖等非結構化數(shù)據(jù)的無級平滑縮放。利用四叉樹切片、無級平滑縮放、微軟銀光內(nèi)核等技術，將非結構化的鉆孔柱狀圖、勘探線剖面圖和工程布置圖按照像素大小自動識別并進行至少10級切片，確保其在互聯(lián)網(wǎng)能夠快速瀏覽查看。

6）實現(xiàn)地質鉆孔在天地圖上的空間展現(xiàn)與集群式發(fā)布。以鉆孔為單元，利用鉆孔經(jīng)緯度坐標在天地圖上進行快速投點顯示，實現(xiàn)地質鉆孔的地圖檢索查詢，并以Tab頁或氣泡窗口形式進行地質鉆孔保管單位、項目和鉆孔基礎信息的瀏覽查看。

7）實現(xiàn)地質鉆孔柱狀圖、巖芯掃描圖像和鉆孔基礎屬性信息的“一張圖”組合綜合顯示。利用先進的圖像瀏覽顯示技術如流媒體、切片等，實現(xiàn)地質鉆孔柱狀圖、巖芯掃描圖像、鉆孔基礎屬性信息和樣品元素測試分析結果數(shù)據(jù)等按照鉆孔深度以“圖表”形式從上到下依次顯示，并按鉆孔深度依次注明地質時代、層位、分層、巖性描述、巖性花紋、元素測試分析結果等信息。

8）實現(xiàn)地質鉆孔數(shù)據(jù)管理、關鍵字查詢、模糊查詢、高級查詢、矩形查詢、多邊形查詢、目錄樹查詢、統(tǒng)計分析等功能；實現(xiàn)某礦區(qū)或特定區(qū)域的三維地質建模、勘探線剖面圖劃切、鉆孔柱狀圖生成、礦體圈定、儲量計算等功能。

9）實現(xiàn)計算機終端和移動終端的在線瀏覽和檢索查詢功能。

10）開發(fā)必要的調(diào)用接口。利用XML Web Service技術開發(fā)必要的服務平臺前臺調(diào)用接口、后臺數(shù)據(jù)調(diào)用接口以及支持與其它系統(tǒng)或軟件的調(diào)用接口。

5 鉆孔數(shù)據(jù)處理和更新維護的幾個問題

5.1 鉆孔坐標精度的處理

按照國家涉密地質資料管理和服務的相關法律法規(guī)和文件規(guī)定，服務平臺公開發(fā)布的鉆孔位置精度必須優(yōu)于50m，因此需要對鉆孔經(jīng)緯度坐標進行漂移技術處理。處理方法有兩種：一是利用國家測繪地理信息局開發(fā)的鉆孔坐標非線性抖動處理軟件對鉆孔精度進行處理；二是根據(jù)圓的參數(shù)方程：x′＝x＋1＊sinθ，y′＝y(tǒng)＋1＊cosθ（x表示緯度，y表示經(jīng)度，θ為隨機數(shù)），利用高級編程語言中的隨機數(shù)發(fā)生器，開發(fā)鉆孔坐標隨機漂移處理工具對鉆孔坐標進行降低精度處理，使鉆孔位置精度符合涉密技術要求。

5.2 工程布置圖和勘探線剖面圖涉密信息的技術處理

工程布置圖和勘探線剖面圖涉及大量的地理信息、等高線信息、參照物信息等，需要對其進行降低分辨率、像素抽稀、縮小圖片大小、消除或屏蔽涉密信息等技術處理，從而有效保護地質資料，使其合理開發(fā)利用。

5.3 鉆孔柱狀圖涉密信息的技術處理

鉆孔柱狀圖中含有鉆孔經(jīng)緯度坐標、孔口高程等涉密數(shù)據(jù)，需利用CorelDraw、Photoshop等軟件對其進行擦除、遮蓋等技術處理。

5.4 服務平臺的更新維護

服務平臺建設完成后，更新維護是關鍵。服務平臺地質鉆孔數(shù)據(jù)信息的更新維護，主節(jié)點應由國家地質資料館藏機構負責；各分節(jié)點應由各?。▍^(qū)、市）地質資料館藏機構負責，各省（區(qū)、市）只需每年度末將鉆孔數(shù)據(jù)以刻盤形式上報國家地質資料館藏機構即可。同時，為了保證該項工作的順利開展，每年國家都應給每個省（區(qū)、市）安排一定的地質鉆孔數(shù)據(jù)信息更新維護工作經(jīng)費，從而保障該項工作順利開展實施［6］。

6 結語

地質鉆孔資料是地質工作形成的最重要基礎地質資料之一，具有能夠重復開發(fā)利用、長期提供服務利用的特點。全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務平臺的建成，將是我國地質鉆孔資料管理和服務工作的一項重大進展，是地質鉆孔資料對外提供網(wǎng)絡化服務利用和提高地質鉆孔資料利用效率的重要手段，是我國紙質向電子地質鉆孔資料服務利用方式的工作模式轉變。全國鉆孔數(shù)據(jù)庫服務平臺對于實現(xiàn)我國地質鉆孔資料的信息共享、資源共享和成果共享，服務國民經(jīng)濟和地質行業(yè)的發(fā)展都具有重要作用。

［1］朱合華，鄭國平，吳江斌，等.基于鉆孔信息的地層數(shù)據(jù)模型研究［J］.同濟大學學報，2003，31（5）：5－9.

［2］王斌，林向軍，陳杰，等.危機礦山接替資源找礦工作成果服務利用構想［J］.中國國土資源經(jīng)濟，2013，26（9）：32－34.

［3］韓國建，郭達志.礦山信息的八叉樹存儲和檢索技術［J］.測繪學報，1992，21（1）：13－17.

［4］侯恩科.三維地質模擬的若干關鍵問題研究［D］.北京：中國礦業(yè)大學（北京），2002.

［5］王斌，陳杰，張立海，等.關于地質鉆孔基本信息數(shù)據(jù)庫服務利用的思考［J］.中國礦業(yè)，2013，22（10）：134－136.

［6］王斌，張立海，劉向東，等.基于VB鉆孔基本信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與應用［J］.科技創(chuàng)新導報，2012（6）：30－31.

［7］陳碩.基于鉆孔數(shù)據(jù)的三維數(shù)字地層可視化系統(tǒng)研究［D］.大連：大連理工大學，2008.

Thinking on the construction of service platform of national geological drilling database

WANG Bin，LING Yin－ping，HAN Jian，ZHANG Li－h(huán)ai
（Cores and Samples Center of Land and Resources，Sanhe 101149，China）

The data of geological drilling is the most important information of geological work，and sharing the data of geological drilling is very important to the development of national economy and geological industry.According to the characteristics of geological drilling data，this paper introduces the tasks and principles of the construction of service platform，and focused studies the overall design，main functions and application of some new and key technologies of service platform，for example，technology of big data storage，automated peer，sliced，stepless zoom and so on.At the same time，it proposes the solutions and recommendations for the technical processing of confidential geological drilling data and the update of platform.

drilling；geological data；database；platform

王斌（1984－），男，漢族，山東泰安人，主要從事地質資料管理和服務利用研究工作。E－mail：wangbin＿cgs＠163.com。

G250.74；P624

A

1004－4051（2014）S2－0370－04

2014－09－17

地質調(diào)查工作項目“重要地質鉆孔數(shù)據(jù)庫平臺建設與試點應用”資助（編號：1212011220350）