大數(shù)據(jù)時代地質資料數(shù)字資源管理保障體系研究

孔昭煜，李晨陽，范 璘

(1.中國地質調查局發(fā)展研究中心，北京 100037；2.全國地質資料館，北京 100037)

大數(shù)據(jù)時代地質資料數(shù)字資源管理保障體系研究

孔昭煜1，2，李晨陽1，2，范 璘1，2

(1.中國地質調查局發(fā)展研究中心，北京 100037；2.全國地質資料館，北京 100037)

大數(shù)據(jù)時代下的地質資料數(shù)字資源具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)價值高和高效利用等特點，國家地質資料數(shù)據(jù)中心的建設使得公眾可以更加便利的獲取和利用地質資料成果數(shù)據(jù)，同時也為國家經濟建設提供了基礎信息數(shù)字資源保障。本文對地質資料數(shù)字資源管理保障體系建設進行了研究，分析介紹了數(shù)字資源的基本情況，分別從網絡保障、數(shù)據(jù)高效利用和長期保管技術等方面對數(shù)字資源的保障、數(shù)據(jù)安全體系建設等進行探討與分析。數(shù)字資源管理保障體系可以有效地推進地質資料管理保障工作信息化建設。

地質資料；大數(shù)據(jù)；數(shù)字資源；保障體系

地質資料的數(shù)字資源主體是地質調查工作形成的各種資料數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是地質工作者辛勤勞動的成果展現(xiàn)，是地理、地質環(huán)境變化的見證與記錄，也是重要的社會和國家基礎保障信息資源，蘊藏著無法估量的社會價值和經濟價值[1-2]。近年來，大數(shù)據(jù)、云計算技術作為新興計算機信息技術手段受到社會高度關注，對傳統(tǒng)的生產、生活方式帶來了巨大的沖擊，地質資料數(shù)據(jù)服務管理工作也不例外。大數(shù)據(jù)、云計算兩者相輔相成密不可分，大數(shù)據(jù)必須依靠云計算的分布式架構和虛擬化技術得以實現(xiàn)，云計算依靠大數(shù)據(jù)的不斷增長的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)潛在的社會經濟價值，充分發(fā)揮云計算的建設意義和價值體現(xiàn)。新時期二者的發(fā)展也廣泛影響著傳統(tǒng)地質成果資料管理保障模式，推動地質資料工作的核心業(yè)務和管理模式全面向數(shù)字化、信息化進行轉變[3-5]，因此對于地質資料數(shù)字資源的管理保障體系的研究勢在必行。

以全國地質資料館為例，經過十余年的努力，目前全國地質資料館已全面完成館藏紙介質的地質調查成果資料圖文數(shù)字化，實現(xiàn)了以數(shù)字化為主、紙電結合的存儲管理模式，因此建設先進、高效、穩(wěn)定、可靠的數(shù)字資源管理保障體系是全國地質資料館在當下的工作重心。

本文通過對全國地質資料館地質資料數(shù)字資源管理保障體系建設的研究，旨在對相關行業(yè)及省級地質資料館的數(shù)字資源管理保障工作起到指導示范作用。借助先進的信息技術建立完備的網絡保障體系，有效提升數(shù)據(jù)資源傳輸和使用網絡環(huán)境的基本安全，完備的數(shù)據(jù)支撐體系建立，實現(xiàn)了對數(shù)字資源的電子數(shù)據(jù)提供安全、有效和穩(wěn)定存儲空間，嚴格的數(shù)據(jù)安全保障體系實現(xiàn)對數(shù)字資源的信息安全提供有效的安全防護。同時通過建立規(guī)范、標準的地質資料數(shù)字資源管理保障體系，有利于促進標準化管理體系建設，實現(xiàn)促進地質資料工作向新時代下的數(shù)字化轉型，也切實推進地質資料全面信息化建設工作。

1 地質資料數(shù)字資源特征

大數(shù)據(jù)時代，大量數(shù)據(jù)積累和信息爆炸使得人類進入了一個信息化高度發(fā)達的社會，全國地質資料館館藏近14萬檔地質資料數(shù)字資源作為名副其實的“大數(shù)據(jù)”，同樣具有通常人們所認為的“4V”特點[4]。

1)Volume(大量)。信息化技術手段的不斷完善，使得各種計算機設備、物聯(lián)網、云計算和云存儲技術記錄的數(shù)據(jù)涵蓋面逐步增加，產生了大量的數(shù)據(jù)。截至2016年12月31日，全國地質資料館藏資料已達139 830檔，占用存儲空間149 TB，數(shù)據(jù)總量為320 TB，包括生產數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)及其它交換備份數(shù)據(jù)。

2)Velocity(高速)。大數(shù)據(jù)發(fā)展的趨勢是將數(shù)據(jù)挖掘工作提至前一個工作環(huán)節(jié)中，對地質資料成果數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)處理，完成的成品數(shù)據(jù)為服務應用提供及時有效的數(shù)字資源保障，因此在數(shù)據(jù)處理過程中必須實現(xiàn)數(shù)據(jù)生產快速和數(shù)據(jù)處理快速，同時越來越多的數(shù)據(jù)挖掘趨于前端化，需提前感知預測并直接提供服務對象所需要的個性化服務。

3)Variety(多樣)。大數(shù)據(jù)時代下的數(shù)據(jù)格式越來越多樣化，涵蓋了文本、音頻、圖片、視頻等不同類型的數(shù)據(jù)。目前，全國地質資料館的數(shù)字資源主要包括早期紙介質地質資料數(shù)字化后的電子數(shù)據(jù)，以及近年來通過信息化手段制作的電子地質調查成果資料，這些電子數(shù)據(jù)從類型劃分包括文檔數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)表格和數(shù)據(jù)庫文件，從空間數(shù)據(jù)類型分為矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)等，同時這些數(shù)據(jù)專業(yè)分類也很廣，包括區(qū)域調查、礦產勘查、海洋地質調查、物化遙勘查、水工環(huán)勘查、地質科學研究、技術方法研究等相關專業(yè)。

4)Value(價值)。海量的地質調查成果數(shù)據(jù)是投入了數(shù)以萬計的人力和財力完成的，其包含的社會價值和經濟價值無法估量，因此需要對這些珍貴的館藏地質調查成果數(shù)字資源開展安全、有效地存放與保管，確保數(shù)字資源本身的安全、長期可用和高效利用等[4-7]。

2 地質資料數(shù)字資源管理保障體系建設

全國地質資料館作為國家級地質資料館藏機構，除需要保證數(shù)據(jù)本身的安全外，還需要滿足資料數(shù)據(jù)的接收、查驗、整理、加工和服務應用等基本業(yè)務，因此建設一套管理保障體系非常必要。建設內部物理隔離符合保密要求的工作網絡，可以保障工作業(yè)務流和數(shù)據(jù)復制所需的基礎網絡；建設核心業(yè)務存儲體系，可以保障館藏的原始匯交數(shù)據(jù)、服務應用的館藏成品數(shù)據(jù)以及相應的加工過程數(shù)據(jù)和備份數(shù)據(jù)所需的存放空間；建設核心業(yè)務數(shù)據(jù)備份體系，可以保障在應急和重大災害發(fā)生時重要數(shù)據(jù)的安全、有效可用；建設用戶訪問控制體系，利用技術手段確保信息數(shù)據(jù)的安全，可以保障館藏地質資料數(shù)據(jù)信息的安全，有效保障國家重要信息不被泄露[8-10]。

2.1 管理保障體系建設原則

地質資料核心業(yè)務環(huán)節(jié)包括資料的接收、管理、加工和服務等，如果各部門獨立建設相應的數(shù)字資源保障體系，勢必存在重復建設和業(yè)務流銜接不順等問題，因此地質資料數(shù)字資源管理保障體系的建設既需滿足高效、安全、穩(wěn)定、綠色的管理，進行統(tǒng)一建設、統(tǒng)一運行，又能根據(jù)業(yè)務工作不同而相對獨立運行[9]。管理保障體系在建設過程中，嚴格開展頂層架構設計，須遵循以下幾點原則：①借助信息技術手段，利用大數(shù)據(jù)、云計算技術打造高效管理、高效利用、高效服務為基礎的數(shù)據(jù)資源管理保障體系；②利用網絡技術和存儲技術打造安全的數(shù)據(jù)實體保障體系；③存儲和備份技術相結合，詳細規(guī)劃備份策略，構建高效、可靠穩(wěn)定的數(shù)據(jù)備份安全保障體系；④嚴格根據(jù)計算機信息安全的有關規(guī)定，完善相關策略和管理機制，開展數(shù)據(jù)信息安全的防護體系建設。

2.2 管理保障體系組成

地質資料數(shù)字資源的業(yè)務管理工作包括接收、整理和服務等，進一步可細分為匯交、接收、驗收、入庫、保管、加工、借閱和在線服務支撐等流程，這些流程之間環(huán)環(huán)相扣、承上啟下，由不同的職能部門承擔相應的業(yè)務工作[8]。針對以上業(yè)務工作，地質資料數(shù)字資源管理保障體系可有以下部分組成。

1)網絡保障體系。網絡保障體系是地質資料數(shù)字資源管理的基礎條件，由于館藏地質調查成果資料數(shù)據(jù)中含有大量涉密信息，因此該網絡體系的建設需要嚴格依據(jù)涉密網絡標準進行建設，即該網絡既需要滿足管理業(yè)務有序開展，又要保障信息數(shù)據(jù)的安全可控。

2)數(shù)據(jù)支撐保障體系。數(shù)據(jù)支撐保障體系是地質資料數(shù)字資源管理的核心條件，館藏的原始數(shù)據(jù)、成品數(shù)據(jù)和加工過程的臨時數(shù)據(jù)等全部由該體系提供支撐和保障。

3)數(shù)據(jù)安全保障體系。數(shù)據(jù)安全保障體系不僅需要保障地質資料數(shù)字資源的存放安全，也要保障館藏地質資料數(shù)據(jù)的信息安全，因此需要建立一套有效的數(shù)據(jù)備份體系和信息安全防護體系。地質資料數(shù)字資源管理保障體系架構圖見圖1。

圖1 地質資料數(shù)字資源管理保障體系架構圖

2.3 管理保障體系建設意義

地質資料數(shù)字資源在具有資料屬性外，還具有極高的歷史檔案性，因此保管并利用好地質資料數(shù)字資源，是對數(shù)以千萬的地質工作者的智慧結晶發(fā)揚和傳承，也是對國家基礎建設和社會發(fā)展提供有力保障。建設一套先進、高效、穩(wěn)定的地質資料數(shù)字資源管理保障體系，是現(xiàn)階段地質資料工作的核心任務之一，也是館藏機構所面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展機遇。利用大數(shù)據(jù)和云計算技術，推動傳統(tǒng)的地質資料業(yè)務流程向信息化轉變，可對現(xiàn)有地質資料數(shù)字資源進行充分整合、挖掘和進一步開發(fā)利用。同時在歷史檔案管理的層面，利用信息化技術手段切實保障地質資料數(shù)字資源的安全有效和電子數(shù)據(jù)的長久保管；在推進地質資料社會化服務層面，通過大數(shù)據(jù)分析手段結合地質資料數(shù)字資源的規(guī)范化、標準化建設，可進一步提高地質資料數(shù)字資源的綜合利用及社會化服務保證能力。

3 地質資料網絡保障體系建設

網絡技術的高速發(fā)展，徹底改變了傳統(tǒng)的辦公與管理模式。由于地質資料的涉密屬性，各級館藏機構應根據(jù)地質資料數(shù)字資源的特點，將網絡建設為內、外網分開的網絡體系。內部工作網絡為物理隔離，并參照涉密網絡進行建設管理，主要實現(xiàn)地質資料數(shù)字資源的接收、管理和加工等主要業(yè)務工作；外部網絡用于互聯(lián)網門戶發(fā)布服務支撐，實現(xiàn)地質資料數(shù)字資源的傳播、共享、查詢和在線編輯等功能[9]。

以全國地質資料館為例，其內部網絡須滿足數(shù)據(jù)的生產、加工和保存使用，并建立為三層網絡結構，第一層為主干網絡，實現(xiàn)各部門之間的鏈路聯(lián)通，同時在主干網絡環(huán)境中完成建立域樹的主域框架、核心存儲、核心備份、統(tǒng)一用戶身份管理和計算機安全等系統(tǒng)，為部門級子域提供必備的基礎支撐環(huán)境；第二層為各部門工作服務支撐及相應設備使用，主要連接各部門級子域控制器、存儲設備和服務器設備；第三層為日?？蛻舳藢?shù)據(jù)加工處理使用，同時該網絡主干鏈路須滿足保密要求，因此利用光纖鏈路來提供基本支撐，房間內需專人管理利用屏蔽線提供客戶端的網絡鏈路保障。

4 地質資料數(shù)據(jù)支撐保障體系建設

截至2017年1月底，全國地質資料館館藏數(shù)據(jù)單套已經達到160.9 TB，全年單套數(shù)據(jù)的增長量超過54 TB，隨著新技術的不斷更新完善，匯交至全國地質資料館的地質資料數(shù)字資源占用空間不斷大幅增長，因此急需相應規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)來存放數(shù)據(jù)。由于地質調查成果記錄的內容既是自然科學的成果記錄，也是歷史檔案的真是記錄，更是文藝表現(xiàn)的一種形式，其特點與其他行業(yè)完全不同，同時地質資料數(shù)字資源的組成是各類非結構化的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)的格式、類型、文件的大小以及文件的結構等電子數(shù)據(jù)是非統(tǒng)一的。如何提高存儲系統(tǒng)的使用效率，保障高效、便捷的獲取地質資料數(shù)字資源，那么可以通過合理的文件層級與文件系統(tǒng)對存儲設備進行劃分和管理，同時結合閃盤結構的存儲技術，對現(xiàn)有的存儲系統(tǒng)進行閃盤與傳統(tǒng)硬盤結合分層使用，頻繁讀取的數(shù)據(jù)遷移至閃盤使用，讀取頻率低的數(shù)據(jù)存放在傳統(tǒng)硬盤里，借助成熟的信息技術提高不同層級的用戶高效便捷獲取到地質調查工作的成果，實現(xiàn)地質資料的社會價值。

于此同時在建設支撐保障體系中，需要建設一套相對集中的存儲系統(tǒng)可有效充分利用存儲系統(tǒng)，避免重復采購，降低多套設備的運行維護費用。由于地質資料數(shù)字資源的的數(shù)據(jù)價值極高，因此在支撐保障體系中必須建立相應備份系統(tǒng)，通過詳實制定的備份策略實現(xiàn)更加便捷高效的數(shù)據(jù)備份，多樣化的保障數(shù)字資源的安全有效。在制定備份計劃是，應做到詳細和精準以最短的時間完成完整的備份，縮短備份周期有效提升備份成果數(shù)據(jù)的準確和完整性，同時建立差異化備份機制建設在備份周期內的數(shù)據(jù)變量，截至目前用于保障數(shù)據(jù)支撐安全備份計劃已經達到56項任務，總計備份數(shù)據(jù)量達到310 TB備份，周期為1個月，使用近120盤磁帶完成，存儲系統(tǒng)和備份系統(tǒng)相結合充分保障了地質資料數(shù)據(jù)支撐的必備基礎，實現(xiàn)數(shù)據(jù)具有極高的完整性、安全性和有效性等[11-13]。

在建設數(shù)據(jù)支撐保障系統(tǒng)的存儲系統(tǒng)中，經過數(shù)年的是實際測試和使用，建議采用分布式NAS(網絡附屬存儲)存儲系統(tǒng)，該存儲系統(tǒng)具有控制單元無容量和節(jié)點限制的特點，便于后期的擴容及維護工作。同時，由于存儲設備投入經費較大，無法一次性滿足設計需求，因此需要根據(jù)需求進行逐年擴容。分批采購存儲設備具有以下優(yōu)勢：首先電子設備存在老化情況，分批采購有利于保持設備的綜合性能穩(wěn)定；其次如果按前期設計一次采購到位，存儲空間空閑，造成無形的浪費。

5 地質資料數(shù)據(jù)安全保障體系建設

地質資料數(shù)據(jù)安全保障體系首先要保障網絡安全，在網絡環(huán)境中保障數(shù)據(jù)信息流轉的安全，其次為利用備份技術保障數(shù)據(jù)存放安全，最后需要對整體數(shù)據(jù)的信息安全提供相應保障體系[9，14-18]。

5.1 數(shù)據(jù)安全保障措施

全國地質資料館館藏資料數(shù)字資源分為原始數(shù)據(jù)、成品數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)、備份數(shù)據(jù)和公共服務數(shù)據(jù)幾部分。根據(jù)數(shù)據(jù)內容、重要性、讀取的頻率和管理的便捷程度，將數(shù)據(jù)存儲位置劃分為三類：第一類為相對重要的原始數(shù)據(jù)和成品數(shù)據(jù)，存放在容量較大、穩(wěn)定性高的專業(yè)存儲設備中；第二類為日常工作處理的加工數(shù)據(jù)，存放在小型專業(yè)存儲設備中；第三類為備份數(shù)據(jù)和公共服務數(shù)據(jù)，存放在服務器自有存儲設備中。

根據(jù)數(shù)據(jù)的占用量，以備份速度為參考，詳細制定完整的備份策略，全局備份和差異化增量備份相結合，有效保障數(shù)字資源的安全。全局備份由于數(shù)據(jù)量大，完成一次備份時間周期長，因此以季度為單位開展備份工作，與差異化增量備份相結合，對全局備份期間的增量進行補償備份，確保整體數(shù)據(jù)的安全有效。差異化備份是以完成的全局備份為參照，對全局備份周期內的數(shù)據(jù)變化進行比對和補充備份，確保在全局備份周期內進行的數(shù)據(jù)獲取、處理和應用的過程是安全可靠的，實現(xiàn)全覆蓋的數(shù)據(jù)安全保障。

5.2 信息安全保障措施

保障地質資料數(shù)字資源信息安全，首先需提高管理人員保密技術水平和保密工作意識，自身技術水平提高可有效阻止外來技術入侵，切實保護國家秘密不被泄露。

依據(jù)數(shù)據(jù)的重要程度，在加工區(qū)域參照涉密辦公環(huán)境進行建設與管理，并制定相應的保密工作制度，張貼在辦公區(qū)域明顯位置，起到宣傳警示作用，提高全員保密意識，并參照制度中的相應內容進行嚴格管理與控制，管理涉密辦公環(huán)境外來人員的進出，嚴控存有涉密信息的移動存儲設備的使用范圍；嚴控涉密計算機插入非指定移動存儲設備，做到涉密移動設備只在涉密計算機上使用，非涉密移動設備只在非涉密計算機上使用；嚴格區(qū)分涉密網絡與非涉密網絡的工作區(qū)域，有效防止涉密計算機設備非法接入互聯(lián)網的可能性。

不定期組織計算機涉密自查工作，對所有進行內部數(shù)據(jù)加工的計算機開展移動存儲設備的檢查、木馬病毒的檢查、操作系統(tǒng)安全漏洞的檢查等工作；利用相應軟件技術嚴格控制所有接入內部工作網絡的計算機，做到未經授權用戶無法使用任何移動存儲設備接入計算機，無法使用任何刻錄設備進行光盤的寫入；加強工作環(huán)境的管理與劃分，做到工作區(qū)域無任何互聯(lián)網連接端口，互聯(lián)網區(qū)域無任何內部網絡端口；與數(shù)據(jù)加工的人員簽訂保密承諾書，加強保密工作的培訓，做到從思想上提高保密意識，從行動上杜絕泄密事件發(fā)生。

在提供地質資料數(shù)字資源服務時，確保數(shù)據(jù)處理的過程僅在涉密網絡環(huán)境中進行，如需開展文件和圖件打印需建立獨立的文印機房。日常工作中產生的廢棄文件、圖件、光盤等含有工作內容的載體，進行嚴格控制，集中統(tǒng)一銷毀并有相應的記錄。個人持有的涉密文件信息資料全部存放在涉密服務器中，不得進行單獨存放。信息安全重于泰山，做好地質資料數(shù)字資源的信息安全管理和保障，是資料工作的重要責任，保護了國家的重要秘密。

6 結 論

大數(shù)據(jù)時代下的地質資料數(shù)字資源管理保障體系，促進了數(shù)字地質成果資料的規(guī)范化采集和信息化管理，有力的支撐了國家地質資料數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)發(fā)布應用，推動了地質資料工作的全流程信息化轉型，是新時代下經濟社會信息化發(fā)展的需要。同時對地質資料管理機構來說，既是發(fā)展機遇，又是嚴峻的挑戰(zhàn)。地質資料工作者應當迎接挑戰(zhàn)，抓住機遇，通過大數(shù)據(jù)技術手段，深層次挖掘地質資料數(shù)字資源中蘊含的豐富的地學知識，滿足國家經濟建設日益增長的不同需求，深度挖掘地質調查成果資料中涵蓋的知識價值、經濟價值和歷史檔案價值，在國家經濟建設中充分發(fā)揮其基礎信息數(shù)字資源的服務支撐保障能力[17-18]。

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Research on digital resources management and security system of geological data in big data

KONG Zhaoyu1，2，LI Chenyang1，2，F(xiàn)AN Lin1，2
(1.Development and Research Center，China Geological Survey，Beijing 100037，China；2.National Geological Archives of China，Beijing 100037，China)

The construction of the national geological data center makes it more convenient for the public to obtain and use the data of geological data.It can be used as the national data resources for the country，and it can be used as the national data resources for large-scale and large-scale data resources.Economic construction to provide basic information on digital resources protection.This paper studies the construction of the digital resources management and assurance system of geological data，analyzes the basic situation of digital resources，and discusses the protection of digital resources from the aspects of network layer，efficient use of data and long-term storage technology，and discusses the construction of data security system.Digital resources management and security system can effectively promote the geological information management and protection of information technology.

geological data；big data；digital resource；security system

2017-02-15

中國地質調查局項目“全國地質資料匯聚與數(shù)據(jù)整理”資助(編號：121201004000150018)

孔昭煜(1981-)，男，工程師，主要從地質資料信息化基礎設施建設與研究工作，E-mail：Kzhaoyu@mail.cgs.gov.cn。

C931.2

A

1004-4051(2017)04-0073-05