中亚中比例尺地质数据集成中的若干问题

蔡青山，张彦平，贾建江，李云鹏

（1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆乌鲁木齐830047；2.新疆中亚造山带大陆动力学与成矿预测重点实验室，新疆乌鲁木齐830047；3.新疆地矿局信息中心，新疆乌鲁木齐830000）

·地质与矿业工程·

中亚中比例尺地质数据集成中的若干问题

蔡青山*1,2，张彦平1,2，贾建江2，李云鹏3

（1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆乌鲁木齐830047；2.新疆中亚造山带大陆动力学与成矿预测重点实验室，新疆乌鲁木齐830047；3.新疆地矿局信息中心，新疆乌鲁木齐830000）

中亚造山带丰富的矿产资源皆延伸到新疆，传统地质制图方法往往无法有效的整合多源、多尺度的复杂地质信息数据。随着GIS理论与地质理论的应用和发展，大量研究实践表明，地质工作已发生实质性改变，即以信息化集成技术代替传统地质制图方法。以ArcGIS为平台构建中亚中比例尺地质数据集成系统为例，为新疆大规模矿产勘查提供技术支撑和导向，旨在说明数字环境下中比例尺地质数据集成过程中出现的若干问题及原因，并且分析了日后地质数据集成系统的发展问题。

中亚造山带；新疆；ArcGIS；地质数据集成

1 中亚地质数据在中亚造山带的作用与意义

中亚位于欧亚大陆腹地核心，北抵西伯利亚大草原南缘，南与伊朗、阿富汗接壤，东与我国新疆为邻，西至里海和伏尔加河，具有显著的区域特色[1]。数据库的集成跨越了哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土库曼斯坦和中国的新疆维吾尔自治区，其独特的地理位置因素已受到世界各国尤其是亚洲国家的普遍关注，比环太平洋、喜马拉雅—阿尔卑斯等世界级造山带更为复杂多样[2]。

10亿年来的陆壳演化，多个古岩石圈板块的相互作用造就了天山造山带，并聚集了丰富的矿产资源，造山带形成后又经历了中生代长期的剥蚀、夷平和新生代的强烈再造山改造。其大型—超大型矿床多期多阶段富集特征明显，是全球矿产资源潜力最大的区域[3]，基底的成矿预富集作用对大型—超大型矿床的形成具有重要意义，中亚造山带成矿类型丰富，成矿机制多样，成矿过程复杂，不能被其他造山带成矿模型所涵盖。因此自20世纪80年代以后，通过各种形式的国际合作，将中亚造山带作为一个整体进行研究的高潮叠起且至今不减的原因。

新疆地处中亚腹地，是我国和中亚各国联接的重要陆上通道，且中亚造山带（CAOB）中的各个主要的成矿带几乎都延伸到新疆。中亚中比例尺的地质数据集成，可为中亚造山带提供科学的数据依据，并能从整体上正确认识新疆地质演化、矿产分布及其形成规律，为以后开展大型矿产普查与矿产预测提供支持，特别对于加快矿产资源集中区成矿带整体研究与勘查技术水平。

在“十一·五”、“十二·五”期间，通过国家“973”计划和科技支撑计划的实施，依据收集到的境外数据和资料，建立的关于中亚地质数据的空间数据库。本文以此为基础，从信息科学与空间数据集成的角度，探讨数字环境下中亚中比例尺地质数据集成过程中出现不一致性问题及其相关原因，以及日后地质数据集成发展问题。

2 目前存在的问题

2.1 数据集成中若干问题

随着地质资源数据的多方收集、信息数字化的开展，根据数字化成果进行地质信息空间数据的集成成为本次实践任务的重要组成部分。其基本思路是在收集大量以中比例尺图件为基础地质信息资料及相关地质说明书的前提下，利用ArcGIS为技术平台，在数字环境中通过对地质资料进行简单的地质要素提取、化简、概括和叠加。为满足新疆大规模矿产勘查及矿产资源预测的需要、中亚中比例尺地质图空间数据库建设，于十一五期间收集中亚1∶20万、1∶50万中比例尺地质矿产标准图幅各680幅、92幅，用于数字化采集和空间数据集成工作。中亚中比例尺地质数据的集成过程如图1所示。

图1 中亚中比例尺地质数据的集成过程示意图

这个过程中的第三个阶段是集成地质信息空间数据的关键环节。虽然GIS技术已不断走向成熟，然而，由于各种地质图信息的不确定性，以及地质因素之间相互作用的复杂性，基础资料的有效处理一直是困扰中亚中比例尺地质信息空间数据集成系统的一道难题。

在地质数据集成的过程中，项目所要收集的资源和信息范围广、种类多、数量大。特别是中亚地质数据库跨越了6个国家，如何能把多个国家的地质数据信息组织结合在一起，是一个相当大的空间数据处理任务。而且这些资料大部分来源于不同的单位（即使同一单位又涉及不同的部门、不同版本以及不同的软件），因此如何有效地收集和组织数据材料是一项非常基础又很繁重的工作[4]。根据已有的资料（引用文献）和项目实践证明，各国地质图信息制造者（制图者）是最大的挑战：由于不同的解译方法、可变的数据输入、描述概括和绘图质量技术方法的不一致，都会导致地质图叠加的不一致。

数据库（图形数据，属性数据，关系数据）是Arc-GIS系统运行的基础，其逻辑一致性、数据完整性、空间准确性关键在于数据的内容及其关系的挂接程度。在此次中亚中比例尺地质数据集成系统的实践中，针对上述情况出现的典型问题总结如表1所示。

表1 中亚地质数据集成问题一览表

2.2 数据集成中问题实例

问题a：可变的数据输入、描述概括对同一地质实体有不同的空间形态、结构和细节。由于客观的“可变”差异会产生一些不一致的地层界线，图2中选中区域的二叠（P2）左侧边界和泥盆纪（D3kru）右侧边界应该是对接在一起。

问题b：各国地质图信息制造者（制图者）对地质实体的认识不统一。图2上侧是γPz3?Ⅲ，下侧是γαC2同样是花岗岩，但是两侧的地质学家对其命名不一致（花岗岩时代不一致，其成分也不一致)。

问题c：地层不一致，图2的上侧二叠（P2）和下侧石炭（C1b）应该对接起来。对于这种在关键地史时期地层划分不一致的问题，应进行综合研究、分析各种数据资料。

如上所述，如何保证空间数据的逻辑一致性、数据完整性、空间准确性是影响一个集成数据库优劣的重要因素，为确保其科学性、有效性，数据集成人员应尽最大可能确保数据库的高质量。既然人为因素是主导，那么怎么去消除或者减弱人为的不良影响呢？毕竟，在一个短暂的时间内，地质信息制造者（制图者）都是根据当时的任务去完成的地质填图[5]，可以达到他们既定的目标。但是，如果把这些根据各自任务完成的地质图叠加在一起时，就会出现一些明显不一致的岩层类型。在以后这个不一致的问题可能会被解决，但一定会花费大量的时间和精力去研究这个不一致性，因而有个原则或标准是很亟需必要的。随着社会对各类地学数据库的需求，我们应严格按照符合我国实际、并与国际标准接轨的地质空间信息的有关技术标准。

图2 中亚地质数据集成过程中部分不一致问题

3 解决方案

3.1 现状

（1）与国家基础地质数据相比，中亚中比例尺地质数据的集成具有如下特点：内容丰富，信息传输效率低；信息老化速度快；数据生产与更新的周期长、费用高；各个国家多使用独立的平面参考系统，造成不同国家的地质数据参考基准不一致。

（2）就地质数据的覆盖和质量状况而言，发达国家明显好于发展中国家。数字式地质数据正在成为地质信息的主导形式，但其标准化则相对落后。集成的矢量信息易于被用户所接受，成为当前的最主要数据形式。

（3）中亚中比例尺地质数据的集成方面存在着不少问题，主要是：地质数据现势性差，可用性低；各国地学发展不平衡，多数国家用于数据生产和更新的资金投入严重不足；数据生产和提供的现状仍然不能满足应用的需求。在中亚地质数据的共享上，一方面，经常缺乏实用性高的数据；另一方面，已有数据并没有得到充分有效的利用，重复性生产现象十分严重。

就基于ArcGIS的中亚中比例尺地质数据集成而言，空间基础地质数据依然是制约其发挥实际效应的“瓶颈”。在许多国家，重硬软件、软数据和重建立系统、轻实际应用的现象依然存在[6]。与此次项目一样，我国当前的数字地质数据集成系统也缺乏宏观的规划和引导。

3.2 解决方法

从地质科学与信息科学角度分析，地质信息的积累与管理是一项永无完结的工作[7]，远非仅仅是在数字化环境中对地质信息进行简单的要素提取、化简、概括和叠加，而是要从地质的角度出发，重点要实现年代地层与岩石地层相结合的原则，在野外验证、遥感技术和图幅柱状图对比等方面对问题进行处理，才能创建出符合实际地质情况的地质信息数据系统。在集成空间数据时，图形数据会出现地层缺省、赘余等问题，应进行必要的拓扑错误检查、拓扑重建来实现地层归并、简化、综合取舍和补充新资料。

针对上述问题，主要对策如下：

（1）针对地质单元逻辑不一致性问题，主要是从地质方面出发，参照地质图、相关图例说明及地层对比资料，并辅以遥感数据进行修改。

（2）针对数据完整性问题，应充分了解中亚各国当前地学发展水平，分析中亚各国地质数据的精确性和可靠性。在此基础上，应根据我国的实际需求，重新定义数据精度的比例尺。

（3）针对空间准确性的问题，用已有的大—中比例尺地质图进行校正修改。出露好的地方也可用遥感图对比进行补充。空间数据库的存储最好是由一个相对了解项目地层情况的地质团队完成，这样就不会出现技术方法上的差异。

4 地质数据更新与发展

对于地质地层方面而言，空间数据库的建立相对困难和缓慢，如何保证这些地质信息数据的现势性，实现信息实时更新，满足国家建设和社会发展的需要，成为每一个地质行业部门目前迫切需要解决的重要问题。

空间数据库更新不同于初始的数字化建库，它需要利用各种来源的现势性[8-9]数据资料，确定地理要素的范围变化和属性变化[10-11]。本文数据集成建库所用软件是ArcGIS9.3，人机交互是数字环境下制图关键。因而，数据更新并非是计算机软件盲目自动的进行数据更新，而是要充分发挥人的决策力，对地质现象、地理信息进行总结、增删、变更等，最好达成以“以人的主观决策为主，计算机数据处理为辅”的最佳原则。前人（蒋捷，2000；陈军2004；Snjezana Mihalic，2005；何新东，2008）根据资料来源的不同，总结出三类数据库更新机制，同样适用于本次地质信息空间数据库的构建：

（1）基于影像的综合判别更新。为了保证影像与数字地图之间相对精确，对照影像与地图添加“新地物”，删除或修改老（或变更的）地物是必要手段；

（2）基于大—中比例尺数据更新小比例尺数据的缩编更新；

（3）基于野外地质调查与专题研究相结合的数据更新。

其中，由于中亚的1∶20万、1∶50万数据资料收集比较齐全，在这次构建中亚地质信息空间数据库中，主要是利用中比例尺数据更新小比例尺数据，在此基础上辅以数字化大比例尺新成果数据资料，使其空间数据库的建立尽善尽美。

5 结论

中亚中比例尺地质空间数据集成是根据要素实体数据（空间数据）和属性数据（非空间数据）相结合的思想，达到空间数据库的逻辑一致性、空间准确性和数据完整性的原则。本文主要特点是在数字环境下解决地质空间数据集成过程中出现的相关问题，提供现势性好、实用性强的地层数据和与之相匹配的属性数据一体化[12]的中亚地质信息空间数据数据库，能够最大限度满足国家对各种现代区域地质信息集成的需求。这个由海量中比例尺数字地质数据集成的小比例尺数字地质图所构建的空间数据库，方便而又高效地为各种空间分析提供准确的空间数据，既能满足复杂的、具有不确定性结构的环境分析、预测和过程模拟能力的要求，又能为地球科学研究、国民经济建设和社会可持续发展提供最新的图件和地质信息，为实现基础性、公益性地质调查工作成果的社会共享奠定基础，具有十分很重要的科学意义和使用价值。上述谈到的几个问题，只是作者在“十二·五”中亚中比例尺地质数据集成项目过程中研究的部分成果的总结，这项工作还在继续进行，还有一些问题需要解决。

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[3]肖文交,舒良树,高俊，等.中亚造山带大陆动力学过程与成矿作用[J].新疆地质，2008,26(1):4-8.

[4]何新东,宋迎昌,王丽明.GIS在区域规划中的应用初探[J].地理信息世界,2008.

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[9]蒋捷,陈军.基础地理信息数据库更新的若干思考[J].测绘通报,2000(5):1-3.

[10]赵仁亮,陈军,王东华,等.数字环境下的数据缩编更新方法[J].地理信息世界,2008.

[11]蒋捷,赵仁亮.对空间数据库更新进展的思考—空间数据库更新专题前言[J].地理信息世界,2008（11）.

[12]梁建国,李峰.城市三维GIS中的海量数据组织方法[J].测绘科学,2012,37(6):91-93.

The Several Issues about the Medium Scale Geological Data Integration of CentralAsia

CAI Qing-shan1,2,ZHANG Yan-ping1,2, JIAJian-jiang2,LI Yun-peng3
(1.Geology&Mining Engineering Institute of Xinjiang University,Urumqi Xinjiang 830047,China;2.The Key Laboratory of Central Asian Orogenic Belt Continental Dynamics and Metallogenic Prediction,Urumqi Xinjiang 830047,China;3.The Information Centre of Xinjiang Geology and Mineral Resources Bureau, Urumqi Xinjiang 830047,China)

The mineral resources of central Asia orogenic belt all extended to Xinjiang,so the traditional geological mapping method often cannot effectively integrate multi-source and multi-scale complex geological information data.With the application and development of GIS theory and geology theory a large number of practical shows that the geological work has been a substantial change that means information integration technology instead of traditional geological mapping method.Taking building the medium scale central Asia geological data integration system on the basis of ArcGIS as an example the paper provide technical support and guidance for large-scale mineral exploration in Xinjiang,its aims to explain some problems and causes in the process of the medium scale geological data integration in digital,and analyzed the development of the geological data integration system in future.

central Asian orogenic belt；Xinjiang；ArcGIS；geological data integration

P623

A

1004-5716(2015)11-0081-05

2014-11-06

2014-11-27

国家“十二·五”科技支撑计划项目（编号：2011BAB06B08）中的成果。

蔡青山（1989-），男（汉族），甘肃武威人，新疆大学地质与矿业工程学院在读硕士研究生，研究方向：矿产普查与勘探。