中南馆藏地质资料图形管理系统的设计与实现

李　　莉，庞迎春，李继涛，杜小红，邓艳丽

LI Li，PANGYing-Chun，LI Ji-Tao，DUXiao-Hong，DENGYan-Li

（中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉430205）

（Wuhan Center of China Geological Survey，Wuhan 430205，Hubei，China）

中南馆藏地质资料图形管理系统的设计与实现

李莉，庞迎春，李继涛，杜小红，邓艳丽

LI Li，PANGYing-Chun，LI Ji-Tao，DUXiao-Hong，DENGYan-Li

（中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉430205）

（Wuhan Center of China Geological Survey，Wuhan 430205，Hubei，China）

为实现对中南地区馆藏地质资料进行统一管理，提高地质资料共享的效率，以更好的为社会经济发展服务，中国地质调查局武汉地质调查中心资料馆开发了馆藏地质资料图形管理系统。该系统可以实现全部馆藏图形数据的入库，便于全面摸清中南馆藏地质资料图形数据的种类、类型。通过使用这一系统，借阅者根据不同需要选择检索的内容，可以实现地理要素、地质要素、矿产地、地质灾害、属性信息等综合检索。同时用户根据不同的权限，可以调阅、导出和打印图形数据。该系统的研发工作，实现对已有数据库信息的统一管理，为地质工作安排提供基础资料，为有利勘探目标的选取和评价工作提供资料管理服务。

地质资料；图形管理；系统设计与实现

1　引言

多年来，我国开展了大量的地质调查工作，取得了宝贵的地质资料数据，随着地质调查信息化程度的不断提高和信息化建设的深入，经过多年的信息化工作积累，建立了一大批地质调查数据库，覆盖了地质调查的各个专业，这些数字化的地质资料数据是地质调查工作的宝贵财富和数据基础［1-3］。虽然针对不同的数据，也分别建立了相关的数据管理系统，用来管理和维护相关的数据库信息。但不同系统都只针对单一的数据库进行管理和维护，且每个系统所采用的开发语言、地理信息系统环境都不尽相同，从而使得不同系统产生的数据结果无法快速融合。

目前中南馆藏的基础地质调查资料数据仍是按照当时资料形成时的格式进行存储，数据种类多，数据格式与属性类型杂乱，不宜管理，不方便提供服务，也不利于成果的有效提取，同时还增加了数据提取的复杂性与成本。为了更好的管理这些来之不易的地质资料图形数据，利用大型GIS软件与网络存储设备，对地质资料图形数据进行集中管理，特别是对不同比例尺区域地质图、地质图空间数据库（1∶500万、1∶250万、1∶50万、1∶25万、1∶20万、1∶5万、）、不同比例尺地理底图（1∶500万、1∶400万、1∶250万、1∶50万、1∶25万、1∶20万、1∶10万、1∶5万）、其他专业空间数据如化探、重力、水工环、自然重砂、工作程度数据库、遥感及各种类型的栅格图像等进行集中存储、统一维护、管理与服务。目前，迫切需要加强这方面的工作，充分发挥大型海量空间数据管理系统MAPGIS、ArcGIS、ArcIMS、ArcSDE的功效，使其为用户提供服务。

因此，建立一套统一的图形数据管理系统，综合管理各类数据库的数据信息，并提供各数据库之间的空间及属性信息检索及成果输出功能，显得尤为重要［4-5］。建成后的系统，会极大的方便数据库的管理及信息提取工作，为地质工作成果的社会化服务做出更大的贡献。中南馆藏地质资料图形数据管理系统的研发工作，实现对已有数据库信息的统一管理，为地质工作安排提供基础资料，为有利勘探目标的选取和评价工作提供资料管理服务。

2　系统设计

2.1系统架构

中南馆藏地质资料图形数据管理系统采用面向服务的软件设计思想，将系统中的功能模块以服务组件的方式向用户提供，用户可以对服务组件进行配置和组合来定制用户想要完成的功能。多层的软件架构可以很好的划分系统的各个层次，将各个层次的目标和专注对象集中在某一个或少量的几个方面，可以很好地保证系统的松耦合、高内聚的特点。系统采用应用实现层、模型层、支撑层、数据库层、基础设施层等5层体系结构来完成数据库产品的管理需求。

（1）应用实现层：包含了中南馆藏地质资料图形数据管理系统中的所有功能模块，包括入库，查询，打印输出等功能。

（2）模型层：是建立在MapGIS K9开发平台以及Access数据库基础之上的模型和算法库，提供MapGIS格式文件显示、Access数据库信息快速获取以及MapGIS格式文件生成等功能的基本算法接口，以及各种查询功能等。

（3）支撑层：采用MapGIS K9平台来支撑整个系统。

（4）数据层：对系统中所使用和生成的数据进行数据展示。主要的数据包括：中南区1：50万、1：25万、1：20万、1:5万基础地质图、地形图、遥感影像、Access等空间数据库等。

（5）基础设施层：包括计算机，打印机，交换机等硬件设施。

2.2关键技术

2.2.1多源异构数据集成

中南馆藏地质资料图形管理系统的研建所涉及的数据种类繁多，包括非空间数据和空间数据。在不改变各个数据正常生产运行的情况下，整合这些数据库、属性表等非空间数据和空间数据，统一管理这些数据成为一个复杂的问题，要求系统具有多源异构数据管理和集成的能力。

使用数据中心的GIS中间件技术有效管理N个数据仓库，即不改变原有的空间数据模型标准和数据表示方法，又通过数据管理器提供的异构数据的管理、层次化的目录树管理、可扩展的数据入库清洗机制与方法、支持URL和GUID协议的数据访问等功能，将不同类型的数据实现集成共享，并通过异构数据的视图来表现。中间模块操作转换是在源数据与处理后的结果数据之间有一个独立的处理模块，以接口方式与二者进行连接。中间件是一种独立的系统软件或服务程序，软件平台开发者规定系统内部数据的读写接口，通过内部的驱动程序完成对不同来源的数据的处理，从而实现了多种格式数据直接访问、格式无关数据集成、位置无关数据集成和多源数据复合分析，完成多源异构数据的无缝集成。数据仓库集成管理的数据有异构的空间数据和非空间数据，其中空间数据包括GIS软件支持的矢量数据（如：DWG、E00、Shape、Coverage、MapGIS等）和遥感影像软件支持的栅格数据（如：TIFF、HDF、TIF、JPG、MSI、IMG等），非空间数据表格数据（如：Access、excel等）。

GIS中间件集成多种数据源驱动，以注册的方式嵌入到数据中心集成开发平台中，当请求某种数据源时，GIS中间件动态加载所请求的数据源驱动。某种数据源的结构改变时，只须改变其数据源驱动，这样既不需要频繁地进行数据格式转换，又避免了很多重复性劳动。而且它允许用户在转换过程中重新构造数据，使用户可以根据其特定的要求，提取相同数据源不同层面的内容，而不是以单一的格式输入数据。

2.2.2数据仓库技术

数据仓库的目的是构建面向分析的集成化数据环境，为企业提供决策支持（Decision Support）。其实数据仓库本身并不“生产”任何数据，同时自身也不需要“消费”任何的数据，数据来源于外部，并且开放给外部应用。因此数据仓库的基本架构主要包含的是数据流入流出的过程，可以分为三层——源数据、数据仓库、数据应用。

2.2.3 TB级海量数据可视化

通过以关系数据库存储和管理海量三维数据的组织模式，对数据以分层、分块和LOD模型组织，借助高效通用的硬盘缓存、快速的数据索引以及高效的渲染引擎，实现支持TB级海量数据的快速显示与浏览。同时，支持单机模式与网络客户端对数据的快速加载、显示与浏览、查询和管理。TB级海量数据快速可视化主要表现在以下几个方面：支持TB级高程数据、影像数据的快速显示；支持多层影像数据无缝隙叠加显示，以及影像各种参数的快速控制与切换；支持对海量数据的快速浏览与跳转定位。

2.2.4灵活的搭建式开发技术

目前基于应用程序，一般可分为界面表现层、逻辑控制层，功能服务层和数据管理层等几个层次，数据中心是从界面表现到数据管理各个层面上实现搭建。其中，可视化的搭建配置管理和工作空间管理实现界面表现，工作流管理实现功能逻辑和业务逻辑的控制，功能仓库管理提供的功能仓库系统实现GIS基础功能和扩展功能服务，MapGIS提供的数据仓库系统实现对多源异构的空间数据和非空间数据的集成管理。

搭建配置管理是实现基于数据中心搭建应用系统的集成开发环境。利用集成设计器设计的每个解决方案都有一个解决方案资源管理器，包含初始化过程、系统菜单、工具条、弹出菜单、目录系统、界面角色等；通过属性编辑视窗中的关联场景、场景参数、URL、数据类型等属性配置好目录系统、系统菜单、工具条和弹出菜单；初始化过程可以直接从功能仓库中指定；属性编辑视窗中的数据类型属性是关联了配置的界面角色；属性视窗中的关联场景是配置了功能仓库中的功能插件；属性编辑视窗中URL属性遵循URL格式规范指定数据仓库中数据的存放位置，而不改变数据的存放格式。

3　系统开发

3.1系统框架搭建

3.1.1界面视图模块

中南馆藏地质资料图形数据管理系统是基于MapGISK9平台提供的数据中心设计器搭建，它是一个功能强大、开放式的平台，可针对目前的企业流程提供最佳化支援，并能灵活适应变化与发展。利用数据中心设计器，搭建系统的功能区，通过添加插件的方式添加系统的视图区，整个系统的界面展示见图1。

系统界面由菜单栏、功能子菜单、数据目录、状态栏，数据库视图，日志窗口，查询面板及地图视图窗口组成，各部分功能介绍如下：

菜单栏：显示系统的所有子系统模块，包括元数据管理、数据库管理、空间检索、视图显示、实用工具和帮助。功能子菜单：点击菜单栏可显示功能子菜单，列举了各子系统的详细功能，单击每个子项，可进入相应子项的具体操作的功能。状态栏：显示当前状态、鼠标位置处的坐标值。数据库视图：目录树视图，即数据展示的目录结构。日志窗口：日志管理，能够记录不同用户的登陆以及操作。查询面板：查询数据的窗口，能够按照不同的条件查询数据。地图视图窗口：直观地展现中南地区的地质调查数据。见图2。

对激励机制理解不全面。从企业的总体激励现状来看，员工对物质激励的兴趣比较大，企业呈现出一种总体向“钱”看齐的态势。这和企业片面认识、实行激励机制有很大关系，这源于企业中各种激励机制的不匹配。还有一些企业认为物质奖励可以替代一切精神奖励，这就忽视了企业领导者与员工情感的沟通，导致领导与员工关系渐渐疏远，甚至关系更加紧张，这都不利于企业的长远发展。

3.1.2元数据库设计

（1）元数据库建立

图1　中南馆藏地质资料图形数据管理系统界面Fig.1 Datamanagementsysteminterfaceofgeologicaldatain South CentralChina

图2　界面框架逻辑图Fig.2 Interfaceframelogicdiagram

基于MapGISK9数据中心平台的组件式，搭建式功能，开发了一套建立元数据库，扩展元数据字段的功能。

元数据库建立：建立一个元数据库，主要用于存放地质资料数据的元数据信息，再进行初始化连接。元数据字段编辑扩展：添加描述数据的字段信息并编辑，按需求编辑映射字段。

元数据表结构设计主要解决三个问题：多源数据访问一致性；表结构可扩展；数据安全控制。

（2）元数据存储

元数据表采用共享的模式，它们存储在同一个数据源下，所有用户根据不同的权限更新这些元数据表，可以对元数据表进行各种管理维护工作。为了保证元数据存储数据源灵活性，同时使元数据表具有空间索引特性，存储方式采取平台简单要素类模型，这种模型是在数据源之上的，操作时不必在意数据存储位置，只需关心各种逻辑操作即可，另外中间件模式让元数据的存储具有可扩展的特性。

（3）元数据表结构

4　系统功能

针对基础地质数据库管理信息系统的需求，该系统提供了三个不同的模块子系统，为数据库维护提供的多专业数据库管理模块；为用户日常查询提供的数据库检索查询模块；为地质工作决策提供的检索结果制图输出模块。数据库数据管理子系统：该子系统功能贯穿于中南馆藏地质资料图形管理系统的整个工作过程，用于管理不同数据库的数据对象，其功能包括后台设计，系统登录，数据入库，数据编辑，日志查询，权限功能等。数据库检索查询子系统：提供基础地质、矿产地分布以及地质灾害数据的检索查询。从地理范围角度，系统提供了图幅检索、范围检索、元数据检索、行政区检索以及鼠标交互选择检索等多种检索查询方式。从数据库属性角度，系统提供针对不同数据库的属性检索定制功能，允许用户定制需要检索的属性内容。此外，系统提供不同数据库之间属性的综合检索功能，为用户提供不同数据库中不同属性信息的综合提取及制图输出。数据库制图输出子系统：查询检索结果均可转换为MapGIS格式文件制图输出，系统以兰伯特等角圆锥投影作为默认的显示投影方式，同时提供多种投影方式供用户选择。除上述功能外，系统的用户界面要具有面向对象、面向用户的特点，强调简单、友好、实用及高度的交互性。

4.1系统登录

使用中南馆藏地质资料图形管理系统时，需登录界面，选择用户名和密码，点击“登录”进入系统。不同的用户名密码登陆使用的功能不同，充分保证用户数据的保密性。

4.2数据入库管理

根据系统数据库结构，可将系统管理的数据分为四类：地质图数据、地形图数据、遥感影像数据和ACCESS空间数据库数据。根据数据类型的不同，系统采用两种不同的管理方法：地质图数据、地形图数据是地质图数据系统对MAPGIS工程文件直接调用MapGIS二次开发接口实现数据的查询，并以图形化界面显示查询结果。系统提供数据路径的选择工具，允许用户选择不在本地的MapGIS工程文件。工程数据的系统库都在工程目录下，系统提供对该数据的显示和另存。对于地形图数据不同的格式有不同的管理方式，如e00格式的数据则是直接打开数据所在文件夹同时调用arcgis软件，而bil格式则是直接将数据添加到图层中；遥感影像数据是针对影像数据自带的配置文件，读取影像数据的信息，采集空间信息及属性信息，将这些信息录入到数据库中；ACCESS数据是对于以ACCESS格式存储的矿产地、工作程度等数据，系统开发基于ACCESS的二次开发接口，根据数据库中记录的经纬度位置或经纬度范围，实现ACCESS数据的检索查询。并调用MapGIS二次开发接口，将查询检索到的数据以图形形式表达。

4.2.1建立元数据索引

数据入库：数据可批量导入也可单个导入，实现不同比例尺标准分幅地质图件、标准分幅多种格式地形数据、遥感影像数据和ACCESS、DBF数据库空间数据的统一管理。实现数据入库关联excel：用户录入地质图等数据时，能够从excel表格中通过唯一字段来读取表格中的元数据信息填写到入库界面。元数据入库数据格式筛选：数据入库时可选择所需格式来进行筛选入库。

4.2.2元数据编辑

编辑已入库的数据，添加数据的描述字段；提供删除，批量修改等功能。

4.3数据查询

针对上述几类数据，数据库检索查询子系统分为数据库范围检索模块和数据库属性检索模块。系统提供2种检索方法，范围检索模块：提供多种数据范围选择方式，方便用户根据不同需要选择需要检索的地理区域，实现了图幅检索、范围检索、元数据检索、行政区检索、鼠标交互选择检索。属性检索模块：对数据库涉及的地理要素、地质要素、矿产地信息、地质灾害数据以及数据库属性等一系列数据进行专业属性检索。实现了地理要素信息检索、地质要素信息检索、矿产地信息检索、地质灾害数据检索、属性信息综合检索。

4.3.1拉框查询

拉框查询实现在地图视图中拉动矩形框对空间数据进行查询检索的功能。如果数据存在该空间范围内，就可以将该数据查询出来，见图3。

4.3.2交互式查询

交互式查询提供Access数据库的多空间、图层按照属性查询等。

4.3.3接图表查询

接图表查询：将不同的分类按照不同比例尺分别做出各自的截图表，每录入一条数据都会在接图表中显示，方便用户查看接图表的同时就能看到数据录入的整体情况，同时点击每个图幅号的接图表，则会查询出该图幅号有关的数据录入内容，见图5。

地质灾害图行政区查询：可通过点击地质灾害图中的行政区域查询该区域涉及的入库数据信息。

4.3.4条件查询

在条件查询面板中，输入不同的条件能够按照所输入的条件查询到相关的数据，便于用户查询一类数据或者进行模糊查询，见图7。

4.4数据查阅输出

提供数据库查询结果的MapGis格式成图及打印输出功能。系统提供默认的投影变换参数，并支持用户选择不同的投影参数输出查询结果。MapGIS格式文件生成——MapGIS格式文件显示——MapGIS格式文件投影变换——MapGIS格式文件打印输出——MapGIS格式图例制作。

4.5调阅和导出数据、打印管理

右键调阅查看已入库的地质图，数据库等数据及其数据属性；有效的动态目录设置，可根据需要以不同的目录结构展示，方便调阅。

调阅出需要的数据之后，可将该数据导出为图层来管理。

将调阅到的数据打印输出成jpg格式的图片存档。

5　系统管理

权限功能管理：设置登陆用户的权限，使得系统能够将使用者分级别使用，不同的用户登陆将使用不同的功能模块。日志管理：每个用户登录系统都会有记录，同时记录该用户的操作信息，如调阅，查询，打印等功能，方便管理员查看。

图3　拉框查询示意图Fig.3 Sketch map of draw frame query

图4　交互式查询示意图Fig.4 Sketch map of interactive query

图5　接图表查询示意图Fig.5 Schematic diagram of the connection diagram

图6　地质灾害图点击查询示意图Fig.6 Sketch map showing quarry of geological hazards points

图7　条件查询界面图Fig.7 Condition query interface diagram

6　结语

中南馆藏图形管理系统是采用面向服务的软件设计思想，将系统中的功能模块以服务组件的方式向用户提供，用户可以对服务组件进行配置和组合来定制用户想要完成的功能。系统采用应用实现层、模型层、支撑层、数据库层、基础设施层5层体系结构来完成数据库产品的管理需求。采用多源异构数据集成技术、数据仓库技术、TB级海量数据可视化技术和灵活的搭建式开发技术实现所有中南馆藏图形数据的入库和统一管理。该系统通过多种数据查询、检索方式，用户根据不同的权限可以直接调阅、导出和打印数据。

中南馆藏地质资料图形数据管理系统的研发工作，极大的方便数据库的管理及信息提取，为地质工作成果的社会化服务做出更大的贡献，实现了中南馆藏数据库信息的统一管理，为地质工作安排提供基础资料，为有利勘探目标的选取和评价工作提供资料管理服务。为社会用户提供了更便捷的地质资料服务，创新了地质资料的服务模式。

［1］严光生.中国地质资料管理与服务进展情况［J］.中国矿业，2012，21（1）：14-16.

［2］周小希.开展华北地区地质调查资料社会化服务的思路及实践［J］.西北地质，2013，46（增刊）：216-218.

［3］李莉，万勇泉，陈宇达.地质调查集成与服务系统建设（中南）项目成果介绍 ［J］.华南地质与矿产，2014，30（4）：410-411.

［4］万勇泉，李莉，王江立，陈宇达，邓爱云，庞迎春.中南地区地质调查资料管理与服务创新［J］.中国地质调查，2015，2（3）：59-64.

［5］李莉，张海涛，庞迎春，杜小红.开展中南地区地质调查资料社会化服务的思路及意义 ［J］.中国地质调查，2015，2（1）：46-49.

Design and Implementation of Graphics Management System for Gological Data in Central South China.Geology and Mineral Resources of South China，2016，32（3）:279-287.

Li L，Pang Y C，Li J T，Du X H，Deng Y L.

In order to realize the unified management of the collected geological data in Central South China，improve geological data sharingefficiency，and better serve the development ofsocietyand economy，Wuhan Center of China Geological Surveydeveloped a graphic management systemfor collected geological data.The systemcan realize the storage of all the data in the storage room，so it is easy to find out the category and types of the geological data ofthe South Central China.Through the use ofthis system，the borrower can choose according to the different needs of the content，can achieve the geographical elements，geological factors，mineral land，geological disasters，attribute information，such as integrated retrieval.At the same time accordingtodifferent user permissions，you can access toexport and print graphics data.The system's research and development work，is torealize the unified management ofexistingdatabase information，toprovide basic information for geological work arrangements，toprovide information management services for the selection and evaluation offavorable exploration targets.

geological data；graphics management system；design and implementation

中图分类法：G250.73A

1007-3701（2016）03-279-09

10.3969/j.issn.1007-3701.2016.03.11

2016-04-19；

2016-06-12.

中国地质调查“地质调查数据集成与服务系统建设（中南）（编号：1212011120420）”项目资助.

李莉（1967—），女，教授级高级工程师，主要从事地理信息专业研究，E-mail:550283020@qq.com.