地质图数据库现状与地质制图发展趋势

杨星辰，吴珍汉，张素梅，高 曦，韩乐乐，丁伟翠，杨 艳，张 宇，叶梦旎，杨亚琦

1.中国地质科学院地质力学研究所，北京100081；2.中国地质科学院，北京100037；3.河北地质大学，石家庄050031；4.中国地质图书馆，北京100083；5.中国地质科学院地质研究所，北京100037；6.自然资源部新构造运动与地质灾害重点实验室，北京100081

随着科技的不断进步，在物联网、云计算、人工智能等新技术的发展和推动下，数据产生了爆发式积累，我们将这种海量的数据称之为“大数据”，大数据驱动下的科学研究与知识发现正逐渐成为当今科学领域的新态势。大数据可以分为商业、网络和科学研究三大领域（李学龙和龚海刚，2015）。地质大数据是典型的科学大数据，具有空间、时间等多维属性,一方面具有海量、多源、多时相、异构、多尺度、非平稳等大数据的一般性质,同时具有很强的时空关联和物理关联，其应用研究是国家大数据战略的组成部分，它不仅对地学学科的发展可以起到重大的推动作用,还在环境、资源、灾害等领域有重要作用和经济社会价值（陈建平等，2015；康庄和王永力，2017；郭华东，2018；孔昭煜等，2019）。随着大数据时代的发展，地球科学向地球系统科学研究领域转变正在悄然进行，在这样的背景下，国际地质科学联合会（IUGS）推出中国科学家主导的深时地球（Deep-Time Digital Earth,DDE）国际大科学计划。该计划旨在大数据驱动下重建深时的地球生命、物质、地理和气候的演化，进而达到精确重建地球和生命演化历史，识别全球矿产资源与能源的宏观分布规律，使得人类能够更好地认识自己赖以生存的宜居环境，更有效地防止和控制可能会对人类造成伤害的各种突发灾害。

地质图是将沉积岩层、火成岩体、地质构造等的形成时代和相关等各种地质体、地质现象，用一定图例表示在某种比例尺地形图上的一种图件，它凝聚了人们对地质理论的研究成果和对地质过程的理解,以及对矿产资源的赋存状态、成矿规律、开发利用情况、水文和工程地质条件、地质灾害等等的认识（王勇毅，2000）。随着地质理论的不断发展和人们对地质过程理解的不断深入，地质图的更新需求也逐步增大，因此也推动了地质制图相关理论技术不断进步。进入20世纪末期，由于计算机技术的飞速发展和地理信息系统（GIS）的全面推广，使得计算机数字制图技术迅速发展为一门实用的地质制图手段，国内外多款优秀的GIS软件被广泛应用并建立了大量地质图相关的数据库。随着信息时代的到来，如何整合海量的地质图数据资源并且运用人工智能等先进的技术手段从已有的数据库中挖掘信息和加以利用，是国内外学者共同关心的话题。

本文将重点介绍国内外已有的地质图相关数据库及运行情况，回顾地质制图的发展历史并介绍相关GIS软件，同时，结合DDE的相关任务，探索和展望与地质制图相关的核心技术问题。

1 重要地质图数据库及运行服务

地质图数据库狭义上是应用地理信息系统和数据库技术，按不同比例尺和统一标准，将地质图及相关数据存储于计算机而形成的数据库，而广义上可以扩大到以地质图为主导的整个地学领域的相关数据库。地质图数据库的建设是衡量一个国家或者区域地质研究程度和水平的标志，世界各国都特别重视。在工作组组织系统调研了国内外地质图相关的数据库及运行情况后，选择了几个具有代表性的数据库做重点介绍如下。

1.1 OneGology

OneGeology （http://www.onegeology.org/） 全球在线地质共享数据库，提供开放、丰富、动态的在线地质图数据和目录的访问、查询、注册共享等功能，目的在于帮助更多人在网络上取得全世界的动态数字化地质图。OneGeology概念被正式提出是在2007年由全球地质调查组织（GSO）在英国布莱顿发起的一项活动计划中（Jackson，2009）。来自全球43个国家的81位地质学家聚集在一起讨论“通过合作创建全球地质图数据集”，这一项计划被称为OneGeology。已超过100个国家参与OneGeology计划，其中超过40多个使用Web地图门户、协议、注册表和GIS服务技术来获取和提供来自世界各地的数据（图1）。作为全球地质图数据库领跑者，OneGeology具有如下特征：

（1）数据来源于全球数据提供者

作为一个真正的分布式数据系统构建的系统（Stępień et al.，2013），OneGeology的目标不仅仅是一个开放的数据共享平台，还是支持全球地质科学数据的提供者（韩坤英等，2011）。来自全球的地质学者如希望共享地质数据，可将地质调查的相关纸质地图或矢量数字GIS数据，通过开放接口，将数据映射到GeoServer或MapServer，转变成OneGeology可操作的格式，最终用户通过OneGeology门户网站就可以查看访问到该数据，获得数据信息（图2）。

（2）支持多种比例尺地质图查询和下载服务

OneGeology不仅提供数据还提供开放式地质图服务，同时支持视图服务（Web Map Service，WMS） 及下载服务(Web Feature Service，WFS），访问者可通过在线门户查询2D或者3D地图，并可实现下载服务。OneGeology主体比例尺地质图为1∶100万，同时还提供包括1∶3.5万、1∶10万、1∶500万等不同比例尺的地质图。根据OneGeology门户网站的统计信息，目前有超一千条地质图数据集信息。

图2 OneGeology运行模式Fig.2 The operating system of OneGeology

（3）支持GeoSciML作为地质图属性的标准

国家之间、甚至一个区域的地质制图方法和细节各不相同，因此数据提供者原始数据的格式可能多种多样。为了进行信息交换使得数据相互可操作访问，就需要通过一个通用的概念数据模型，将现有数据中的数据映射到该模型中，实现数据结构一致性。GeoSciML标记语言便被应用来解决这一问题（Laxton et al.，2010）。

图1 OneGeology计划参与国家（黑、灰）及提供在线地质图服务的国家（黑）（根据OneGeology,2019a及Jackson,2010修改）Fig.1 Countries participating in OneGeology(indicated by black and gray)and contributing geological maps(black)（Revised according to OneGeology,2019a and Jackson,2010）

GeoSciML不是一个数据结构，而是定义了一种数据交换格式，具有表征地理特征的能力。GeoSciML标记语言有12种不同属性分类（OneGeology，2019b）：地质特征（Geologic Feature）、地质单元（Geologic Unit）、地球材料（Earth Material）、地质构造（Geologic Structure）、化石（Fossil）、地质年代（Geologic Age）、钻孔和观察（Boreholes and Observations）、地质关系（Geologic Relation）、图像价值 （CGI Values）、词汇 （Vocabulary）、元数据（Metadata）、采集（Collection）。用户可根据数据内容选择GeoSciML模型的映射属性。

1.2 OpenGeoscience

英国地质调查局（British Geological Survey，BGS）成立于1835年，是世界上最古老的国家地质调查机构和英国首屈一指的地球科学信息与专业中心。基于其持续的调查和研究计划以及拥有的大量国家地质数据，其创新的数字数据产品旨在帮助描述地表及地下的遍布整个英国数字产品，这些数据集结合其积累的地球科学知识，可为中央和地方政府、保险和住房行业、工程和环保业务和英国公众提供广泛相关的地质产品。2010年，英国地质调查局开放其地质图数据库——OpenGeoscience这一庞大的数据集，刺激了公众在线浏览和利用其地图和免费的数据（Howard et al.，2009）。

2009年，英国地质调查局与美国ESRI公司合作，采用ArcGIS技术推出一项新的免费数据服务——开放式地学信息服务，即OpenGeoscience，该服务是世界上第一个基于整个国家地质矢量数据提供网络地图服务（Web Map Service，WMS），目标是用户通过WMS服务将自己的数据与BGS提供的地质数据集融合在一起使用，当即在全世界范围内产生了广泛影响。OpenGeoscience服务模式分为基本要素和服务支撑要素两部分（图3），其中，基本要素包括服务提供者、对象、内容和形式，支撑要素涵盖服务和管理政策、标准和技术。

英国国家地球科学数据中心（NationalGeoscience Data Centre，NGDC)，隶属于英国地质调查局，负责提供OpenGeoscience服务，全面的收集英国各区域的地下信息（包括学术用途或商业用途），管理了超过400个数据集，包括环境监测数据、数字数据库、物理集合（岩芯，岩石，矿物和化石）、记录和归档。OpenGeoscience为非商业的个人学习，研究和教育提供免费访问BGS数据集服务，包括地图、照片、数字数据、研究报告、软件、信息和知识交流等，旨在帮助人们更好地理解世界。

OpenGeoscience的浏览和使用方式主要有6种：包括图件浏览器、数据下载、数据集、照片和扫描件查看、移动服务、网络服务等，提供了开放的地质资料服务，使这些数据可以与应用GIS软件、地图浏览器，如谷歌地球等，进行基础地质、水文地质、地球物理和地球化学等方面的地质资料信息数据融合。

1.3 NGMDB

图3 英国地调局OpenGeoscience的架构图（郭艳军，2014）Fig.3 Framework of OpenGeoscience service in British Geological Survey

为了便于社会各界检索和获取分别保存许多机构的地质图件和相关信息，1992年生效的美国《国家地质填图法》要求美国地调所负责建立“国家地质图数据库”（National Geologic Map Database Project,NGMDB）使之成为地质图和有关信息的国家档案库。NGMDB的概念设计于1995年推出，美国地质调查局（USGS）从1997年起正式开展NGMDB工作，从2000年正式提供在线服务，目前仍在处于边建设边服务阶段。

NGMDB是一个主要由美国地质勘探局和美国国家地质学家协会（AASG）参与的合作项目（AASG,2019）。其中一项任务即为用户提供全美不同尺度的地质图检索、查询等服务（李效广和卢方平，2008）；另一项重要任务是各项标准的制定，这是保证数据库充分发挥其功能的必要条件，对数字式图件的管理和服务来说尤为重要。它将超越传统的、高度集中配置的建库模式，而且要建立一种由许多远程提供图件数据的单位构成的分布式计算机联网系统，可通过一个WWW中心网站为用户服务。该中心网站将包含：（1）各种全国性地球科学数据库；（2）描述全部现有的纸印刷和数字式地球科学图件的一份元数据总目录；（3）用于检索元数据并用于接通远程网站的一种运作机制，其中包含联机图件数据与定购模拟式图件产品有关的信息。

NGMDB有隶属于USGS主域下的独立域名，其网站网址为（https://ngmdb.usgs.gov/），其包括的主要版块有：地质科学图件目录（Geosciece Map Catalog)、地质图件影像库（Geologic Map Image Library)，地质名录（Geologic Names)、正在制作中的地图（New Mapping)、合作伙伴、地形图、NGMDB工程以及有关的其他信息（Stamm，2008）。

根据美国地质调查局的相关指导意见，USGS和AASG将NGMDB作为一个ESRI地理数据库进行开发实现。NGMDB为多地图数据库的开发提供了基本参考，目前已经有一个支持GeoSciML web服务的简单版本在PostGIS中实现。接下来，实现国家地质图数据库（NGMDB）在其他数据库软件中的集成是未来的发展方向（Soller et al.,2005）。

1.4 地质云

“地质云”由中国地质调查局各直属单位数据共享及服务系统集成，采用Hadoop、HDFS、HBase等研发（王永志等，2018）。2017年11月6日“地质云1.0”正式上线服务，2018年10月18日，系统升级为“地质云2.0”版本。本次调研对象为“地质云2.0”。

“地质云”分四层云架构，集成了地质调查、业务管理、数据共享及公开服务四个子系统，主要以面向地质调查技术人员提供云环境下智能地质调查工作平台，向地质调查管理人员，提供云环境下“一站式”综合业务管理和大数据支持下辅助决策支持，向各类地质调查专业人员提供基础地质、矿产地质、水工环地质、海洋地质等多类专业数据共享服务为特点（图4）。其地质图数据库核心数据来源于地质资料馆的馆藏资料，涵盖了地质、矿产、地球物理、地球化学、遥感、地形、地貌、植被、建筑、水文、灾害等方面的地质图件及文档、图件、数据库、图片、表格、视频、音频等（陈建平等，2015）。

图4 地质云数据库子系统Fig.4 Geo-cloud database subsystem

地质图数据库主要由三部分组成：（1）地质数据部分：包括7个数据库子系统，即基础地质数据库（其中包括1∶5万、1∶20万、1∶25万、1∶50万、1∶100万、1∶150万、1∶250万等共1702幅基础地质图件）、矿产资源数据库（10幅）、水工环数据库（不同比例尺图1067幅）、地质科学数据库（1∶50万、1∶100万、1∶20万、1∶400万等共146幅图件）、钻孔数据库(钻孔资料1000365个)、遥感数据库（包括原始影像、航空影像、参考影像、DEM数据、矢量成果等）、工作程度（包括全国1∶10～25万航放调查工作程度、全国1∶5万土地地球化学调查工作程度、全国1∶5万矿山遥感监测调查工作程度等图件），该部分是地质图数据库的核心部分，它提供多种比例尺地质图的检索、查询、收藏、下载等服务；（2）地学产品部分：各地区电子版地质图件、地学科普、出版物等索引、浏览等；（3）馆藏资料部分：包括实物资料和成果资料。它是描述全部现有的纸印刷和数字式地球科学图件等的一份元数据总目录，提供检索元数据、服务地址、实物保存单位等有关信息，为用户提供不同尺度的地质图检索、查询等服务。

自2018年10月18日，“地质云2.0”宣布上线服务，云上数据资源和系统功能得到全面升级，实现了云上160多个国家级核心地质数据库的共享，其中包括资源环境信息产品7287个；实现了全国地质资料馆的近14万档、440余万件存量地质资料在地质云平台上查询、公开版地质资料在线浏览、在线订单服务；钻孔数据累计提供了90万个（累计29万多米），新增3万多米钻孔岩心图像信息；海洋区域地质调查、海岸带环境地质调查、海洋航空物探调查等成果图件50幅；提供8.9亿条各类图书、期刊、报纸、论文、会议、专利等地学文献的检索服务。

“地质云”特色服务及重要意义：（1）大数据时代下地质云资料库不断更新，将原来纸质版的地质资料不断进行数字化，其数字化程度在不断升高；大大减少了原始地质资料的失散和破损几率，为保存珍贵地质资料提供了重要保证。（2）数字化图具有放大、缩小、定位、测量长度和面积、添加（删除）标签、提取坐标点等功能，能够为地质工作人员调用图件资料及野外勘查资料查询等提供快捷服务。（3）新增的钻孔影像资料、遥感资料、文献资料检索等功能，为追索资料来源和资料对比分析提供了更加有效的技术手段。（4）地质云增加了手机APP功能，能够更加便捷为野外地质工作提供资料服务和业务指导。（5）地质云有实力很强的技术力量进行支撑，存储资料会更加完善，服务质量会持续提高，对我国地质工作转型升级正在发挥越来越重要的作用。

以上国际主流地质数据库皆是基于先进的网络技术和计算机技术建设的，实现了多元异构分布式数据库集成，在业务层面初步实现了数据数据管理、信息查询、数据共享以及数据分析等，是当前地质领域数据共享系统的典型代表。

2 地质制图发展现状

随着计算机应用、数据库技术及信息化迅猛发展，地质制图这一传统学科正在焕发新的活力，计算机地质制图及地质图数据库在基础地质调查、资源能源勘查评价、重大工程选址、生态环境保护、地质灾害防治等诸多领域得到广泛应用。各类GIS软件是实现数字地质制图的重要工具，其在地学领域的深入应用标志着地质制图全面进入了数字化阶段。利用GIS软件建立地质图数据库，便于地质数据的存储、查询、分析和更新，促进了地质图件的社会共享，为实现DDE大体系、大数据、大平台、大科学、大传播五大核心科学目标奠定了基础。另外，以数字地质制图为核心技术应用的数字地质调查是世界各国普遍推广的现代化地质调查手段，数字地质调查成果提供的海量数据库是地球科学基础数据平台的重要组成部分，支撑了地学大数据及数字平台的建设。

2.1 地质编图与地质图数据库建设

由于地质图件在社会发展中承担基础保障作用，世界各国都十分重视基础地质编图、制图工作。世界各国地质制图工作差别较大，20世纪70～80年代美国、加拿大、澳大利亚已开展1∶100万地质图件的编制工作，出版了部分1∶100万地质图；90年代以来，美国、加拿大、法国、意大利、英国、爱尔兰、格陵兰、印度、巴西、日本等，欧美多数国家都编制了1∶100万等小比例尺地质图、构造图以及矿产图（姜作勤，1994；李廷栋，2007,2013；王忠蕾等,2012；BGS,2019；GSI,2019）。1992年，美国实行国家地质填图法案，启动“国家地质填图计划”，生产了系列数字地质图（姜作勤等,2007；USGS,2019）；1999年，俄罗斯开展了第三轮1∶100万国家地质图系列编制与更新工作，制订了新的俄罗斯联邦1∶100万国家地质图系列编制和出版规范（李廷栋，2007；王忠蕾等，2012）；2000年开始，印度编制了1∶200万地质图和矿产图，1:500万地质图及部分区域地质图件（李廷栋，2013；李廷栋等，2014）；2001年，澳大利亚首先提并启动实施出了“透明地球”倡议，该倡议旨在提供给社会不同比例尺的动态的、可以交互操作的覆盖世界范围的三维数字地质图（Carr et al.,1999；刘树臣，2003；吕鹏等，2013；吴冲龙和刘刚，2015）；2007年，英国发起One Geology倡议，获得国际地质科学联合会（IUGS）、联合国教科文组织（UNESCO）支持，目前有118个国家参与，致力于组织开展全球1∶100万地质制图工作（OneGeology,2019a）；2010年，澳大利亚在综合研究近年1∶25万、1∶100万地质调查和物探资料的基础上，编制了包括地质图、磁力图、重力异常图在内的1∶1500万系列地质图，2012年基于1:25万地质图完成了1∶100万地质图（李廷栋，2013；Australia Government,2019）。

中国自20世纪中期以来组织编制了系列基础性地质图件，这些图件大部分以纸质版或者扫描版的形式保存于全国各大图书馆、地质资料馆及图书资料室。自20世纪90年代开始，随着空间信息技术进步和GIS广泛应用，中国地形图数据库建设快速发展，先后建立全国1∶400万矢量地图数据库、1∶100万矢量地图数据库、1∶25万矢量地形图数据库、1∶5万栅格及矢量地图数据库。国家测绘局在“十一五”期间建立了基于数据库驱动的制图流程和体系，实现了GIS数据与制图数据的统一建库、一体化管理、同步更新，并建立动态更新技术体系和常态更新机制，目前正在开展国家1∶1万基础地形图数据库更新工作（陈军等，2010；王东华等，2013；王东华和刘建军，2015）。自20世纪90年代中后期开始，中国地质行业逐步形成不同比例尺的地质图空间数据库，1996～1999年间利用GIS技术编制了中华人民共和国 1∶50万数字地质图数据库（张庆合等，2002），2002年完成全国1∶250万数字地质图编制和数据库建设（叶天竺等，2017），2007年完成全国1∶100万地质图空间数据库建设（韩坤英等，2007；庞健峰等，2017）。野外区域地质调查数字填图技术的应用加速了1∶5万、1∶25万地质图空间数据库的建设，1∶5万、1∶20万、1∶25万数字地质图空间数据库的建立，使得地质图数据有了丰富的属性信息（李超岭等，2002；李丰丹等，2015）；2013年完成了全国1∶25万实际材料图和建造构造图编制和数据库建设，2015年完成六大区1∶150万地质图编制并建立和完善相关数据库（王杨刚，2016）。

国内已经建成的地质矿产类数据库主要基于国产MapGIS，我国地矿行业信息化建设多为Map-GIS67产品格式，如1∶500万、1∶250万、1:100万、1∶50万、1∶25 万、1∶20 万、1∶5 万等数字地质图空间数据库以及1∶600万水文地质数据库。新完成的全国矿产资源潜力评价专项采用MapGIS作为支撑软件平台。部分地质图数据库基于ArcGIS软件平台建设，并开发了相应的空间数据库及管理系统，如任纪舜院士主持编制的国际亚洲1∶500万地质图和数据库基于ArcGIS平台完成（Ren et al.,2013;王军等，2017）。

2.2 常用GIS软件

目前，国际上通用的地质制图软件有ArcGIS、MapInfo、GeoMedia以及GRASS等产品。从本次调研中获得的数据来看，国外地质图件采用ArcGIS编制的较多，欧美的一些科研单位常采用GRASS制图。在国内，已经建成的地质矿产类数据库主要基于国产GIS软件MapGIS，同时也有一些项目基于ArcGIS软件平台建设，并开发了相应的空间数据库及管理系统。接下来对国内外最常用的两种地质制图软件ArcGIS和MapGIS作简要介绍。

2.2.1 ArcGIS

ArcGIS是美国环境系统研究所（全称Environment System Research Institute，简称ESRI）产品。ESRI是全球最大的商业化GIS软件提供商，为欧美澳等国政府和商业公司提供专业技术支持，在地理信息行业发挥着领头作用。ArcGIS作为一种地理信息系统平台，具有可伸缩性，而且其中涵盖的相关信息较为全面，在这个系统平台中有一个重要功能，即制图表达（representation）。在地质制图的过程中，ArcGIS平台可以用来分析和处理海量的数据信息，有助于充分改善地质制图中的各项问题，简化生产过程中的工作量，并且实现对于空间数据的高效处理（曾秀芬，2019）。

通过深化GIS软件对地质制图应用积极支持，ESRI公司先后推出的ArcGIS 9、ArcGIS 10等版本，在制图的人性化、细致化、批量化、自动化方面逐步进行了相应的丰富和完善。随着云技术的出现与应用，ESRI推出了在线编图系统Arc-GIS Online以及功能强大的单桌面GIS应用程序ArcGIS Pro。ArcGIS Pro在技术上领先于欧美市场上的其他产品，支持2D和3D模式下的数据可视化、高级分析和权威数据维护（图5）。同时，ArcGIS Pro与ArcGIS平台紧密结合，支持通过Web GIS在ArcGIS Online和ArcGIS Enterprise中共享数据。

2.2.2 MapGIS

MapGIS是中国具有完全自主知识版权的地理信息系统，由中地数码公司提供，采用面向服务的设计思想，实现了面向空间实体及其关系的数据组织，具备海量空间数据存储于管理能力以及高效的空间索引，是当前国内著名的GIS平台，在地质制图和建立地质图数据库中应用广泛（韩坤英，2005；丁伟翠，2012），中国地矿系统的主要地质图件都由MapGIS平台实现，如1∶500万、1∶250万、1∶100万、1∶50万、1∶25万、1∶20万、1∶5万数字地质图空间数据库，1∶600万水文地质数据以及全国矿产资源潜力评价专项数据库等。

历经了二十多年发展，中地数码公司先后发布了MapGIS67、MapGISK9、MapGIS10等优秀产品，其自主核心技术已跻身国际一流行列，是国际GIS技术创新领跑者。近年来，中地数码公司着力开发了全空间智能GIS平台MapGIS10.3，该平台融合了大数据、物联网、云计算、人工智能等先进技术，将全空间的理念、大数据的洞察、人工智能的感知通过GIS的语言，形象化为能易于理解的可视化方式，实现了超大规模地理数据的存储、管理、高效集成和分析挖掘，在地理空间信息领域为各行业及其应用提供更强的技术支撑（图6）。

2.3 数字地质调查

区域地质调查是一项基础性、公益性、综合性的地质调查研究工作，涉及的信息种类多,内容广泛复杂、信息量大。开展数字地质调查技术研究，以实现地质调查数据获取全过程的信息化，是提高区域地质调查工作质量和效率，实现区地质调查工作现代化所必须采取的步骤和措施，也是世界先进国家地质调查工作的普遍趋势（李超岭等，2002）。早在20世纪80年代，美国、加拿大、澳大利亚等国家就开始逐步将数字技术应用到地质调查的各个阶段，积累了丰富的经验，取得了一系列成果（于庆文等，2003）。中国地质调查数字化起步较晚，但拥有扎实的数字地质调查基本理论和数字地质调查过程的PRB数字填图技术核心元素，短短十多年就建成并全面推广了一套优秀的数字填图系统——DGSS（李超岭等，2002；李超岭，2011；李丰丹等，2015；杨星辰等，2017）。

数字填图系统由中国地质调查局发展研究中心研发，以MapGIS作为空间数据理的支撑平台（后期软件更新到DGSS2014版本后不再需要MapGIS做为中间件），采用Access作为数据库文件管理系统。系统从地质调查源头出发，以野外地质数据获取过程的数字化为核心，研究数字地质调查的理论与技术方法，通过对语义粒度、描述粒度、空间粒度和存储粒度的分割及其相关关系的研究，提出了描述适合各种比例尺的地质填图过程的数字填图技术、方法和物理建模的基本模式。基于构件、中间件、数据建模与数据库、工作流等综合技术，开发了集GNSS、GIS、RS技术为一体的数字地质调查系统，建立了数字地质调查数字化流程（李超岭，2011；李丰丹等，2015）。数字填图系统的广泛应用提高了地质调查的研究程度和精度，推动了我国地质调查信息化进程，同时为DDE计划的顺利实施积累了丰富的实践经验，打下了扎实的数据基础。

图5 ArgGIS Pro在2D（左）和3D（右）模式下的显示效果图Fig.5 ArgGIS Pro display in 2D(left)and 3D(right)modes

图6 MapGIS10.3产品体系Fig.6 Products of MapGIS10.3

3 发展趋势展望

构建地球科学的基础数据平台是深时数字地球（DDE）五大核心使命之一，现有地质图及数据库已经良好刻画了基础数据平台的雏形。未来将在DDE“整合地球演化数据、共享全球地学知识”引领和推动下，创新计算机智能地质制图及网络共享服务核心技术，更好支撑服务地球系统科学发展，满足大数据时代经济社会对地质图信息资料服务的需求。

3.1 深化国际合作编图

国际合作地质编图是世界地质图委员会（CGMW）长期坚持的职责使命，双边合作和多边合作编图也提供了不同类别的区域地质图系。CGMW组织来自不同国家的地质学家合作编制并出版了很多全球性和洲际性地质构造图，如1∶5000万世界地质图、世界地震构造图、世界地下水资源图，1∶2500万世界地质图与世界地震构造图，1∶2000万印度洋地质构造图、大西洋地质构造图与环特提斯古地理图，1∶1000万南极大地构造图、北极大地构造图、非洲地质图，1∶500万国际亚洲地质图、南美洲地质图、非洲金属成矿图，1∶300万南中国海构造图及不同比例尺地球物理系列图件；近年来CGMW正在组织编制1∶500万国际亚洲构造图、中东地质图、东太平洋构造图、北极构造图，1∶1000万冈瓦纳地质图及1∶250万国际欧洲第四纪地质图等地质构造图。中、俄、哈、蒙、韩五国合作编图研究，完成1∶250万北—中—东亚及邻区地质图、区域构造图、能源分布图、成矿规律图等系列图件，在国际地学界产生了重要的学术影响。OngGeology是UNESCO、CGMW、IUGS、GEO、ILP、CCOP等11个国际组织及一百多个国家参与的国际地学合作计划，建立了1∶100万为主要比例尺的世界地质图空间数据库及网络共享平台。今后国际合作编图将进一步深化，世界地质图委员会（CGMW）、OngGeology将继续发挥重要作用；DDE作为后起之秀，未来将引领数字地质制图及网络共享国际合作与技术发展。

3.2 地质图计算机识别和矢量化信息拾取

大数据时代利用计算机快速识图、拾取重要地质资料并更新地质图数据库，对现代地球科学发展及地质资料转化应用具有重要意义。面对大量涌现复杂多样的地质图及相关资料，需要解决机器识图、图形矢量化、关键信息自动拾取并更新地质资料等难题；亟待构建卷积神经网络结构，研发相应算法流程，模拟人脑建立多层非线性影射关系，形成逐步增强的非线性学习能力，结合大数据、云计算及信息技术，发展地质图计算机识别与机器识图、栅格图形矢量化与关键地质信息拾取、重要地质资料挖掘与地质图数据库更新等技术。创新地质图机器学习、计算机图像识别、图形矢量化及信息拾取等关键技术，实现重要地质信息自动存储入库、实时更新地质图数据库等功能。地质图计算机识别和矢量化信息拾取还将在地质公园导游服务、地学特色小镇建设、地质科学知识普及、旅游地学发展等方面，发挥重要的技术支撑作用。

3.3 全球数字地质图元数据库设计及标准化

元数据是描述其它数据的数据，数字地质图元数据是描述地质图空间数据的内容、质量、存取条件、使用情况等基本信息的集合，开发设计标准通用的元数据库有利于全球地质工作者合理、正确、准确地使用数字地质图数据，是在全球数字地质图数据库建设前需要先行构建的基础性数据库。在元数据标准的设计中，如何制定形式简单、内容涵盖广泛、详尽实用的元数据结构至关重要。运用网络技术和数据库技术，设计开发适合地质图元数据的元数据操作工具，参考国内外元数据标准规范，形成标准统一、结构清晰、内容完整的数字地质图元数据库，是建设全球数字地质图数据库的重要基础。

3.4 数字地质图智能融合与网络共享服务

将人工智能融入计算机专家系统，运用专家经验，训练计算机学习编图流程、编图规则、编图过程，将专家经验和编图规则变成算法，实现数字地质图智能化拼接及融合。对不同类别地质图进行标准化处理，形成标准化地质图数据库，建立由不同比例尺（1∶5万、1∶10万、1∶25万、1∶50万、1∶100万、1∶250万、1∶500万、1∶1000万、1∶2500万、1∶5000万）地质图数据库组成、功能强大、国际权威的地质图数据库系统，包括Global、Continental、National、Regional地质图数据库。运用国际通用的编码标准，建设具备无极缩放查询、任意比例尺输出等功能Intelligence Geological Map(IGM)。应用分布式数据库、大数据和云计算等技术，精确匹配、快速调用、自动生成符合用户要求的地质图，实现全球范围任意比例尺地质图资料共享服务。

3.5 三维地质制图及工程应用

综合地质、钻探、物探、遥感等各类资料，创新三维地质建模、三维地质图数据库、三维地质图输出等技术，结合人工智能和GIS应用，发展计算机三维地质制图技术，更好支撑服务特殊地下空间利用如二氧化碳地质储存、危险性废物地质处置、能源战略储存及重大工程建设。将平面地质图与三维地形地貌结合，优化软件及算法，实现大比例尺地质图三维显示，形成2.5维数值地质图；应用虚拟现实（VR）、增强现实（AR）及相关技术，实现地质图多元信息三维可视化，服务国土空间规划、生态环境保护、地质灾害监测防治及矿山公园设计、绿色矿山建设。

4 结论

通过调研发现目前已经存在OneGeology、OpenGeoscience、NGMDB、地质云等多个优秀的地质图相关数据库。其中，像OneGeology这样的地质图数据库具有服务内容多样、共享便捷、技术领先的优势，在世界范围内具有广泛影响。相比之下，中国地质资料信息服务的集群化产业化还处于起步阶段，需要创建新型的服务模式，以满足不断丰富地质资料信息服务由传统的服务模式向知识型服务模式的转变。

地质制图的过程贯穿于整个地质图数据库建设的生命周期，在大数据时代背景下，地质制图的发展面临着新的机遇和挑战。总的来说，地质制图的发展需要从两个方面努力：一方面，不忘初心、牢记使命，紧紧围绕DDE核心目标，通过对深时地球大数据的挖掘，建设开放、共享、统一的大数据平台；另一方面，开拓思路、创新发展，结合国内外研究前沿和进展，聚焦地质图计算机识别和矢量化信息拾取、数字地质图智能融合与网络共享服务、三维地质制图与地下空间利用规划等关键技术问题，争取早日取得突破。