基于GIS的矿山生态环境地质调查空间数据库构建研究

吴 强，赖小伟

（江西省地质局九0二大队，江西 新余 338000）

矿产资源是我国经济发展的重要基石，经济发展的需要促使我国不断加大矿产资源开采，矿山开采不可避免地矿山及其周边区域带来生态环境问题。然而，良好的生态环境是人类生活的必备条件，与人类身体健康息息相关。因此，我国十分重视矿山开采带来的生态环境问题，不断开展矿山地质环境调查，获取矿山生态环境地质空间数据，以此评估矿山生态环境变化[1]。但是，环境地质空间数据包含内容广泛，如地理位置、空间分布、地质生态特征等，具有数据量大、种类多、范围广等特点。尤其是在大数据时代，地质空间数据的获取、处理、整合、可视化已经成为地质行业的基础性工作。因此，亟需构建矿山生态环境地质调查空间数据库，满足地质调查需求，为此提出基于GIS的矿山生态环境地质调查空间数据库构建研究。

1 基于GIS的矿山生态环境地质调查空间数据库构建研究

1.1 建立矿山生态环境地质调查空间数据模型

矿山生态环境地质调查空间数据主要包括遥感影像、成果图件、空间实体、基础地质、文档资料等数据，具有表格、图像、数字、文字、图形等5种表现形式[2]。而空间数据的形成，需要采用扫描仪、数字化仪等设备，将数据输入GIS（地理信息系统）中，才能表达出矿山生态环境地质调查空间数据。基于此，建立的矿山生态环境地质调查空间数据模型，如图1所示。

如图1所示的空间数据模型，即是根据矿山生态环境地质调查数据中的已知坐标位置，依据GIS的枢纽、构成和包含等数据空间关系，构成空间数据模型。而对于矿山生态环境地质调查数据中，存在的与几何位置无关的数据，则基于数据的定性（特性、名称、类型等）和定量（等级、数量等）两种描述方式，为空间数据模型赋予定量和定性描述，完成矿山生态环境地质调查空间数据模型建立。

图1 空间数据模型

1.2 基于GIS处理矿山生态环境地质调查空间数据

由于矿山生态环境地质调查数据，均是通过不同的设备、途径采集到的数据，存在数据不清晰、冗余、缺失、格式不统一等问题[3]。需要采用GIS系列的主流软件ArcGIS软件，对矿山生态环境地质调查数据进行预处理。

将矿山生态环境地质调查数据加载到ArcGIS软件的ArcMap中，选择WGS84坐标系统作为地质调查数据处理坐标，依据ArcMap中的Define Projection命令，定义数据坐标投影，根据载入ArcGIS软件中的数据类型，栅格数据选择ArcMap中的Projection Raster命令，完成地质调查数据投影，除栅格外的其他数据选择Project命令，完成地质调查数据投影。在投影过程中，还需要从WGS84坐标系统的Output Coordinate System命令中，选择适合载入数据的投影坐标系。

由于调查载入的矿山生态环境地质数据属于全新余市范围的矿山数据，同一个地理位置中包含了高程、遥感、航磁等图像数据。为此，选择ArcMap中的Create Layer From Selected Features命令，在同一个地理位置的数据中创建图层，将同一个第一位置的不同类型数据保存在一个图像中。

不同方式采集到的矿山生态环境地质的栅格数据，需要根据数据概括范围，对其进行拼接和剪裁处理。因此，选择ArcMap中的Mosaic命令，拼接处于不同栅格图像的同一个地理位置数据；Extract by Mask命令剪裁同一图像中包含的其他地理位置数据。

1.3 矿山生态环境地质调查空间数据管理

经过GIS处理后的矿山生态环境地质调查数据，按照图1所示的空间数据模型，整合为包含图形和属性两个类别的数据，即为地质图形数据赋予属性。为此，采用关系型空间数据库管理的方式，管理矿山生态环境地质调查空间数据。

该管理方式根据此次研究建立的空间数据模型，将图形数据和属性数据按照两者之间的关系相结合，形成对象-关系数据管理模型，将地质调查数据按照空间模型无缝集中在数据库中。

2 实验分析

此次实验选择某区域的矿山生态环境地质空间数据作为此次实验研究对象，将基于三维空间的数据库构建方法作为此次实验对比方法，验证此次研究的基于GIS的矿山生态环境地质调查空间数据库构建方法。

2.1 开发运行平台

此次实验选择可以多用户并行访问、承载数据量大、保证数据一致性，具有分布式处理、安全和完整性控制等功能的Oracle数据库软件，搭载此次实验选择的两组数据库构建方法构建的数据库。

将Oracle数据库软件安装到ArcSDE数据库服务器上，建立两者之间的连接关系，启动Oracle软件中Oracle 11g服务，初始化Oracle数据库软件。此时，即可在Oracle数据库软件中，采用两组数据库构建方法，根据矿山生态环境地质空间数据，分别构建矿山生态环境地质空间数据库。

数据库构建过程中，采用Microsoft Visual Studio 2019工具开发平台和ArcEngine10.0二次开发平台，使用C#开发语言，开发数据库功能。数据库构建完成后，采用Windows Server 2007操作系统，操作此次实验构建的两个数据库。

2.2 矿山生态环境地质空间数据

此次实验选择的矿山生态环境地质空间数据，主要为某城市矿山基础地质图库，其中主要包括矿山地质背景、成矿潜力评价、矿产资源、成矿预测等专题的数据图库，共包括21个矿山地质图件，平均每个图件可以分为35个图层，其数据总大小为1.5GB。

2.3 实验方法

采用两组数据库构建方法，根据上述1.5GB的矿山生态环境地质空间数据构建数据库。在实验过程中，将矿山生态环境地质空间数据分为1536MB、1024MB、500MB、120MB、60MB、25MB、10MB七个分量，测试两组数据库构建方法，构建的数据库读取矿山生态环境地质空间数据的响应时间。

2.4 实验结果

数据库读取矿山生态环境地质空间数据的响应时间测试结果如表1所示。

表1 数据读取响应时间对比

从表1中可以看出，两组数据库构建方法构建的数据库读取数据响应时间受数据量大小的影响，即当数据量过小时，数据读取响应时间会比数据量大时的响应时间长，如10MB和25MB时的数据量；只有当数据库读取数据量超过25MB时，其数据读取响应时间才会随着读取数据量的增加而增加。但是，在此次实验设置的数据库读取数据量下，此次研究方法构建的数据库读取数据响应时间，相较基于三维空间的数据库构建方法数据库读取数据响应时间分别小25.5303s、9.7357s、34.81769s、4.60878s、2.106832s、0.372729s、0.66846s。由此可见，此次研究方法构建的矿山生态环境地质空间数据库，读取数据库中大量数据所需的响应时间少，更适合处理大数据量。

3 结语

综上所述，此次构建矿山生态环境地质调查空间数据库，充分考虑地质调查数据范围、类型、数量、表现形式，将矿山生态环境地质调查数据整合，形成矿山生态环境地质调查空间数据模型，提高数据库读取数据响应时间。