数字地质服务探讨

蒋爱华

(湖北省国土测绘院,湖北 武汉 430010)

随着地质服务范围不断扩大，数字地质服务向经济社会各领域扩展。城镇村规划编制、各类建设工程选址与设计、地质灾害治理、生态环境治理与修复、自然资源开发与利用、地质旅游、特色农业发展规划等都离不开数字地质服务。但数字地质服务在地质找矿方面存在综合性、集成性不强，在民生服务方面存在服务内容不系统、不规范、针对性不强等问题，有必要统一规划建设包容性强的地质数据库，并在此基础上细分服务群体，生产出不同组合、不同详细程度的各类标准地质数字产品(或图集)，为经济社会提供增值服务。

数字地质服务(1)熊保成，关于科技创新与数字地质建设的思考，湖北省地质局学习贯彻党的十九届五中全会精神处级干部培训班，2021。(2)易万元,推进地质产业发展的探索与思考,湖北省地质局学习贯彻党的十九届五中全会精神处级干部培训班，2021。是指采用数字化方法将地质调查、勘查、监测等纳入系统化管理，为专业技术人员、社会管理及其他人员提供专业技术产品或服务。数字地质服务主要研究地质环境的变化原理和人类活动对地质环境的影响，其方向有地质理论研究、地质找矿、民生地质、地质工程管理等四个方面。其中地质理论研究包括基础地质和矿产勘查成果、地学理论及其创新成果、数据挖掘与分析模型等；地质找矿包括基础地质和矿产勘查成果、矿山及典型矿山成矿实例分析、成矿理论及其创新成果等；民生地质包括基础地质、环境地质、生物生态环境等成果和相关人口经济社会信息、民生地质服务创新等；地质工程管理包括地质项目工作过程和成果管理等。四者相辅相成，构成数字地质服务体系，形成数字地质服务生态。数字地质服务是“智慧城市”建设中一项重要内容，是推进城市现代化数字治理的一项重要举措。

1 数字地质服务体系建设思路

数字地质服务是体系建设工程，需要行业协作。数字地质服务体系建设应以平台建设为中心，以学科理论为指导，以数据体系建设为核心，以应用和服务为目的开展。

(1) 以平台建设为中心。平台是数据汇交窗口、数据设计和生产机构，为数据产品和服务提供场所，要求其网络畅通、安全可靠、信息有用。

(2) 以学科理论为指导。学科理论是人类从不同角度探索和认识世界的知识总结，是指导创新发展的有力武器。但要深刻认识事物本来面貌，还需要进行学科理论交流和融合，还原其客观事实。

(3) 以数据体系建设为核心。数据是事物本质的外在体现，为保障平台数据尽可能完整刻画事物本质，有必要从全局出发规划数据体系，按事物发展的规律规范其输入、挖掘、分析、加工和输出内容及过程，按数据服务目标归纳、解译和展示数据，并及时按理论、理念、应用要求更新、完善，提高内涵、深度和广度，强化其服务水平。

(4) 以应用和服务为目的。具体要求为有用、能用和好用。有用就是要求数字地质服务及产品能对用户提供切实的帮助；能用就是要求数字地质服务及产品能被用户理解，并在相应的应用环境下使用；好用就是要求平台为用户提供工具、方法、技术指导，不断提高其能力和质量。

2 数字地质服务平台建设内容

数字地质服务平台建设包括硬件基础、数据层、数据管理及应用开发、管理层、应用层和用户层六个部分，以标准规范体系为指引、安全运维为要求进行系统建设，其框架见图1。

图1 数字地质服务平台建设框架图Fig.1 Frame map of digital geological service platform construction

数字地质服务按用户需求可分为基础地质、典型矿山、理论研究、地质模型、服务图集、成果共享、应用示范、工程管理、数据汇交与更新服务等；按技术内容可分为网络支撑、数据服务、地质技术管理、地质应用服务四类。

2.1 网络支撑

网络支撑设施包括网络结点及站点、网络控制器及服务器[1]、数据服务器、有线或无线通道、移动或PC终端等组成的硬、软件系统，保障相关信息按要求在相关技术人员和用户之间存储、交换，使汇交、加工、输出顺畅进行。

数据存储要求数据一次存储多次分时使用，数据服务要求并行存储与应用，数据服务比数据存储对网络技术要求更复杂。网络支撑要解决网络资源、网络通道、跨网组网、网际互联、网络用户、网络安全等管理。

2.2 数据服务

数据服务要求数据源靠得住、进得来、存得下、用得好。数据的现势性、齐全性、标准性越强，数据服务的智能化水平就越高。数据成果具有的科学性和实用性越强，数据服务的价值和扩展性就越好。要让数据易懂、好用、易操作，数据展示和图件表达技术也就理所当然地成为数据服务的重要内容之一。

平台数据库包括基础地理数据(各类不同精度DEM、DOM、DLG、三维模型)、地质遥感数据、已有地质成果数据(基础地质、水文地质、环境地质、地质遗迹)、地质项目成果数据等。对于多测合一数据应能智能拆分作为平台数据库的相关专业数据更新源。

数据采集是数字地质服务体系的数据更新来源，以地质或工程项目为单位，在专业分工的基础上进行统筹，涵盖地质技术工作的全过程，并采用多媒体、三维建模、科学解读等技术方法保障其数据的真实性。数据源采集时，应尽可能采用最新科学技术和方法，使其能充分揭示地质调查对象本质，增加技术资料的科学性、可靠性、实用性、共享性(如将地质样品进行高光谱扫描、原位微区分析等)。

在保障地质项目数据完整的条件下，采用智能技术模型或人工方法，从地质项目数据中萃取专业数据，实现“一数多用”，同步更新和完善相关数据库，使平台数据满足现势性和一致性要求。数据加工过程中应建立生产规范，其内容符合应用要求，其成果符合相关标准。标准化高，数据生产的智能化水平才会高。

数据服务在技术上应满足标准化和差异化的要求。标准化体现在按应用服务要求开发出标准数据图集，并在平台上按规定分发。差异化体现在平台支持按工作需要配置数据，接受个人或集体办公订制数据的个性化要求。

2.3 地质技术管理

地质技术管理是数字地质服务平台建设的顶层设计，规定了平台的服务方向和服务内容；而数据平台的数据内容和辅助决策方案有助于提高对地质技术工作的科学管理。地质技术工作计划应以数字地质服务平台建设为基础编制，地质项目成果和建设工程地质资料是数字地质服务平台可靠的数据来源。地质技术管理应在工作计划统筹性、管理严密性、成果科学性上下功夫，立足于提高地质工程项目技术管理水平，实现其经济和社会效益。

(1) 工作计划统筹性离不开数字地质服务平台的技术成果支撑。地质技术工作是逐步深化研究和应用的专业技术工作，前期成果积累关系到后期地质技术工作方向、工作计划、项目安排，也关系到地质项目的费用、工作量大小和工作质量。尽可能全面掌握项目地质工作程度和工作成果是统筹性工作安排的重要前提。如何用好既有成果是地质项目设计的重要内容，收集和分析项目前期地质成果是开展好下一步地质技术工作的重要环节。随着地质业务领域不断拓宽，地质服务的深度和广度不断发展，地质技术工作勘查分散化、碎片化倾向越来越明显，有必要加强地质技术工作计划的统筹性，更好地聚焦地质服务内容，提高地质服务绩效。

(2) 地质技术管理的严密性是数字地质服务平台对数据质量的基本要求。地质技术管理对工作过程严密性、工作成果客观性、技术思维的科学性要求较高。因此应尽可能采用行业新技术、数字化新方法对地质工作全过程进行监管[2]，包括采用移动终端和管理平台对地质调查及其过程数字化、地质采样及其过程数字化、地质样品数字化、质量管理数字化、安全管理数字化、项目指挥或技术指导实时化等，保障项目成果质量的可靠性。

(3) 项目成果科学性体现为数字地质服务平台对数据全面性和一致性的要求。采用数字化方法对地质技术工作全过程进行项目管理，保障项目相关技术信息的可溯源性、可复查性，增加专家审核或评审的客观性，从而强化项目成果的科学性。

2.4 地质应用服务

数字地质服务平台建设应以智能化数据生产和数据服务为目标，技术思路遵循“数据即服务”的模式。为更好地实现其要求，提供各类地学分析模型给相关人员使用。地质应用服务内容包括下述内容：

(1) 提供专业地质信息服务。扩展地质数据库内容，结合相关部门职能专业管理需要，积极参加相关部门开展的地理信息业务工作，研究预警、辅助决策方案，为相关部门管理提供专业信息服务。

(2) 根据民生需要，开发数字地质服务产品，为政府管理、决策提供专业信息支持。

(3) 基于地质调查和科研成果，提出科学性和适宜性的资源开发、利用规划，指导地方生产，提高经济和生态效益。

(4) 提供分析工具、分析模型，方便用户使用。

3 数字地质大数据体系建设的主要内容

数字地质大数据体系建设主要包括基础地理数据库、地质成果数据库、知识模型数据库、矿山勘查成果数据库、工程地质项目数据库、地质遥感数据库和其它相关数据库，其主要分类见表1。

3.1 基础地理数据库

基础地理数据库包括基础地理信息及更新数据、各种精度DEM、DOM、DLG及三维模型数据。其主要作用如下：

(1) 为地质数据库提供数学基础和空间定位服务，为开展地质工作提供相关设施资源、工作环境等基本信息支撑。

(2) 方便专业地质人员在三维场景下进行矿物迁移通道、矿物扩散路径分析。

(3) 提供地质项目工作区或兴趣区地形地类二三维图件，保障地形数据的现势性。

(4) 方便地图脱密管理。

表1 数字地质大数据体系主要分类表Table 1 Main classification table of digital geological big data system

3.2 地质成果数据库

地质成果数据库包括二三维地质构造、地层单元、地质背景及地质异常、水文地质、环境地质、土壤资源、工作程度等数据。地质成果数据库是地质工作最新总结，也是下一步开展地质工作的基础资料。

3.3 知识模型数据库

知识模型数据库包括构造理论及模型、成矿理论及模型、典型矿山及特征数据等，是本区域开展地质工作的指导理论和经验总结。

(1) 构造理论及模型数据是指以地质构造理论为指导，结合本地区地质特征、演化过程及结果，以揭示区域地质构造成因为目的建立的数据库，是开展区域地质工作的理论依据。构造理论及模型数据一般以区域地质志为基础建设，用三维模型演译展示。

(2) 成矿理论及模型数据是对已有矿山勘查成果(包括本区域外)的成矿分析和理论总结，对区域地质找矿具有指导或参考意义。成矿理论及模型数据包括矿山二三维静态分析数据和成矿过程动态分析数据。

(3) 典型矿山及特征数据是指对国内外已探明典型矿山的勘查资料及成矿背景、成矿机制等特征数据进行分析和属性提取，并进行数据挖掘分析和理论发现，为区域地质找矿服务。

3.4 矿山勘查成果数据库

矿山勘查成果数据库主要内容涵盖已探明矿山的分类、分布情况、矿产储量、矿产特征等数据，以便进行成矿机制和成矿条件分析，总结成矿规律或形成新的成矿理论。

3.5 工程地质项目数据库

因工程地质项目建设的需要，各类工程地质项目都会进行地质勘查工作，形成地质区块或断面勘查成果，这些成果也是区域地质调查重要的数据来源，对完善区域地质调查资料、深化地质成果应用、降低地质调查成本有着重大意义。

3.6 地质遥感数据库

随着卫星遥感数据源不断增加，地质遥感解译技术不断提高，地质成果不断丰富，为地质遥感应用提供了坚实基础，但与地质遥感数据源本身的信息量相比，专业遥感解译出来的信息还是太少。目前地质遥感成果在地质普查、勘查、矿物分析等方面被广泛应用，节省了大量地勘资金，丰富了地质工作数据源。采用地质遥感解译技术手段，特别是多光谱、高光谱、激光雷达、INSAR等技术，可以进一步挖掘地质体蕴含的信息，为地质工作提供更多的服务。

3.7 其它相关数据库

为深化地质数据服务，应结合相关地质数据服务需要，将数据集成加工，并与地质专业相关的交叉学科数据库按专题进行融合，建设其它相关数据库。

其它相关数据库主要有自然资源数据库(土地资源、土壤资源、水资源、林草资源、湿地资源等)，人文环境数据库(文化单元、风俗习惯、民族风貌、宗教信仰、风景特色、优特产品等)，生态环境数据库(生态区域、生态种群、生态可用资源、水土保持、生态环境评价等)，经济人口数据库，城镇村规划数据库等。

4 地质服务数据民生应用的开发

地质服务数据民生应用的开发是指在地质大数据集中或集成的基础上开发出为社会公众想用、能用、好用的数据库，为经济社会建设提供信息支持，促进数字地质服务的系列活动。

民生地质服务是地质工作者重要的服务内容，是一项不断深入的工作，应采用更多的技术方法建设民生地质服务数据库，为人类生活、生态、生产空间建设提供优质服务。如结合水文地质、环境地质、生态环境、自然资源资料，构建长江经济带、汉江生态经济带三维地表及土壤和岩石分布模型；采用卫星遥感监测数据、地质行业专业数据对“三区”生态地质环境变化进行监测，分析地质灾害、重大工程(建设三峡大坝、引江济汉、鄂北水资源调配等水利工程)、地质环境要素变化对区域生产条件和经济的影响，实现对“两带”生态统筹管理，为地方经济发展服务。地质数据服务民生应用(表2)有如下：

(1) 地理单元[3]数据库。结合基础地质、地形地貌、土地利用、气候特点(小微气候)、水文水系、生态环境、生物群落、人文环境、土地分级(按光照、积温、生态、土壤、生产条件、产量等因素划分)、行政管理、城镇体系、优特作物分布等专业数据库，科学划分地理单元，更好地规划资源利用。地理单元数据根据工作程度和专业技术需要，可按宏观、中观、微观分级。

(2) 生态及生态地质服务数据库。生态及生态地质服务数据库包括生态红线及生态保护区数据，各类国家公园，地质填图成果，生态廊道(地下地表水土迁移、生物种群、地质生态景观)，污染评价(污染源、污染扩散、污染治理)，地质灾害(灾害点分布、级别、影响、治理)，生态工程及生态评级数据。

(3) 城镇村建设条件评价数据库。该数据库包括农业地质评价(地下水位及水质、土壤特性及分级、植物吸收特点、优特农产品、独特地理单元、环境污染、气候特点、生物种群等)，地质基础评价(地质稳定性分析、地质安全性评价、土地利用适宜性分析、区块建设强度及建设成本分析、水文地质及水资源分析等)，建设环境适宜性分析(小微气候、地上地下水资源、交通条件、人口容量、矿产资源、生态容量等)。

表2 地质数据服务民生应用列举表Table 2 Livelihood application list of geological service data

(4) 工程建设安全及影响分析数据库。该数据库涵盖地质环境评价，工程建设适宜性分类评价，重要工程项目建设与运行对基础地质、水文地质、农业地质、生态演化等环境影响分析。

(5) 地质灾害数据库。该数据库包括区域地质灾害风险分级；地灾点分布、分级、灾害体成灾危害及损失、监测、应急等。

(6) 区域或重点区域地质形变监测与评价成果数据库。

(7) 地质遗迹、地质景观资源数据库。

5 数字地质服务管理及制度

(1) 强化数字地质服务分工与合作。由于地质领域专业性强，数字化管理技术相对复杂，导致地质专业成果数字化程度和管理水平不高。数字地质服务管理需要按专业分工投入，各专业充分协作分步骤推进。

(2) 建立数字地质服务平台共建共享机制。制订相应规则，实现数字地质服务平台共建共享。将地质数据库标准化、系列化、产品化，通过地质服务窗口，为相关专业管理部门提供地质信息支持，为乡镇村生产、生活、生态建设提供地质信息服务。制订数据源的收集与处理、成果开发与发布、系统研发与运维管理、业务反馈、平台管理分工、项目投入与收益共享方案等制度，便于平台有序开展工作。

(3) 推进基于数字地质服务平台的“局地”合作模式，强化数字地质服务。将数字地质服务平台与地方政务平台对接，实现地质后台服务和在线服务，了解地方对数字地质服务需求，跟踪其服务要求变化，提高数字地质服务的质量和水平。

(4) 加强数字地质服务产品开发，提高地质信息服务水平。加强技术研究，分析、整合、重组、优化、升级既有系统和资源，开发适用的信息管理或信息服务系统，适应信息服务新模式。

6 结论

建设数字地质服务体系是一项系统工程，涉及专业技术内容较多，建立共建共享机制、打造数字地质服务生态、明确分工协作和效益共享方式是搞好数字地质服务的前提条件。数字地质服务体系也是生态体系，需要相关单位及技术人员为该体系提供技术和知识营养，贡献自己的力量，才能促进其健康发展，同时从数字地质服务体系中汲取营养，促进自身发展，形成良性循环，实现行业高质量发展。