核工业地面物化探数据中心建设

曹泽欣 孙秋菊 王 鹏

（核工业航测遥感中心）

摘 要 本数据中心是基于 MapGIS K9 平台，利用数据中心架构，“搭建”式二次开发技术建立的，实现了地面物化探档案资料（档案成果、野外原始数据）数据库管理、方便快捷的多途径数据查询和档案资料的在线浏览，其中通过“目录树”实现“多源异构”地面物化探档案资料的集成管理和服务是本数据中心的关键所在。

关键词 地面物化探数据 数据中心 数据查询 目录树

1 概述

核工业地面物化探工作开展多年来，积累了海量的数据（物化探成果和野外原始数据）。这些数据是铀矿地学信息的重要组成部分，具有很好的开发、应用潜力。但现阶段，核工业地质档案馆对地面物化探数据管理、服务仍处于传统的人工方式，在档案资料的快速存取、管理和服务等方面，已经不能满足现今工作的需求，制约了铀矿地质事业的进一步发展。

随着计算机、数据库、GIS 技术快速发展，为地面物化探资料数据中心的建立提供了可能。基于MapGIS K9 的数据中心集成开发技术，可解决核工业地面物化探档案资料实际工作中存在的问题，实现地面物化探档案资料管理现代化、馆藏机构标准化、资料管理数字化、档案服务网络化。

2 运行环境

数据中心实现的环境包括硬件、软件环境两个方面。

2.1 硬件环境

（1）地面物化探数据库服务器 1 台，Pentium D2.8G，主存 4G MB，硬盘 1TB；

（2）客户端微机 10 台，Pentium D2.8G，主存 2G MB，硬盘 200GB；

（3）网络设备：网卡、集线器、网线若干。

2.2 软件环境

（1）操作系统：Windows2003 Server、Windows XP 及其后续版本；

（2）数据库管理系统：Sql Server2005；

（3）地理信息系统：MapGIS K9；

（4）办公软件：MicroSoft Office 2003、Office2007。

3 建设方案

3.1 实现路线

核工业地面物化探数据中心是基于MapGIS K9平台，利用平台数据中心架构，进行“搭建”式二次开发，其中功能插件开发工具采用 Visual Studio 2005，数据库采用 Sql Server 2005。

3.2 数据组织管理

数据中心的数据可分为：成果数据、野外原始数据和底图3类。其中，成果数据是档案资料，包括报告、图件和矢量数据等；野外原始数据是物化探野外测量的数据；底图是用户和数据中心进行交互的界面，包括中国地理底图、地面物化探工作区和案卷目录、卷内目录。各数据具体的组织管理方式如下表。

表 1 地面物化探数据组织管理方式一览表

3.3 数据查询

数据查询分为：空间查询、属性查询。其中空间查询包含选择图元、行政区划、国际标准分幅和专家查询；属性查询是对底图的属性值进行查询。具体的查询方式如下表。

表 2 地面物化探数据查询方式一览表

3.4 数据服务

“目录树”是数据中心组织、管理和操作数据的场所和工具；通过“目录树”的形式，数据中心可实现“多源异构”的数据管理。

按照地面物化探的不同数据类型，地面物化探数据中心数据来自包含三个不同的数据库，那么，同一案卷号的成果数据、野外数据来源不同，结构差异较大。如何将这些多源异构的数据进行集成管理？数据中心从案卷管理、服务实际出发，以案卷号为主要节点，每个节点包含报告、图件、矢量数据和野外数据“四”个子节点，每个节点包含相对应的数据项，如下图所示。通过多级别、多专题等应用层次，对核工业地面物化探的成果数据（报告、图件、矢量数据）、野外数据进行有效的集成、组织和管理，为用户提供多层次的服务。

在核工业地面物化探数据中心的“目录树”中，并不存放真正的数据，它只保存相应数据项的链接路径以及浏览打开方式。实际应用中，用户可根据所需，在权限范围内旋转浏览数据。

图 1 核工业地面物化探数据中心“目录树”结构图

3.5 数据安全

核工业地面物化探数据中心具有严格的安全保密性，它包含两个方面：数据的安全、用户的安全。

（1）数据的安全。

物化探案卷、卷内目录为内部密级；

物化探档案成果数据为内部密级；

物化探野外数据为内部密级。

（2）用户的安全。

用账号登录；

不能直接接触数据库；

用户分角色，不同角色具有不同访问权限。

4 功能模块设计

该数据中心主要针对核工业地面物化探档案资料的日常管理、服务需求而开发的，是一套适合地质档案馆日常管理、服务使用的管理系统。通过该系统，用户能够方便操作、查询、检索、统计、制作专题图件、打印等；能够查询、统计地面物化探工作区各种基本信息，为管理人员提供所需的各种数据。

表 3 与图 2 说明了该数据中心的模块结构设计与功能划分。

表 3 功能模块划分与描述

5 数据库设计

5.1 数据库概念设计

核工业地面物化探数据库概念结构的实体关系如下图。

图 2 核工业地面物化探数据中心功能结构设计

图 3 核工业地面物化探数据库实体关系图

5.2 数据库中的表及其功能

表 4 核工业地面物化探数据库中的表

6 系统主要功能实现

图 4 核工业地面物化探数据中心主界面图

系统主界面如图 4 所示，分 5 个部分，上部分为菜单栏；左部分为数据中心地图文档窗口；中间窗口为主体部分，用于显示图形和查询结果，图形中红色区块表示为地面物化探工作区；右部分为数据中心目录树，用于多源异构的地面物化探档案资料的集成管理和服务；下部分为 4 种数据查询的窗口，用于档案号、省性质区划、标准图幅和物化探工作方法的查询。

6.1 地图文档操作模块

该模块主要以直观的方式向用户呈现核工业地面物化探工作区（红色区块）在全国的分布特征，并提供了对地图文档的各项基本操作：图形的放大、缩小、漫游、鹰眼、选择图形显示比例尺等。

6.2 数据查询模块

数据查询模块是数据中心的主要模块，用来对地面物化探工作区进行空间和属性查询，分为 6 个小模块，专家查询又细分为两个部分，其中带“*”部分是本系统主要查询手段。查询的结果在地图视图上，以“闪烁”方式显示，并在档案视图上，显示相关的案卷目录，在案卷目录某记录上双击，自动检索到该记录相关的卷内目录。

表 5 数据查询一览表

图 5 数据查询─省行政区划查询

图 6 数据查询─标准分幅查询

图 7 数据查询─档案号查询

图 8 数据查询─物化探方法查询

6.3 地面物化探数据中心

地面物化探数据中心通过“目录树”对多源异构的物化探成果数据（报告、图件、矢量数据）、野外数据进行集中管理、服务，在权限内，允许用户浏览数据中心的档案资料。

图 9 地面物化探数据中心

7 结语

核工业地面物化探数据中心是根据馆藏地面物化探资料现状，结合管理和服务的要求进行开发建设的。在实际测试、应用中，该系统体现出如下特性：①界面友好，操作简便，具良好的稳定性；②空间查询功能较齐全，可满足不同用户需求；③图形窗口显示直观，能清楚反映地面物化探工作程度及相关工作区基本信息；④通过“目录树”实现了“多源异构”地面物化探档案资料的集成管理和服务。

该数据中心的建立有助于揭示馆藏地面物化探档案资料的全貌，有助于快速了解全国范围内地面物化探工作程度现状，有助于快速了解某区域相关地面物化探工作开展情况，并快速检索、浏览到相关档案资料成果，为地面物化探档案资料查询检索管理提供了一整套可行的解决方案，为地面物化探档案资料用户提供了一个快速、便捷的查询检索手段，促进了地面物化探档案资料的管理、服务。

当前GIS的功能进展2006/12/31 11:35 A.M.地理信息系统GIS（Geographic Information System）是近20年来发展起来的一门综合性的技术，它涉及到地理学、测绘学、计算机科学与技术等学科。它的概念和基础是地理和测绘，它的技术支撑是计算机技术，它的应用领域是地理、规划与管理等许多行业和部门。随着信息技术尤其是计算机技术的快速发展、数字地球的提出与实施，GIS应用程度的不断深入和应用范围的逐渐扩大，正处于急剧变化与发展之中。

1.1 空间信息的获取与处理

空间信息的获取技术包括：野外全站仪测量、GPS测量、地图扫描数字化、数字摄影测量、从遥感影像进行目标测量等。野外全站仪测量、GPS测量的软件已基本普及。

地图扫描数字化技术及转化成矢量数据库的技术日趋成熟并已商品化，如ESRI公司的ArcScan。目前的技术大多采用交互和自动相结合，在自动消除噪音和色斑后，可自动跟踪单线和多边形边界，并自动识别断点、虚线、符号线，自动角度取直，交互时可以进行栅格-矢量一体化编辑。虽然扫描数字化大大提高了图形数据输入的效率和精度，但数字化后的编辑和属性数据的输入依然很繁重。

GPS集成到GIS中和GIS用于野外，使实时获取野外数据取得重大进展。遥感影像正在被用来作为一种基本地图，使之成为GIS最重要的一层。

用数字摄影测量方法自动获取DEM、数字正射影像，人工交互获取矢量线划数据的技术已得到广泛使用。在我国，该项技术处于世界领先水平，仪器设备和软件出口，而且承担国外的数据采集任务。

用遥感制作数字正射影像，并用交互式方法进行目标提取的技术也已基本成熟，已生产出大量遥感数字正射影像数据。

在空间信息获取方面，剩下的是地物目标的自动识别和自动测量问题，包括扫描地图的要素识别、数字摄影测量和遥感目标的自动提取。这是一个需要长期研究的课题，短期内难以取得突破。

从技术角度讲，空间数据处理的方法与技术已基本成熟，但是仍缺少效率高、自动化程度好的空间数据处理专用软件。

空间数据获取与处理的另一个发展趋势是网络化空间数据生产。它是指空间数据采集与处理工作基于一个局域网环境，并用一个网络数据生产管理软件进行生产调度、监控和质量控制，以提高空间数据的生产效率和保证数据的安全。

随着新型传感器的发展，空间数据信息源的获取设备与技术正处于一个快速发展时期，激光扫描雷达、高分辨率数字摄影测量相机、红外相机、干涉雷达等一批新型航测遥感设备，将使我们获取的空间信息更加丰富。

1.2 空间数据存储和检索

GIS空间数据管理已经走出了文件管理的模式。最初的GIS软件一般采用文件方法管理矢量图形数据，利用关系数据库管理系统管理属性数据。目前主要的GIS软件都采用了商用关系数据库管理系统同时管理图形和属性数据。如国外的ARC／INFO、GEOMEDIA，国内的GEOSTAR、MAPGIS、SUPERMAP等。

在数据查询和访问上，采用标准的SQL命令来访问和操作数据（包括对数据的增、删、改）。在提高查询速度上，大多引进四叉树和R树等空间索引技术。

1.3 数据处理和分析

GIS在这一方面的问题是，精通分析与模型化技术的数学专家对GIS了解不多，而GIS的开发者往往对空间数据的分析、模型化和空间统计方面知之甚少。在标准的商业系统中，仍然没有基本的通用的空间分析程序，而且也没有基本的通用模型化工具。值得注意的是，GIS厂商正在他们的产品中包含栅格数据处理功能，并将其作为单独的模块提供给用户，如MapInfo公司的Vertical Mapper。

1.4 数据输出

GIS在数据输出方面最令人兴奋的进展在于随着Internet和WWW技术的应用，使GIS的地理信息和地图数据输出跨越了时间和空间。任何用户可以在任何时间任何地点通过互联网去访问Web服务器上安装的GIS，可以在自己定制的界面上获得地图信息、制作专题地图、进行地理分析等。应该说已经商品化的WebGIS都还处于初级阶段，WebGIS提供的查询和分析功能还不能满足专业应用的需要。但WebGIS的出现已经开始改变GIS传统的数据输出和地图发布的方式，为地理信息的高度社会化共享提供了可能。

2.1 WebGIS的发展趋势

WebGIS是以现有的Internet／Intranet为架构基础的网络互操作应用系统，它可利用Internet在Web上发布空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能。一方面，WebGIS可为公众提供交通、旅游、餐饮、娱乐、房地产、购物等与空间信息有关的在线信息服务；另一方面，WebGIS可为基于Intranet的企业内部业务管理提供服务，如帮助企业进行设备管理、线路管理以及安全监控管理，等等。WebGIS的广泛应用，使得它已经成为目前国际GIS发展的必然趋势。通过WebGIS，人们可以方便地从WWW的任意一个节点浏览或获取Web上的各种分布式地理空间数据以及进行各种在线的地理空间分析。

2.2 WebGIS的特征

1）更广泛的访问范围。

2）平台独立性。无论服务器／客户机是何种机器，无论WebGIS服务器端使用何种GIS软 件，由于使用了通用的Web浏览器，用户就可以透明地访问WebGIS数据，在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据库的共享。

3）可以大规模降低系统成本。

4）更简单的操作。

5）平衡高效的计算负载。能充分利用网络资源，将基础性、全局性的处理交由服务器执 行，而对数据量较小的简单操作则由客户端直接完成。

2.3 WebGIS的实现模型

1）服务器端策略。基于服务器的WebGIS通常采用CGI技术，依赖服务器完成GIS分析、输出等工作，客户端每一个GIS操作，都须由服务器接受请求，启动相应的CGI程序进行处理，然后将结果以JPEG或GIF位图返回用户。

2）客户端策略。通过服务器向客户端发送一段运行在本地机上的客户程序。这个程序可以与用户相交互，处理用户的一些简单请求，如地图的开窗、放大等，所需的矢量数据直接向服务器申请。当客户发出一些较复杂、高级的操作要求而客户程序不能处理时，才请求WebGIS服务器处理，其处理结果以矢量数据的形式发给客户端。

3）混合策略。综合考虑客户机、服务器计算能力和网络通信量，适当地分布GIS任务，以充分使用客户机和服务器的计算功能，提高互操作性和系统性能。例如，对空间数据库的查询、空间数据管理和复杂的空间分析功能应安排在服务器上实现；用户的交互操作和控制，对Web页面的局部空间查询、专题分析则在客户机上进行。这样客户机和服务器共同完成GIS的任务，提高了系统性能。

2.4 WebGIS的实现技术

1）CGI（公共网关接口法）。CGI技术是WebGIS最早使用的方法。CGI是一种连接应用软件和WebServer的标准技术，是HTML的功能延伸。

2）ServerAPI（服务器应用程序接口）。ServerAPI是比CGI更有效的WebServer扩充方法，进程创建和进程间通信负载大大减少，运行速度比CGI程序要快得多。

3）ASP（Active Server Page）。ASP解决了CGI接口对象化的难题，可以自动解析收集来的网页的数据。同时ASP可以使用Windows环境下的其他ActiveX对象。

4）Plug in和ActiveX Control。Plug in（插件）和ActiveXControl是扩充浏览器功能使之能够解释自定义GIS数据文件格式的方法。

这种方法的优点：执行速度快；可以处理矢量地图数据；在一定程度上平衡了客户和服务器两端的负载，减少了网络带宽要求。但这种浏览器的嵌入功能模块需要安装在本地机器上，对客户不方便和不安全。同时，传统软件编程方法中不同版本之间的兼容性及版本管理问题不能解决，一旦制定了新的格式，对应的浏览器中的嵌入模块就必须重新安装。

5）Java。Java成为实现WebGIS分布式应用体系结构最理想的开发语言。目前利用Ja va开发WebGIS系统的方法有两种：一是仅客户端部分采用Java技术的WebGIS系统，服务器端在现有系统代码基础上，用制定GIS空间数据传输协议以及和Java程序交互的功能模块实现，这是目前绝大多数WebGIS系统采用的方法。它的特点是系统开发简单易行，可以大大缩短系统开发周期，同时又能保证开发的系统有较强的制图和地理空间分析能力，并能在一定程度上实现跨平台应用。第二种方法是客户端和服务器端都基于Java的We bGIS。也就是纯Java系统的WebGIS。这种开发方式可以最大限度地发挥Java技术的优势，尤其是可以充分利用Java在服务器端和客户端为构建分布式网络应用提供的支持技术。

3.1 GIS的发展趋势

GIS经历了从项目GIS、部门GIS、企业GIS、社会GIS的演变过程，其系统集成也相应的经历了从主机GIS、（传统GIS）、分布式GIS（C／S）、智能化GIS（WebGIS）、虚拟实现GIS的变化过程。可以看出，GIS始终是向更高性能、更低成本、更具开放性和灵活性的方向发展的。随着面向对象理论和方法的成熟，虚拟现实技术的逐步完善，网络化和智能化体系的普及，基于Internet和Intranet的WebGIS系统集成策略将是21世纪GIS系统的主流技术。

3.2 基于XML的网络环境下开放的空间数据交换格式

可扩展标识语言XML（Extensible Markup Language）可以让信息提供者根据需要，自行定义标记及属性名，也可以包含描述法，从而使XML文件的结构可以复杂到任意程度。XML具有跨平台、开放性、可扩展性、高度结构化等特点。

地理标记语言GML（Geography Markup Language）是由OpenGIS联盟制定的，它是基于XML的用于地理信息（包括地理特征的几何和属性）的传输和存储的编码规范。它用地理特征来描述世界，可以对很复杂的地理实体进行编码。

3.3 开放式地理信息系统

Web的本质特征就是其开放性。因此WebGIS的体系结构应该具备开放、互操作、可升级和可扩展性。开放的WebGIS首先应该包括数据的开放，即分布在异构数据库中的信息共享，XML的出现已经提供了一个很好的解决方案。另外，还应该包括数据访问的开放，即不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性。对WebGIS所提出的这些要求正是OpenGIS联盟成立的目的。

与传统的GIS相比，OpenGIS建立起通用的技术基础以进行开放式的地理信息处理。它具有互操作性、可扩展性技术公开性、可移植性、兼容性、可实现性和协同性等特点。

3.4 基于分布式计算的WebGIS

分布式计算目前只实现了客户机／服务器计算，它是实现完全的分布式计算的一个中间步骤。完全的分布式计算是一个非集中的，对等的协同计算，是下一个世纪的理想计算模式。

目前分布式计算平台采用的体系结构或标准有对象管理组织的共同对象请求代理体系结构CORBA；微软的分布式部件对象模型DCOM和分布式网络体系结构DNA；分布式计算环境DCE，以及SUN的Java。

分布式WebGIS应用从简单的在Web浏览器上显示已绘制好的地图，发展到基于Internet的GIS功能综合。远程的GIS用户可以共享普通的GIS数据，并与其他的GIS用户实现实时通信。发展分布式InternetGIS应用技术，集中体现在服务器、客户机和网络通信三个方面。

3.5 网络虚拟地理环境

三维虚拟现实技术正在成为网络应用的技术热点。随着Internet的飞速发展及三维技术的日益成熟，人们已经不满足Web页上二维空间的交互特性，而希望将WWW变成一个立体空间。

虚拟地理环境（VR）技术提供的可视化，不只是一般几何形体的空间显示，也是对地理信息、噪声、温变、力变、磨损、振动等的可视化，而且还可以把人的创新思维表述为可视化的虚拟实体，促进人的创造灵感进一步升华。

地理虚拟建模语言（GeoVRML）以虚拟建模语言（VRML）为基础来描述地理空间数据。其目的是让用户通过一个在Web浏览器上安装的标准VRML插件来浏览地理参考数据、地图和三维地形模型。它的出现将为在网络环境下实现虚拟地理环境提供一个良好的数据规范平台，将大大促进网络虚拟地理环境的应用。

3.6 移动GIS

移动GIS是一种应用服务系统。狭义的移动GIS是指运行于移动终端（如PDA）并具有桌面GIS功能的GIS，它不存在与服务器的交互，是一种离线运行模式。广义的移动GIS是一种集成系统，是GIS、GPS、移动通信、互联网服务、多媒体技术等的集成。移动GIS具有以下特点：

1）移动GIS运行于各种移动终端上，与服务端可通过无线通信进行交互实时获取空间数据，也可以脱离服务器与传输介质的约束独立运行，具有移动性。

2）移动GIS作为一种应用服务系统，应能及时地响应用户的请求，能处理用户环境中随时间变化的因素的实时影响，具有动态（实时）性。

3）移动GIS集成了各种定位技术，用于实时确定用户的当前位置和相关信息，因此它具有对位置信息的依赖性。

4）移动GIS的表达呈现于移动终端上，移动终端有手机、掌上电脑、车载终端等，这些设备的生产厂商不是惟一的，他们采用的技术也不是统一的，这就必然造成移动终端的多样性。

3.7 三维GIS

传统的GIS都是二维的，仅能处理和管理二维图形和属性数据。有些软件也具有2.5维DEM地形分析功能，随着技术的发展，三维建模和三维GIS迅速发展，而且具有很大的市场吸引力。

真三维GIS不仅表达三维物体（地面和地面建筑物的表面），也表达物体的内部，如矿山、地下水等。由于地质矿体和矿山等三维实体不仅表面呈不规则状，而且内部物质也不一样，此时Z值不能作为一个属性，而应该作为一个空间坐标，矿体内任一点的值是三维坐标x，y，z的函数，即P=f（x，y，z）。而我们在目前进行三维可视化的时候，z是xy的函数，如何将P=f（x，y，z）进行可视化，表现矿体的表面形状，并反映内部结构是一个难题。所以当前真三维GIS还是一个“瓶颈”问题，推出了一些实用系统，但一般都作了一些简化。

结束语：

GIS总体上呈现出网络化、开放性、虚拟现实、集成化、空间多维性等发展趋势。作为一种基于计算机的应用工具，GIS把地图的视觉和空间地理分析功能与数据库功能集成在一起，提供了一种对空间数据进行分析、综合和查询的智能化手段，涉及多学科的相互渗透、相互支撑。

航测是以无人驾驶飞机作为空中平台,以机载遥感设备,如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪等获取信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图像。全系统在设计和最优化组合方面具有突出的特点，是集成了高空拍摄、遥控、遥测技术、视频影像微波传输和计算机影像信息处理的新型应用技术。无人机航拍遥感技术可广泛应用于国家生态环境保护、矿产资源勘探、海洋环境监测、土地利用调查、水资源开发、农作物长势监测与估产、农业作业、自然灾害监测与评估、城市规划与市政管理、森林病虫害防护与监测、公共安全、国防事业、数字地球以及广告摄影等领域，有着广阔的市场需求。目前，我国民用无人机生产单位逐步壮大，初步估计约有150多家，已生产了15000余架无人机。比如国内劲鹰无人机专业从事航测无人机设备的设计生产，曾经到非洲飞行完成航测任务。

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