运用地理信息系统创建空间图形数据库及其在地质学中的.pdf

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1、收稿日期：!#$#%$；修回日期：!#&#!(张哲编辑(基金项目：中国地质调查局“辽宁省%)!万空间图形数据库”项目*编号+$(!(%(,资助(运用地理信息系统创建空间图形数据库及其在地质学中的应用摘要：地理信息系统*-.+,在组建和发展空间图形数据库中发挥着重要作用(-.+的核心是建立空间图形库与属性数据库的联动关系(在“辽宁省%)!万空间图形数据库”项目建库及系统结构设计中，利用国产-.+基础软件平台/01-.+进行系统图层分类、数据输入和图形编辑，最终建立起空间图形数据库(利用-.+创建的空间图形数据库是进行其他地质研究的基础，可为下一步进行矿产预测提供多源图层及空间信息资料(-.+在矿

2、产资源预测和其他地质领域，尤其是在区域地质调查、区域矿产资源与环境评价、矿产资源与矿权管理中也将发挥越来越重要的作用(关键词：-.+；空间图形数据库；矿产预测中图分类号：21$3%4 21$3!文献标识码：0蔡洪春%，陈为公!，綦巍%*%(辽宁省国土资源厅信息中心，辽宁 沈阳%$!；!(辽宁省地质矿产研究院，辽宁 沈阳%$!,第%卷第$期!年 3 月地质与资源-5676-8 09:;5+6?(%9?($+AB(，!#$简介以计算机为核心的信息处理系统技术是第二次世界大战后科技革命的主要标志之一(在信息的诸多类型中与空间相关的信息是十分重要的一类(与人类生存的地球这个三维空间相关的信息是地理信息

3、系统*-A?CDEBFGH.IJ?DKELG?I+MNLAKO-.+,产生和发展的原动力。-.+技术在国防、城市规划、交通运输、环境监测和保护等与国民经济乃至国家命脉相关的重要领域的成功应用，极大地推动了社会生产力的发展，同时，也极大地刺激了-.+技术的迅速发展，使之成为世界各国激烈竞争的高科技热点之一(地理信息系统与其他传统意义上的信息系统的根本差异在于-.+不仅能够处理其空间定位特征，而且能将其空间和属性信息有机地结合起来，从空间和属性两方面对现实对象时行查询、检索和分析，并将结果以各种直观的形式，形象而不失精确地表达出来(因此，-.+是较传统意义上的信息系统更为高级的系统(随着-.+的迅

4、速发展及广泛应用，各种-.+软件*如最著名的 0;=).9P6,已经愈来愈多地为世界各国地质调查部门所采用Q%RO 并在区域地质调查、区域矿产资源与环境评价、矿产资源与矿权管理中发挥愈来愈重要的作用(本文将以具有自主版权的国产-.+基础软件平台/01-.+为例，阐述-.+在地质学中的应用(%运用#$创建空间图形数据库按照英国教育部%3ST 年的定义Q!RU“-.+是一种获取、存储、检索、操作、分析和显示地球空间数据的计算机系统(”这个定义是比较全面的，它表明地理信息系统是数据库、软件工具、硬件设备的行政管理的综合(毫无疑问，-.+的核心是数据库，但它不是传统意义的属性数据库，而是空间图形数据库

5、Q$OVR(建立空间图形数据库有两个技术关键：其一是建立图形的拓扑关系，有了这种关系，对空间图形信息才能进行有效的管理；其二是建立图形与属性的联动关系，要保证在对图形单元进行任何复杂操作的情况下，都能得到一个合理的属性表(任何地理信息系统的数据库均由大量空间图层组成*图%,，每个图层中存放在逻辑上同一的、在类型上一致的空间对象(如一张区域地质图可以分解为断层图层、地层单元图层、变质带图层、产状符号图层、侵入岩图层、矿产图层等(每个图层的空间对象*如每条断层、每个地层单元、每个矿床矿点等,都有相应的属性数据(当对空间图形对象进行操作时，属性数据也随之联动(这样，就把一张复杂的地质图变地理信息系统

6、文章编号：%&T%#%3VT*!,$#%T$#图!地质图空间信息的图层管理#$%!&()*+(,-./0.)(1#(+#20/3(1#/2 0/$-/+/$#4 3()成了若干个相对简单、有序，又相互紧密联系的图层，等于把一张地质图拆成了许多构件%利用这些构件，既可以恢复原图，又可以按照地质学家的愿望组合成其他的专题图件；既可以利用地质图上的空间对象检索它们的属性，又可以根据属性检索相应的空间对象%这样，利有 567&89 的强大功能，对地质图上的空间信息的检索、修改、拆分、合并、分析就变得非常容易了%关于地质图的概念也产生了重大变化：地质图不再是一张复杂的、内容拥挤不堪的、固定不变的平面纸图

7、，而是由一批由计算机管理的，逻辑上物理上有序组织的，能按照地质学家的愿望迅速组合的空间地质信息%因此，地质学家认为，&89 实际上是图形技术与数据库技术相结合的产物，&89 是他们多年来梦寐以求的工具%下面以“辽宁省!:;?!、=A?!和=A?;中的技术标准和规定进行设计%!#!系统硬件和软件配置系统硬件主要由扫描仪、7888 计算机及打印机、绘图仪组成%软件采用中国地质大学 B武汉C 开发的地理信息系统基础软件平台 567&89%!系统图层分类及属性文件!#系统图层划分图层的划分及命名，属性文件的格式和命名基本按照=A?!的规定执行%“辽宁省!:;万空间图形数据库”共分成 D 个图类;E 个

8、图层，建立;F 种属性文件%其中地理图类分成 G 个图层共?种属性文件；地质图类分成!个图层共有!D 种属性文件；化探图类分 G 个图层；物探图类分;个图层%!系统图形资料分类图形资料主要有!:;万地质图、地质矿产图、!:E 万变质岩图、侵入岩图及相关地区的行政区划图%这些图件主要用于建立属性文件%!$系统数据分类数据主要分为文字资料及重力、航磁和化探的原始数据%文字资料主要包括“地质志”、“矿产总结”、“矿产储量表”及有关图幅的区调地质报告等%这些数据是建立地质矿产类图层属性文件的主要根据%!%各图层的图元编码建立图元编码的长度定为 G 位数字，前面;位为图幅区分码，后面 D 位是该图幅内的

9、图元编号%!$系统结构及功能!$#系统结构系统结构如图;所示%!$!系统功能B!C图形资料输入将现有的图件通过扫描仪输入计算机，并用567&89 进行栅格数据的矢量化%在同一个图形文件中将地理、地质类图件初步划分成 D 个层次，即!人文图层：包括居民地、交通、行政区划；自然地理图层：包括河流、等高线和高程点；#地质图层：包括地层、侵入岩、脉岩和断裂；$矿化图层：包括矿产地、蚀变、重砂以及产状等%!D;年地质与资源图!系统结构#$%!&()*)(+,-.+/0/+12!3数据输入根据前面确定的各图层属性文件的内容，按图元编号的顺序逐一采集属性数据，并输入计算机，使每个图幅建立一套,45(,数据库

10、文件%263图形编辑对矢量化的地质图和自动生成的物化探图进行误差校正和坐标转换，将每个图幅的角点坐标转换到实际大地坐标位置%前者是为了消除图纸变形产生的误差；后者是为了满足空间分析的需要，通过整图变换来实现%对地质、地理图形按图层划分方案进行分层，每个图层分别形成单独的图形文件%地质图中的“变质相带”、“韧性剪切带”和“褶皱”图层是以地层图层为背景直接在计算机上编辑，“矿产”图层中的新增矿产地也是利用经纬网直接落在该图层上%对于具有面图元的图层建立拓扑关系，并为每个面图元添加标识点，形成一个点文件%对各图层的点、线图元添加与图元编码相同的用户标识码，并以它为关键字将属性数据与图形进行联接%将带

11、有属性数据的图形文件转换成 789:;&创建的空间图形数据库，是进行其他地质研究的基础，为下一步进行矿产预测提供多源图层及空间信息资料%!#$在地质学各领域中的应用!%&#$在矿产资源预测中的应用第一代矿产资源预测 2!?世纪?A B?年代3 完全是建立在地质类比的基础上的；第二代矿产资源预测 2B?A C?年代3 大量使用多元统计方法与专家系统来综合地质、物探、化探和遥感资料，强调了计算机的应用，但所有的资料必须数字化；第三代矿产资源预测 2C?年代以来3 则以;&为重要工具来综合地质、物探、化探和遥感资料，所有的资料不是以数字而是以图层的形式存储和操作，对一些数字资料需要图形化%一些曾经统

12、治矿产预测的方法，如多元统计分析、专家系统等正在悄然退出，代之以;&为工具，以图层信息为基础，以地质模型为根据，以数字模型为桥梁，以图层操作为形式，以预测图件为成果的新一代预测方法%在图 6 中，图层数据库包含有大量地质、物探、化探和遥感图层，它们是预测的“原料”%地质模型是整个预测工作的理论基础，调集哪些图层，各图层的相对重要性，图层与矿产资源的关系实际上都由地质模型所确定%数学模型只不过是将地质模第 6 期DE蔡洪春等：运用地理信息系统创建空间图形数据库及其在地质学中的应用图!基于#$的矿产资源预测流程%&(!%)*+,-./0*1#$23.456 7&85/.)/54*9/,54 1*/

13、,.40&8:;=年地质与资源型表达的预测思想转换成#$可操作的形式，提取有关图层进行相应操作，最后得到各种作为预测结果的专题图件(目前，通常用(%(?*8-.72./05/和%(A(B05/35/CDE大力倡导的证据权法FG5&-04*1 5H&2658,5 7*65)&8I 构造数学模式，当然也可以应用任何针对图形操作的其他数学模型(这种预测方法的一个极大优点是，作为信息基础的图层数据库是相对不变的，而地质模型可随地质学家的经验、专长和智慧而变(一旦地质模型改变，通过#$对图层的操作，可迅速形成另一套预测专题图件(甚至对同一个地质学家，也可以不断变换思路，产生不同的预测结果(这是第一代和第

14、二代矿产预测方法所无法相比的(!#$%&在地质环境中的应用#$可为地下水及影响地质环境的其他物理和化学因素提供强大的存储、检索与分析能力，在此基础上实现合理的环境规划、保护与治理(例如垃圾处理场址的分布涉及地层、地下水、居民区、工农业用地，交通等因素，利用#$能迅速、充分地综合考虑这些因素，找到垃圾处理场地布局的最优方案(!地质灾害评价地震、滑坡、泥石流、地面沉降、洪水、沙漠化等地质灾害是全球#$应用的热点(地质灾害评价涉及大量基础图层，如地形、地质、交通、城镇、农业、区域经济等，综合起来十分费时费事，使人常感到处理这些信息的速度赶不上灾害发生的速度(由于#$对空间图形要素调动的高效率与灵活性

15、，大大提高了利用基础图层信息对地质灾害评价与预报的速度和水平，把对地质灾害的研究推向一个新的高度(!矿产资源管理矿产资源的勘察登记、采矿登记、矿山监督、资源规划等工作必须与地质背景、资源分布、经济布局、基础设施、行政区划等因素相结合才能取得好的效果(利用#$能轻而易举地做到这点(如果建立了上述各类空间信息的图层，管理人员在进行一个矿区或一个地区的矿产资源管理时，很容易知道相应的地质、矿产、经济与行政情况，有助于进行正确的管理、监督与决策(参考文献：C:E 李晓池，J&)K L?9/,-5/$K(地理信息系统 F#$I 在地学中的应用CME(地学前缘，:NND，=F:I：=!(!#$%&#(#)

16、&*+&+!,&)-(&.&%&#&/(.#&)+*&.0/!0+0!*&+#.1(2!#$%&()*+&,-!$./012(%&3-42 012,5,!#$%&()*+,-(&.$&,$)/0-+(&-&1 23)$+3(0+&4+&4 5$6(3)$6/7#$&8+&1 99:;(18+&4?-&$)+5$6(3)$6/7#$&8+&1 99:;/.#-&+8&34567859 91%:;?2%&A?159#B8 2&;&D D1E1C%2&;?2;C D;?;F;17 G*1)%:1%=9#B 2?%1?;FC2*;&2&?1:;)?2E1:1C;?2%&*2 F1?H11&?*1;?2

17、;C:;*D;?;F;1;&D?*1;?:2F+?2%&D;?;F;17#&?*1:%I1)?%=):1;?2&?*1,J 3KK KKK B;?2;C 9:;*L;?;F;1%=M2;%&2&N:%E2&)1-?*1%=?H;:1 ON9#B-D1E1C%:;*C;A1:-2&+?D;?;&D 1D2?:;*7 G*1 9#B(F;1D;?2;C:;A+C?2(%+:)1D:;*C;A1:;&D;?2%&=%:2&1:;C:1%+:)1=%:1);?2&-;H1CC;=%:12%&;C 1%C%2);C+:E1A2&-;11&?%=:12%&;C 2&1:;C;&D 1&E2:%&1&?-;

18、D2&2?:;?2%&%=:1%+:)1;&D?*1:2*?%=2&2&7:;6?49 9#B6;?2;C:;2&1:;C:1%+:)1=%:1);?2&作者简介：蔡洪春5,QR,8，男，在读研究生，地质工程师，,QQ,年毕业于长春地质学院地质矿产勘查专业，现从事地理信息系统的应用开发研究及档案管理工作；通讯地址：沈阳市北陵大街 3Q 号 辽宁省国土资源厅信息中心，邮政编码,KKS3，.(;2CJC&)*)T,US7)%利用中子探测岩石中的生命据美国 加州大学戴维斯分校校刊 5P&2E1:2?A%=!;C2=%:&2;L;E2-3KK3 V KW V 3S8报道，美国加州大学的地质学家利用核子

19、反应器的中子束来穿透岩石，在不破坏岩石的状态下探测其中是否有生物 7 这种方法除了可以应用在检测地球上的古老岩石，也能够侦测火星岩石中是否隐藏生命 7这种侦侧方法称为“中子成像法”5&1+?:%&?%:;*A8，利用这种方式，能够得出岩石三度空间的结构影像，而又不需要将岩石切开 7 除了地质学上的运用，中子成像法还可能应用在生物学上 7 例如，探测植物体内水分的流动状况 7 中子对于水和氢与碳等轻元素会产生比较强的反应，所以能够检测出这些物质 7 由于生命与水、氢、碳密切相关，因此，中子成像法能够用来探测隐藏在岩石中的生命 7整个成像过程与计算机断面摄影类似 7 样本在中子束的照射下旋转，产生一系列的二维照片，最后再整合成三维影像 75北岛8研究动态第 S 期,RR蔡洪春等：运用地理信息系统创建空间图形数据库及其在地质学中的应用