面向專題型地理信息系統如何設計

㈠ 基於GIS數字地質圖資料庫的組成

1.數字地質圖

傳統的紙質模擬地圖是根據地圖模型（map model），按照一定的數學法則、符號、制圖綜合原理和比例，將地球空間實體和現象的形狀、大小、相互位置、基本屬性等表示在二維平面上。「數字地圖」，簡單地說，就是存儲在計算機中數字化了的地圖。一般來講，數字地圖是以地圖資料庫為基礎，以數字形式存貯於計算機外存儲器上，並能在電子屏幕上實時顯示的可視地圖，又稱「屏幕地圖」或「瞬時地圖」。

（1）地質圖

「地質圖」乃是一切地質工作中的基本圖件，用規定的符號、不同的顏色、描繪一地區的地質現象，反映沉積岩、岩漿岩、變質岩、各類礦產、各種型式的地質構造線等，反映它們形成的時代、分布和相互關系，以三維空間的立體形狀表示在二維空間的平面上。金澤蘭等在《地質圖編匯法》中，提出地質圖是一種將出露在地表的地質構造現象按比例投影到平面圖（通常帶有地形等高線，即地形圖）上，並用規定的符號、色譜、花紋予以表示的圖件。它是為特定目的服務的、有選擇性地表示地質對象的時間和空間分布的符號化表現形式。在地質圖上表示的地質對象即可以根據地質屬性分類集合進行選擇，也可以按照地理范圍進行表示，一般情況下是兩者結合進行的。總的來說，地質圖是現實世界中地質客體在人腦中抽象的、具體的表達，是現實地質對象在圖紙上的映射。如圖7-11所示。

圖7-15 以對象為中心的面向對象數據模型實現圖形和屬性統一存儲

這種數據模型徹底解決了長期以來空間對象與其屬性數據，在物理上分離帶來的諸多難題，進而實現基於關系資料庫的GIS空間數據一與其他非空間關系數據一體化管理，給GIS系統開發、應用帶來了極大的便捷性。如利用空間引擎對空間與非空間數據進行操作，同時可以利用大型關系資料庫海量數據管理、事務處理（transaction）、記錄鎖定、並發控制、數據倉庫等功能。

4.GIS與數字地質圖資料庫的結合

GIS是分析和處理海量地理數據的通用技術，藉助GIS，基於大量綜合信息，可進行空間采樣，對構造演化、火成活動、沉積相、礦產形成、模擬區域地質演化等復雜問題進行時空和多元統計分析，對成礦預測和礦產勘查提供有力分析工具。在數據量充裕前提下，GIS分析具有定量、定時、定位的特點，可給出動態（不同時間、不同位置）結果。藉助深部與時間數據，GIS分析實際上可拓展到四維空間。

P.Gardenfors提出在客觀世界和符號表達之間存在著概念層，他將知識表達分為三個層次，即：亞概念層、概念層、符號層，通過亞概念層感知客觀世界，然後通過概念層將感知的內容抽象成為概念進行分類，將概念（分類）通過符號層表達出來。地理信息在概念層形成，在符號層表達，所以地理信息庫的建立就是通過概念層對地理空間（客觀世界）的抽象而形成地理信息概念空間，將該概念空間形式化後就成為本體化的地理信息空間，即可在計算環境下通過符號層（圖形）表達出來。

地質信息系統研究的關鍵問題之一，就是構造圖7-16中的地質模型，目的是通過有限的、不完全的並且含有各種雜訊的觀測數據來推斷地下空間的物質、能量的分布和流動情況。

圖7-16 地質認知過程的簡化示意圖

大部分礦產都不是暴露在表面，而是埋在地表深部。利用GIS的方法通過了解地表上層物質的空間分布，就可以判斷礦藏存在的可能性。在一個找礦預測區域往往已知部分礦區和礦點，這些礦區和礦點具有很多的空間屬性和地理屬性，要想很直觀的用以往普通的資料庫管理系統去把它表達出來，可謂耗時費力。而GIS的出現為礦產資源評價和管理提供了前所未有的評價工具與手段。GIS是採集、管理、處理、分析、顯示、輸出多種來源的與地理空間位置相關信息的計算機系統。隨著GIS與RS（遙感）、GPS（全球衛星定位系統）相結合的「3 S」集成以及計算機互聯網的迅速發展，GIS在地質找礦中將發揮更加重要的作用。

目前，GIS與地質空間資料庫的結合主要體現在以下幾點：

（1）建立地質礦產資源資料庫

描述礦產地屬性的數據內容繁雜，類別眾多，可分為屬性數據和空間數據，礦產地各類屬性信息認識、分析和評價該礦區也很重要。因此，地理空間信息在礦產資源管理中佔有非常重要的地位。地質礦產資料庫在GIS的支持下，結合礦產資源數據類型可建立多種地理空間資料庫和屬性資料庫，利用GIS先進的資料庫和圖庫管理對於各種地質圖件和數據的長期保存及修改變得容易。

（2）圖形顯示的直觀性和形象性

專題圖不僅是一種重要的研究手段，同時也能有效而直觀的反映研究成果。在地質資料庫基礎上，GIS可將各種數據或分析成果以專題圖的形式直觀而有效的顯示，並可進行人機互動式地設計、編輯、修改。在成果輸出方面，GIS能夠提供高質量的預測成果圖件，直觀清晰，一目瞭然。GIS的這些功能，能將各種礦產資源的文字描述與空間地理位置有效的結合與表達，大大提高了礦產資源數據的直觀性和形象性。

（3）空間分析功能

GIS的空間分析功能是GIS區別於其他計算機系統的主要標志。地質資料庫系統涉及GIS多種空間分析功能，結合地質「專家知識」，為大范圍大區域內實現快速、准確的成礦預測創造了有利條件。GIS吸取專家的經驗及知識較容易，並且進行成礦預測具有空間直觀性，避免了預測中的人為因素；能夠彌補一些人工方法的缺陷（如對於斷裂控礦影響寬度帶的確定）。與傳統的方法相比，GIS空間分析功能可以更加迅速地對大量數據進行對比和分析，大大節約了時間，縮短了研究周期，

（4）多源信息的集成

地質資料庫的數據是多源數據。有不同精度、不同比例尺、不同數據源、不同格式的數據，藉助GIS能將這些多源的數據有機地集成在一起，能提供集成管理多源地學數據（包括以文字、數字為主的屬性信息和以圖形圖像為主的空間信息），具有方便建立模型及進行空間模擬分析的能力，使數據的分析更有效和定量化。進而，可以以多尺度、多方位反映某個地區的地質成礦信息。

由此可見，海量的地質數據與GIS強大的空間信息處理和分析功能的有機結合，是地質領域對多源地學信息綜合分析進行成礦預測劃時代的理想工具。

通過以上三個章節的分析論述，GIS在理論和技術上的日臻完善和強大，使得基於GIS地質圖資料庫的應用更加深入人心。在理論上，地理空間和地理信息空間的點本質認識以及地理信息元組概念的提出對地理信息應用特別是在地質領域的應用理論體系的建立提供了一條理論依據和入口；在技術上，以ArcGIS為代表的新一代地理信息系統的日益完善：在地理信息表達上，以本體為核心的地理信息表達方式為地質信息的表達及應用提供了強有力的工具，使得原有地理信息所不能完成的知識發現、復雜環境建模等復雜應用在新地理信息系統下成為現實；在地理信息分析技術上，ArcGIS從地理信息庫（知識庫）、基於知識庫的智能可視化，以及地理信息處理三個角度為地理信息的各種應用提供了強有力的工具支持，特別是9.0版本開發以後，對探索式空間數據分析方法整合使從海量日益復雜的地理信息中進行數據挖掘和知識發現可以在空間、時間、屬性一體化方式下進行。