基于GIS技术的地质成果资料检索服务技术探讨

黄家凯, 潘玉清, 樊旭东

(湖北省地质调查院,湖北 武汉　430034)

0　引言

地质成果资料是一笔宝贵的财富。如何合理有效地利用地质成果资料,最大限度地服务于地质找矿与科学研究,是地质资料管理者们研究的目标之一。随着计算机科学技术、数据库技术与网络技术的进步,地质成果资料管理从传统的人工检索、计算机辅助检索发展到网络检索。这极大地方便了资料使用者,使其获得的资料更符合预期,同时也大大减轻了资料管理者的工作。这些技术方法的广泛使用标志着地质成果资料的管理全面进入信息化、网络化、智能化的时代。

GIS技术无疑是当今最热门的课题。地质成果资料的固有属性之一就是地理空间范围,因此它先天与GIS具有极高的亲和度。而按照感兴趣的空间位置检索需要的地质成果资料又是查询者最希望的检索方式之一,因此研究基于GIS技术的地学资料检索方法,是一个非常有意义的课题。

1　资料检索服务技术现状

计算机技术、数据库技术与Internet技术的发展,使得资料检索服务技术发生了革命性的变化,计算机检索取代卡片目录的检索方式已是历史的必然[1]。计算机检索可以为读者提供“广、快、精、准”的有效信息服务。对此,卡片检索是无能为力的。采用Web技术实现图书资料检索是目前最新的技术手段之一[2]。信息时代下读者检索所需的资料方式发生了翻天覆地的变化:你只需拥有一台能连上Internet的Web终端,这里所谓的终端可以是普通台式PC、笔记本电脑，甚至只需要是智能手机、平板电脑,然后在Web浏览器中打开需要检索资料的图书馆Web站点,在Web页面中输入感兴趣的关键词,图书馆的Web服务器就会返回所有满足条件的资料目录(图1)。

图1　信息时代资料检索示意图

这个过程中,资料检索用户与Web终端直接交互,通过Web页面输入关键词及其它筛选条件。Web终端将这些信息封装,通过HTML、XML等网络通讯语言发送到被检索的图书馆的Web服务器,Web服务器处理检索请求,将查询条件转化为对关系数据库的查询语言,通过SQL、中间件等技术查询数据服务器,然后将查询结果沿前述的路径返回给用户。

从上述的流程来看,信息时代的资料检索服务无疑具有极大的优势。这种方式可以实现海量资料目录检索、自动检索及模糊匹配等诸多功能。

2　地质成果资料空间属性与检索的空间定位需求分析

2.1　地质成果资料空间属性

地质成果资料是一类特殊的资料。它除了具有一般资料的宝贵性、可重复利用性等固有属性外,还具有独特的空间位置属性(表1)。

表1　地质成果资料主要元数据项一览表

地质成果资料的空间属性描述的是该资料的工作区范围。这个范围通常用点或多边形两种几何形状来抽象。当抽象为点要素时,其代表的是工作区中心位置,通常对应较大比例尺、较小工作范围的工作区。当抽象为多边形要素时,其代表的是该工作区的精确边界,通常对应较小比例尺、较大工作范围的工作区。

采用多边形来抽象表达的地质成果资料空间属性,又可分为三种基本类型：第一类是仅需要一个最大最小范围即能表达的,如一个标准图幅、一个正南正北的矩形范围等，这类多边形在GIS中常用“最小外包络矩形”(Minimal Boundary Rectangle,MBR)来抽象表达[3]；第二类是采用普通多边形表达抽象的,这类地学成果资料的工作区范围为一个实心的、不带任何空洞的多边形；第三类是采用复杂多边形抽象表达的,这类地学成果资料的工作区范围可以是一个或多个多边形范围(如某一工作区为采矿权的范围,该采矿权有若干个采区),这些矩形可以是简单矩形,也可以是带空洞的复杂多边形(图2)。

图2　地质成果资料空间属性抽象表达几何方式示意图

2.2　地质成果资料检索空间定位需求

区别于一般资料检索,地质成果资料的检索除具有一般资料检索的所有共性以外,它常常是与空间定位紧密相连的。这种空间定位需求可以抽象概况为三种方式:

(1)检索者想知道某个兴趣点周围一定距离内,有哪些地质工作成果。这种需求抽象为GIS语言就是:在给定坐标的空间点附近一定距离的缓冲区内,有哪些地质成果资料的空间位置与之有相交关系。

(2)检索者想知道沿着某一条路径周围一定距离内,有哪些地质工作成果。这种需求表达为GIS语言就是:在给定坐标的路径两侧一定距离的缓冲区内,有哪些地质成果资料的空间位置与之相交。

(3)检索者要求知道某个区域内,有哪些地质工作成果。这种需求转换为GIS语言就是:在给定坐标的区域内,有哪些地质成果资料的空间位置与之相交。

从上述分析可知,地质成果资料检索在人机交互时,除了需要输入检索关键词等检索条件外,检索者常常还期望输入一些空间限定条件。这些空间限定条件可以在检索服务器端转化为成熟的GIS空间分析过程(表2)。

表2　地质成果资料检索空间限定条件抽象与表达

3　基于GIS技术的地质成果资料检索服务关键技术点

3.1　建设地质成果资料目录数据库

地质成果资料目录数据库是检索应用的基础。不同于一般的资料目录数据库,它应该具有独立、完整、规范的空间属性。只有达到这个要求,后续的空间定位查询才能得到有效支持。

对于地质成果资料目录这一实体来说,有多种成熟的方式可用来存储其空间属性。大型的商用数据库(如Oracle)均有空间数据类型；成熟的GIS基础平台均支持通过SDE(Spatial Data Engine)在商用数据库中创建标准的空间数据；OGC(Open GIS Consortium)、ISO/TC211等国际组织也有相应的空间数据表达与存储方案。

在建设地质成果资料目录数据库的过程中,其空间属性数据的类型选择也是特别需要关注的问题。因为地理空间数据是与特定的参考椭球、特定的高程系统(如果有高程坐标)、地理坐标数据或投影坐标数据等核心元数据紧密相关的,为了简化后续的检索应用,提高检索效率,建议采用统一的地理空间定位坐标系统。

3.2　部署GIS服务器

区别于普通的资料检索系统,支持空间检索的地质成果资料检索系统在Web服务器与数据服务器之间增加了GIS服务器,它是完成地质成果资料空间检索的关键。GIS服务器的位置及与体系中各部分交互的主要途径见图3。

图3　地质成果资料检索系统部署结构图

从图3可以看出,Web客户端与图书馆Web服务器之间的通信由HTML、XML升级为支持传递空间信息的GML。它可以将Web客户端资料检索者输入的空间限定条件传递至Web服务器端。这些空间信息是GIS服务器完成空间分析判别的输入数据来源。

GIS服务器上需要部署相应的GIS平台,它负责完成检索过程中的空间分析。GIS平台有多种选择,国产的大型GIS平台有MapGIS、Surpermap、GeoStar等多款可选；国际的知名GIS平台有ArcGIS等许多成熟的产品。Web服务器与GIS服务器之间通过GIS平台提供的WMS、WCS、WFS这三类标准GIS接口访问[3-5]。

GIS服务器与资料目录数据服务器之间通过GIS平台提供的SDE访问数据服务器中资料目录的空间属性。这些空间属性数据返回到GIS服务器后,由其完成空间分析功能,筛选符合条件的资料条目,再返回到Web服务器,最终由Web服务器返回到客户端,从而完成整个检索过程。

3.3　开发具有空间分析功能的B/S资料检索系统

一套高效的支持空间分析功能的B/S资料检索系统是实现地质成果资料检索的灵魂。从地质成果资料检索的业务需求来看,这个系统应该具有三大特点。

(1)该系统应该是简单的B/S结构,同时还应该是“瘦客户端/胖服务端”的结构。在Web客户端,只需要通过浏览器下载安装GIS平台提供的ActiveX控件或简单的插件。所有的空间分析与处理功能应该全部在GIS服务端完成。

(2)该系统的Web客户端在符合传统资料检索习惯的同时,还应该有一个可供资料检索者方便输入空间限定条件的视图窗口。这个空间视图窗口一般是由GIS平台提供的ActiveX控件或插件实现的。通过该空间视图窗口,检索者可以通过在图上选定检索空间范围；同时也可以输入精确的坐标值来确定资料检索范围。

(3)该系统应该运行流畅。GIS服务器端选择最佳的方式通过Web服务器与Web客户端交互空间数据是系统流畅运行的关键。因此需要结合使用WMS、WCS与WFS,当Web端视图范围区域较大时,建议采用WMS交互数据；当Web端视图范围区域较小时,可以采用WCS、WFS交互数据,但同时要注意数据缓存的处理,避免Web端长时间的等待。

4　结语

基于GIS技术建设支持空间条件检索的地质成果资料服务系统是今后地学资料服务的一个非常有前景的发展方向。这种方式既契合了地质成果资料的空间属性特征,也能更好的满足地质成果资料检索者的需求。本文中论及的各项技术方法均已成熟,并且成功应用于诸如电子地图网站、智能导航等领域,因此建设支持空间条件检索的地质成果资料服务系统是完全可行的。这样的一套资料检索系统,有利于宝贵的地质成果资料的二次开发利用,更好地为地质找矿事业服务。

参考文献:

[1]黎刚.图书资料检索与信息化建设[J].黑龙江社会科学,2001(2):79-80.

[2]李茉莉,左凤朝.基于Web的图书资料检索技术研究[J].情报杂志,2003(2):65-67.

[3]龚健雅,杜道生,朱欣焰,等.当代地理信息技术[M].第二版.北京:科学出版社,2001.

[4]李辉,杜亚军.图书资料检索过程的智能行为研究[J].西华大学学报：哲学社会科学版,2004(4):90-91.

[5]卢秀丽.浅谈GIS空间分析[J].科教前沿,2013(1):66-67.