数字地矿建设基本架构*

潘宝玉，于广婷

(山东省地质测绘院，山东 济南 250002)

0 引言

数字地矿，是基于地矿基础资源的网络GIS 管理体系，主要反映与地质矿产有关的空间信息，具有资源管理、数据共享、协同办公、综合统计、评价分析、业务支撑等功能，是数字国土的一个主要分支，是地矿系统广大职工几十年来艰苦奋斗的成果集结，是提高决策水平、提升效率、降低成本的有效工具，是地矿核心竞争力的重要组成部分，也是实现地矿管理工作信息化、现代化的重要手段。

通过数字地矿建设，建立统一的信息化综合管理平台，为日常管理和决策提供及时、准确的基础信息，为各项业务工作开展提供高效的辅助工具，进而提高信息化管理水平，促进信息资源整合与共享，提升社会化服务和决策能力［1，2］。因此，建设数字地矿对地矿经济可持续发展具有重要的保障意义。

1 数字地矿建设的必要性

近年来，全国地矿系统非常重视科技研发与信息化建设工作，以山东省地矿局为例，曾先后建立了地质资料信息管理系统、地质环境监测信息系统、境外矿产勘查信息系统、矿业权信息管理系统、矿产资源三维可视化信息管理系统以及区域地质调查、地球物理、地球化学等数据库，对推动矿产勘查信息化、提高管理和决策水平起到了积极作用［3］。但是，随着信息化特别是GIS 技术的发展，地矿信息在实际应用中存在下述诸多问题:

1)信息资源分散。在以往信息系统或数据库建设过程中，由于缺乏顶层设计和统一规划，先后形成了不同来源、不同精度和不同质量的信息数据，且存储于多处。这不仅增加了数据维护和更新的成本，更加不利于数据的保管与使用。

2)缺乏统一标准。由于历史原因，当前地矿资源信息在分类编码、地图分层、数据采集、元数据描述等多方面缺乏统一标准，如大量来源各异的电子地图在投影方式、坐标系统、数据格式、地图分层等方面互不统一，给基础数据共享和跨部门协作造成了很大难度。

3)技术体系紊乱。现有地理信息系统在GIS 软件平台、数据库选型、空间/属性数据的组织方式和体系结构设计等方面各不相同，缺乏统一的数据交换和通讯接口，系统之间相互独立，很难实现数据共享。

上述问题导致了地矿资源存在大量的信息孤岛，而且随着地矿工作的快速开展，地矿资源基础数据也将大幅度增加。如不能及时采取有效措施，信息孤岛将成为制约地矿经济发展的瓶颈［4］。因此，亟需建设数字地矿、构建地矿综合管理平台，通过应用3S(GPS、GIS 和RS)、现代通讯、互联网、云计算等先进技术，将工作流程、公共数据、应用软件、基础设施和各种标准联系起来，打破信息孤岛，实现不同应用系统和数据之间的无缝集成和信息共享，为政府决策、地质找矿、地质环境监测和公共服务等提供技术支撑［5～7］。

2 数字地矿的总体框架及建设原则

2．1 总体框架

数字地矿总体框架为:覆盖全局的专网作为主要业务运行网络，互联网作为面向社会服务和移动办公的运行网络;开发整合地矿资源专业服务系统，实现全业务、全流程的联网运行;建立局、地勘单位两级数据中心，形成数字地矿专业数据库，实现地矿资源的统一管理;通过公共服务系统建设，推动与公众的互动交流，实现地矿信息社会化服务。数字地矿总体框架，见图1。

图1 数字地矿总体框架Fig．1 The total frame of Digital Geology and Mineral Resources

从性质和功能上可将数字地矿划分为:基础层、资源层、服务层、业务层和表现层，具体内容如下:

1)基础层。包括网络环境、系统硬件、应用软件和操作系统等。

2)资源层。包括局、地勘单位两级数据中心，系统运行所需的基础数据、专业数据、管理数据和门户网站数据等。

3)服务层。包括协同办公系统、视频会议系统、数据管理、数据服务、数据交换等专业服务和地矿信息查询和业务咨询等公共服务。

4)业务层。包括地矿资源专业服务系统和公共服务系统。5)表现层。指业务专网工作窗口和互联网服务窗口。

2．2 建设原则

数字地矿建设是一项复杂的系统工程，涉及面广、技术性强、工作任务重、资金投入大，在设计、组织、实施和管理中必须坚持以下原则:

1)高点定位，统筹规划。在总体设计上，要按照“全局一盘棋”的建设思路，搞好顶层设计，系统覆盖全部业务流程;在技术选择上，采用先进成熟的信息化建设技术手段，确保系统建设的先进性、开放性、经济性和实用性。

2)协同开发，优化集成。按照国际国内开发标准，建立协同开发管理体系，实现异构平台、多业务系统、海量数据以及多个不同建设单位开发成果的有机衔接、互联互通、高效运转及优化集成，确保地矿局与局属各单位在开发管理工作中的统一性和协调性。

3)整建结合，边建边用。坚持整合改造与开发建设并重，在对现有信息资源进行充分整合的基础上，开发建设新的管理与应用系统，避免重复建设和资源浪费。坚持以需求为导向，以应用促发展，边建设、边应用，通过实践促进系统完善和提高，形成系统开发与业务应用相互促进的良性循环。

4)统一领导，稳步推进。在局信息化建设领导小组的直接领导下，由局信息中心具体实施，积极稳妥地推进“一个管理平台、两级数据中心、多个应用系统”的数字地矿建设工作，做到加强领导、强化管理，统筹资源、集中资金，科学安排、有序实施。

3 数字地矿建设的基本内容

3．1 综合管理平台建设

综合管理平台是地矿局日常工作的网上运行平台，该平台利用协同办公管理、工作流管理、GIS 应用管理等，将协同办公、视频会议、地质矿产勘查、水文地质勘查、环境地质勘查、工勘施工、矿业开发以及信息服务集成在统一的技术框架下，为全业务、全流程网上运行和辅助决策创建统一的技术支撑环境。

综合管理平台是所有应用系统运行的基础，由地矿专业数据、公共服务数据、专业服务管理、公共服务管理以及网络环境、系统硬件、应用软件、操作系统等构成。地勘单位按照统一用户认证、统一工作流引擎、统一GIS 应用服务、统一数据支撑要求进行管理［8］。

3．2 目录体系建设

3．2．1 共享信息资源梳理

将全局各单位可共享的资源库集中有序地进行梳理和组织，包括共享资源提供单位、提供方式、数据格式、应用模式、权限控制等信息，以方便用户资源查找、数据检索和应用系统访问［9］。

3．2．2 建立统一组织身份目录

统一的组织身份目录是全局办公系统的基础目录，为信息资源共享平台及跨部门分布的信息资源提供统一的组织机构及身份信息等服务，也可为各应用系统提供组织身份目录等基础服务，实现全局组织身份的集中管理、分级授权和统一认证，并在此基础上提供统一应用系统调用接口，以节约投资、简化管理。

3．2．3 信息资源目录体系建设

信息资源目录体系建设主要是对各单位共享信息资源库的标准化描述和合理化组织。其中，信息资源库的描述主要包括数据存储、访问方法、数据格式和应用规则等，是揭示信息资源库结构、指导用户使用的检索工具，是用户迅速、准确、有效地寻找信息的向导，是对信息资源实施安全保护的有效手段，服务于信息资源共享平台的资源查找和定位。

3．3 基础设施建设

3．3．1 服务器系统建设

服务器系统包括应用服务器、数据库服务器、WEB 服务器、邮件服务器、图形服务器等，根据各类应用系统的不同规模和特点，并结合处理速度、存储容量、高可靠性、系统开放性、性能价格比等因素进行选择配置。

3．3．2 数据存储及备份系统建设

随着综合管理平台建设的全面展开，各种地理信息基础数据和地矿业务数据将会急速增长，数据的安全性和易用性是整个系统正常运行的关键。因此数据存储及备份系统必须是可扩充的、灵活的、稳定的，确保为用户提供及时、可靠的信息服务。其中，数据备份必须是异地自动备份。

3．3．3 软件系统和网络管理体系建设

软件系统是数字地矿的核心，包括操作系统、集群软件、数据库软件、GIS 平台、邮件系统、杀毒软件、管理软件等。地矿资源信息具有海量数据且多源异构的特点，数据库之间联系广泛，一个系统涉及多个数据源，不同系统会访问同一数据库。因此，为保证数据有效共享，软件系统采用集群双平台进行部署。因为集群具有极高的稳定性与安全性，具有海量数据吞吐、跨平台以及在高负载下迅速响应的能力，并满足开放性好、通用性高、扩展能力强的要求［10］。

建设全面统一的综合网络管理体系，对网络和综合管理平台进行有效监控、分析、诊断、优化、调整，全面、准确、及时地掌握整个系统的运行状况，以实现集中、实时、图形化、智能化的网络监控管理。

3．3．4 安全管理体系建设

安全管理体系建设主要包括安全制度和措施、网络安全和异地容灾中心建设等。通过设立防火墙、入侵检测、防病毒控制等，保证数据安全。对于核心数据存储区域要通过CA 认证、安全审计等手段进行访问控制。通过网络安全扫描系统和网络实时监控预警系统，对系统安全事件及时做出响应和处理。为保证数据传输安全，对关键数据支持加密传输。

3．3．5 网络系统建设

为了满足高清视频会议、协同办公系统和其他专业应用系统的带宽要求，网络建设为MSTP 或者其他速率更高且易于管理的专线方式。网络基于虚拟化建立网路拓扑结构，包括网路虚拟化和存储虚拟化，并且严格实行专网和互联网物理隔离。专网及互联网网络拓扑结构见图2、图3。

3．3．6 标准服务体系建设

在严格执行国家及行业标准的基础上，结合地矿局实际，建立数字地矿综合管理平台应用体系标准、数据体系标准、系统集成标准以及基础设施建设规范等，保障数字地矿综合管理平台及应用系统标准化建设和运行。

3．4 数据中心建设

数据中心的主要功能是对各类地矿数据进行有效存储、管理、运行和维护，为数字地矿综合管理平台和各类应用系统提供数据保障。

数字地矿宜分别建设局、地勘单位两级数据中心，各级数据中心按照集中与分布相结合的模式建设:直接用于业务管理和决策支持的数据，统一集中到数据中心，按照规定进行数据汇交、发布和更新;对于面向社会提供服务的公益性基础数据，采用分布式管理模式，由数据采集部门自行管理维护，负责日常更新。通过数据中心的技术环境，实现地矿数据的逻辑集中管理，以及各级数据中心之间的远程数据交换、共享和对外信息发布。

3．5 数据交换系统建设

数据交换系统是综合管理平台的关键服务，主要建设内容包括数据交换标准和数据交换内容。通过对应用系统提供标准的数据交换服务调用，实现数字地矿系统内部的数据自由交换，以及跨平台、跨系统、跨应用、跨地区的互联互通和信息共享。

3．6 地矿资源专业服务系统建设

地矿资源专业服务系统是数字地矿建设的重点，主要任务是按照地矿资源“一张图”的管理原则，将已有地矿数据(主要包括地质资料和矿产资源两大类)进行梳理、重组、合并、加工，利用数据库、GIS、二三维可视化等技术，实现对数据的查询、统计、分析、输出、展示等，直观、准确、动态地展现地矿资源各方面的信息，为专业应用和公共服务提供数据支撑与资源保障［3］。

专业应用系统建设包括两方面的工作，一是对已有数据库、专业应用系统进行整理，按照统一标准集成到一个平台上，实现互联互通、信息共享;二是根据局和所属地勘单位的日常业务需要开发其他专业应用系统，如重要资产报表汇总系统、标准文档自动生成系统、技术质量综合管理系统、地质项目管理系统、内部财务核算系统等，提升业务处室和地勘单位的管理水平和工作效率。

3．7 公共服务系统建设

公共服务系统包括:门户网站、社会信息服务系统、移动办公系统和生产指挥调度系统等。各系统功能分别如下:

1)门户网站和社会信息服务系统的主要功能是集成基础地矿资源公众信息，为政府部门、企事业单位和社会公众提供地矿信息查询及业务咨询服务等;

2)移动办公系统是在局协同办公系统的基础上，为出差和野外工作人员提供移动信息服务，包括公文审批、待办事宜、电子邮件等;

3)生产指挥调度系统主要是为领导和项目管理者提供项目查询和管理平台，便于实时查询项目进展状况，指挥调度项目施工和及时处理生产中的问题，保证项目顺利实施。

4 结束语

数字地矿是一个巨大的信息工程，它涉及到计算科学、宽带网络、系统互操作、数据共享、多源异构海量数据的存贮与管理、卫星图像智能化处理、虚拟现实、云计算等先进技术［10］。通过数字地矿建设，可为分析、研究各种地质信息之间的相互关系提供有力的技术支撑，它不仅能够利用GIS 强大的对空间数据综合分析处理的功能，将各种不同来源的地质信息进行叠加、对比和综合，研究它们在解决某种具体地质问题中的作用，并从中找出规律性［3］，而且能够模拟一定区域内各种地质现象随时间的演绎过程，这对于矿产资源科学预测、地质灾害防治以及环境保护、资源合理开发利用等都具有非常重要的意义。因此，要从国家和区域目标的战略高度，统筹规划，分工协作，加快开展数字地矿建设工作，在目前已建成相关信息系统及专业数据库的基础上，建立各类信息之间的共享机制，逐步实行地矿信息的综合化、系统化、网络化、实时化和智能化，为地矿经济可持续发展提供基础保障。

［1］ 袁进军，郭贵海．WebGIS 的测绘信息管理系统设计与实现［J］．测绘科学，2010，35(6):200 -202．

［2］ 王茂芝，朱磊．基于ArcEngine 和C/S 构架的矿产资源管理系统开发［J］．计算机应用与软件，2010，27(7):47 -51．

［3］ 潘宝玉，王贵祥．3S 技术集成及其在地质领域中的应用［J］． 地矿测绘，1999(1):10 -13．

［4］ 潘宝玉． 减少信息孤岛，实现资源共享［J］． 上海信息化，2005(12):31 -33．

［5］ 李德仁．信息高速公路、空间数据基础设施与数字地球［J］． 测绘学报，1999，28(1):1 -5．

［6］ Gore A． The digital Earth． Understanding Our Planet in 21st Century［J］．The Australian Surveyor，1998，43(2):89 -91．

［7］ 潘宝玉，张志进，陈杨．数字沂水地理空间框架建设与应用［J］．测绘通报，2013(11):98 -100．

［8］ 刘光．地理信息系统二次开发教程——组件篇［M］． 北京:清华大学出版社，2003．

［9］ 韩忠明．XML 数据查询与信息检索系统［M］．北京:中国水利水电出版社，2010．

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