基于WebGIS技术的实测地层剖面数据Web发布系统设计与实现

李　莉， 刘永权， 庞迎春， 陈小婷， 邓艳丽

(1.武汉地质调查中心，武汉　430205； 2.中国地质图书馆，北京　100083)



基于WebGIS技术的实测地层剖面数据Web发布系统设计与实现

李莉1， 刘永权2， 庞迎春1， 陈小婷1， 邓艳丽1

(1.武汉地质调查中心，武汉430205； 2.中国地质图书馆，北京100083)

摘要：我国在青藏高原开展了许多地质调查与矿产勘查工作，取得了大量的地质资料，但是这些珍贵的地质资料没有实现统一管理，不能实现共享，影响了为青藏高原经济社会发展的服务。因此，开展实测剖面数据库建设与数据Web发布系统的研究工作，可以全面摸清青藏高原地质资料数据分布情况，并通过基于WebGIS技术的实测地层剖面数据Web发布系统发布这些地质资料。通过这一系统，用户可以十分直观地了解已完成区域地质调查项目的实测地层剖面分布情况，了解每一条实测剖面的地理位置、所测地层、长度、生产单位、生产日期，观看剖面示意图，了解每一地层分段的岩石特征、化石种类、岩层厚度等，为用户提供地层剖面数据的检索与查询服务，以及地图查询、浏览、打印服务，同时还可以了解相关的地质背景知识。

关键词：实测地层剖面； Web数据发布； 系统设计与实现； 青藏高原

0引言

青藏高原位于我国西南部，主体平均海拔4 000 m以上，为地球上独一无二的自然地域单元，是世界级特提斯构造东段的重要组成部分，总面积达240万km2，约占我国陆地面积的四分之一。青藏高原是世界上海拔最高、面积最大、年代最新、并仍在隆升的一个高原，是印度板块与欧亚大陆碰撞的结果。它夹持于塔里木地台、中朝地台、扬子地台和印度地台之间，呈纺锤状。内部有一系列不同演化历史和不同源地的陆块、褶皱带相间排列，反映了特提斯的复杂演化历史[1-3]。

自新一轮地质大调查以来，我国对整个青藏高原及其邻区，包括西藏、青海、甘肃大部、四川西部、云南西北部、新疆南部以及宁夏西部等行政区范围进行了详细调查，地理范围为北纬25°～40°、东经72°～106°，面积约280万km2。共完成1∶25万区域地质调查163幅，完成1∶20万区域地质调查266幅，完成1∶5万区域地质调查546幅。如果按每幅地质图区调工作完成30个实测剖面计算，这些区调工作总共完成有3万余条实测剖面。如果按每个实测剖面含有30个岩性段计算，那么这些实测剖面中就包含了近百万个岩性段。这些数据资料是本项研究工作的主要数据来源。

多年来，我国在青藏高原开展了许多地质调查和矿产勘查工作，所取得的原始资料和成果资料分布在全国地质资料馆、有关省地质资料馆、有关科研院所和队伍，一直没有全面的汇交，没有实现地质资料的统一管理，不能进行地质资料的共享，影响了地质资料为青藏高原经济社会发展的服务。开展此项工作的研究，可以全面摸清青藏高原地质资料数据分布情况，形成公开、权威的地质资料目录； 利用这些地质资料开展综合集成研发，建立青藏高原实测地层剖面数据库，编制青藏高原实测剖面分布图，采用基于WebGIS技术的实测地层剖面数据Web系统发布这些地质资料，为青藏高原地质矿产调查与评价、全国矿产资源潜力预测和地方经济社会发展提供支撑。

利用MapGIS和ArcGIS软件完成青藏高原实测剖面分布图，利用Microsoft Office Access软件建立青藏高原实测剖面数据库，利用WebGIS软件实现青藏高原实测剖面数据Web发布。本文重点介绍基于WebGIS技术的青藏高原实测剖面数据Web发布系统的设计与实现。

1系统设计与实现

实测地层剖面数据Web发布系统是在多比例尺矢量地质空间数据的融合、数据的统一描述、数据的跨越无缝显示，以及多比例尺矢量地质空间属性自动处理和标注技术的研究基础上，实现对1∶150万青藏高原及邻区地质图、1∶100万全国地质图及1∶250万全国地质图的空间数据和实测剖面数据Web展示及查询功能，并综合评价技术的适用性和有效性。

搭建WebGIS平台，发布1∶250万全国地质图、1∶100万全国地质图、1∶150万青藏高原地质图及实测剖面数据，用户通过互联网登录WebGIS平台后，可以在3个比例尺地质图间无缝浏览、查询地质数据及实测地层剖面数据的详细信息[4]。

1.1系统搭建

本系统在开发过程中软件配置及开发工具简要说明如下。

操作系统为Microsoft Window7 SP1 64bit； 数据库为Oracle Spatial 11g； 开发环境为Microsoft Visual Studio 2010、MapGIS 6.7(用于合并文件及地图文件格式转换)、ArcGIS 9.3(用户地图文件的投影坐标转换)、MapBuilder(MapViewer自带工具，用于可视化定义地图样式、主题以及制作地图等)。中间件及服务器部署，首先安装Oracle 11g数据库、JDK 以及WebLogic服务器，然后在WebLogic服务器中部署MapViewer中间件服务，在MapViewer中配置Oracle Spatial数据源后即可开始编程，通过中间件访问数据库中的空间数据。

图1　系统结构图Fig.1　The system structure

1.2Web发布框架

实测剖面数据Web发布系统主要按照3层逻辑进行设计，如图1所示。

1.2.1数据层

使用的数据源是数字化的1∶150万青藏高原及邻区地质图、1∶100全国地质图和1∶250万全国地质图的ArcGIS和MapGIS文件格式，对地质图的处理工作也将在2种文件上进行，而实测地层剖面的数据(Access数据类型)则另外开发数据接口，将Access数据以文本方式记录的实测地层剖面数据进行坐标转换后，直接导入到空间数据库中。为解决这种多源异构地质数据的处理、共享问题，将这2种空间数据以统一的SDO_GEOMETRY格式存储在Oracle Spatial空间数据库中，利用其强大的空间数据处理功能实现地质空间数据的查询、检索，实现多种数据源储存的融合，为数据源扩展奠定基础。

1.2.2逻辑层

利用MapViewer中间件对已经存入Oracle Spatial空间数据库中的3个比例尺地质图空间数据进行编辑与定义，按照用户的浏览习惯定义各个图层的显示样式与方式，将3个比例尺地质图数据库中的所有图层统一编辑为一个独立的FOI(用户兴趣特征)或Tile(底图)，打破3个比例尺的限制，实现3个比例尺内所有地质数据既独立又统一的逻辑关系。MapViewer通过对展示层JavaScript API的响应，从数据层选择符合要求的图层返回到展示层，实现地质数据的融合浏览。

1.2.3展示层

系统的展示层采用JQuery来控制HTML页面，并在ExtJS框架的基础上搭建展示界面，为用户提供优秀的操作与浏览体验。同时，在用户页面上实现了图层选择、距离测量以及属性查看等一系列的功能，方便用户使用。通过展示逻辑的设计以及JavaScript API的调用，控制地质体图层的无缝后台切换，同时搭配Google Maps优秀的地理底图，完成地质空间数据的融合展示。

通过对Oracle Spatial +MapViewer技术体系的应用，实现了3个比例尺地质数据的跨越展示，完成地质空间数据储存、逻辑以及展示的融合[5-14]。

1.3空间数据库建立

空间数据库是进行地质数据展示的基础，采用的Oracle Spatial空间数据库主要解决以下2个方面的问题。

1.3.1空间信息与属性信息的分离

经研究发现，虽然地理信息系统在国民经济建设与人们的日常生活中发挥着重要作用，但地理信息系统在信息服务的发展史上是作为独立的信息系统发展起来的，大多数系统仍然采用某种双架构的形式对空间信息与属性信息进行分别存储，Oracle Spatial则从根本上消除了数据库中空间和非空间信息的隔阂，完成了2种信息的统一管理。

1.3.2多源异构空间数据的集成

解决空间数据多源异构的问题，采取了在数据层进行统一集成的方法，即将ArcView、MapGIS格式的空间数据统一导入、存储在Oracle Spatial空间数据库中，根据用户需求调用相关数据库中的空间数据。

地质空间数据的格式有很多种，在进行Web展示的时候，不能针对每一种格式进行专门的逻辑设计，这将增加不必要的工作负担与性能负担，Oracle Spatial通过对OGC与SQL/MM标准的实现，定义了SDO_GEOMETRY数据类型，提供了一种简单有效的方法，实现了对各种格式空间数据的储存与分析功能。

1.4数据处理

数据预处理的目的是为3个小比例尺数据(1∶100万全国地质图、1∶250万全国地质图、1∶150万青藏高原及邻区地质图)在互联网上实现按主题分图层发布、展示提供数据支持。由于1∶100万全国地质图、1∶250万全国地质图数据是按照图幅划分情况分幅存放(1∶100万的地质图数据包括64个区文件，总数据量为764 M; 1∶250万地质图数据分为9个图层，总数据量为303 M)。为了便于数据的处理和发布，这些数据在导入到Oracle Spatial数据库之前，需要经过以下几个步骤的预处理：

(1) 分幅文件合并。利用MapGIS软件，将各幅中的同类地质数据文件合并成一个完整的文件。

(2) 数据格式转换。利用MapGIS格式转换工具将合并完成的WT、WP或WL文件转换成SHP文件。

(3) 投影转换。由于原始地质数据的投影参数为“高斯北京54”，而目前主流的WebGIS开发所使用的投影是“Web墨卡托”投影。为了适应WebGIS方式展现地质数据的技术特点，需要进行投影转换——利用ArcGIS软件载入转换之后的SHP文件，建立转换工程，将投影由“高斯北京54”转换成“Web墨卡托”投影。

(4) 数据导入。利用MapBuilder自带的SHP文件导入功能，建立其与Oracle Spatial空间数据库的连接，将3个小比例尺地质数据直接导入数据库，最终形成各比例尺的相关地质信息数据库。

经过数据预处理，将3种比例尺的空间数据、属性数据等内容导入到Oracle Spatial数据库，但与之相关的图例样式丢失，为了方便地质图发布时，用户能够浏览到标准样式的地质图，需要手工还原地图样式。本系统中，一个地图是由一个或多个主题组成，每个主题都有自己的样式，主题基于数据库表。

1.5用户界面

对于任何Web应用来说，用户界面的友好性都是十分重要的，为了给用户带来出色的体验，展示层是在ExtJS框架基础上开发的。ExtJS是一种主要用于创建前端用户界面，一个基本与后台技术无关的前端ajax框架，其功能丰富，界面优美，使得本系统的最终界面与传统的WebGIS应用同质化的界面与操作体验区别开来。

2系统测试

实测地层剖面数据Web发布系统主要实现了图层的选择、搜索(地质体搜索、实测剖面搜索)、属性展示(Tile属性获取、FOI属性获取)、实用工具(导航条、距离测算、绘图、底图切换)等系统功能。在系统开发过程中，一方面通过测试页面不断测试已完成的地质空间数据的展示效果，另一方面不断优化界面效果，在用户界面上测试用户友好性与用户体验。

2.1图层选择

用户可以根据界面左侧的单选组选择要在地图上配合展示的地质体底图，同时还可以拖动其下侧的滑块改变当前地质体底图的透明度。在透明度滑块下方是3张地质图数据中的其他可展示主题图层。目前可以展示的图层有1∶150万青藏高原实测剖面、1∶150万青藏高原地理注记、1∶150万青藏高原底图、1∶150万青藏高原指引线、1∶100万典型岩性、1∶250万断裂构造、1∶250万火山口、1∶250万同位素以及1∶250万钻孔。用户勾选主题后，相应的主题图层会在地图区展示出来。

2.2搜索

2.2.1地质体搜索

Oracle Spatial空间数据库具有强大的空间分析能力，系统基于此特性实现了基于空间位置的地质体图层搜索功能，并以图形的方式展现搜索结果。用户通过在界面左侧的搜索下拉框内，设定要搜索的地质体数据比例尺、搜索结果颜色、搜索关键字类别、搜索关键字以及搜索空间范围，系统以屏幕中心的坐标为原点，搜索在指定半径内符合用户关键字的地质体，并将结果以图形的方式展现在地图上(图2)。

图2　石炭系地质体搜索结果示意图(蓝色标出)Fig.2　Search results for geological body formed in Carboniferous (colored blue)

2.2.2实测剖面搜索

搜索实测剖面线时，在搜索图层下拉框中选中“青藏实测剖面”，搜索内容中填写搜索的关键字，此时除以上2项内容外，其他的搜索选项均可忽略不写。点击查询后，符合条件的剖面线将会显示在查询按钮下方的对话框内，点击对话框中的一条剖面线，视窗将会移动到该剖面线附近，同时该剖面线将会短暂地变成蓝色，以提示用户； 若用户未看清，只需再次点击对话框内的该剖面线即可(图3)。

图3　实测剖面搜索结果示意图Fig.3　Schematic diagram showing search results of measured profile

2.3属性展示

2.3.1Tile属性获取

地质体图层是以Tile的方式展示。用户获取地质体图层信息时，只需用鼠标左键单击地图上的区域即可获取该点的地质体信息，信息会在右侧信息框内展示，系统会自动判定当前用户展示的是哪个地质体图层，并将相应的地质体信息展示出来。

2.3.2FOI属性获取

为了方便用户操作，点或线的图层通常以FOI的方式实现。这样做的目的是为了方便用户点击该类地质特征对象时，实时获取正确的信息。用户点击图层上的点或线要素时，其属性将以弹出框的方式展现给用户。

图4　实测剖面属性信息展示Fig.4　The attribute information of measured profile

青藏实测剖面图层的剖面实体不仅具有剖面本身文字的描述信息，还有层内文字信息以及图片信息。为了清晰明朗地展示这些信息，系统采用了与上述图层不同的方式进行展示。当用户点击剖面线时，剖面线本身的文字信息会在地图下方的信息栏内展示，同时会弹出该剖面线图片的缩略图；用户若需要浏览该剖面详细的层内信息以及完整的剖面图片，则点击弹出框内的按钮，系统会在新弹出的页面内展示出该剖面完整的图片以及层内信息(图4)。

2.4实用工具

本系统提供了导航条、距离测算、绘图及底图切换共4个客户端工具，方便用户使用。

(1)导航条。用户既可以通过鼠标滚轮实现地图的放大或缩小，也可以通过操作地图区左上角的浏览导航条实现； 同样，用户既可以通过拖拽地图实现地图的上下左右移动，也可以通过操作地图区左上角的浏览导航条实现。

(2)距离测算。用户通过点击左侧工具栏中的“距离测算”工具，可以在地图区上单击各个点，系统将自动计算距离总和。

(3)绘图工具。单击左侧工具栏中的“绘制图形工具”实现绘图功能。左键单击地图区上各点可以绘制线条，将线条起点和终点闭合，可以绘制成区域。

(4)底图切换。为了配合不同图层的观察需求，在系统工具栏中设置了底图切换按钮，用户通过点击想要的底图切换地图区底图设置。

3结论

(1)实测地层剖面数据Web发布系统基于Ora-cle Spatial+MapViewer+WebLogic完成了多比例尺矢量空间数据跨越显示的系统框架模型的建立。

(2)实现了对1∶150万青藏高原及邻区地质图、1∶100万全国地质图及1∶250万全国地质图的储存、逻辑定义以及展示。

(3)以Google提供的带等高线的地形图作为地理底图，实现了3个不同比例尺地质图的在线空间数据展示。

(4)实现了各图层数据的选取浏览，解决了在本地浏览时需要转换坐标系与投影的问题，完成了在统一的坐标和投影下对上述各空间数据的浏览问题。

(5)开发了数据接口，实现了实测地层剖面数据由Access数据库向Oracle Spatial空间数据的导入。

(6)基于Web完成了地质图的发布，完成了地质图在客户端浏览应用的开发。用户既可在客户端使用鼠标查看、缩放及移动地质图，也可选择图层、导航栏、定位、计算距离、选取区域等工具进行相关操作。同时利用Oracle Spatial可以进行简单的地质体数据空间查询功能。

(7)基于WebGIS的实测地层剖面数据Web发布系统比传统的地质资料有着更多的优点。通过该系统，用户可以十分直观地了解已完成的区域地质调查项目的实测地层剖面的分布情况，了解每一条实测剖面的地理位置、所测地层、长度、生产单位、生产日期，观看剖面示意图，了解每一地层分段的岩石特征、化石种类及岩层厚度等。

(8)通过实测地层剖面数据Web发布系统，建立地层剖面网络服务系统，可以为服务对象提供地层剖面数据的检索与查询服务，提供地图查询、浏览、打印服务，同时提供相关的地质背景知识服务。

参考文献：

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(责任编辑： 刘永权)

Design and implementation of measured stratigraphic profile data publishing system based on WebGIS

LI Li1, LIU Yongquan2, PANG Yingchun1, CHEN Xiaoting1, DENG Yanli1

(1.WuhanCenterofChinaGeologicalSurvey,Wuhan430205，China; 2.NationalGeologicalLibraryofChina,Beijing100083,China)

Abstract:Large amount of geological data are achieved in geological survey and mineral exploration projects of Qinghai-Tibet Plateau, and these need unified management and effective sharing for servicing the economic and social development in this underdevelopment area of China. The Web publishing system for measured stratigraphic profile can exhibit and release spatial distribution characteristics and geological data in Qinghai-Tibet Plateau based on WebGIS technology. We can visualize the major information of measured stratigraphic profile in completed projects by this system, including location, measured strata, length, production entity, date, profile, and even rock characteristics, fossil species, and strata thickness. The Web publishing system provides services of retrieval and query, map browsing and print, and introduction of related geological background.

Key words:measured stratigraphic profile; Web publishing system; system design and implementation; Qinghai-Tibet Plateau

中图分类号：TP393.092； P53

文献标志码：A

文章编号：2095-8706(2016)02-0058-07

第一作者简介：李莉(1967—)，女，教授级高级工程师，主要从事地理信息专业研究。Email: 5502583020@qq.com。

基金项目：中国地质调查局“地质调查数据集成与服务系统建设(中南)(编号： 1212011120420)”项目资助。

收稿日期：2015-07-13；

修订日期：2016-03-03。

引用格式： 李莉，刘永权，庞迎春，等.基于WebGIS技术的实测地层剖面数据Web发布系统设计与实现[J].中国地质调查,2016,3(2): 58-64.