基于GIS福建省级第三轮矿规数据库建设方法和问题探讨

2018-01-18余蓬春

福建地质 2017年4期

余蓬春

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

矿产资源规划是矿产资源勘查、开发利用与保护的指导性文件，是依法审批和监督管理矿产资源勘查和开发利用活动的重要依据。近年，国家启动第三轮矿产资源规划编制工作，要求矿产资源规划数据库建设与规划编制同步完成，统一纳入国土资源“一张图”管理。矿产资源规划成果包含带有图形坐标信息的空间数据，还包含文档、表格等非空间数据。GIS是地理信息系统的简称，是集空间数据采集、储存、管理、分析、显示和描述于一体的空间信息系统技术，其核心功能是空间数据库建设管理和空间分析[1]。利用先进的GIS技术建设矿产资源规划数据库，可以实现矿规数据的有效管理和充分利用，有效提高规划实施的效率和科学性。笔者所在项目组承担福建省级第三轮矿产资源规划数据库建设工作。结合建库经验，总结基于GIS的福建省矿规数据库建设方法和发现的主要问题，供交流探讨。

1 数据库建设方法

数据库建设基于规划编制资料展开，包括建库准备、数据建库、质量检查与修改3个阶段，技术路线(图1)。

图1 福建省级矿产资源规划数据库建设技术路线图Fig.1 Technical road map of the construction of Fujian provincial mineral resources planning database

1.1 建库准备

1.1.1 资料收集整理与分析

按照“矿产资源规划数据库建设指南”(2015年修订)(以下简称“指南”)要求，矿产资源规划数据库建设必须以矿产资源规划编制成果为基础，并客观而真实地反应规划编制成果内容。对福建省级第三轮矿产资源规划待入库成果资料进行收集、整理、分析，可将其分为空间数据和非空间数据。

空间数据包括带有坐标信息的矢量图层、附图图件、栅格图件、纸质图件等。按照内容可分为基础地理、基础地质、矿产资源现状和矿产资源规划专题4类数据。格式主要为MapGIS格式，也有部分以带拐点坐标的表格形式存储，坐标系为西安80坐标系。

非空间数据包括表格资料、文档资料和元数据集等。表格资料包括规划附表和规划指标。文档资料包括规划相关文档和建库相关文档，规划相关文档包括矿产资源规划文本、矿产资源规划编制说明等，建库相关文档包括矿产资源规划数据库建设成果报告、矿产资源规划数据库质量分析处理报告等。元数据集包括元数据采集表和元数据库。

矿规数据库建设主要工作量在于空间数据和表格资料建库，特别是矢量图层建库。

待建库数据存在的问题：①空间数据主要为MapGIS格式，需转换成“矿产资源规划数据库标准”(简称“标准”)要求的ArcGIS Geodatabase格式；②间数据属性表、规划附表、规划指标表等表格结构不规范，属性值未按“标准”格式录入，甚至缺失；③采矿权范围、探矿权范围、开采规划区块、勘查规划区块等数据为带拐点坐标的表格格式，成图工作量较大；④勘查、开采规划分区，规划区块等数据拐点坐标未按要求格式填写等。

1.1.2 GIS软件平台选择

目前福建省地质专业人员，尤其是规划编制和建库人员，基本都是使用MapGIS 6.7软件。收集到的规划成果空间数据均为MapGIS格式数据，并已完成基础地理、基础地质、矿产资源现状和部分规划成果数据的符号化出图工作。因此规划附图出图需要采用MapGIS软件。美国ESRI公司开发的ArcGIS软件GIS功能强大、齐全，特别是空间数据库建设、一体化管理、图形编辑、空间分析和拓扑关系检查等方面功能独具优势。矿产资源规划数据库要求提交ArcGIS Geodatabase格式数据。综上，福建省第三轮矿产资源规划数据库建设需综合运用MapGIS和ArcGIS软件平台。

2.抓好关键人，不放松对党员领导干部党章意识的提升。广大党员特别是领导干部要自觉学习党章、遵守党章、贯彻党章、维护党章。要在培养干部、选拔干部、教育干部、使用干部上注重考察党章意识，围绕党章对领导干部的基本条件，考察是否坚定理想信念、工作是否实事求是、联系群众是否密切、能力素质是否合格、党的纪律是否遵守。只有抓好关键人的党章学习，才能为广大企业党员学习党章树立榜样，起到示范引领效应。

1.2 空间数据建库

按照“指南”要求，对空间数据实行分层管理、建库。对照“标准”，结合收集整理的矿规编制工作成果资料。空间数据建库工作包括基础地理、基础地质、矿产资源现状和规划要素共4类，50个图层要素和7张附图成果数据。成果附图建库较为简单，只需在MapGIS中生成JPG栅格图件，按“标准”修改好文件名并放入相应目录即可。

1.2.1 空间图形数据生成

空间图形数据包括已经成图的MapGIS格式数据(如基础地理、基础地质、矿产资源现状数据)和未成图但带有拐点坐标信息的表格数据(如探、采矿权现状，勘查、开采规划分区和区块等)。对于已成图的MapGIS数据，将图形要素分层转换成ArcGIS格式入库。对于未成图表格数据，刘福魁等[2]总结了使用MapGIS拐点坐标成图方法。文章是使用IDL(Interactive Data Language，交互式数据语言)编程实现带拐点坐标信息表格数据自动成图方法。对于落在不同带的图形数据的衔接，由于“标准”要求入库数据使用1980国家大地坐标系，统一采用以度为单位的地理坐标，所以将其投影转换成经纬度地理坐标系即可完成衔接。

1.2.2 空间数据格式转换

空间数据主要为MapGIS格式。MapGIS数据存在属性字段类型无法满足要求，字段长度不够，空间拓扑关系不够严密等问题，需将其转换成ArcGIS格式。转换过程需要经过3个步骤(图2)。

图2 MapGIS向ArcGIS Geodatabase格式数据转换流程图Fig.2 Flow chart of data conversion from MapGIS to ArcGIS Geodatabase format

MapGIS格式数据预处理：MapGIS格式的图层在转换之前需要进行质量检查和投影变换预处理。质量检查内容主要包括以下几点：①微小图元检查，删除面积过小的面状图元和过短的线段；②线、面图层的拓扑关系检查，利用MapGIS软件中的“拓扑错误检查”进行检查并修改；③通过MapGIS压缩保存功能删除“已删除图元”。由于MapGIS图层记录的空间坐标是以二维高斯-克吕格平面投影变换后以毫米为单位的制图坐标，ArcGIS图层记录的是地理空间要素的实际坐标，如以度为单位的经纬度坐标，所以格式转换前需将MapGIS图层投影变换成以度为单位的地理坐标。

MapGIS转Geodatabase格式：MapGIS数据不能直接转换为Geodatabase格式，需要运用MapGIS的图形转换工具，将MapGIS数据转换为Shape格式作为过渡。为确保属性数据转换过程中不出错，先将MapGIS图形数据压缩存盘，保留编号字段属性作为关键字，其他属性使用MapGIS属性导出功能将其导出成Excel格式。然后利用“文件转换”功能模块将MapGIS文件输出为Shape格式。此时的Shape格式数据缺失空间参考信息，需要在ArcCatalog里选择西安80地理坐标系作为空间参考或者使用ArcToolBox的Define Projection工具定义。接着利用ArcCatalog的导入导出功能将Shape数据转换为Geodatabase数据。最后在Access中将Excel格式属性数据导入，并通过关键字段与入库的图形数据关联。

Geodatabase格式数据质量检查：通过ArcCatalog，在Geodatabase里新建要素集并导入需检查的图层；根据图层内要素间的拓扑关系，选择合理拓扑规则，经检校生成拓扑图层，再在ArcMap中加载拓扑图层查看有无错误信息。面状图层可选择的拓扑规则为“Must Not Overlap”与“Must Not Have Gaps”，线状图层可选择的拓扑规则为“Must Not Overlap”“Must Not Self-Intersect”与“Must Not Intersect”。拓扑容差值设置为0.000 1或以下。然后参照MapGIS数据进行一致性检查，形成Geodatabase格式的成果数据，待建立标准的属性结构并录入相关属性后可将其转换为Shape格式，形成Shape格式的成果数据。

1.2.3 建立属性结构

建立属性结构在ArcGIS Catalog或者ArcMap中进行，也可在MicroSoft Office Access设计视图中进行。数据库主要使用Access软件，在Geodatabase各图层对应的属性表设计视图中建立相应的属性结构。使用Access软件可以直接设置属性字段名称、类型、长度、小数位数等，还可以调整字段先后顺序，修改已有字段而保留该字段属性值。使用ArcGIS软件，属性字段一旦设立，则无法修改，且无法调整顺序。拐点坐标字段存在要素拐点较多，字段长度不够存放的情况，需要在Access中将拐点坐标类型设置成“备注”。

1.2.4 录入属性值

1.3 非空间数据建库

包含表格数据、文档数据和元数据。

表格数据包含规划附表和规划指标表。对于与空间图层对应的规划附表，如主要矿产探矿权现状表、主要矿产采矿权现状表等，可以直接从Geodatabase中导出，照“标准”进行修改。对于规划指标表，如大中型矿山比例指标表、矿业经济与绿色矿业指标表等，需根据规划编制工作从规划文本相应章节中提取。文档数据和元数据建库较为简单。对于规划相关文档，将收集整理的规划文本、规划专题研究报告等按照“标准”要求规范命名，放入相应目录。对于建库相关文档，根据建库和质量检查情况编写。对于元数据，按照“标准”示例和模板，完成元数据采集和建库。

1.4 质量检查与修改

为确保建立的规划数据库严格满足有关规范文件要求，参考“指南”和国土资源部下发的“矿产资源规划数据库质量检查细则” 建立严格的质量监控体系，明确质量检查要求和内容，使用人工交互检查和软件自动检查相结合的方法，对规划数据库进行严格的质量检查，及时发现问题并认真修改。质量检查与修改技术流程(图3)。

图3 矿产资源规划数据库质量检查与修改技术流程图Fig.3 Flow chart of quality inspection and modification technology of the mineral resource planning database

2 建库过程主要问题和探讨

2.1 规划数据库内容紧跟规划编制成果实时调整

福建省第三轮矿产资源规划编制工作涉及到社会经济发展、国土资源管理、生态环境保护等众多领域和相关部门，环节[3]。国土资源管理部门时常会根据当地矿产资源勘查、开发和矿山地质环境保护等工作提出新要求。环保部门的需求也会发生调整。规划编制人员需要及时按照相关部门要求调整、修改规划内容，特别是矿产资源规划方面内容。从而规划数据库也紧跟规划内容调整而调整，客观上增加了许多重复工作量。

规划内容的调整包括空间范围和属性内容的调整，对应的规划附表也会发生变化，重新编号问题尤为突出。目前还未找到类似关系数据库中一改全改的办法。笔者采用的方法是每次修改的时候在ArcMAP中保留原版本空间数据编号字段作为关键字段。在Excel中保留原编号字段后，对其他数据内容进行修改，同时记录下删除和添加的记录以及改动记录被修改的内容。待在Excel中修改完毕后，在Access里以原编号字段作为关键字，使用INNER JOIN功能对原数据进行匹配更新。该方法充分利用前期入库工作，有效减少工作量及错误的发生。不足的是手工记录改动过程较为繁琐，仅适用于改动较少的情况。对于改动较多的数据只能重新入库。由于相关部门需要对最新的改动结果做出审核，甚至可能在此基础上继续调整，所以需要及时将改动结果反馈至相关部门，从而无法待整个规划编制工作结束后再全部建库和修改。建议每次改动只对需要及时反馈的数据(如用于出图的Geodatabase格式勘查、开采规划区块数据等)进行修改，其他数据(数据的Shape格式、MapGIS格式及对应的规划附表等)待全部修改完毕后再建库，届时从Geodatabase中导出即可。

2.2 不同软件数据格式转换

由于需将MapGIS格式数据转换成ArcGIS格式，前人对两种数据格式的转换做了大量研究和实践工作，如①使用MapGIS自带的文件转换功能通过E00和Shape等中间格式文件转换[4]；②使用VC++和MapGIS SDK编程直接读取MapGIS二进制格式文件进行转换[5]；③通过第三方商业转换软件，如FME等[6]；④通过MapGIS自带工具将图形要素符号导出为对应的可扩展标记语言(XML)，解析并符号化成相应的ArcGIS符号库，同时编程实现MapGIS空间数据自动转换成ArcGIS格式数据[7]。笔者结合福建省矿规数据库建设实际情况，参考“指南”建议，提出了将MapGIS数据格式转换为ArcGIS格式的空间数据转换方法。该方法简单易操作，确保了属性数据的完整。不足之处在于得到的ArcGIS格式数据丢失符号信息。近年来，ArcGIS软件凭借其强大的空间数据库一体化管理和空间分析功能，已经越来越广泛地应用于国土资源管理、交通运输、通信通讯等众多领域。许多国土资源信息的数据变更、数据应用都是在ArcGIS平台中进行[8]。因而笔者建议待将基础地理和基础地质数据转换成ArcGIS格式后，使用部下发的统一符号库进行符号化；然后直接采用ArcGIS软件对矿规数据库其他内容开展建库工作。在第二轮矿规编制和建库时期就提出了使用ArcGIS建设矿规数据库的方法和建议[9]。

2.3 拐点坐标资料成图方法

在矿规数据库建设过程中会收集到较多带拐点坐标文本资料，如探矿权、采矿权范围，勘查、开采规划分区，勘查、开采规划区块等。探矿权、采矿权数据有数千条记录，以福建省三轮规划为例，2015年福建省有探矿权记录918条，采矿权记录2 148条。如何高效便捷地将这些坐标文本资料转换成“标准”和“指南”规定的专题图层就显得特别重要。国土资源部下发的“区划数据编录辅助软件”可以读取和生成探矿权、采矿权图形数据，但是只能逐条记录生成相应图层，无法自动批量成图。而采用手工打点成图费时、费力，容易出错，刘福魁等总结了使用MapGIS拐点坐标成图方法，取得了很好的效果，可是不够理想，如需要手工操作较多等。笔者的做法是弄清探矿权、采矿权拐点坐标存放格式，使用IDL编程自动读取拐点坐标数据和属性数据，依建库设计空间参考系，将拐点坐标转换成所需的平面投影或大地坐标，最后使用IDL的IDLffShape对象将拐点坐标和属性数据生成对应的图形要素并存放进Shape文件中，并设定投影信息。对于勘查、开采规划分区和区块，按照“标准”要求的拐点坐标格式编写相应程序实现自动成图功能。上述步骤都是小程序自动实现，有效提高工作效率，极大减少人工操作等重复工作量。

2.4 其他问题

(1)拐点坐标字段在MapGIS和Shape格式存在数据长度不足问题。“标准”要求拐点坐标字段为Text类型，而MapGIS，Shape和Geodatabase要素类中Text字段类型长度为255，不够存放拐点坐标值。只能使用Access在数据库中将拐点坐标字段设置成备注类型。

(2)拐点坐标存储格式处理问题。“标准”对矿产资源勘查、开采规划分区和区块等图层和相关附表的拐点坐标提出了具体的格式要求。如矿产资源勘查规划区块的拐点坐标格式为：“n，1N，X11，Y11，X12，Y12……X1N，Y1N，0，0，0，2N，X21，Y21，X22，Y22……X2N，Y2N，-1，0，0……nN，Xn1，Yn1，Xn2，Yn2……XnN，YnN，-1，0，0”其中n表示区域个数，xN表示某区域拐点个数，[0，0，0]表示主区域，[-1，0，0]表示挖空区域。XnN，YnN为度分秒格式的经纬度坐标。收集到的拐点坐标数据往往为X11,Y11;X12,Y12;……X1N,Y1N格式，且经常为十进制度形式，如117.876 3,26.796 4，需要将其转化成标准要求的格式。采用的方法是在Excel中使用VBA宏语言编程实现自动处理。

(3)注记问题。各图层注记文件几何特征为Annotation，而Annotation只能以地图图形或Geodatabase要素形式存储。在MapGIS和Shape文件中，Annotation只能以点的形式来表达，无法显示完整的注记内容和符号信息，所以该类型数据只能以Geodatabase要素形式存储。