探析北京市城市地质系列图数据库建设——以综合水文地质图为例

张 雪， 李 潇，刘 钊

（北京市地勘局信息中心，北京 100195）

0 引言

“城市地质图系列”因其可全面展示城市基础地理、基础地质、水文地质、工程地质、环境地质、地质灾害、矿产勘查、地球物理、地球化学、深层地热等众多领域的专业信息，是了解城市发展状况与水平和指导城市规划、管理的重要基础资料之一，历来受到政府和学术界的高度重视（王桂芝等，2016）。建国后，北京市先后编制的地质图件主要有：1980年，北京市地质局水文地质工程地质大队第一次对本市编制了《北京市水文地质图集》（比例尺为1：600000），2008年，北京市地质矿产勘查开发局联合北京市地质调查研究院共同编制了《北京城市地质图集》（比例尺为1：400000）。近年来，北京市辖区内图集相关工作未做更新和再版。我国经济飞速发展，各种资源的过度开采和人类生存之间的矛盾日益凸显，原有的青山绿水、蓝天白云已被消耗殆尽，现有的城市地质图集已经不能客观的再现城市地质的真实情况。

在数据库方面，建立并完善了北京市1：5万地质图空间数据库数据库、1：25万区域地质调查数据库、1：20万区域水文地质调查数据库、矿产地数据库、地下水资源数据库、岩石地层数据库等。地质工作程度数据库、矿产地数据库、航磁数据库、重力数据库、地球化学数据库、自然重砂数据库、遥感数据库及地理地图数据库等八大数据库构建了北京市城市地质数据库，共录入各类野外调查点55003个，其中钻孔数据近25000个，专业涉及地下水环境、地下水资源、地热资源、垃圾、活动断裂、土壤地球化学、基岩三维调查、新生界三维调查、工程层三维调查等专题领域，总体数据量达到4530249个数据，并收录专题成果图227张（温长恩，1990；王佞等，2006）。

因此，随着科技的进步，人们对城市地质系列图数据库建设的需求和方式日趋多样化，对其内容的时效性也提出了更高的要求。通过以往工作的丰富数据积累，加之对重大基础性课题攻坚克难的胜利，为保证现有数据不流失、新型成果及时得到展示，汇总各专题成果并集成到首都地质资源环境承载力监测预警平台统一管理，因此开展了新一轮的北京市城市地质系列图空间数据库的建设，真正为新时期城市规划、工程建设、资源利用、环境保护、防灾减灾等提供基础资料。

“北京市综合水文地质图”是一张综合性图件，在数据库建设方面有较强的代表性，下面就以此为例，对数据库建设思路进行详实论述。

1 建设思路

城市地质系列图数据库是统一设计的，以特定主题、范围而相互关联形成的有机整体，是一套系统的建设工作。以地质图的成果为基础，建立高于地质图的表达形式，正可谓是“地理大百科全书”。因此要建立完善的北京市城市地质系列图数据库，就要明确我们的整体思路。

首先收集北京市基础地质、水文地质、工程地质、地质灾害、物探化探等相关领域以往工作成果、报告、数据以及国家、行业现行标准，在资料不足地方开展实际调研、踏勘、取样、实验、分析评价等工作，保证数据库建设所需资料（汤大力，1999；宋国耀等，2000；WANG，2015）。

其次为满足比例尺和各专题图件的需求，保证数据的完成性、统一性和可集成性，必须编制北京市城市地质系列图空间数据库建设技术要求（1∶100000），将其纳入首都地质资源环境承载力监测预警平台多源异构数据库技术标准体系。

最后根据编制的北京市城市地质系列图空间数据库建设技术要求（1∶100000），开展北京市城市地质系列图数据库的建设工作。

综合水文地质信息采集的最终目的，是向国家和社会提供国土资源的基础数据和相关细信息（赵军，2004），建库过程、步骤需要符合相关的规范、规定，需要与区域水工环的综合分析信息应用相匹配（母海东等，2008；陈军，1995），可以有效的控制数据库质量。本文明确规定了建库过程的规则、步骤，下面从具体问题进行分析。

2 数据库要素分类及划分

空间数据库与传统数据库之间的最大区别，在于空间数据库带有地理空间位置信息。要素是空间数据的基本操作单元，由几何实体和属性字段组成，通常把具有相同属性结构和操作方法的要素对象归纳为一个要素类，把专业一致的要素类按照某方面的共性归纳为要素数据集。空间数据库核心是有要素数据集、要素类、属性数据集、属性表、属性项、属性值域、栅格要素集、坐标参考系及它们之间的关系等多个对象组成（徐翠玲，2008；刘丽等，2010）。

按上述规则，根据8个专业分类、34个图件分类（表1），确定“北京市综合水文地质图”的“编号与名称”为“DK3516”，要素分为地层、含水层组、富水性等，建设完成后的分层信息如图1。

表1 专业分类与图件分类对应表Tab.1 Table of professional classi fi cation and map classi fi cation

图1 数据库建成后要素类分层图Fig.1 The stratified graph of the factor class after the database is built

3 数据库字典

随着GIS技术不断的发展和人们对数据库应用要求的提升，作为空间信息基础设施，空间数据库建设的质量和效率决定了城市地质图集编制的成败。目前的数据库建设大多与各自专业相关，表达和展现方式不一，集成难度很大，对图件的统一管理和数据的协调应用非常不利。

数据字典是关于数据库系统中各类数据描述的集合（张龙等，2014）。当今多数数据库管理系统均将数据字典作为定义数据库中各类数据对象及相互关系的准则（李禹生等，2003）。关系数据库中的数据表就是空间数据库中数据字典的映射，各项参数信息被记录其中。描述一个数据模型时，要包括哪些要素，要素的结构及各个要素之间的关系和存在的约束规则等（李阳东等，2007；陈常松，2003）。要素类一般包含要素名、属性项、数据的类型、长度、是否允许为空、关键字信息等。不同专业的数据库结构模型，尽管属性项类别存在差异，但是数据字典本身的构成是一致的，从而以数据字典为基础的图集数据库集成是统一的。数据字典强调数据的定义、构成、表达方法，形成于对各专业数据库分析设计后，需要根据科研成果和行业规范进行不断完善，相互统一，以达到数据建库的标准化、规范化。同时数据库字典适用于后续数据库规划、设计、建库、更新与维护（陆丽华等，2013）。

在城市地质系列图数据库建设过程中，根据专业领域、成果和行业规范的不同，规划与协调属性项类别，调整属性结构，兼具行业的独特性、要素类模型的统一性和今后的可扩展性，最终完成数据字典的建设。在“北京市综合水文地质图”的数据建设中，定义出了应用程序中使用的所有数据元素和结构的含义、类型、数据大小、格式、精度等的共享仓库（图2）。

4 元数据

元数据与数据字典都是数据库建设，特别是GIS行业最常用的两个词语，都被视为“规定数据的数据”。元数据主要用于对数据的存储和管理，以及数据的应用，需要对数据的内容进行精准并概括的描述。《地理信息 元数据》( GB /T 19710—2005) 中对元数据的定义是关于数据的数据，即标识、覆盖范围、质量、空间和时间模式、空间参照系和分发等信息。1993年第一届IEEE元数据研讨会对元数据进行了几种定义，其中一种是说元数据是存储的关于信息实体的信息，即语义信息和内容、元素的类型和编码、实体之间的关系数据结构、数据格式、数据类型、相关的数据、数据推论和派生等（陆丽华等，2013；姚鲁峰，2010）。

图2 “北京市综合水文地质图”单个要素层数据字典图Fig.2 Single factor layer data dictionary of "Beijing comprehensive hydrogeological map"

在城市地质系列图数据库建设中，重点强调了元数据的建设，以“北京市综合水文地质图”为例，图中展示了有关要素类的6张元数据表格（表2），并在建设过程中，对每个要素类元数据表进行了详细规定，确保格式、内容的一致性（图3）。

表2 “北京市综合水文地质图”元数据表Tab.2 Table of "Beijing comprehensive hydrogeological map"metadata

图3 “北京市综合水文地质图”单个要素类元数据图Fig.3 Single element metadata diagram of "Beijing comprehensive hydrogeological map"

5 结论

北京市综合水文地质图空间数据库的成功建设，证明了编制北京市城市地质系列图空间数据库建设技术要求（1∶100000）的可行性，同时也证明此次建库方法可以推广到北京市城市地质系列图数据库的建设。全部数据库建成后，可以很大程度上提高工作效率，真正为新时期城市规划、工程建设、资源利用、环境保护、防灾减灾等提供基础资料和技术支撑。

受个人能力及研究深度所限，本文多有谬误及不当之处，还请业界专家多多指正。