数字填图系统是采集、存储、管理、描述、分析和再现地质实体在地球表面空间分布有关的数据的信息系统。它为地质学家提供了在计算机辅助下,通过野外观测路线的调查,对地质、地貌、地球物理、地球化学和遥感等多源地学进行综合分析和解释进行地质制图。特别是交互式处理能力和快速可视化运算能力,通过反复尝试,使地质学家能比较容易地完善自己的知识模型和测区的成图。这是传统的工作方式很难或无法实现的。因此是各国填图地质学家一直努力寻找的工具和方法。它所涉及的研究内容主要包括:①数字填图的基本理论与技术方法框架体系研究;②区域地质调查空间数据的获取及计算机输入;③野外数据及地质图空间数据模型及其数据表达;④区域地质调查属性数据的数据库存储及处理;⑤地球物理、地球化学和遥感等多源地学数据整合技术;⑥区域地质调查定量质量评价体系研究;⑦区域地质调查数据的共享、分析与应用;⑧区域地质调查数据的显示与视觉化;⑨数字填图系统的项目管理、开发、质量保证与标准化建设;⑩数字区调空间信息数据栅格、服务栅格、计算栅格体系的建设等(引自李超岭、于庆文等,2003)。
(1)数字填图的基本理论与技术方法框架体系研究:将从数字地质填图定义及其相关概念、数字填图地质建模、数字填图物理建模、数字填图数学建模、数字填图中的数据模型、数字填图技术的数字化过程模型、数据操作、数字填图定量质量评价体系及与数字填图相关的技术规范和标准等方面有一个全面的、系统的研究和发展,将逐步形成一门与地质学科紧密结合、相关的学科-数字区域地质调查。
(2)区域地质调查空间数据的获取及计算机输入理论与技术研究:如何有效地把地质图、野外观测的数据输入到计算机中是一项琐碎、费时、代价昂贵的工作,目前大多数的地质图数据是从纸介质地图输入计算机,常用的方法是数字化和扫描。但数字化的主要问题是低效率和高代价;扫描输入则面临另一个问题,扫描得到的栅格数据如何变换成GIS数据库通常要求的点、线、面、拓扑关系属性等形式。交互式的地图识别是矢量化方法的一种较为现实的途径,市场上已有多种交互式矢量化软件出售,如MapGIS软件即为该类型软件;另外目前数据输入正在越来越多地借助非地图形式,遥感就是其中的一种形式。遥感数据已经成为数据获取的重要数据来源。与地图数据不同的是,遥感数据输入到计算机较为容易,但如何通过对遥感图像的解释来采集和编译地理信息则是一件较为困难的事情;地理数据采集的另一项主要进展是GPS技术。GPS可以准确、快速地定位在地球表面的任何地点。野外数据采集涉及大量地质实体几何空间实体的数据采集与计算机输入方法的研究,野外手图电子化是解决空间数据的获取及计算机输入的关键。因此,野外现场数据采集,GPS定位及其相应的数据模型是数据获取研究的内容。
(3)野外数据及地质图空间数据模型及其数据表达理论与技术研究:数据模型是一种数据(实体)、数据(实体)之间的联系以及有关语义约束规则的形式化描述,为地质科学数据的共同理解提供基础。空间数据模型及其数据表达是GIS技术的重要基础,它与制图的数据模型有着重要的区别。区域地质调查野外数据与地理空间位置或特征相关联的空间对象是各种空间地质实体的抽象表达,其可分为纯几何类型、几何拓扑关系、纯拓扑类型、空间地物、非地物类型等。按地质实体与空间数据的特点,从要素类、对象类、关系类、子类型等构成的第三代地理相关数据模型来研究区域地质调查野外空间数据模型。
(4)地球物理、地球化学和遥感等多源地学数据整合技术研究:数字地质填图系统通过计算机的应用为地球物理、地球化学和遥感等多源地学数据整合技术提供了方便快捷的平台。中国地质调查局现正以RGMap为技术平台的支撑下,将野外数字地质路线调查形成的PBR库,与地球物理、地球化学和遥感等多源地学数据进行综合分析和解释并进行地质制图。多源数据的整合实质是将地球物理、地球化学、遥感影像以及地学各种信息、地理要素信息等多源数据在空间上进行相关匹配和叠加,并通过多变量的特征选择和特征提取,提高人们对区域地质构造观察的广度和深度及三维概括及成果内容的表现能力。
(5)数字区域地质调查定量质量评价体系研究:主要是通过计算机技术,自动与辅助相结合的方法,研究评价野外数据采集的数据质量。在数字填图数据模型的基础上,按照区域地质调查的技术要求,通过一定的定量指标,研究野外地质调查工作量与质的关系。特别是基于GIS技术,如空间分析、缓冲分析、空间运算等来定量评价野外路线观测的有效性、科学性和客观性。
(6)区域地质调查数据的显示与视觉化理论与技术研究:空间信息框架构成都具有多层次特点或多比例尺性。地质数据库以离散数字形式模拟的地质环境是在一定比例范围内具有地质环境信息的真实性,否则会出现地质信息的详细程度过粗乃至失真,或出现地物信息的载负量过大无法使用。因此,为了能够充分适度地反映系统所关心区域的空间地质信息,采用多种比例尺共存的方式,并建立对应多种比例尺数据的空间数据库来满足系统多层次的需要。
(7)区域地质调查属性数据的数据库存储及处理理论与技术研究:区调数据库及数据仓库的设置,面向全球、全社会,服务的领域很广,它的数据来源也分布于全国的各个地调院、大学、其他地学行业等,只有将各个面向操作管理、多时态的数据库重组为面向服务主题的数据仓库,才能做好多方面的信息服务。
(8)区域地质调查数据的共享、分析与应用理论与技术研究:经过几十年区调工作,我国与区调有关的数据库建设有了一定的积累,随着全国1:20万、1:5万地质图空间数据库、全国1:20万水文图空间数据库的建立,重砂、岩石、同位素、矿产地、岩心钻孔数据库的建立,高层分析的需求推动力越来越大。数字填图与数据仓库的建设必须紧密结合和同步进行。从数据库到数据仓库是一个数据准备的过程,一般包括数据的选择(选择相关的数据)、净化(消除噪音、冗余数据)、推测(推算缺失数据)、转换(离散值数据与连续值数据之间的相互转换,数据值的分组分类,数据项之间的计算组合等)、数据缩减(减少数据量)。在建设以图幅为单位的区调数据库基础上,对区域性综合信息系统及数字区调数据仓库的建设研究是将来几年研究的重点。
(9)数字填图系统项目管理、开发、质量保证与标准化等理论与技术研究:集GIS、GPS、RS技术为一体的野外数据采集系统使传统的野外地质调查发生了革命性的变化,必然对传统的规范体系产生冲击。因而,必须同时对野外区域地质调查技术流程、质量控制与数字填图标准化体系开展研究。
(10)数字区调空间信息数据栅格、服务栅格、计算格体系的研究:研究内容包括网络、超级计算机、服务器、操作系统、数据库、文件系统等grid的底层设施资源,通过grid调用,共享区域地质调查成果资源。
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