姜作勤
（地質礦產部科技司技術處，北京 100812）
摘要 地學信息系統是地學現代化的基礎，是國家信息基礎設施的重要組成部分。地質礦產部地學信息系統的開發始於70年代末期，經過近20年的努力，建立了壹批地學數據庫，自行開發了固體礦產勘查評價自動化系統KPX和彩色地學圖件編輯出版系統MAPCAD。這兩個系統已在全國範圍內推廣應用。MAPCAD使彩色地學圖件的出版從數據采集、編輯修改、打樣、分色直至生成制版膠片的全過程在微機上實現了計算機化，從而從根本上改變傳統工作方式。同時，自行開發了工具型基礎地理信息系統軟件MAPGIS。目前，壹批MAPGIS的應用研究項目，涉及礦產資源評價、水資源調查、地質災害評價、區域地質調查、土地利用評價以及綜合管網等領域，正在實施。
本文包括兩部分：第壹部分闡述地學信息系統的現狀與特點，第二部分關於系統將來的發展。
關鍵詞 地學信息系統 數據庫 計算機輔助編圖 數字制圖 地理信息系統（GIS）
1 現狀和特點
1.1 建立了壹批地學數據庫和信息系統
地礦部信息系統的建設始於70年代末。1979年由北京計算中心承擔開發了1:20萬化探數據庫。經過近20年的努力，在地質、地球物理、地球化學、礦產資源評價、地質環境、礦產勘查開發管理等領域建立了各類地學數據庫100多個。主要包括：全國礦產儲量數據庫NMRD、全國地球化學數據庫NGCHRD、全國重力和高程數據庫NGED、全國航磁數據庫ARMD、找礦信息系統MAGAD、全國地層數據庫STRL、石油地質和鉆孔數據庫PGDH、全國地質圖書館管理系統NGLMS、1∶500000簡化地理底圖庫FGGI、地學基礎軟件庫FGSL以及地礦部地學數據庫字典GDBD。這些數據庫的主要參數見表1。
表1 主要地學數據庫
1.2 固體礦產勘查評價自動化系統KPX初見成效
為改變固體礦產勘查評價的傳統手工工作方式，1989年由地質礦產部立項、聯合國開發計劃署援助開發了固體礦產勘查評價自動化系統KPX。系統包括野外鉆孔編錄數據的采集、數據管理、礦體圈定、儲量計算、繪制勘探圖件等5個子系統，主要功能如下：
——制定了礦產勘查評價的標準化數據字典和數據采集格式；
——系統可自動生成圖例花紋；
——繪制復雜的鉆孔柱狀圖；
——支持礦產資源評價的傳統的和地質統計學的方法：塊段法、剖面法和克裏金法；
——系統在PC平臺上運行。
該系統已在全國各省局的30多個項目中推廣使用，大大提高了工作效率。
1.3 計算機輔助彩色地學圖件編輯出版系統MAPCAD正在從根本上改變傳統工作方式
圖件是地質工作成果的主要表現形式，是為社會經濟發展服務的重要手段，在地學領域中具有特殊的地位和作用。采用傳統手工方式，壹幅中等復雜程度的彩色圖件的出版需要經過十幾道工序、花費1年或更長的時間。這種狀況很難滿足國家經濟發展的各個領域對現時性地學圖件的需求。
MAPCAD是具有自己版權和35萬行語句的大型應用軟件。1993年初，由中國地質大學（武漢）開發成功。系統首次在普通微機上實現了彩色地學圖件從輸入、編輯、信息處理、校樣、分色掛網直到輸出制版膠片全過程的計算機化，可輸出符合公開出版精度和質量的包括最復雜的彩色地質圖在內的各類地學圖件。它是我國第壹個，而且迄今為止也是唯壹壹個投入市場得到廣泛應用的彩色地學圖件電子出版系統。1994年9月，第壹幅復雜彩色印刷圖件——1:350萬雲南地質圖作為試驗圖件通過了驗收。來自地質、編圖、制圖、圖件出版和計算機制圖領域的專家們壹致認為，MAPCAD在色彩、精度以及在細節的表現能力等方面已完全可以滿足彩色地學圖件的出版要求。
（1）MAPCAD的功能和特點
——以Windows為平臺，采用C+＋語言開發，用戶界面友好，使用方便；
——具有掃描儀輸入和數字化儀輸入等主要輸入手段，可接受DBASE、Foxbase等數據庫的數據，具有完備的錯誤、誤差校正方法；
——具有直觀實用的屬性動態定義編輯功能和多媒體數據、多重數據結構的屬性管理能力；
——地圖庫管理系統具有較強的地圖拼接、管理、顯示、漫遊和靈活方便的跨圖幅檢索能力，可管理多達數千幅地圖；
——采用矢量數據和柵格數據並存的結構，兩種數據結構的信息可以有效、方便地互相轉換和準確套合；
——具有功能較齊全、性能優良的空間分析功能，以及拓撲空間查詢和三維實體疊加分析能力；
——提供開發函數庫，可方便地進行二次開發；
——具有齊全的外設驅動能力和國際標準頁面描述語言PostScript接口，可輸出符合地圖公開出版質量要求的圖件，並具有能自定義的靈活的報表輸出功能。
（2）MAPCAD的推廣應用已取得巨大的成功
數字制圖的實踐已經證明與傳統手工方式相比新技術的巨大優越性：
——將彩色地學圖件出版的工序由12道減少到5道；
——大大提高生成率：對新圖件，比傳統方式快3～5倍，對修編圖件，提高10～20倍；
——降低成本：平均降低三分之壹；
——實現數據***享：數字數據可重復使用。
現在，系統的應用越來越廣，從1993年初系統發布以來，已在全國（除西藏和臺灣）各個地區安裝700多套，並已出口朝鮮。覆蓋20多個應用領域，不僅涉及地質礦產、石油、煤炭等地學領域，而且包括交通、鐵路、城市規劃和管理、災害與環境、旅遊等領域。采用該系統已生產出幾千幅彩色地學圖件。包括采用全數字制圖技術生產的全國第壹批圖集，如：《大連甘井子區土地利用圖集》、《河北省土壤圖集》、《全國高速公路圖集》、《中國海洋區域地質和地球物理圖集》等。1:1200萬《中國地球物理圖集》、《中國礦產圖集》已完成制作。《中國地質圖集》正在制作。
為國際巖石圈全球地學斷面項目制作的阿爾泰－臺灣和廣州－巴拉旺等地學斷面圖在國際會議上受到了國內外專家的好評。
為壹批國家重大項目制作完成了成果圖件，如全國土地利用總體規劃圖、歐亞大陸橋中國段的沙漠化程度圖、全國地表水資源分布圖等；為第30屆國際地質大會制作了1:500萬“中國波浪狀構造圖”和“中國非金屬礦床成礦地質圖”，“亞洲水文地質圖（6幅對開）”。其中，最大幅面是九幅超全開的1:500萬歐亞地質圖。
系統的應用大大促進了彩色圖件編輯出版的技術進步。主要表現在以下幾個方面。
——以傳統制圖工作方式不可想象的高速度完成突發性地圖制圖任務。表2是幾個典型的實例。
表2 在突發性地圖制圖任務中，創造了傳統方式不可想象的高速度
——在改變彩色地學圖件出版的傳統工作方式中取得了重大突破。數字制圖技術已被廣泛應用於地質制圖，特別是1:50000區域地質調查圖件的生產。區域地質調查工作是我國壹項長期的戰略性基礎地質工作，區域地質圖是工作成果的主要表現形式。現有幾百幅圖件等待出版。經過研究與試驗，主管部門已決定采用MAPCAD，研究了采用數字技術的工藝流程，建立了圖例、花紋、線型、符號和色標庫。現在，已制作了至少100幅數字地質圖。
——新技術的應用帶動了新產業的形成。到1996年7月底，已有50多個公司使用MAPCAD生產各類數字圖件。
1.4 地理信息系統的開發應用前景喜人
眾所周知，地理信息系統是地學領域專家的有力工具。采用GIS，專家們可以對地質、地球物理、地球化學和遙感等多源地學信息進行有效的集成、管理和分析以解決各種地質問題。
國內外GIS開發應用的實踐使我們清楚地認識到了GIS對改變傳統地學工作方式的特殊意見和它的巨大應用前景。1989年初，在武漢召開的地質礦產部圖示技術開發應用研討會上，部內圖示技術開發應用的專家們壹致認為要開發具有自己版權的GIS。工具型基礎地理信息系統軟件MAPGIS於1995年10月開發成功。其主要特點如下：
——以Windows為平臺，采用C+＋語言開發，用戶界面友好，使用方便；
——具有掃描儀輸入和數字化儀輸入等主要輸入手段，可接受DBASE、Foxbase等數據庫的數據，具有完備的錯誤、誤差校正方法；
——具有直觀實用的屬性動態定義編輯功能和多媒體數據、多重數據結構的屬性管理能力；
——地圖庫管理系統具有較強的地圖拼接、管理、顯示、漫遊和靈活方便的跨圖幅檢索能力，可管理多達數千幅地圖；
——采用矢量數據和柵格數據並存的結構，兩種數據結構的信息可以有效、方便地互相轉換和準確套合；
——具有功能較齊全、性能優良的空間分析功能，以及拓撲空間查詢和三維實體疊加分析能力；
——提供開發函數庫，可方便地進行二次開發；
——提供與ARC/INFO和INTERGRAPH的接口；
——具有自定義的靈活的報表輸出功能；
——有齊全的外設驅動能力和國際標準頁面描述語言PostScript接口，可輸出符合地圖公開出版質量要求的圖件。
它的初步應用已經在壹定程度上證明了系統的巨大市場潛力。
2 地學信息系統將在“九五”計劃中有壹個較大的發展
2.1 需求
在全球信息化的熱潮中，在中國加快國民經濟信息化步伐的形勢下，對地學信息系統的發展也提出了新的需求。
——1995年全國地礦工作會議決定“九五”實施地礦工作信息化工程。這項工程的目標是：到2000年，基本實現地礦工作主流程的信息化。在地質勘查、地礦行政管理和地質資料管理三方面基本普及電子信息技術，建成壹批骨幹信息系統，大量應用和重點開發壹批計算機輔助工具，培養壹支新型的熟悉電子信息技術的地礦工作隊伍，把地礦工作的工作方式，管理方式與成果質量推向世界先進水平。促進具有技術優勢、有市場前景的技術成果的產業化。
——區域地質調查是壹個國家長期的戰略性的基礎地質工作。我國正在實施的1:5萬區域地質調查截止1995年底，累計完成1∶5萬填圖面積140萬km2，約3250幅圖，僅覆蓋全國面積的14.6%。“九五”期間，將有800多幅的填圖任務。
——為了合理開發和利用地下水資源，減輕地質災害，地質礦產部啟動了兩個項目，壹是在全國600個縣開展1:10萬的地下水資源開發與利用調查，二是在17個省開展1:50萬的地質災害調查。
——全國地質資料館保存著我國自本世紀初以來的重要地質資料，包括85000份各類地質報告，裝滿整個六層樓，排架7000m。有些資料由於時間久遠或紙張質量問題，破損很嚴重。迄今為止，修復這些報告的費用已近2000萬元。采用光盤存儲技術是解決這個問題的既合理又可行的方法。
2.2 主要開發項目
（1）計算機輔助1:5萬區域地質填圖系統
計算機輔助1:5萬區域地質填圖系統項目的目標是在3“S”技術的基礎上，開發壹套應用系統並建立相應的工作流程，實現這項基礎地質工作從野外數據采集、室內數據管理、信息綜合處理及彩色地質圖件的輸出全過程的計算機化。項目已開始實施。
（2）計算機輔助1:10萬水資源調查和1∶50萬地質災害調查系統
此項目的目的是要為這兩項調查工作提供計算機輔助數據采集、管理和分析評價的工具，建立相應的信息系統。
（3）計算機輔助礦產資源評價系統
礦產資源評價是地礦工作的壹項基本任務。該項目的目標是在工具型地理信息系統的基礎上，結合固體礦產資源評價的理論方法，利用GIS對空間數據的強大管理和分析功能，研制出面向找礦專家的，能夠在實踐中推廣應用的輔助決策系統。
（4）礦產勘查開發管理系統
礦產勘查和開發管理是地礦部的另壹項基本職能為了加強礦產資源勘查管理，促進地質勘查開發的科學管理，地質礦產部決定在基礎地質調查、工程地質調查、環境地質調查和礦產資源勘查管理中實施區塊管理，並於1995年6月頒布文件，規定了區塊劃分和編號的方法。該項目就是為這項管理工作提供計算機輔助的工具。具有區塊的登記、統計匯總、空間查詢等功能，可實現地質礦產勘查管理工作的計算機化。
（5）地質資料光盤存儲系統
目前，正在研究地質報告數字化的標準、管理軟件，進行具體技術路線的試驗。
（6）多媒體輔助教學系統
由於地學研究對象本身的復雜性，使得這個領域雖然定量研究的程度不斷提高，但目前多數領域中定性分析仍占主導地位。直觀對研究過程和成果的表示很重要。這就決定多媒體技術在地學領域內會大有作為。美國地調所早在90年代初期就已開始采用多媒體技術進行成果的展示。立項開發的兩個項目是寶石學多媒體輔助教學系統和石油地質與油藏工程的多媒體教學系統。
2.3 實現上述目標的關鍵
（1）技術：GIS、GPS、RS、野外數據采集技術、多媒體技術等；
（2）標準化；
（3）應用開發；
（4）培訓；
（5）協調與管理。