空间数据库结构定义

蒋洪明 李雪洁 肖 茜

（江苏省地质资料馆）

摘 要 利用馆藏地质资料信息对全省矿产资源储量空间数据库进行实时更新维护，是馆藏地质资料服务经济社会的有效途径之一。为了提高建库与维护工作的质量、效率以及加强技术交流，作者对江苏矿产资源储量空间数据库建设应用过程中，地质资料发挥的重要作用，以及利用 MAPGIS 技术采集矿体资源储量估算范围、水平投影图形拐点坐标的方法和步骤进行了总结阐述。

关键词 地质资料 MAPGIS 矿产资源 空间数据库

随着地质资料信息化的发展，对地质资料信息需求也在不断地提高。储量空间数据库建设与数据维护工作，是我省地质资料信息资源管理的一项重要内容。在促进地质资料深化利用过程中，地质资料为矿产资源储量空间数据库建设与维护，提供了重要的基础信息资源。通过地质资料提供的可靠数据信息来源，我馆以 MAPGIS 技术为基础，采用创新方法以及现代化信息系统技术，使矿产资源储量空间数据库数据得到了不断补充、更新与完善，实现了矿产资源储量空间数据库的动态管理，同时，也进一步加强了地质资料信息集群化产业化的发展。

1 储量空间数据库的建设与维护

随着信息技术在国土资源领域的应用发展，2003 年 10 月 14 日，国土资源部办公厅下发了《关于建立矿产资源储量空间数据库的通知》（国土资厅发 [2003]324 号），要求各省国土资源行政主管部门开展矿产资源储量空间数据库建设与日常维护工作，带动矿产资源储量科学化、规范化、标准化、图形化管理发展，促进矿产资源储量管理由传统的“以数管矿”向“以图管矿”新模式的转变，增加矿产资源储量信息对探矿权、采矿权和矿产资源规划等矿政管理工作的支撑力，进一步提高矿政管理现代化水平。此项工作的开展，拓展了馆藏地质资料服务经济社会的新途径。

11 矿产资源储量空间数据库建设

根据国土资源部下发的矿产资源储量空间数据库建设工作技术要求，矿产资源储量空间数据库建设，是通过提取地质资料信息，进行矿区矿产特征以及资源储量估算范围水平投影图形拐点坐标数据等相关信息的采集。

储量空间数据库建库的流程为：确定入库矿产地；收集矿区资料；矿区资料预处理分析，确定作为矿产资源储量估算水平投影的图件；圈定矿体资源储量估算范围水平投影图形，量算拐点坐标；采集矿区地质特征等相关信息；坐标数据与信息采集质量检查与订正；数据录入；数据录入质量检查与订正；提供利用。

12 矿产资源储量空间数据库维护

矿产资源储量空间数据库维护工作就是对新发现的矿产地，按建库工作流程，采集坐标数据与信息，填加入库；同时对已提供利用的矿产资源储量空间数据库在应用过程中发现的问题，进行检查、核实与更正，从而增强矿产资源储量空间数据库的现势性、准确性。

2 矿产资源储量空间数据库维护现状

矿产资源储量空间数据库建设与维护是一项长期、持续的工作。在工作应用过程中，发现存在着以下两个方面的问题。

一是矿产资源储量数据库中的矿产基本特征信息的数据采集，来源于汇交至我馆的地质资料报告中的数据，但在实际的工作过程中，仍然有大量的成果地质资料报告并未汇交至我馆。

二是在初期建库阶段，矿体资源储量范围水平投影图形拐点坐标，采用了人工直接在纸质矿区图件上丈量、读取数据、填写数据采集表；这一方法的弊端为采集的数据精度比较低，而且差错率也较高，大大增加了数据录入及校对工作的工作量，从而降低了工作效率。

3 MAPGIS 技术在矿产资源储量空间数据库建设中的辅助作用

针对储量空间数据库应用中存在的问题，我馆总结经验，研究方法，从而采取了相应的解决措施。矿产资源储量空间数据库建设是“以图管矿”思想的体现，其技术关键点是矿体资源储量估算范围水平投影图形科学、合理、准确地圈定，拐点坐标精准地量算。从建库工作流程和此项工作的技术关键点可以看出，矿体资源储量估算范围水平投影图形的拐点坐标精准量算工作环节，存在探索研究的空间与必要性。

为了提高矿体资源储量估算范围水平投影图形拐点坐标数据采集的精度与工作效率，江苏在矿产资源储量空间数据库建设过程中进行了探索研究，引入 GIS 技术，实现计算机自动、精准采集坐标数据，很大程度上提高了拐点坐标数据采集精度与工作效率，创建了矿体资源储量范围水平投影图形拐点数据采集新方法。

由于矿体是成矿地质作用形成的可开发利用的自然地质体，且形态多样，千差万别，其水平投影范围的平面形状亦是多样、各异。因此，人工量算其坐标点数据，费时、费力，且精度与效率都低。应用MAPGIS 软件的强大功能，可精确、快捷地采集拐点数据，并能自动生成坐标点数据。具体工作步骤如下。

31 MAPGIS 生成标准图框

打开 MAPGIS 投影变换模块，利用键盘生成矩形图框，根据需要填写上相应的参数。坐标系通常填写“国家坐标系”，它的起始代号根据原地质图相应的带号填写；标注选择为“公里值”；网起始值是公里网从哪点开始，以光栅图内图廓左下角 X 及 Y 值作为起始公里值，以内图廓右上角 X 及 Y 坐标作为终止公里值，单位选择“公里”。根据原图比例尺，填写网格间距，例如，原图比例尺为 1∶2000，则网格间距为 02，网格线类型选择“绘制实线坐标线”，通过以上设置，将生成所需要的标准图框。

32 生成 MSI 影像文件

在 MAPGIS 主界面上，通过图像处理模块，打开图像分析，在转换数据类型中选择要转换的光栅文件的类型（如JPG、TIF、BMP等），选择需要转换的光栅文件，然后指定转换后的MSI影像文件存放目录。在影像文件中，选定生成的 MSI 影像文件，打开“镶嵌融合”功能，选择“参照点 / 线 / 区文件”。为保证配准的精度，选取多个控制点，进行配准，每确定一个控制点后，影像图下方控制点 ID 就会依次出现控制点的 X、Y 坐标，然后通过校正预览，查看校正后的影像是否准确，影像完成校正后，对形成的校正影像文件进行保存。

33 拐点投影及坐标转换

在 MAPGIS 中，进入实用服务模块，选择投影变换下级目录用户数据点文件投影转换，将已知的坐标点文件（TXT 文本文件）导入进来。通过“用户投影参数”设置，输入投影相应的参数，根据要求，设置相应的文件类型。按要求完成“结果投影参数”的设置。其中，注意比例尺按需要投影的比例尺确定，投影带类型及序号应根据坐标确定，对“点图元参数”进行“子图号”的设定。设置完成后，将点保存，即形成了矿体资源储量估算范围水平投影图形拐点（含标志点）坐标表，见表 1。

新建一个MAPGIS项目工程，新建一个点文件，打开点编辑，根据属性标注释。然后再新建一个线文件，将点文件按属性标上的序号顺序，进行连接，按住 Ctr 键，点鼠标右键，线将自动闭合。通过其他文字及图的编辑功能，形成矿体资源储量估算范围水平投影图形，见图 1。至此，矿体资源储量估算范围水平投影图形拐点坐标计算机软件化采集工作完毕。

表 1 矿体资源储量估算范围水平投影图形拐点坐标表

图 1 矿体资源储量估算范围水平投影图

4 地质资料在矿产资源储量空间库中的作用

从矿产资源储量空间库建设与维护过程可以看出，矿产资源储量空间数据库建设核心任务是采集矿体资源储量估算范围水平投影范围的拐点坐标和矿区地质特征等相关信息进行入库。这两方面的重点信息均蕴藏在矿区地质勘查报告中。因此，收集到合格的矿区地质勘查报告是矿产资源储量空间数据库建设的前提条件。馆藏的矿区地质勘查报告均为通过评审、正式印刷汇交的地质报告；且通过了汇交验收，报告质量与权威性毋庸置疑，其文字内容的齐全性、数据的准确性、图件的精确性，为矿产资源储量空间库的建设提供了数据与信息来源与质量保障。

5 结语

利用馆藏地质资料，通过 GIS 技术在矿产资源储量空间数据库建设中的创新应用，江苏于 2004 年率先建设了全省矿产资源储量数据库，并提供全省矿政管理和基本建设等领域利用。同时根据有关要求，在已建数据库的基础上，不断补充、维护、完善，实现对空间数据库的动态管理。江苏地质资料馆持续应用在实践中自己创建的矿体资源储量范围水平投影图形拐点坐标采集方法，按年度维护与实时维护相结合的方式，开展全省矿产资源储量空间数据库维护工作。截至 2011 年底，全省矿产资源储量空间数据库中入库的矿区达 499 个，涉及 616 个矿产地，较好地维护了江苏矿产地信息的现势性与准确性，为全省矿业权设置、矿产资源规划、建设项目压矿审批等矿政管理工作提供了有力的支撑服务。

来源一：空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供着基本方法。因此，对空间数据模型的认识和研究在设计GIS空间数据库和发展新一代GIS系统的过程中起着举足轻重的作用。

《地理信息系统——原理、方法和应用》邬伦等编著，第48页。

来源二：为了能够利用地理信息系统工具来解决现实世界中的问题，首先必须将复杂的地理事物和现象抽象到计算机中进行表示、处理和分析，其结果就是空间数据模型。

空间数据模型可分为：

1、概念模型（分三种：1：场模型：用于描述空间中连续分布的现象；2：对象模型：用于描述各种空间地物；3：网路模型：可以模拟现实世界中的各种网络）

2、逻辑数据模型（常用的分：矢量数据模型，栅格数据模型和面向对象数据模型等）

3、物理数据模型（物理数据模型是指概念数据模型在计算机内部具体的存储形式和 *** 作机制，即在物理磁盘上如何存放和存取，是系统抽象的最底层。）

《地理信息系统教程》汤国安等编，第62页。

顺：考研加油~

1、空间数据是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，它可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间和空间关系等特性。空间数据是一种用点、线、面以及实体等基本空间数据结构来表示人们赖以生存的自然世界的数据。

2、空间数据结构是空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，是空间数据在计算机内的组织和编码形式，是地理实体的空间排列和相互关系的抽象描述。它是对空间数据的一种理解和解释。

3、空间数据结构又是指空间数据的编排方式和组织关系。空间数据编码是指空间数据结构的具体实现，是将图形数据、影像数据、统计数据等资料按一定的数据结构转换为适合计算机存储和处理的形式。不同数据源采用不同的数据结构处理，内容相差极大，计算机处理数据的效率很大程度取决于数据结构。

空间数据库指的是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。《空间数据库》范围及重点 1 第一章：绪论 1) 空间数据库基本概念、组成部分、名称简写之间的联系与区别与联系； 答；利用当代的系统方法，在地理学、地图学原理的指导下，对地理空间进行科学的认识与抽象，将地理数据库化为计算机处理时所需的形式与结构，形成综合性的信息系统技术——空间数据库 或者SDBMS是海量SD的存储场所、提供SD处理与更新、交换与共享，实现空间分析与决策的综合系统。 组成：存储系统、管理系统、应用系统 是SDBS的简称 2) 目前空间数据库实现方案； 答：ORDBMS 3) GIS，RS与空间数据库之间的联系； 4) 常见的空间数据库产品 答：轻量级： MS的Access、FoxPro、 SUN的MySQL 中等：MS的SQL Server系列 重量级：Oracle的Oracle 不太熟悉的有： Sybase、Informix、DB2 、Ingress、 PostgreSQL（PG）等 5) 产生空间数据库的原因； 答：直接利用？ SD特征 ：空间特性 非结构化特征 空间关系特征 多尺度与多态性 海量数据特性 存在的问题：复杂图形功能：空间对象 复杂的空间关系 数据变长记录 6）空间数据库与普通关系数据库的主要区别。 答：关系数据库管理属性数据，空间数据采用文件库或图库形式；增加大二进制数据类型(BLOB)，解决变长数据存储问题；将空间数据/属性数据全部存放在数据库中；但空间特性由程序处理 2 第二章：空间数据库模型 1) 如何理解空间数据库模型； 2) 空间数据及空间关系； „ (1) 空间数据类型 几何图形数据 影像数据 属性数据 地形数据 元数据：对空间数据进行推理、分析和总结得到的关于数据的数据， 数据来源、数据权属、数据产生的时间 数据精度、数据分辨率、元数据比例尺 地理空间参考基准、数据转换方法… (2) 空间关系 指地理空间实体之间相互作用的关系： 拓扑关系：形状、大小随投影改变。在拓扑变换下不变的拓扑变量，如相邻、包含、相交等，

反映空间连续变化的不变性 方位关系：地理空间上的排列顺序，如前后、上下、左右和东、南、西、北等方位 度量关系：距离远近等 3) 空间数据库如何建模； DB设计三步骤 ‹ Conceptual Data Model：与应用有关的可用信息组织、数据类型、联系及约束、不考虑细节、E-R模型 Logic Data Model 层次、网状、关系，都归为关系，SQL的关系代数(relational algebra, RA) Physical Data Model：解决应用在计算机中具体实现的各种细节，计算机存储、数据结构等 4) 模型之间如何转换？ 5) 可行的空间数据库建模方案。 面向对象的空间数据库模型GeoDatabase 3 第三章：空间数据库存储与索引 1) 空间数据如何组织、存储的，采用什么技术或者方法； 为有效表达空间信息内容，空间数据必须按照一定的方式进行组织与存储：适合外存 *** 作的数据结构、记录和文件的多种组织方式 SDB空间数据组织：数据项、记录、文件、数据库 SDB空间数据存储：二级存储器、缓冲区管理器、空间聚类(clustering)、空间索引 2) 空间近似与空间聚类； 目的：降低响应大查询的寻道时间和等待时间，在二级存储中空间上相邻的/查询上有关联的空间对象在物理上存放在一起， 内部聚类(internal clustering)：加快单个对象的访问，一个对象都存放在一个磁盘块（页面）；如超出则存放在连续扇区，本地聚类(local clustering)：加快多个对象访问。一组空间相邻对象存放在一个页面 空间聚类比传统聚类技术复杂。多维空间对象无天然的顺序 磁盘：一维存取，高维：将高维映射到一维， 一一对应，保持距离(distance preserving)：一一对应，容易；距离不变，近似，映射技术、Z序(z-order)、Hilbert曲线 3) 空间数据库性能提升的关键问题是什么？如何提升； 数据库索引，基于树：ISAM、B树、B 树等，基于Hash：静态、可扩展、线性等 4) 空间索引技术是什么？为什么产生？有哪些常见的空间索引；各有何特点及适用范围？ 依据空间对象的位置和形状或者空间对象之间的空间关系，按一定顺序排列的一种数据结构，介于空间 *** 作算法和空间对象之间，通过筛选，大量与特定空间 *** 作无关的空间对象被排除，提高效率，空间数据库关键的技术 空间索引产生的原因:空间数据的特点：空间定位、空间关系、多维、多尺度、海量、复杂，传统数据库索引处理的一维的字符、数字，对多维处理采用组合字段 1、基于二叉树的索引技术：二分索引树结构主要用于索引多维数据点；对复杂空间目标（线、面、体等）的索引却必须采用近似索引方法和空间映射技术 2、 基于B树的索引技术 ‹B树的变体如R树系列，外包矩形；对大型数据库具有出色表现；需要解决：减少区域重叠，提高搜索效率 3、基于哈希的网格技术

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