基于地质特征的空间检索方法

作品名称：基于地质特征的空间检索方法

参赛学校：长江大学 地球科学学院

指导老师：邵燕林

队员姓名：王一鸣

论文背景

数字露头技术已成功应用于地质研究，海量的地质露头模型与资料管理成为了技术难题。针对地质露头模型与资料的管理与信息检索需求，运用GIS灵活的空间检索功能，构建了一种基于地质特征的数字露头空间检索方法，实现从空间定位、露头地质特征等空间与属性综合的露头信息检索管理，其中地质特征包含地层地质、构造地质、岩相古地理、含油气盆地、岩性等，为数字露头库的构建奠定了基础。

传统的露头研究具有野外测量危险度高、工作效率低、利用率低等局限性；数字露头不受时空限制，将露头搬进室内，具有研究方便、易利用、工作效率高等优点，逐渐成为地质研究重要的资料。目前，在数字露头空间检索方法方面的研究较少。

中国地质情况复杂，地形多变，地下自然资源丰富，拥有多样的地质露头，为地质研究工作提供了大量的研究素材。

实现技术

GIS空间检索、SuperMap iObjects.NET技术、C#.NET技术。

数据来源

项目组野外实测数据、网络查询等。

方法与应用

1.基于地质特征的空间检索方法

(1). 数字露头综合空间检索

首先通过选择地质学家感兴趣的类型，即地层、构造带、盆地、岩性、行政区划等，并选择类型中具体的名称，先查询出相关区域，再通过空间关系找出包含其中的露头点，然后进行二次条件选择，增加其他地质特征条件和属性条件，进行综合空间检索。

图 1 数字露头综合空间检索流程图

(2). 数字露头综合信息查询

在地图上点击露头点，将露头点和地层、构造、构造带、沉积相等地质特征图层进行空间关系判断，获得露头点落在的区域，再获取该区域地质特征信息；同时可查询露头点属性，得到露头的岩性、文字介绍、图片、三维模型等属性信息。最终，综合多方面的空间查询和属性查询，将露头点具有地质特征的信息进行展示。

图 2 数字露头综合信息查询流程图

2.基于地质特征的数字露头空间检索引擎设计与实现

(1).  概念模型设计

根据中国的地质情况，从地质研究工作的实用角度出发，设计了数字露头、地层、盆地、构造带、岩相古地理、省份等实体和地质特征等关系表。

图 3 总体E-R图

(2).  分层设计

根据现实世界中的地理信息，对数字露头空间检索一张图中的空间数据进行判断，归纳数据类别，形成不同类型的要素图层。

图 4 数字露头空间数据库图层分层示意图

(3).  逻辑模型设计

对地理信息对象进行分类编码后，用关系表对属性数据进行描述和存储，建立表与表之间的关系。对于数字露头点图层，不仅设计了其属性信息，还单独设计了地质特征表。

(4).  数字露头空间检索一张图建立

在SuperMap iDesktop 10i中分为文件型工作空间和数据库型工作空间，本次研究中使用文件型工作空间存储数据源。先建立一个新的文件型工作空间，在工作空间中新建数据源，在数据源中新建所需要的点、线、面要素类，并导入需要数字化的底图，将底图进行地理配准，选择合适的坐标系之后再进行数字化，最后在将所有需要的图层加载到地图中进行专题图的制作并导出。

图 5 地质信息电子地图

(5).  系统架构

基于地质特征的数字露头空间检索引擎包括三层架构：数据处理层、业务处理层和应用与可视化层。实现的功能主要分为后台数据管理、露头查询、路径导航等功能。其中，露头查询中包括对数字露头的综合空间检索和对数字露头信息的综合查询；路径导航中包括对于到达某一露头点的路径规划和线路导航；后台数据管理包括对数据的增删改查。

图 6 系统架构

(6).  系统应用

运用SuperMap iObjects.NET和C#.NET技术，将基于地质特征的数字露头空间检索方法进行编码实现，可对数字露头进行综合空间检索，获取需要的数字露头点，并展示其文字介绍、纹理图片、三维模型、视频介绍等地质特征信息；还可对数字露头信息进行综合查询，能够查询出感兴趣的数字露头点的具有地质特征的属性信息和空间位置信息。

图 7 数字露头综合空间检索结果展示

总结

本论文针对数字露头多种大量资料的管理问题，利用空间数据库技术，对数字露头空间检索一张图进行设计，数字化了中国地质相关图层信息，建立了数字露头空间检索一张图。然后运用SuperMap空间分析的功能，综合多种信息检索方法，构建基于地质特征的数字露头空间检索方法，即对数字露头的综合空间检索和对数字露头的综合信息查询，方便了以后的地质研究工作，是对野外露头研究的补充。并通过SuperMap iObjects.NET和C#.NET技术将基于地质特征的数字露头空间检索方法进行实现，能够对数字露头进行灵活检索和对地质信息进行快速提取，为项目组后续数字露头库的建立奠定了良好的基础。

随着科技的发展，对于数字露头的研究将会越来越深入，在野外获得的相关资料也会逐步增多。如何让数字露头研究工作更加节省时间和精力，更好地把SuperMap的查询和检索功能应用到地质类高校的教学工作中去，是接下来需要进一步研究和思考的问题。

指导老师点评

运用空间数据库技术建立数字露头空间检索一张图，将露头的属性数据和空间数据进行组织和管理，为后续数字露头库的建立奠定了基础。借助GIS对于属性信息和空间信息的检索功能，构建基于地质特征的空间检索方法，实现对数字露头的综合空间检索和对露头地质信息的灵活提取，为地质学家在进行野外勘测前提供信息获取的技术平台，为后续的地质研究奠定初步的印象，是对野外露头研究的补充。研究的开展，为地质学和GIS的结合提供了新的思路和方法，将GIS运用到数字露头管理和检索领域，拓展了GIS的应用领域。