姜作勤
（地质矿产部科技司技术处，北京 100812）
摘要 地学信息系统是地学现代化的基础，是国家信息基础设施的重要组成部分。地质矿产部地学信息系统的开发始于70年代末期，经过近20年的努力，建立了一批地学数据库，自行开发了固体矿产勘查评价自动化系统KPX和彩色地学图件编辑出版系统MAPCAD。这两个系统已在全国范围内推广应用。MAPCAD使彩色地学图件的出版从数据采集、编辑修改、打样、分色直至生成制版胶片的全过程在微机上实现了计算机化，从而从根本上改变传统工作方式。同时，自行开发了工具型基础地理信息系统软件MAPGIS。目前，一批MAPGIS的应用研究项目，涉及矿产资源评价、水资源调查、地质灾害评价、区域地质调查、土地利用评价以及综合管网等领域，正在实施。
本文包括两部分：第一部分阐述地学信息系统的现状与特点，第二部分关于系统将来的发展。
关键词 地学信息系统 数据库 计算机辅助编图 数字制图 地理信息系统（GIS）
1 现状和特点
1.1 建立了一批地学数据库和信息系统
地矿部信息系统的建设始于70年代末。1979年由北京计算中心承担开发了1:20万化探数据库。经过近20年的努力，在地质、地球物理、地球化学、矿产资源评价、地质环境、矿产勘查开发管理等领域建立了各类地学数据库100多个。主要包括：全国矿产储量数据库NMRD、全国地球化学数据库NGCHRD、全国重力和高程数据库NGED、全国航磁数据库ARMD、找矿信息系统MAGAD、全国地层数据库STRL、石油地质和钻孔数据库PGDH、全国地质图书馆管理系统NGLMS、1∶500000简化地理底图库FGGI、地学基础软件库FGSL以及地矿部地学数据库字典GDBD。这些数据库的主要参数见表1。
表1 主要地学数据库
1.2 固体矿产勘查评价自动化系统KPX初见成效
为改变固体矿产勘查评价的传统手工工作方式，1989年由地质矿产部立项、联合国开发计划署援助开发了固体矿产勘查评价自动化系统KPX。系统包括野外钻孔编录数据的采集、数据管理、矿体圈定、储量计算、绘制勘探图件等5个子系统，主要功能如下：
——制定了矿产勘查评价的标准化数据字典和数据采集格式；
——系统可自动生成图例花纹；
——绘制复杂的钻孔柱状图；
——支持矿产资源评价的传统的和地质统计学的方法：块段法、剖面法和克里金法；
——系统在PC平台上运行。
该系统已在全国各省局的30多个项目中推广使用，大大提高了工作效率。
1.3 计算机辅助彩色地学图件编辑出版系统MAPCAD正在从根本上改变传统工作方式
图件是地质工作成果的主要表现形式，是为社会经济发展服务的重要手段，在地学领域中具有特殊的地位和作用。采用传统手工方式，一幅中等复杂程度的彩色图件的出版需要经过十几道工序、花费1年或更长的时间。这种状况很难满足国家经济发展的各个领域对现时性地学图件的需求。
MAPCAD是具有自己版权和35万行语句的大型应用软件。1993年初，由中国地质大学（武汉）开发成功。系统首次在普通微机上实现了彩色地学图件从输入、编辑、信息处理、校样、分色挂网直到输出制版胶片全过程的计算机化，可输出符合公开出版精度和质量的包括最复杂的彩色地质图在内的各类地学图件。它是我国第一个，而且迄今为止也是唯一一个投入市场得到广泛应用的彩色地学图件电子出版系统。1994年9月，第一幅复杂彩色印刷图件——1:350万云南地质图作为试验图件通过了验收。来自地质、编图、制图、图件出版和计算机制图领域的专家们一致认为，MAPCAD在色彩、精度以及在细节的表现能力等方面已完全可以满足彩色地学图件的出版要求。
（1）MAPCAD的功能和特点
——以Windows为平台，采用C+＋语言开发，用户界面友好，使用方便；
——具有扫描仪输入和数字化仪输入等主要输入手段，可接受DBASE、Foxbase等数据库的数据，具有完备的错误、误差校正方法；
——具有直观实用的属性动态定义编辑功能和多媒体数据、多重数据结构的属性管理能力；
——地图库管理系统具有较强的地图拼接、管理、显示、漫游和灵活方便的跨图幅检索能力，可管理多达数千幅地图；
——采用矢量数据和栅格数据并存的结构，两种数据结构的信息可以有效、方便地互相转换和准确套合；
——具有功能较齐全、性能优良的空间分析功能，以及拓扑空间查询和三维实体叠加分析能力；
——提供开发函数库，可方便地进行二次开发；
——具有齐全的外设驱动能力和国际标准页面描述语言PostScript接口，可输出符合地图公开出版质量要求的图件，并具有能自定义的灵活的报表输出功能。
（2）MAPCAD的推广应用已取得巨大的成功
数字制图的实践已经证明与传统手工方式相比新技术的巨大优越性：
——将彩色地学图件出版的工序由12道减少到5道；
——大大提高生成率：对新图件，比传统方式快3～5倍，对修编图件，提高10～20倍；
——降低成本：平均降低三分之一；
——实现数据共享：数字数据可重复使用。
现在，系统的应用越来越广，从1993年初系统发布以来，已在全国（除西藏和台湾）各个地区安装700多套，并已出口朝鲜。覆盖20多个应用领域，不仅涉及地质矿产、石油、煤炭等地学领域，而且包括交通、铁路、城市规划和管理、灾害与环境、旅游等领域。采用该系统已生产出几千幅彩色地学图件。包括采用全数字制图技术生产的全国第一批图集，如：《大连甘井子区土地利用图集》、《河北省土壤图集》、《全国高速公路图集》、《中国海洋区域地质和地球物理图集》等。1:1200万《中国地球物理图集》、《中国矿产图集》已完成制作。《中国地质图集》正在制作。
为国际岩石圈全球地学断面项目制作的阿尔泰－台湾和广州－巴拉旺等地学断面图在国际会议上受到了国内外专家的好评。
为一批国家重大项目制作完成了成果图件，如全国土地利用总体规划图、欧亚大陆桥中国段的沙漠化程度图、全国地表水资源分布图等；为第30届国际地质大会制作了1:500万“中国波浪状构造图”和“中国非金属矿床成矿地质图”，“亚洲水文地质图（6幅对开）”。其中，最大幅面是九幅超全开的1:500万欧亚地质图。
系统的应用大大促进了彩色图件编辑出版的技术进步。主要表现在以下几个方面。
——以传统制图工作方式不可想象的高速度完成突发性地图制图任务。表2是几个典型的实例。
表2 在突发性地图制图任务中，创造了传统方式不可想象的高速度
——在改变彩色地学图件出版的传统工作方式中取得了重大突破。数字制图技术已被广泛应用于地质制图，特别是1:50000区域地质调查图件的生产。区域地质调查工作是我国一项长期的战略性基础地质工作，区域地质图是工作成果的主要表现形式。现有几百幅图件等待出版。经过研究与试验，主管部门已决定采用MAPCAD，研究了采用数字技术的工艺流程，建立了图例、花纹、线型、符号和色标库。现在，已制作了至少100幅数字地质图。
——新技术的应用带动了新产业的形成。到1996年7月底，已有50多个公司使用MAPCAD生产各类数字图件。
1.4 地理信息系统的开发应用前景喜人
众所周知，地理信息系统是地学领域专家的有力工具。采用GIS，专家们可以对地质、地球物理、地球化学和遥感等多源地学信息进行有效的集成、管理和分析以解决各种地质问题。
国内外GIS开发应用的实践使我们清楚地认识到了GIS对改变传统地学工作方式的特殊意见和它的巨大应用前景。1989年初，在武汉召开的地质矿产部图示技术开发应用研讨会上，部内图示技术开发应用的专家们一致认为要开发具有自己版权的GIS。工具型基础地理信息系统软件MAPGIS于1995年10月开发成功。其主要特点如下：
——以Windows为平台，采用C+＋语言开发，用户界面友好，使用方便；
——具有扫描仪输入和数字化仪输入等主要输入手段，可接受DBASE、Foxbase等数据库的数据，具有完备的错误、误差校正方法；
——具有直观实用的属性动态定义编辑功能和多媒体数据、多重数据结构的属性管理能力；
——地图库管理系统具有较强的地图拼接、管理、显示、漫游和灵活方便的跨图幅检索能力，可管理多达数千幅地图；
——采用矢量数据和栅格数据并存的结构，两种数据结构的信息可以有效、方便地互相转换和准确套合；
——具有功能较齐全、性能优良的空间分析功能，以及拓扑空间查询和三维实体叠加分析能力；
——提供开发函数库，可方便地进行二次开发；
——提供与ARC/INFO和INTERGRAPH的接口；
——具有自定义的灵活的报表输出功能；
——有齐全的外设驱动能力和国际标准页面描述语言PostScript接口，可输出符合地图公开出版质量要求的图件。
它的初步应用已经在一定程度上证明了系统的巨大市场潜力。
2 地学信息系统将在“九五”计划中有一个较大的发展
2.1 需求
在全球信息化的热潮中，在中国加快国民经济信息化步伐的形势下，对地学信息系统的发展也提出了新的需求。
——1995年全国地矿工作会议决定“九五”实施地矿工作信息化工程。这项工程的目标是：到2000年，基本实现地矿工作主流程的信息化。在地质勘查、地矿行政管理和地质资料管理三方面基本普及电子信息技术，建成一批骨干信息系统，大量应用和重点开发一批计算机辅助工具，培养一支新型的熟悉电子信息技术的地矿工作队伍，把地矿工作的工作方式，管理方式与成果质量推向世界先进水平。促进具有技术优势、有市场前景的技术成果的产业化。
——区域地质调查是一个国家长期的战略性的基础地质工作。我国正在实施的1:5万区域地质调查截止1995年底，累计完成1∶5万填图面积140万km2，约3250幅图，仅覆盖全国面积的14.6%。“九五”期间，将有800多幅的填图任务。
——为了合理开发和利用地下水资源，减轻地质灾害，地质矿产部启动了两个项目，一是在全国600个县开展1:10万的地下水资源开发与利用调查，二是在17个省开展1:50万的地质灾害调查。
——全国地质资料馆保存着我国自本世纪初以来的重要地质资料，包括85000份各类地质报告，装满整个六层楼，排架7000m。有些资料由于时间久远或纸张质量问题，破损很严重。迄今为止，修复这些报告的费用已近2000万元。采用光盘存储技术是解决这个问题的既合理又可行的方法。
2.2 主要开发项目
（1）计算机辅助1:5万区域地质填图系统
计算机辅助1:5万区域地质填图系统项目的目标是在3“S”技术的基础上，开发一套应用系统并建立相应的工作流程，实现这项基础地质工作从野外数据采集、室内数据管理、信息综合处理及彩色地质图件的输出全过程的计算机化。项目已开始实施。
（2）计算机辅助1:10万水资源调查和1∶50万地质灾害调查系统
此项目的目的是要为这两项调查工作提供计算机辅助数据采集、管理和分析评价的工具，建立相应的信息系统。
（3）计算机辅助矿产资源评价系统
矿产资源评价是地矿工作的一项基本任务。该项目的目标是在工具型地理信息系统的基础上，结合固体矿产资源评价的理论方法，利用GIS对空间数据的强大管理和分析功能，研制出面向找矿专家的，能够在实践中推广应用的辅助决策系统。
（4）矿产勘查开发管理系统
矿产勘查和开发管理是地矿部的另一项基本职能为了加强矿产资源勘查管理，促进地质勘查开发的科学管理，地质矿产部决定在基础地质调查、工程地质调查、环境地质调查和矿产资源勘查管理中实施区块管理，并于1995年6月颁布文件，规定了区块划分和编号的方法。该项目就是为这项管理工作提供计算机辅助的工具。具有区块的登记、统计汇总、空间查询等功能，可实现地质矿产勘查管理工作的计算机化。
（5）地质资料光盘存储系统
目前，正在研究地质报告数字化的标准、管理软件，进行具体技术路线的试验。
（6）多媒体辅助教学系统
由于地学研究对象本身的复杂性，使得这个领域虽然定量研究的程度不断提高，但目前多数领域中定性分析仍占主导地位。直观对研究过程和成果的表示很重要。这就决定多媒体技术在地学领域内会大有作为。美国地调所早在90年代初期就已开始采用多媒体技术进行成果的展示。立项开发的两个项目是宝石学多媒体辅助教学系统和石油地质与油藏工程的多媒体教学系统。
2.3 实现上述目标的关键
（1）技术：GIS、GPS、RS、野外数据采集技术、多媒体技术等；
（2）标准化；
（3）应用开发；
（4）培训；
（5）协调与管理。