基于GeoSciML的地学数据互操作服务研究

地球科学数据依托于WebGIS进行数据共享与服务是全球地质行业发展的必然趋势,但是,由于地质数据存储格式不同、数据模型与数据结构差异及地质数据的敏感性等原因导致多源异构数据的产生,给数据共享与综合利用带来了困难。研究传统地质数据模型和GeoSciML模型,对比分析两者图层和要素属性方面的异同,从语义融合角度提出了采用传统模型的地质空间数据到GeoSciML模型的数据映射方法。结果表明,在数据格式转换和整合过程中保证了信息的完整准确,地质空间数据的互操作性强且符合数据映射要求,为我国地质数据面向国际深度共享与服务提供了科学方法。     

地学空间数据模型的研究

以美国、加拿大、澳大利亚等国家地质调查局建立的地学空间数据库为基础，阐述了建立地学空间数据模型的重要意义。归纳了地学空间数据模型的设计原则，认为图层与属性表的实体关系、图层及属性表多少为佳是着重要解决的问题。通过对地学空间数据模型概念设计的深入研究，可以使地学空间数据模型设计人员正确地理解地学专家领域的问题，而逻辑设计则是地学空间数据模型的核心。地学逻辑数据模型研究的主要任务有图层的划分、属性表定义及关联、空间图形数据图层与属性数据的关联等。     

基于Arc／INFO的地学信息系统的设计与开发

论文主要研究了基于GIS技术和数据融合技术的地学信息系统的开发问题。采用国际先进的硬件、软件作为开发平台，建立了一个比较完善的湖南省国土资源地学信息系统。系统功能除常规空间信息查询外，还包括缓冲区分析、叠置分析、地质成图等各种复杂的分析功能。它为湖南省国土资源地学信息管理提供了一个重要手段，为区域地质找矿提供了一种新的研究思路。     

一个地学数据仓库的初步设计与实现

初步设计与实现了一个地学数据仓库：一个涵盖了地质、物探、化探、遥感、地理、矿产、钻孔（井），成果等几乎全部地质数据的、兼容现有的所有地质数据的国家标准的、提供多种数据格式的输入、输出、查询、管理等功能的、基于网络运行的地学信息系统。     

勘查指数及其在黑龙江多宝山地区斑岩铜矿勘查中的应用

详细地介绍了一个综合运用遥感、地质、物探、化探等地学信息进行区域性矿产资源勘查与预测的数学模型.模型中在对各类地学信息进行有益的变换、提取的基础上,借助概率论中广义二项分布函数对其进行综合处理与分析.该模型的输出结果不仅为区域性矿产预测提供定量分析数据,而且还是一种寻找与已知矿床具有类似地质条件和地球物理及地球化学环境的有效方法.     

勘查指数及其在黑龙江多宝山地区斑岩铜矿勘查中的应用

详细地介绍了一个综合运用遥感、地质、物探、化探等地学信息进行区域性矿产资源勘查与预测的数学模型。模型中在对各类地学信息进行有益的变换、提取的基础上，借助概率论中广义二项分布函数对其进行综合处理与分析。该模型的输出结果不仅为区域性矿产预测提供定量分析数据，而且还是一种寻找与已知矿床具有类似地质条件和地球物理及地球化学环境的有效方法。     

数据预处理技术在地学大数据中应用

大数据时代随着数据的爆发式增长,在带来可供研究的海量数据的同时,也带来巨量的噪声和冗余数据。在地学领域,由于研究方向和技术方法手段的多样化,产生了数据量巨大和类型众多的地学数据集合。在地学信息的研究过程中,经常碰到地学信息孤岛,分图幅地学数据边界系统误差和地学文档的非结构化问题。在对地学数据进行信息的提取和挖掘之前,必须根据研究目的对地学大数据进行预处理,使冗余、复杂的大数据转为结构化、准确、可用的数据。本文以地学大数据的预处理技术为切入点,从地学数据交互标准与语义、数据调平、地质图接边和文本结构化等四个研究方面,分析阐述目前地学大数据挖掘方面存在的问题及主要的解决手段,同时也对多元数据融合在大数据中的应用进行了阐述。希望通过本文对地学大数据预处理技术的探讨,能对地学大数据的挖掘有所帮助。     

地质科学大数据背景下的矿体动态建模方法探讨

三维地学建模的理论与方法在大数据时代该如何发展,是当下这一领域研究人员非常关注的问题。从现代三维地学建模的重要方法——隐式建模的角度,对三维地学建模方法与地质大数据系统的有机集成、以及如何利用大数据技术提高地学建模的效率和质量等问题进行了探讨。初步提出了一套基于地质科学大数据的三维地学建模方法和流程,包括:地质大数据的搜集、主题大数据系统的搭建、地质特征要素的深度挖掘和三维地学模型的动态构建。同时,也指出了大数据背景下高质效三维地学建模的关键在于:研究实现充分顾及地质对象和地质科学大数据特点的地学人工智能、机器学习、数据挖掘及空间推断方法。通过一个典型矿体建模的应用实例对所提方法的可行性进行了验证。     

多元地学数据信息处理及解译在西秦岭地区金矿找矿中的应用

多元地学数据信息处理及其在综合找矿中的应用，以其信息量大、多方位、立体化、快速高效等特点，近年来受到普遍重视。作者在秦岭成矿带甘肃段（西秦岭地区）约５万ｋｍ２范围内，利用最新的地质、矿产、物化探、遥感等方面资料，开展金矿多元地学数据信息处理和综合分析解译，研究多元地学信息特征及其与金矿的关系和成矿地质环境，查明了深部构造和岩浆活动规律，建立三维空间的金矿找矿模型，寻找金成矿有利区。实践表明，该研究方法在金矿资源调查和分析研究区域地质构造方面有着显著的地质效果。     

人工神经网络模型在地学研究中的应用进展

近年来,随着人工神经网络（ANNs）自身技术的不断完善,应用ANNs模型成功解决各类地学问题的案例大量出现。通过对其发展历程进行分析发现,20世纪80年代末国际地学分析中已开始融入ANNs技术,国内则滞后 1～2年。在地学分析中使用的各类人工神经网络类型中,BP模型应用最广,占到85％以上。在10余年的应用过程中,虽然地学的各个分支学科都移植了一种或数种ANNs模型作为其分析工具,但水文、地质、大气、遥感等领域应用较为广泛。传统地学定量分析中的单变量或多变量预测成为人工神经网络地学模型的主要应用客体。同时,诸如模式识别和过程模拟等也是ANNs模型求解的对象。目前,随着建模经验和知识的积累,地学ANNs模型的发展呈现出多种技术综合集成的态势,遗传算法、小波转换、模拟退火算法以及模糊逻辑等方法与ANNs模型融合,成为解决地学分析中非线性问题的利器。     

大数据开创地学研究新途径:查明相关关系,增强研究可行性

人类已经进入大数据时代,大数据研究的思想、方法在地学领域也备受关注。笔者认为,大数据研究的对象是数据,研究的工具是计算机,研究的方法、手段是查明数据间相关关系,研究的特点是取向高概率做出决策。大数据是通过对大量数据的挖掘,查明数据间的相关关系,研究问题并做出正确决策的思想、方法。本文提出大数据是应用“归纳法”开展科学研究的思想、方法,以及高性能计算机和大数据计算技术使“归纳法”得以升华的观点。文章通过对统计学、机器学习算法的深入探讨,得出大数据将改变人们对自然的理解和认知方式,改变科学研究的思想和方法,改变长期以来人们通过查找因果关系开展科学研究的习惯。大数据必将开创一条跨越复杂的因果关系、直接获得研究结果的全新的科学研究途径。随着数据爆发式增长,随着高性能计算机的普及和计算技术的迅猛发展,统计分析方法将很大程度地突破数据体量的限制,统计分析预测模型以其真实可靠的处理结果、对条件和结果良好的解释能力、结合机器学习算法对半结构化与非结构化数据的处理优势,将推动地质科学进入定量化研究的新高度。     

空间数据存储研究及其在岩石圈深部探测数据中的应用

深部地球物理探测数据是岩石圈结构研究的重要资料,然而由于地学数据本身的多来源、多学科、海量等特点阻碍了数据的共享,而GIS技术恰好以强大的多学科交叉和空间数据处理功能为数据发布提供了新的途径。在GIS中信息的显示和分析方法都取决于地理信息数据模型,因此在利用GIS技术建立数据共享平台时,建立一个符合数据体查询和分析要求的数据模型尤为重要。笔者对几种空间数据存储方式和主流的空间数据模型进行了深入研究,最终结合深部地球物理探测数据的特点,以Geodatabase为基础建立了一个数据模型,为数据发布奠定了基础。     

全球地学断面数字化图形数据库建设

以原地质矿产部系统所完成的6条地学断面图为源数据基础，选用MAPGIS软件平台对6条地学断面图进行了数字化，根据“全球地学断面数字化指南”，并参考了各地学断面的制图标准，建立了中国地学断面图形库和属性库。开发，研制了图形库管理系统。     

GEOSCIENCE DATA IN THE INFORMATION AGE: ACQUISITION,DISSEMINATION AND THEIR APPLICATIONS

Recent dramatic advances in technologies such as computer,data management,and communication have revolutionized the way geologists collect,disseminate,and utilize geoscience data.After summarized the characteristics and fusion of geo-data,several major field data capture systems adopted in North America have been introduced.Geoscience information dissemination and distribution via the web technology and GIS package have also been discussed.In addition,multisources geo-data integration and their applications to mineral exploration,geological hazard risk assessment,and national land resources protection and utilization have been addressed by concrete examples.     

栾川矿集区地学大数据挖掘和三维/四维建模的资源-环境联合预测与定量评价

21世纪地球科学的“第四范式”与第四工业时代以及5G+智能通信为矿业开发与环境防护的关联研究提供了新契机。以地球动力学背景、成矿过程、定量评价“三位一体”的地学理论为基础,以栾川矿集区为例,运用地学大数据(多维多尺度的地质、地球物理、地球化学、高光谱与高分辨率遥感(多时相)以及实时矿业等数据)的深层次人工智能挖掘和三维/四维多学科多参数多尺度建模技术平台,开展矿集区至矿床多尺度的三维地质模型、成矿过程模型和定量勘查模型构建及其资源的定量预测评价,旨在实现数字矿山的高精度三维地质(岩石、构造、水文、土壤等)环境保护和资源综合开发利用的动态评价,为研究区矿产资源与矿山环境可持续发展提供科学依据。研究结果概述如下:(1)地球科学大数据关联矿集区资源预测评价。利用三维地质建模、地质-地球物理正反演解译、地球化学与遥感等地学数据深层次挖掘,结合自主研发GeoCube2.0集成软件,实现了栾川矿集区(500 km²,深部2.5 km)的深部靶区优选和矿产资源综合评价,Mo资源量650万t,W资源量150万t, Pb-Zn-Ag累计具有500万t资源量。(2)地质、矿床与勘探的三维地学建模关联矿山环境。南泥湖—三道庄—上房矿山露采场与骆驼山深部巷道勘探与采矿的资料表明,区域NW向的斑岩夕卡岩型矿床与矿体与地下水空间关联度不高,而成矿期后通常具有张性或张扭性特征的NE向断裂是地下水运移的通道;在NW向Pb-Zn矿床地段具有显著淋滤特征的次生金属矿产出,浅表的氧化铅锌矿与锰铁矿伴生孔雀石化、铅华等水蚀作用;高海拔Pb-Zn矿区且NE向断裂构造发育的冷水、百炉沟地段存在地下水污染风险。(3)智慧矿山构建关联资源环境评价与决策。在大型矿山建立三维地质模型并关联矿区古采洞、露采场与深部巷道工程,实现矿业合理定位和可持续发展;利用高光谱数据库构建三维有用、有害元素模型实现勘探、采矿与选矿矿物学关联以便于有害元素(As、Sb、Hg等)的回收或尾矿处理;利用高分辨率Worldview2影像判别重要尾矿库的废水、矿渣泥浆含铁染分布,以便于防护地表径流水、土壤污染等。     

基于GML的地质图空间数据库交换体系

如何提高地质图空间数据库信息交换体系的可扩展性和互操作能力是这一领域中的研究热点.首先研究了ISO/OGC空间信息共享的规范和标准, 并建立了具有服务能力的空间信息集成模块, 在此基础上研究具有一致性的空间信息共享与服务体系, 形成独立于软件、适用于地质空间信息互操作的表达模式, 提供一个可用于异构和分布式体系下的数据描述机制, 使得应用管理地质空间数据成为可能.提出了以地理置标语言(geography markup language, GML) 模型为框架, 给出一种地质空间信息交换的机制.针对地学应用需求, 提出了专业应用数据的模式, 为地质空间信息交换提供了一种可行的方法.      

区块链视角下地学数据共享研究

数据密集型科研范式下的地学数据共享是地学研究的重要内容. 在分析地学数据特点、共享现状、现有问题以及区块链技术架构、基本原理、应用特点的基础上, 探讨区块链技术在地学数据共享领域中的应用场景, 以期地学机构能够借助区块链技术更好地管理数据资产、推动地学数据共享研究与应用.     

On the Progress Design of Integrated Geologic Analysis System: Object-Relational Database Model and Visualization for Earth Resources

Abstract. An object-relational data model is an entry point and integral part of geologic analysis system, in which we can start geologic modeling inside a database. A conceptual data model named the Geoscience (Earth Resources) Data Model 3.0 has been developed based on the conceptual design of NADM-C1.0 and EGDM 812. Such adaptation makes this data model interoperable with data models from other geoscience fields. The focus of current data model is to effectively manage multi datasets related with the study of earth resources and to create relationship among data types.
The conceptual data model for earth resources is successfully implemented physically by integrating a GIS and relational data storage. The direct link between relational database and GIS makes the database contents highly visual and spatially enabling. Database contents are fully georeferenced through different types of georeferencing systems that enables data integration, visualization and analysis of multi geoscience datasets in 2D and 3D environment. A new way of geologic analysis through visualization of virtually all kinds of geoscience datasets is proposed.
The earth resources research and industry can take benefits on this system through better data management and effective geologic visualization that in turn accelerate a better understanding of earth resources. Meanwhile wider geoscience community will benefit from better interaction and data sharing among geoscience fields for accelerating a better understanding of our complex earth.     

A geoscience data evaluation and information system

The exploration of mineral, energy, and water resources requires increasingly access to and usage of relevant up-to-date scientific technical, and economic information on relevant literature and factual data. At present, an Information Center on Mineral Resources and Geosciences is being established in the Federal Republic of Germany. The geoscience information center is responsible for the coordination of acquisition, storage, and dissemination of data on mineral and energy resources, water resources, and economic geology to inform public administration, relevant industry, research institutions, and universities by means of access to a variety of data bases. In the final stage, the information will be accessible on-line through a computer center at Karlsruhe (INKA).Available for the user are national data bases, comprising literature, and factual data on geoscience, mining, deposits, hydrogeology, ocean research, and marine technology, hydrology, oceanography, geodesy, and meteorology, as well as access to international literature and factual data bases. The relational retrieval system GRIPS-DIRS is in use for handling literature data bases at Karlsruhe (INKA),and the hierarchical storage and retrieval system ADABAS for handling factual data bases. The establishment of data-about-data-systems and the dissemination of publicly available evluated data in form of graphical displays of maps is envisaged. The geoscience information center cooperates intensely with similar centers of other disciplines in the Federal Republic of Germany.