区域水文地质空间数据库研究现状及存在问题

　　摘要：空间数据库作为地理信息系统的核心，针对此类问题结合水文地质信息的特性建立一种合理化的表达方式，从而实现水文地质要素能够简明扼要的被水文地质信息系统直接分析和评价的宗旨
　　关键词：空间数据库，水文地质
　　空间数据库建设规则作为空间数据模型的设立指导思想，举足轻重，而恰恰此项工作却被人们所忽略。对现有空间数据模型理解的正确与否在很大程度上决定着GIS空间数据管理系统研究或应用空间数据库读者论坛的成败，而对空间数据模型的深入研究又直接影响新一代GIS系统的发展。也就是说地理信息系统的发展基本涵盖了空间数据模型和空间数据库建设规则的发展。
　　1区域水文地质图空间数据库建设现状
　　1.1空间数据库建设所应用的GIS软件简述
　　目前，国际上在此领域进行深入研究并形成软件产品的有EsRI的SDE、Mapinfo的spatialware以及Oraele的spatial、IBMDB2的spatialExtender和Imformix的DataBlade、Arc/info、衔cGIs、MaPGIs等。国际上多是空间数据库与GlS的综合研究一起，其建库方法多是依赖于相对应的GIS软件，我国国土资源部门多应用的是c/info、eGIs、MapGlS软件。
　　MapGIs软件作为国内自主研制开发的地理信息系统软件，在国土、测量、建设、规则等部门得到了广泛的应用，本次空间数据库建设所选择的GlS软件即为MapGIs软件。MaPGIS所设立的空间数据模型是一种面向地理实体的空间数据模型，首先强调人对地理世界的理解，其次才是如何将人对地理世界的理解图示化。这种模型将地理世界分解为实体，通过描述实体的特性和实体间的关系，建立观察范围内的地理世界的视图，通过定义与实体特性、实体关系相关的操作，模拟人类理解地理世界的语义环境。通过对空间数据据进行组织，实现空间数据在计算机中的具体实现。共分为6个层次，分别是地理数据库、数据集、类、几何元素、几何实体、坐标点，如图1.1所示。
　　图1.1基于MAPGlS的面向实体的空间数据模型。
　　
　　MAPGIS空间信息的实现以非空间实体被抽象为对象，空间实体被抽象为要素；相同类型的要素构成要素类；相同类型的对象构成对象类；若干对象类或要素类组成要素数据集;若干要素数据集构成地理数据库。
　　1.2国内空间数据库及建设方法现状
　　我国在水文地质空间数据库建设方面主要体现地下水资源数据库的建设，经历了近二十年的历程，从以dBasem和FoxPro为基础的属性数据库开始到目前的空间数据库系统，并在实际中得到了应用。近几年来，随着GlS技术的发展和普及，空间数据库建设得到了迅猛发展，在国土资源部的统一部署下，开展了一系列的空间数据库建设和系统开发应用，对于不同的空间数据库系统基本设定了一定要求的工作指南或操作手册，主要包括:
　　(1)地下水动态监测数据库
　　地下水动态监测数据库主要是国家级动态监测点的水位监测数据，由中国地质环境监测研究院会同各省地质环境监测总站进行数据更新，数据信息由中国地质环境监测研究院负责管理和发布使用。
　　(2)水文地质钻孔数据库
　　在20世纪80年代末期90年代初，中国地质环境监测研究院组织了全国水文地质钻孔数据库的建库工作，开发了基于dBasem的水文地质钻孔管理系统，并在各省水文队陆续推广。该数据库实际上仅是钻孔信息以数据库形式的存贮，但由于当时地质部门处于低谷，再加上信息化软件的快速更新，因维护的经费无法保证，导致该数据库基本上不复存在。该数据库系统的缺点是对于水文地质钻孔的信息分类及表述时的结构设计很冗长，但又无法全面表述水文地质钻孔的所有信息，对信息管理造成不便。
　　(3)县(市)区域水文地质调查空间数据库
　　结合“县(市)区域水文地质调查”工作的开展，1995年原地质矿产部科技司开展水文地质空间数据库标准方面的研究工作，并在此基础上开展了“县(市)区域水文地质调查”空间数据库建设工作，该数据库的建立为后来的区域水工环空间数据库建设及方法改进提供了很大的参考思路。该数据库的不足之处在于仅是对全要素图的输入、输出和空间内部属性的存贮，但对于投影、数据采集精度等数学基础的控制很不严格，忽视了拓朴关系的存在，导致数据在使用时精度无法控制和误差的严重积累。
　　(4)1/20万区域水文地质图空间数据库
　　该项目于1999年开始，属于国土资源大调查的数字国土工程项目，并在2000～2005年布置了较大的工作量，由中国地质环境监测研究院负责项目的具体实施，该项目的完成被评为中国地质调查局2006年度十大新闻之一。
　　(5)小比例尺区域水工环空间数据库建设
　　地质大调查数字国土工程，2001～2005年由中国地质环境监测院牵头，29个省(市、自治区)具体实施完成。该空间数据库于2001年编制了“小比例尺区域水工环空间数据库工作指南”，在全国范围内共涉及到29个城市，但由于种种原因而被停止。该空间数据库的空间数据管理是以行政区域为单位进行的，其方法主要是实现了将外挂属性库与图形库的结合，实际上也是以建设区域水工环空间数据库的建库方法的探讨，但该项目的实施为综合分析区域水工环信息如何组织数据源应用奠定了一定的基础。
　　(6)全国地下水资源评价调查数据库
　　由中国地质科学院水文地质环境地质研究所牵头，为彻底查清我国地下水资源的现状，作为预警工程项目从1999年开始开展了新一轮全国地下水资源调查评价工作，同时建立了全国地下水资源数据库，其成果己经提交，该数据库主要从面向用户的角度出发，在执行过程中编制了录入指南，实现了传统的数据库与空间数据库的结合，但在地下水资源管理、地下水资源评价等方面的空间数据模型的研究中对该空间数据的使用仍在探讨之中。
　　总之，空间数据库做为地理信息系统GlS的主要研究对象，主要的研究在对空间数据的处理和管理能力，包括数据采集和编辑、空间数据库、图形分析和绘图及空间分析功能，空间数据库技术在水文地质领域中得到了广泛应用，这种应用主要体现在空间数据库和水文地质相关工作的一种结合，开发了一系列的数据信息管理与评价应用软件，并使该领域发生了深刻的变化。
　　1.3缺陷和不足之处
　　由前述的区域水文地质空间数据库研究背景、研究意义、空间数据库技术及水文地质信息系统的发展过程的论述可得知，区域水文地质空间数据库是水文地质信息系统的基础、支撑和核心，它将直接影响到水文地质信息系统的存贮、检索查询、统计、分析和评价，区域水文地质空间数据库建设的最终目的是为水工环及相关领域和学科提供符合规范的，并可实现共享和服务的信息资源的水文地质信息。
　　而目前情况下由于种种原因而存在多次重复建设水文地质数据库和开发水文地质信息系统的现象，同一地域、同一专业要素的数据源，浪费了大量的人力和财力，尽管重复建设却发现己建成信息资源的无法共享。究其主要原因就是在建立数据库的过程中各自为政，不论是数据库中的操作手册，还是录入指南均忽视了数据资源的统一性，均不能称为真正意义上的规则。存在问题主要有以下几点:
　　(1)水文地质信息分类差异引起的误差
　　由于水文地质学在其相关领域的基础地位和广泛性应用，特别是水文地质信息的特殊性，使得不同人员对水文地质专业的理解程度差异而导致在水文地质信息化建设的理解程度不同，从而导致水文地质信息分类的不同。
　　比如在水文地质图中存在面状水体(双线河、湖泊、水库等)，部分学者认为在表述地下水富水性时应做为富水性图层的重要组成部分，并将其与相邻的富水性分区进行合并，部分学者认为水体属于地表水范畴，在地下水富水性图层不必表述。这种由于学述观点的不同而对区域水文地质空间数据库建设观点的不同，对空间数据的影响是长远的。
　　(2)重复建设引起的误差积累
　　水文地质信息化重复建设现象十分突出，特别是同一地域、同一水文地质要素的表示，同一数据源，采用的数据模型基本相同，在使用和对比时发现实际上部分信息资源已进行了重复建设，而又发现由于重复建设却导致了信息误差的增加。如地下水水位和水质数据库，常规的地下水监测数据库对字段定义和结构定义己基本完善，该数据库己由各个省的地质环境监测总站每年进行维护，但多数科研项目却进行了重复录入。由于采集方式和采集精度不同，造成了本应在同一位置的图形要素却存在误差，这种很明显的由于人为因素产生的误差在信息综合分析应用时直接导致误差的积累。
　　(3)建库方法差异导致数据无法共享
　　虽然建立了多种多样的水文地质专业分支数据库，但将已有的信息资源统一起来却无法整合在一起，主要原因是由于建库时所定义的数据格式的差异，从而导致现成的信息资源无法使用，而不得不按照自己的思路重新定义数据模型和建库规则。这就需要根据不同的线图元要素的重要程度、图形比例尺及图形精度来确定栅格图的放大倍数和对栅格线按一定准则进行处理。类似的问题有很多，总之,没有规则的数据采集和没有规矩的方圆均是不合理的。
　　(4)表达方式不同直接对信息系统分析评价产生影响
　　GIS技术的发展完善已使得尽管应用不同的GIS软件建立的空间数据库表达方式不同，但可以实现数据资源的互相转换。在此存在的问题就是由于不同的GIS软件的精度要求不同，数据采集方式不同而导致数据精度的不同，也对数据资源的使用产生了严重的后果。而更严重的是属性格式的表达方式千差万别，导致空间数据无法被系统软件读取，而不得不对数据按照自己的思路重新进行整理。作为表达方式，水文地质信息系统的可识别为目标，而不是简单的信息资源的罗列，其主要的是要实现水这就要根据水文地质信息的特点进行解决和处理。
　　总之，上述问题的存在，在很大程度上阻碍了水文地质信息的发展，而作为核心的水文地质空间数据库受到影响更是广泛，不符合相关标准和规范的空间数据只能是井底之蛙，只有建立了为多学科信息资源共享和服务基础上的空间数据库规则，才能建立真正意义上的空间数据库，进而实现区域水文信息系统的采集、存贮、更新维护、检索查询和分析评价，才能使水文地质信息化的应用和发展更广泛。
　　参考文献：
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