南水北調(diào)西線工程工程地質(zhì)專業(yè)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    近年來，相關(guān)部門和專家根據(jù)從長(zhǎng)計(jì)議、統(tǒng)籌考慮、科學(xué)比選、周密計(jì)劃的方針，深入開展南水北調(diào)工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)和論證工作，形成工程總體規(guī)劃布局并提出東、中、西三條調(diào)水線路。南水北調(diào)西線工程是從長(zhǎng)江上游干支流調(diào)水入黃河上游的跨流域調(diào)水重大工程，是補(bǔ)充黃河流域水資源不足、解決我國西北地區(qū)干旱缺水的重大戰(zhàn)略措施，是支撐西部大開發(fā)和西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大基礎(chǔ)設(shè)施，也是我國南水北調(diào)戰(zhàn)略格局的重要組成部分。

1 需求分析

    從黃委會(huì)首次查勘通天河引水線路至今，南水北調(diào)西線工程地質(zhì)工作已經(jīng)持續(xù)了半個(gè)多世紀(jì)，積累了大量的歷史資料、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和研究成果。由于這些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方法落后、管理方式不合理，給數(shù)據(jù)傳遞、資料共享及相關(guān)專業(yè)之間業(yè)務(wù)配合造成困難，因此數(shù)據(jù)的種類、質(zhì)量、完整性、標(biāo)準(zhǔn)化、有效性等都需要進(jìn)一步的提高。本著先進(jìn)實(shí)用、開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)共享、可擴(kuò)展和安全可靠的原則建立工程地質(zhì)專業(yè)的數(shù)據(jù)收集、處理、加工、分析、檢索、輸出、信息發(fā)布等功能的應(yīng)用系統(tǒng)。

    南水北調(diào)西線第一期工程地質(zhì)信息系統(tǒng)的基本功能需求包括：信息管理、多途徑查詢功能、多途徑輸出功能等，潛在需求主要包括專業(yè)圖件繪制、分析計(jì)算、輔助決策支持及三維虛擬現(xiàn)實(shí)等功能。

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

    在對(duì)系統(tǒng)的功能、性能、數(shù)據(jù)等方面需求的詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的總體框架及體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用了三層體系結(jié)構(gòu)來構(gòu)造，包括：應(yīng)用層、中間層和數(shù)據(jù)層。應(yīng)用層主要是指用戶完成各項(xiàng)作業(yè)所用的客戶端軟件及應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，向用戶提供數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)服務(wù)，數(shù)據(jù)發(fā)布，計(jì)算分析，文檔管理以及系統(tǒng)維護(hù)等功能，是系統(tǒng)架構(gòu)中的前端構(gòu)件；中間層主要包括完成空間數(shù)據(jù)管理、空間數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)訪問等功能的中間件；數(shù)據(jù)層構(gòu)成了存儲(chǔ)訪問管理空間和非空間數(shù)據(jù)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，負(fù)責(zé)對(duì)工程地質(zhì)專業(yè)的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并為各個(gè)功能需求提供數(shù)據(jù)支持。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)的主要功能包括：數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)兩部分內(nèi)容。

    數(shù)據(jù)管理功能主要提供對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理，包括數(shù)據(jù)的輸入界面，數(shù)據(jù)的編輯、更新維護(hù)、有效性、完整性驗(yàn)證及數(shù)據(jù)的批量轉(zhuǎn)換等功能。

    數(shù)據(jù)服務(wù)的功能相對(duì)較多，主要依據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括：空間及屬性數(shù)據(jù)的查詢檢索、計(jì)算分析、信息發(fā)布、文檔管理及系統(tǒng)維護(hù)等功能。查詢檢索功能通過查詢條件對(duì)空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢檢索，并可對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)結(jié)果進(jìn)行可視化表達(dá)并輸出。計(jì)算分析功能包括空間分析(如：集合分析、迭加分析、緩沖區(qū)分析等)和模型分析等。信息發(fā)布功能主要是指實(shí)現(xiàn)工程地質(zhì)信息的網(wǎng)絡(luò)共享、信息發(fā)布、遠(yuǎn)程管理維護(hù)等。文檔管理功能對(duì)文檔資料的進(jìn)行登記、管理、查詢、輸出等。

4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

    工程地質(zhì)專業(yè)的數(shù)據(jù)內(nèi)容采用GIS的表現(xiàn)機(jī)制可分為屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)兩部分，并且二者之間是有機(jī)的聯(lián)系的，空間實(shí)體具有各自的屬性，屬性數(shù)據(jù)是空間實(shí)體的屬性。

4.1表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1.1表名、表體、字段標(biāo)識(shí)符設(shè)計(jì)原則

1 標(biāo)識(shí)符

    標(biāo)識(shí)符是數(shù)據(jù)庫標(biāo)志系統(tǒng)的重要組成部分，是由表標(biāo)識(shí)符和字段標(biāo)識(shí)符組成。原則上采用英文縮寫，并一律用小寫。

2 表標(biāo)識(shí)符設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫表名的后部標(biāo)識(shí)與字段名的標(biāo)識(shí)符設(shè)計(jì)方法類同，均采用英文縮寫。

3 表體設(shè)計(jì)

    數(shù)據(jù)庫的表體由字段名、標(biāo)識(shí)符、主鍵、有無空值等內(nèi)容組成。

4 字段標(biāo)識(shí)符設(shè)計(jì)

    屬性數(shù)據(jù)庫的表名(后部標(biāo)識(shí))部分及字段名的標(biāo)識(shí)符全部由英文小寫及數(shù)字組成，標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度不超過10個(gè)字符。

4.2 屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

    地質(zhì)數(shù)據(jù)庫主要包括以下八大類信息： 

(1)構(gòu)造信息：褶皺信息，結(jié)構(gòu)面信息(包括斷層、節(jié)理等)等；

(2)地震信息：地震加速度信息、地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期信息等；

(3)地層特征：地質(zhì)時(shí)代信息，地層巖性，區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)地層信息等；

(4)勘探信息：鉆探信息，洞探信息，坑、槽探信息等；

(5)試驗(yàn)信息：主要包括現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)等，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)有抽、壓、注、滲水試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)貫入等；室內(nèi)試驗(yàn)有巖/土的物理力學(xué)試驗(yàn)，水化學(xué)試驗(yàn)等；

(6)物探信息：有電法、磁法、波速、重力異常、放射性等信息；

(7)遙感信息：包括航片和衛(wèi)片；

(8)地質(zhì)測(cè)繪信息：有野外地質(zhì)點(diǎn)記錄信息等。

    根據(jù)工程地質(zhì)專業(yè)本身的特點(diǎn)結(jié)合數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)原則對(duì)工程地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類分析，并對(duì)工程地質(zhì)專業(yè)進(jìn)行實(shí)體分離，分析實(shí)體之間的關(guān)系從而形成了工程地質(zhì)數(shù)據(jù)實(shí)體關(guān)系圖(圖3)。在此基礎(chǔ)上對(duì)每一個(gè)實(shí)體及實(shí)體之間的關(guān)系進(jìn)行定義，按照數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)有效性、完整性原則從而得出工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫實(shí)體的列表。

4.3空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

    遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、相對(duì)穩(wěn)定性、標(biāo)準(zhǔn)化、通用性、完整性等原則依據(jù)現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程對(duì)工程地質(zhì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖層劃分。地質(zhì)空間數(shù)據(jù)可分為基礎(chǔ)地質(zhì)圖層、構(gòu)造信息圖層、地震信息圖層、勘探工作圖層等八類18個(gè)圖層。

    在空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間用共用字段建立關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)查詢。

5 結(jié)語 

    南水北調(diào)西線工程經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的勘察工作，積累了寶貴的資料，亟需全面地推進(jìn)工程地質(zhì)信息化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化從而迅捷地完成數(shù)據(jù)檢索、匯總、統(tǒng)計(jì)、分析等，以降低數(shù)據(jù)管理、使用成本和效率，降低工程技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高技術(shù)水平，本系統(tǒng)在需求分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，為GIS技術(shù)與南水北調(diào)工程地質(zhì)實(shí)踐的結(jié)合進(jìn)行了有益的嘗試。