地质信息化建设若干重要问题的思考

　　地质信息化建设若干重要问题的思考

　　引言

　　地质工作是社会经济发展的一项基础性、先行性工作，对国家能源资源安全保障、自然资源管理、自然灾害防治和人类居住生活空间环境选择具有重要作用。地质工作以地球为对象，通过多种手段探测获取人类发展所需的地球物质资源赋存和生存所依赖的地质环境信息。近40年来，随着信息技术革命不断深入，地质工作的理念、手段和成果表达方式都发生了根本性变化，地质工作已经与信息技术高度融合，形成了地质信息化领域。随着中国地质工作体制的重大改革和中国地质调查局的成立，地质信息化得到了快速发展，取得了丰硕成果，获得了社会广泛关注，对推进地质工作现代化、提升地质数据信息服务能力、提高地质工作社会认知度起到了重要推动作用。但在社会体系中，地质信息化发展相对较慢，信息技术与地质融合度还存在一些缝隙，信息技术对地质工作的推进作用有限。

　　本文根据多年的地质信息化建设实践，结合国内外信息技术发展与应用状况，梳理地质信息化建设若干重要问题，提出解决问题的对策，以期更好地推进地质信息化建设，为推进地质工作现代化、提高地质工作的社会认知度做出更大贡献。

　　1.地质工作主流程信息化与数据采集

　　2000年以来，中国地质调查局将实现地质工作主流程信息化作为一项主要目标任务并进行部署推进。地质工作主流程信息化是指信息技术涵盖地质工作所有业务领域和环节，实现各业务领域从头到尾的数字化、信息化。经过20多年的努力，中国地质调查局组织研发了野外数据采集仪、数字地质调查系统、智能地质调查系统等信息化系统。地质工作主流程信息化基本实现，并在国内外得到了广泛的推广与应用，但还需从以下方面进行完善和扩充。

　　1.1地质工作主流程信息化覆盖的环节

　　目前开发的数字地质调查系统，主要覆盖数据采集、数据处理、成果综合和报告提交环节，还应向前拓展环节、向后延伸环节。一般情况下，地质工作以项目为基本单元组织实施，一项地质工作从最初的动议选区论证开始，经过申请报告编写、项目申报开展、项目获得批准、设计或工作方案编写、图件编绘、报告编制等环节。地质工作在项目申报书编写、设计编写两个环节开展一定的野外工作和资料综合研究工作。

　　选区论证及申报书、项目设计或工作方案编写都有相对固化的模式，其形成的资料是后续工作的基础。地质项目经成果评审后要进行归档和资料汇交，归档和资料汇交的材料也都有相对固化的模式。工作人员完成资料汇交后，还应根据项目立项意图，基于业务成果报告编写成果应用报告或建议。这是项目地质成果报告的第一次应用。选区论证及申报书编写、项目设计或工作方案编写、汇交地质资料制作、成果应用报告编写4个环节都是地质工作的重要环节。每个节点都有工作规范和要求，依据的资料和数据都存在上下游逻辑关系。地质工作主流程信息化系统研发应该包括或覆盖上述环节。

　　1.2地质工作主流程信息化覆盖的领域与实现方式

　　地质工作包括多个业务领域，应该按照业务领域梳理工作主流程并实现信息化，每个业务领域可以综合使用多个专业工作手段并拥有鲜明的工作特色。数字地质调查系统现主要应用于区域地质调查、矿产资源调查评价等业务领域，主要涵盖野外调查和山地工程揭露等专业工作手段。在数字地质调查系统基础上，信息化部门研发了地质灾害调查系统、地质环境调查系统和水文地质调查系统等信息化系统。但这些系统在推广应用方面存在局限性，还没有完全覆盖科学研究、工程地质等领域。后续研发的应用系统应与数字地质调查系统的数据模型完全兼容、应用模式保持一致或完全兼容，同时，应逐渐融入整合地球物理勘查、遥感地质调查等野外调查工作手段采集的数据，努力实现地质工作主流程信息化覆盖地质工作所有应用领域和工作手段。

　　1.3数字地质调查系统主要功能

　　在数据采集方面，数字地质调查系统采用地质点、分段路线、点间界线(point、routing、boundary，PRB)地质数据模型对野外调查观察进行记录，采用标准的表格规范数据采集项，基本上实现了以描述为主的记录转为结构化数据，便于后续处理、分析和综合编绘图件。今后还应根据地质工作发展，进一步增加规范的数据项，适当扩充表述空间地质特征的结构化数据项。

　　在数据采集阶段，该系统提供数据字典，并通过云环境自动推送相关的标准化描述和已有的工作记录。这些资料和数据只能作为工作参考，可不提供复制功能，避免因利用复制导致的工作简单化问题。在大数据和智能化时代，该系统可集成矿物、古生物、岩石野外人工智能识别系统，协助地质人员辨认地质体或地质现象。

　　在数据处理和综合分析方面，该系统具有特色的野外调查、山地工程揭露数据处理分析能力，这是社会上商业化软件不具备的优势。对于地球物理勘探技术等其他专业手段探测获取数据的处理分析，还应充分集成或应用较成熟的商业化软件。

　　1.4多专业手段采集的地质数据格式统一

　　地质数据采集包括野外调查、观测监测、地球物理勘探、地球化学勘探、遥感调查、分析测试等工作手段。各个工作手段又可进一步细分，例如，地球物理勘探按照物性可分为重力勘探、地震勘探、电法勘探、磁法勘探等方法。有的工作手段又可按照实施的空间平台进行划分，如太空、空中、地面、地下和井中平台。每种方法的仪器由不同厂商设计制造，采集数据的记录输出格式差别较大。不同承担单位使用不同软件对采集数据进行处理分析，形成多种多样、不统一、不透明的专题成果数据格式。本文建议国家公益性地质调查单位应牵头研究与数字地质调查系统PRB模型兼容的地质数据描述通用模型和专业地质数据模型，并将其发布为地质矿产行业标准，以此规范地质数据采集与处理的数据格式标准，进而提高地质数据的处理与综合效率。

　　1.5地质数据综合和成果报告编写

　　地质报告是地质工作成果的归纳总结和证据论述。现行的地质报告多由描述性文字、矢量化图件、图像图片和表格等组成，存在结构化程度差、成果表达各式各样的问题。地质成果表述应按照专业模块化、结构化描述，规范描述内容并尽量以图件或三维地质模型方式辅助表达，便于用户使用。论据论述可保留传统专业习惯，尽量规范化、标准化。地质报告成果结论的使用对象主要是社会用户；成果证据论述的使用对象主要是地质专业人员，地质专家据此对工作成果进行评审验收。地质报告的成果结论应规范格式、成果的内容和表达方式，尽量使用结构化数据格式，形成标准化的地质报告，提高地质报告的编写效率和阅读成效。

　　2.地质数据存储管理与共享服务

　　2.1多源异构地质数据存储管理

　　地质数据包括结构化、半结构化和非结构化三种类型数据。有的数据以数据库形式存在；大量的数据以文件系统形式存在，数据存储在不同的系统和节点，存储管理应考虑混合架构，充分利用已建成的结构化数据库。文件形式数据可采用大数据存储比较常用的Hadoop系统等，利用分布式方式进行组织管理，便于地质大数据检索和查询，编制简捷规范的元数据是关键。目前，大量数据以文件形式存在，规范性回溯数据库建设的工作量巨大，随着计算机软硬件的快速发展，基于分布式数据文件的地质大数据管理会越来越普遍，可以逐步替代传统的数据库建设。

　　2.2地质数据处理

　　本文的地质数据处理主要限定在采集数据的基本处理，不包含成果的综合研究与分析。地质数据处理包括多种方法，拥有许多比较成熟的商业化软件，由于地质工作规模相对较小、工作手段多种多样、应用领域较多，每个手段采集数据的处理规模差别很大，多数的地质专业数据处理规模较小，软件与系统的可复制程度较差。应用规模较大的数据处理可以通过市场解决，如油气地质勘探方面的地震勘探数据处理。由于商业化地质数据处理软件市场不太成熟，公益性地质工作机构开发相关数据的处理软件或系统，完成许多应用规模较小但相对重要的地质数据处理，避免软件缺失或垄断。今后还应继续加强完善并运行维护已开发的系统，如各专业领域的数字地质调查系统、物探重磁电数据处理系统、化探数据处理系统等。

　　本文根据处理程度将地质数据划分4个数据等级，规范数据管理。

　　(1)0级数据。该级数据为未进行任何处理的原始数据。

　　(2)I级数据。该级数据为经过简单处理的数据，也可称为经过初步处理或粗处理的数据，涉及坐标系、记录格式规范化和标准化等处理。

　　(3)Ⅱ级数据。该级数据为经过精处理的数据，包括投影校正、去噪处理等处理后的数据。

　　(4)Ⅲ级数据。针对某方面应用，该级数据为经过专门处理形成的专题数据。

　　开展数据分级并制定专门的技术规范，对采集的数据进行处理加工，形成规范的分级数据，能够有效地推进地质数据应用。

　　2.3地质信息服务产品研制

　　以面向社会化服务为目标，研究制作丰富多样的地质信息服务产品，是提升地质服务能力和水平的发展趋势。产品的规范制作和应用效益应该得到关注。

　　地质信息产品一定要考虑可复制性。近年来，地质信息化工作注重信息服务产品的研发。每年较多的产品上线服务花费了大量的人力和物力，但许多产品存在服务数量很少、效益不理想的问题。地质信息产品研制工作要考虑研制成本和预期的服务量，研制培育代表性品牌产品，对达到一定规模的品牌产品进行服务，不谋求产品系列化；同时，应归纳总结品牌地质信息产品制作的技术要求，推进品牌地质信息产品制作的规范化和社会化。加强定制服务和专题化服务方面工作，对于需求量较少的产品，可以开展个性化定制服务或专题化服务。

　　2.4地质数据共享

　　地质数据分类共享有力推动了地质调查系统数据资源的盘活和各项工作的开展，但数据共享遇到机制不畅、积极性不高的问题。许多使用者关注源数据，相关部门应探索推进源数据共享工作。在数据共享中，注意保护数据原始提供者的版权或知识产权，对使用者设立一定的限制，避免个别用户恶意拷贝系统全部数据；探索数据共享机制，适当扩大数据共享范围，建立相关制度，允许一定贡献量的地质数据单位或个人加入地质数据共享范围。

　　2.5地质信息产品社会化服务

　　地质数据被加工形成数据产品并为社会提供信息服务已成为共识，并向广度和深度快速拓展。数据产品元数据库建设要进一步完善，数据项应尽量简化、权重大、关联度低，提供符合地质工作实际的检索方式及高效准确的检索查询服务。对于用户选中的数据产品，应能提供概要浏览、摘要浏览、在线全文浏览、在线调用和下载等服务。服务系统应考虑收费服务功能，对于在线浏览、在线调用和下载服务可收取一定费用。产品服务机制要进一步完善，产品服务程序和收费标准应规范化、透明化，鼓励和支持各个节点按规定独立开展信息服务。

　　3.地质业务管理信息系统建设与业务化运行

　　3.1目标与基本单元

　　地质业务管理信息系统建设应该借助信息化手段，通过数据共享、业务协同等方式，实现管理工作的规范化、透明化，提升管理能力、水平与效率。运用全流程的信息化管理方式代替传统的人工流转审核审批方式，规范管理流程和环节，避免人为随意流转。系统能够客观地保存所有管理记录，便于查询和使用。还可通过信息化实现管理程序和机制的变革，减轻办理人员工作强度。基于管理数据能够提供智能化纠错、提醒功能，提供辅助决策支持。因此，符合业务工作实际的管理信息系统能够大幅提高管理的效率和水平。

　　管理信息系统必须与业务实际相一致，实现管理目标；同时，以实现管理意图为最终目标，通过信息化改变和创新管理模式。

　　地质业务管理的基本单元是法人单位。法人单位承担管理的主体责任和民事责任，遵守相关的法律法规和管理制度。本文建议以法人单位为基本单元开发、部署业务管理信息系统，系统应明确限定边界，不应跨越到上级单位或所属单位，上级单位一般履行指导和监管职责。

　　3.2基本对象、管理流程与基本主线、主数据

　　通过系统的需求分析，相关部门梳理业务管理流程、管理环节及每个环节的次级流程，明确系统管理的基本对象、管理流程与基本主线、主数据。

　　(1)基本对象。独立的法人单位可拥有多个管理对象，地质勘查单位一般拥有项目、人员、设备、预算财务、资产等管理对象。独立的信息系统可拥有多个对象，但每个子系统只有一个管理对象。在多个管理对象中，其中一个管理对象是该单位的主要工作任务和工作目标，在多个对象中起主导作用，这就是基本对象。在地质勘查单位的管理信息系统中，基本对象一般是项目；在矿政管理信息系统中，基本对象多为矿业权。

　　(2)管理流程与基本主线。每个对象必然具有一个闭环的管理流程，一般来说，管理流程拥有多个环节。每个环节应具有不同的管理主体、责任及要求，还可具有次级管理流程，如部门内部程序。信息化管理模式应与实际情况吻合，相关单位建立的管理流程和模式应与质量管理体系保持一致，在多个管理流程中，其中一个管理流程是主要业务管理流程，该单位的管理主线一般与基本对象一致，多为项目管理。地质勘查单位管理主线可以带动或发起人力资源管理、预算与财务管理、设备与资产管理等。

　　(3)主数据。每个管理对象可以用多个数据项进行描述，这些数据可形成于不同的环节。在管理对象的多个数据项中，其中一个数据项为基本数据项。这个基本数据项一般最早生成、贯穿整个管理流程并基本保持不变，这就是主数据。主数据是管理对象的标识符，具有好记录、好识别、唯一性的特点，如项目管理中的项目编号、人事管

　　理中的人员身份证号、设备管理中的设备编号等：

　　3.3分级、数据共享与业务协同

　　高层级的业务管理信息系统建设基于基本单元的业务管理系统，形成由多个单位构成的业务管理体系。例如，全国性管理信息系统由县级、市级、省级、国家级等管理层系统构成。每个层级管理信息系统都应通过梳理业务管理流程，确定基本对象、基本主线、主数据和主要功能，管理边界应该限定在法人单位范围。

　　复杂的业务管理体系应实现基本单元业务管理信息系统间管理数据的有条件共享。基本单元是管理信息系统的末端，承担数据的采集和维护职责。上级管理信息系统根据需要可从下级管理信息系统抓取数据，进行数据分析和综合。

　　主数据关联查询实现业务子系统之间数据共享，复杂的业务管理体系应通过主数据实现管理对象的检索查询。通过梳理各业务系统管理流程查找管理流程的交叉点（协同点），在系统中实现业务管理的协同一致。在复杂的业务管理体系中，各个管理流程主体也应该协同一致。

　　3.4用户体系建立

　　(1)用户分类分级。每个系统应该建立符合实际情况的统一用户体系，对用户进行分类分级管理。对用户进行分类管理，如管理人员、项目组人员、其他人员；根据管理模式对每类人员进行分级管理，遵循经办、审核、审批的管理模式并进行身份分级，形成用户矩阵图。

　　(2)用户身份管理。对用户身份进行统一认证管理，依据职责对用户进行分类分级授权，不同子系统的用户授权可以不同。

　　3.5业务化运行与数据归档

　　管理信息系统应业务化运行，日常业务管理部门和人员应依托管理信息系统开展全部工作，不宜出现部分环节线上、部分环节线下的现象。管理信息系统融入业务管理后，工作人员可以从相关业务运行系统抓取数据或融合业务管理，不能出现日常业务工作和管理信息系统相分离的情况。

　　日常运行的管理信息系统要定期进行数据归档，在系统的不断更新中，系统备份不能代替数据归档。系统中的主要业务数据和日志记录应最少每年导出一次并归档保管，作为永久记录便于以后的查询和审计工作。

　　4.地质数据分析挖掘与智能化

　　4.1地质数据、地质信息与地质知识

　　在日常工作中，地质数据(geologicaldata)、地质信息(geologicalinformation)和地质知识(geologicalknowledge)的概念容易混淆。在大数据时代的数据处理分析中，这三个概念存在本质的差别，具有从现象到本质逐渐过渡的变化。地质数据是地质工作结果的记录，是对地质现象及其特性的客观描述，具有基础性和客观性。地质信息能够反映地质现象及其直接特点，一般通过数据分析进行提取，例如，通过遥感数据分析提取断裂构造信息。地质知识是基于地质信息分析获取的地质规律性认识，例如，通过对某个区域基于遥感数据提取的断裂构造信息进行分析，可确定该区域断裂构造的发育规律。

　　当然，地质数据、地质信息和地质知识都以数据形式存在。在地质数据处理分析挖掘中，通过处理地质数据提取地质信息，通过分析地质信息归纳凝练地质知识。工作人员要在地质数据处理中注意辨析和准确应用这三个概念。同时，应采用各种技术方法，从地质数据中提取地质信息，从地质信息中归纳概括地质知识，不断提升地质数据的分析挖掘水平。

　　4.2矿物、古生物、岩石的人工智能识别

　　2017年发布的“地质云1.0”包含了简单矿物岩石智能识别功能。相关地质单位和项目组，在矿物、岩石人工智能识别方面做了大量后续研究工作。在现代计算条件下，采用机器学习方式，对大量已知古生物、矿物、岩石标本或照片进行扫描，对已知图片或照片进行样本学习，可以建立古生物、矿物、岩石的识别模型。依靠已有的数据库对实际工作中遇到的矿物、古生物、岩石进行智能识别。该方面研究要明确工作尺度，应面向野外，针对肉眼可识别尺度。要建立标准的命名体系，在扫描已有标本或输入图片和照片时，按照命名体系规范处理名称，保证名称统一、语义一致。当然，也可以建立显微尺度的识别模型。收集已知古生物、矿物、岩石的镜下照片并进行机器学习，形成镜下矿物、古生物、岩石智能识别系统。这两种识别系统应该区分可选择性应用。古生物、矿物、岩石人工智能识别系统具有科普作用，受社会人员特别是青少年的广泛欢迎，对地质工作者中的非特别专业人员也具有重要参考作用，能够协助地质专家进行识别判断。

　　4.3地质专家模型的建立与实现

　　多数人认为地质和中医一样，是一门经验性学科，许多知识装在经验丰富的地质工作者大脑中。在大数据和人工智能发展的时代，地质工作通过专家经验归纳总结和人工智能的方式进行辅助分析。地质找矿方面已形成了大量的找矿模型、成矿模式和找矿实例，还有许多野外观察判断矿物、岩石、古生物和地质现象的成功实例等。工作人员对已经建立的模型、模式、实例进行要素化，作为样本输入计算机，通过机器学习方式进行卷积学习，形成机器辅助分析判断系统。实际工作遇到类似判断时，可将有关要素输入机器辅助分析判断系统并进行分析、比对、判断。矿产资源评价可在已有工作基础上建立业务模型，根据观察的要素进行各种手段获取数据的融合分析，得出矿产的有关赋存信息。

　　4.4三维地质建模与可视化

　　基于地质勘查数据建立三维地质模型并实现可视化，既是地质成果检验的需要，也是地质成果表达和勘查成果精准分析的需要。近年来，地质三维建模和分析应用发展较快，但由于地质三维建模的效率相对较低、地质解释的不确定性较大，地质三维建模的发展和应用受到了限制。随着网络存储和计算能力大幅提升，研究人员可以根据有限揭露数据，探索采用递进模拟方式构建矢量地质体。将构建的矢量地质体剖分为细颗粒，在此基础上构建三维属性模型，以栅格模式对三维地质模型进行存储管理、计算和可视化，极大提高地质体三维建模的效率与三维地质体的分析处理和可视化水平。

　　5.“地质云”基本定位与构成模式

　　5.1“地质云”基本定位与功能

　　“地质云”是中国地质调查局基于大数据、云计算、网络通信等信息技术，集成了地质调查、业务管理、数据共享、信息服务等功能的计算机网络信息系统；是地质调查信息化建设成果的总集成，不但支撑地质大数据的网络信息化基础设施平台，而且包括了数据资源、信息服务资源、数据共享和信息服务、现代地质调查等资源和功能。这个定位符合信息化发展的大趋势。今后“地质云”还应不断扩展覆盖范围和规模，完善节点布局，逐步用逻辑节点代替一般功能的物理节点。按照地域建立分布式节点，覆盖地质环境、地质灾害、地下水等野外观测和自动监测数据的实时采集，实现地质工作项目采集数据的实时汇聚，在“云”上部署更多的辅助工具，方便地质专业用户和社会用户使用。

　　5.2“地质云”网络系统完善

　　目前，“地质云”采用业务网和互联网模式，应进一步完善业务网建设。将业务网的“地质云”作为总节点、业务网各节点作为分节点，不再保留分节点的互联网出口，统一互联网出口。本着节约集约的原则，逐步取消各个物理分节点，形成责任明确的逻辑分节点，提高“地质云”总节点的安全性和运行效率。

　　5.3“地质云”碎片化构建与服务模式建立

　　“地质云”按照标准的4层云架构模式设计建设，包括基础设施即服务(infrastructureasaservice，IaaS)的基础设施层、数据库即服务(databaseasaservlce，DaaS)的数据层、平台即服务（platformasaservice，PaaS）的平台层、软件即服务(softwareasaservice，SaaS)的服务层。云计算的实质是将信息化建设的所有构成要素作为资源，实现资源的共享和服务。应对“地质云”的基础设施、数据、平台工具、服务系统进行最小单元碎片化，每个最小单元都可作为一个资源进行注册管理并提供共享服务。“云”上的所有资源都可以互相调用和共享，实现资源最大化利用。开发的“云”上应用系统不用自成体系，可以调用“云”上的所有资源，避免重复浪费，提高开发效率。

　　6.地质信息化建设模式与业务团队建设

　　6.1地质信息化建设模式

　　按照地质业务的实际情况，地质信息化工作应系统梳理需求，仔细研究每个需求的本质要求，并将需求转化为信息技术可解决的途径。研究信息技术能够解决哪些问题、问题解决的程度如何、如何解决问题，在此基础上开展总体设计，包括架构设计、功能设计、用户设计等。细化设计，形成详细设计，分解成最小化建设单元，开始组织力量实施建设。地质信息化开发建设应坚持“有所为有所不为”的原则，针对市场成熟的开发能力和产品，应直接购置或交由市场完成；针对社会空缺或市场不成熟的开发能力和产品，可酌情组织力量开发建设。一般地，需求分析和总体设计应该以“我”为主；开发详细设计、具体开发工作和数据库建设可委托有相应能力的单位承担；运行维护工作一般由本单位承担，也可进行部分委托。

　　6.2地质信息化业务团队建设

　　地质勘查单位以地质专业人员为主体，地质信息化人员相对较少。考虑人力成本和工作量，经过多年的信息化建设实践，本文认为地质勘查单位的地质信息化建设人员，应定位为地质系统中最懂信息技术、信息技术界最懂地质工作的人员。地质信息化建设人员要建立基本的地球观，用信息技术解决地质工作中的问题，能够发现需求、体验需求、分析需求、归纳需求，能够概括某方面的业务模型，提出信息技术实现的技术途径、总体架构设计、系统布局和功能等。

　　地质信息化建设团队应该是年龄和专业结构合理、工作领域和信息化功能特色明显的研究开发团体。每个小团队能够相对独立完成信息化建设的某些功能和资源建设，全部小团队构成结构合理的地质信息化建设大团队。小团队也应该碎片化，输出成果模块化，最大限度地减少团队层次。

　　7.结束语

　　地质信息化是推动地质工作现代化的必要手段。60多年来，地质工作与信息技术结合推进了地质工作的开展，也逐渐形成了信息地质学科和地质信息化工作领域。今后，随着地质工作与现代信息技术的深度融合，地质工作的理念、技术方法和工作方式必将重塑，这将大幅度减轻地质工作者的劳动强度，提高地质工作的质量、效率、水平，为经济社会的高质量与可持续发展做出更大的贡献。

　　摘自《自然资源信息化》2023年1期