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当今信息技术突飞猛进,信息产业获得空前发展,信息资源呈爆炸式扩张。多尺度、多类型、多时态的地理信息是人类研究和解决土地、环境、人口灾害、规划、建设等重大问题时所必需的重要信息资源。为采集、管理和分析这些地理信息,地理信息系统(GIS)应运而生。著名GIS平台MAPGIS的创始人吴信才认为GIS的核心是计算机科学,它的基本技术是数据库、地图可视化及空间分析。为此,他给出GIS这样的定义:GIS是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。
GIS具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力,具有区域空间分析、多要素综合动态预测能力,产生高质量的地理信息。GIS由计算机系统支持进行空间地理数据管理,并由程序模拟常规或专门的地理分析方法,作用于空间数据,产生有价值信息,为人类实际应用与科学研究应用。
GIS中的数据称为地理空间数据,它是指以地理空间位置为参照,描述自然、社会、人文经济景观的数据。在GIS中,按照空间数据的特征,可将其分为三种类型:空间位置数据、属性数据和时域特征数据。GIS对这些数据管理方式有:基于文件系统的方式;基于文件系统与数据库的混合组织管理方式;扩展关系数据库的组织管理方式;基于空间数据库的组织管理方式。其中第四种基于空间数据库的数据管理方式尚不成熟,还在研究之中,第三种扩展关系数据库的组织管理方式是目前主流的数据管理方式。
结合上述GIS的特征与数据管理方式的描述可以得出,GIS对数据的处理的特点:GIS设计的特征与功能决定了GIS对空间位置数据处理功能强大,它提供了空间位置数据的可视化编辑与分析。GIS的数据管理方式决定了GIS对属性数据的处理功能薄弱,因为它只提供了属性数据处理的接口,实际的处理涉及到文件或者数据库的操作。
地质工作是对地理的最直接反应,GIS是地质工作中最常用也是最重要的工具。地质工作采集了大量的地质数据,地质数据是地理空间数据在地质中的体现,其性质也是地理空间数据,地质数据中的时域空间数据的变化周期属于超短期的,一般情况下可作为属性数据,因此地质数据主要分为空间位置数据与属性数据两大类,而这两类中,属性数据相比空间位置数据结构复杂,数据量大,且有一些特殊的属性数据需要进行特别的处理。
从以上的分析可以看出基于GIS的地质数据处理最大的矛盾在于地质数据属性结构复杂,而GIS恰恰对属性数据的处理功能薄弱。在这种矛盾下,目前地质工作中基于GIS的地质数据处理主要有以下三种方式:第一,直接在GIS环境中处理空间位置数据与属性数据,这种方式直接受到了GIS处理数据特点的约束:第二,在GIS环境中处理空间位置数据,在方便的数据操作环境(Data Manipunate Environment,简称DME)如Excel中处理属性数据,再将属性数据通过关键字段匹配连接到图元上。这种方式很好地回避了GIS对属性数据处理能力薄弱的问题,但由于DME局限和数据的一致性难以维护,这种工作方法运用得也不是很普遍。第三,在数据进入GIS之前插入两个组件。第一个是数据预处理组件,它对地质数据中的属性数据进行预处理,包括数据的格式化和一些特征属性数据的处理;第二个是图层生成组件,它运用基于GIS二次开发的方法,读取空间位置数据,将其映射成GIS中的图元,再将属性数据连接到图元上。这种工作方式适合实际工作的需要。但需要开发额外的软件,提高了工作成本。
以新一轮国土资源大调查矿产资源潜力评价项目为例,基于数据预处理与图层生成组件的工作方式在实际工作中运用得最多。且多年的地质工作已经积累了不少针对各种数据库的数据预处理组件和图层生成组件。但随着时代的发展,各地质数据库已更新换代,这些数据预处理和图层生成组件却长期没有更新。因此需要重新设计与开发。
研究基于数据预处理与图层生成组件的工作方式对地质工作的有序开展有积极的作用,文章将以数据预处理与图层生成这两个组件为研究对象展开讨论。研究基于GIS的地质数据处理方法中数据预处理组件与图层生成组件的一般化设计思想和实现原理。