南水北調西線工程工程地質專業信息系統設計

    近年來，相關部門和專家根據從長計議、統籌考慮、科學比選、周密計劃的方針，深入開展南水北調工程規劃、設計和論證工作，形成工程總體規劃布局并提出東、中、西三條調水線路。南水北調西線工程是從長江上游干支流調水入黃河上游的跨流域調水重大工程，是補充黃河流域水資源不足、解決我國西北地區干旱缺水的重大戰略措施，是支撐西部大開發和西北地區經濟社會可持續發展的重大基礎設施，也是我國南水北調戰略格局的重要組成部分。

1 需求分析

    從黃委會首次查勘通天河引水線路至今，南水北調西線工程地質工作已經持續了半個多世紀，積累了大量的歷史資料、基礎數據和研究成果。由于這些數據的存儲方法落后、管理方式不合理，給數據傳遞、資料共享及相關專業之間業務配合造成困難，因此數據的種類、質量、完整性、標準化、有效性等都需要進一步的提高。本著先進實用、開放性、標準化、數據共享、可擴展和安全可靠的原則建立工程地質專業的數據收集、處理、加工、分析、檢索、輸出、信息發布等功能的應用系統。

    南水北調西線第一期工程地質信息系統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圖件繪制、分析計算、輔助決策支持及三維虛擬現實等功能。

2 系統的總體設計

    在對系統的功能、性能、數據等方面需求的詳細分析的基礎上，對系統的總體框架及體系結構進行了設計，系統采用了三層體系結構來構造，包括：應用層、中間層和數據層。應用層主要是指用戶完成各項作業所用的客戶端軟件及應用服務系統，向用戶提供數據管理，數據服務，數據發布，計算分析，文檔管理以及系統維護等功能，是系統架構中的前端構件；中間層主要包括完成空間數據管理、空間數據發布、數據訪問等功能的中間件；數據層構成了存儲訪問管理空間和非空間數據的關系數據庫服務器，負責對工程地質專業的各類數據進行管理，并為各個功能需求提供數據支持。

3 系統功能設計

    系統的主要功能包括：數據管理、數據服務兩部分內容。

    數據管理功能主要提供對空間數據和屬性數據的管理，包括數據的輸入界面，數據的編輯、更新維護、有效性、完整性驗證及數據的批量轉換等功能。

    數據服務的功能相對較多，主要依據實際需求進行設計，包括：空間及屬性數據的查詢檢索、計算分析、信息發布、文檔管理及系統維護等功能。查詢檢索功能通過查詢條件對空間數據、屬性數據進行查詢檢索，并可對查詢結果進行統計分析，對結果進行可視化表達并輸出。計算分析功能包括空間分析(如：集合分析、迭加分析、緩沖區分析等)和模型分析等。信息發布功能主要是指實現工程地質信息的網絡共享、信息發布、遠程管理維護等。文檔管理功能對文檔資料的進行登記、管理、查詢、輸出等。

4 數據庫設計

    工程地質專業的數據內容采用GIS的表現機制可分為屬性數據和空間數據兩部分，并且二者之間是有機的聯系的，空間實體具有各自的屬性，屬性數據是空間實體的屬性。

4.1表結構設計

4.1.1表名、表體、字段標識符設計原則

1 標識符

    標識符是數據庫標志系統的重要組成部分，是由表標識符和字段標識符組成。原則上采用英文縮寫，并一律用小寫。

2 表標識符設計

數據庫表名的后部標識與字段名的標識符設計方法類同，均采用英文縮寫。

3 表體設計

    數據庫的表體由字段名、標識符、主鍵、有無空值等內容組成。

4 字段標識符設計

    屬性數據庫的表名(后部標識)部分及字段名的標識符全部由英文小寫及數字組成，標識符的長度不超過10個字符。

4.2 屬性數據庫設計

    地質數據庫主要包括以下八大類信息： 

(1)構造信息：褶皺信息，結構面信息(包括斷層、節理等)等；

(2)地震信息：地震加速度信息、地震動反應譜特征周期信息等；

(3)地層特征：地質時代信息，地層巖性，區域標準地層信息等；

(4)勘探信息：鉆探信息，洞探信息，坑、槽探信息等；

(5)試驗信息：主要包括現場試驗和室內試驗等，現場試驗有抽、壓、注、滲水試驗，標準貫入等；室內試驗有巖/土的物理力學試驗，水化學試驗等；

(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：包括航片和衛片；

(8)地質測繪信息：有野外地質點記錄信息等。

    根據工程地質專業本身的特點結合數據庫設計原則對工程地質數據進行分類分析，并對工程地質專業進行實體分離，分析實體之間的關系從而形成了工程地質數據實體關系圖(圖3)。在此基礎上對每一個實體及實體之間的關系進行定義，按照數據庫設計的數據有效性、完整性原則從而得出工程地質數據庫實體的列表。

4.3空間數據庫設計

    遵循科學性、系統性、相對穩定性、標準化、通用性、完整性等原則依據現有的相關標準規程對工程地質空間數據進行圖層劃分。地質空間數據可分為基礎地質圖層、構造信息圖層、地震信息圖層、勘探工作圖層等八類18個圖層。

    在空間數據和屬性數據之間用共用字段建立關聯，從而實現空間數據和屬性數據之間的關聯查詢。

5 結語 

    南水北調西線工程經歷了長時間的勘察工作，積累了寶貴的資料，亟需全面地推進工程地質信息化、數據標準化從而迅捷地完成數據檢索、匯總、統計、分析等，以降低數據管理、使用成本和效率，降低工程技術人員的勞動強度，提高技術水平，本系統在需求分析的基礎上進行了設計實現，為GIS技術與南水北調工程地質實踐的結合進行了有益的嘗試。