——以廬山地質(zhì)公園數(shù)據(jù)庫和河北省地質(zhì)遺跡WEBGIS系統(tǒng)為例
趙 汀1*趙 遜1田嬌榮2宋江寧2王愛民3王 川3
1 中國地質(zhì)科學院100037；2 廬山風景管理局；3河北省水文四隊
摘要：筆者在建設廬山世界地質(zhì)公園數(shù)據(jù)庫和河北地質(zhì)遺跡網(wǎng)絡電子地圖（WEBGIS)過程中提出了建設地質(zhì)遺跡網(wǎng)絡大百科全書（WIKI維客）的概念，實現(xiàn)了人人參與、協(xié)同維護的網(wǎng)絡門戶建設，同時技術上開發(fā)了基于MAPGIS-IMS和FLASH的兩種WEBGIS技術，吸收并用二者的優(yōu)點，綜合了遙感和GIS技術，為政府機構和游客提供信息服務，為科學家提供寶貴的地質(zhì)資料。
關鍵詞：地質(zhì)遺跡，地理信息系統(tǒng)，WEBGIS，維客，
1 系統(tǒng)背景介紹
地質(zhì)遺跡是在地球歷史時期，由內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用形成，反映了地質(zhì)歷史演化過程和物理、化學條件或環(huán)境的變化。這是人類認識地質(zhì)現(xiàn)象、推測地質(zhì)環(huán)境和演變條件的重要依據(jù)，是人們恢復地質(zhì)歷史的主要參數(shù)。地質(zhì)遺跡是不可再生的，破壞了就永遠不可恢復，也就失去了研究地質(zhì)作用過程和形成原因的實際資料。
地質(zhì)遺跡是一種資源，保護下來既可以供人們研究，也可以通過適度開發(fā)成為供人們參觀、開展科普教育的基地。世界不少國家以把地質(zhì)遺跡比較集中的區(qū)域建成地質(zhì)公園，形成保護與開發(fā)的良性循環(huán)。只有在各市、縣、省乃至全國對其地質(zhì)遺跡的分布、數(shù)量、類型、特征、環(huán)境保護、開發(fā)程度有一個清楚的認識情況下，政府才可以做出保護規(guī)劃以及指導開發(fā)，指導企業(yè)投資，人們也可以了解地質(zhì)特征、提高科學素質(zhì)，科技人員可以作為研究的資料來源。
總之，由于地質(zhì)遺跡是不可再生的資源，是全人類的共同財富，地質(zhì)遺跡保護是社會的責任，保護的最好辦法是建立地質(zhì)公園。建立地質(zhì)遺跡/地質(zhì)公園數(shù)據(jù)庫是保護、規(guī)劃、開發(fā)、和合理利用的基礎工作。也是推進地質(zhì)遺跡的科學研究和地學普及的重要條件。地質(zhì)公園是一個生態(tài)、經(jīng)濟、社會的巨系統(tǒng)，地質(zhì)公園的規(guī)劃、建設應按照生態(tài)工程的原理，特別是整體、協(xié)調(diào)、自生、循環(huán)、因地制宜原理，以生態(tài)系統(tǒng)自組織，自我調(diào)節(jié)功能為基礎，在少量人類輔助功能的幫助下，充分利用自然生態(tài)系統(tǒng)功能的過程。即“道法自然”，按照地質(zhì)公園的自然條件、社會條件和經(jīng)濟條件等，優(yōu)化組合成一個相互聯(lián)系的統(tǒng)一的有機系統(tǒng)、達到多層次多目標分級利用物質(zhì)，促進良性循環(huán)，同步增加與兼收經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益。
趙遜等（2004）在世界地質(zhì)公園工作指南中明確指出地球科學研究和科學普及在地質(zhì)公園建設中的重要意義，并強調(diào)指出地質(zhì)科學是地質(zhì)公園建立的基礎。因此，搜集整理地質(zhì)遺跡特征及其演化過程，開發(fā)數(shù)據(jù)庫軟件并發(fā)布對于科學地認識其中各種地質(zhì)-地貌景觀的成因及其意義、未來的地質(zhì)公園建設以及向普通大眾普及相關的各種科學知識都有著重要的意義。本文介紹了作者開發(fā)的廬山數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和河北省電子地圖系統(tǒng)的主要框架。
2 國內(nèi)外研究動態(tài)
地質(zhì)公園數(shù)據(jù)庫是地質(zhì)科學的網(wǎng)絡大百科全書，百科全書是對人類過去積累的全部知識或某一類知識的書面摘要?！鞍倏迫珪蓖ǔＪ侵敢淮筇讜?。這個詞在西方最早出自希臘語εγκ?κλιο?（拉丁字母：enkyklios）和παιδε?α（paideia）?！癳nkyklios”意為“循環(huán)的，周期性，平常的”，而“paideia”則指“教育”。含義是“普通教育，從字面上說就是一個想接受通才教育的人所應該學習的藝術和科學知識”。在抄錄過程中謬傳為新拉丁語詞 “encyclopaedia”，隨后又進入英語，最先記載于1531年。在新拉丁語中該詞被選中作為一本覆蓋各科知識的參考著作的書名。在英國最早見于1644年。
《中國大百科全書·新聞出版》卷定義為：“概要介紹人類一切門類知識或某一門類知識的工具書。供查檢所需知識和事實資料之用。但也具有擴大讀者知識視野、幫助系統(tǒng)求知的作用。它是一個國家和一個時代科學文化發(fā)展的標志。”
《簡明社會科學辭典》定義為“按辭典形式編排，系統(tǒng)概述人類各個方面或某一方面知識的大型工具書。分綜合性與專業(yè)性兩類。綜合性百科全書收集各知識領域的名詞、熟語、地名、事件、人物、著作等等，無所不包，是知識的寶庫。但不收錄詞語，故不同于語文辭典。”
2.1WIKI——以網(wǎng)絡為載體的大百科全書
百科全書的分類結構以及不斷更新的特點使它非常適合在線或斷線的電腦格式。最近幾年，大多數(shù)主要的百科全書都已經(jīng)在不同程度上電子化?；?a target="_blank">磁盤（特別是CD-ROM）的出版物擁有攜帶方便、成本低廉的優(yōu)點。同時，電子百科全書還可以包含各種傳統(tǒng)媒體無法承載的多媒體格式，例如動畫、音像或視像。概念有關聯(lián)的文章之間的相互動態(tài)鏈接也是一個重要的優(yōu)勢。在線的百科全書則擁有動態(tài)的優(yōu)點：新的信息幾乎可以立即被呈現(xiàn)，而不用等到下一次的出版。
網(wǎng)絡大百科全書也叫Wiki，Wiki是一種多人協(xié)作的寫作工具。Wiki站點可以有多人（甚至任何訪問者）維護，每個人都可以發(fā)表自己的意見，或者對共同的主題進行擴展或者探討。Wiki是一種多人協(xié)作的寫作工具。Wiki站點可以有多人（甚至任何訪問者）維護，每個人都可以發(fā)表自己的意見，或者對共同的主題進行擴展或者探討。
目前，常見的網(wǎng)絡版百科全書有下列幾個：
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2.2商業(yè)化GIS軟件提供的Web服務
隨著地理信息互操作和Web服務技術的發(fā)展，WebGIS技術已經(jīng)從初始的在Web上簡單地發(fā)布地理信息轉換成為實現(xiàn)地理信息互操作和地理信息Web服務的關鍵技術。由于WebGIS技術的重要性，人們越來越關注WebGIS的研究、開發(fā)和應用，目前已推出了大量的GIS平臺產(chǎn)品，如ESRI的ArcIMS， Maplnfo的MapXtreme， Autodesk的MapGuide， Intergraph的GeoMedia Web Map，我國MAPGIS-IMS, SuperMap IS等產(chǎn)品。如何利用這些產(chǎn)品開發(fā)滿足自己需要的WebGIS系統(tǒng)，已成為眾多科研機構與企業(yè)共同關心的問題。
目前世面上流行的主要GIS工具軟件都有Web的發(fā)布功能，常見的介紹如下：
2.2.1 國外GIS軟件產(chǎn)品Web服務
ArcIMS是ESRI公司的新一代互聯(lián)網(wǎng)地圖服務器系統(tǒng)，它可以在Windows NT和UNIX環(huán)境下運行，為網(wǎng)上地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換建立一個公共平臺，ArcIMS不僅僅是Internet上的制圖解決方案，更重要的是它提供了在Internet上實現(xiàn)GIS分布能力的框架。作為一個發(fā)布技術，它具有廣泛支持ESRI客戶的能力；作為一項服務技術，它包括了大量ESRI服務器端技術并通過特定的客戶提供一個獨一無二的數(shù)據(jù)整合潛力。
2.2.2國內(nèi)GIS軟件產(chǎn)品
MAPGIS-IMS平臺體系結構如上圖，下面分別對每一層進行闡述。
客戶端
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平臺 |
Windows系列（95以上）、Linux等 |
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瀏覽器 |
IE（IE5.0以上版本）、NE（Netscape Explorer）等 |
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功能 |
接收普通的HTML頁面、顯示Applets、訪問WebGIS服務器中有關的ASP頁 |
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涉及技術 |
HTML，DHTML，CSS，VML，JavaScript，VBScript，JavaApplet等 |
Web服務器
Web服務器端主要由兩部分組成，即IIS(Internet Information Server) 和WebGIS服務器(包括MAPGIS-IMS組件和Internet GIS站點設計向?qū)С绦騑izard)。上圖所示的GIS組件層可理解為WebGIS服務器。
其中IIS主要負責接收普通的用戶請求，當其需要空間數(shù)據(jù)時則向WebGIS服務器發(fā)出請求，WebGIS 服務器接收到瀏覽器端的請求后，利用MAPGIS-IMS組件的功能，進行處理、分析、計算等；如果需要數(shù)據(jù)服務器的數(shù)據(jù)，則由WebGIS服務器向數(shù)據(jù)服務器發(fā)出請求。
數(shù)據(jù)服務器
GIS數(shù)據(jù)服務器層的平臺是UNIX或Windows/NT以及地理數(shù)據(jù)庫。它完成數(shù)據(jù)的定義存儲、檢索、完整性約束以及有關的數(shù)據(jù)庫管理工作，同時接收WebGIS服務器發(fā)送來的數(shù)據(jù)請求，并將處理結果交送WebGIS服務器。
系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可以采用文件系統(tǒng)（MAPGIS的空間數(shù)據(jù)文件SDF）方式存儲，也可以采用商用關系數(shù)據(jù)庫（如SQL Server或Oracle），一般建議使用數(shù)據(jù)庫方式，方便管理、檢索。MAPGIS采用空間數(shù)據(jù)引擎(SDE)來管理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，它接收來自WebGIS 服務器的數(shù)據(jù)請求，并將處理結果交送WebGIS 服務器。
3 引用標準
系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式嚴格按照國家相關標準填寫。
GB/T 9649-88地質(zhì)礦產(chǎn)術語分類代碼
GB/T 2801-81全數(shù)字式日期表示法
GB/T 2660-98 行政區(qū)劃代碼
DDB9701數(shù)字化地質(zhì)圖圖層及屬性文件格式
地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫建設工作指南2.0版
4 系統(tǒng)架構設計
web發(fā)布的系統(tǒng)具有交互性強、更新快捷、方便等優(yōu)點，基于MAPGIS-IMS的河北地質(zhì)遺跡系統(tǒng)采用Browse/Server 體系結構，在邏輯上分為三層：客戶機、應用服務器、Web服務器如圖1。并在GIS軟件支持下開發(fā)出系統(tǒng)應用查詢分析模型?？蛻魴C負責數(shù)據(jù)結果的顯示和用戶請求的提交，IIS-Web服務器負責相應和處理用戶的HTML請求，而MAPGIS-IMS地圖應用服務器負責響應用戶的地圖請求。所有的地圖數(shù)據(jù)和應用程序都放在服務器端，客戶端只是提出請求，所有的響應都在服務器端完成，只需在服務器端進行系統(tǒng)維護即可。
5 主要研究內(nèi)容
地質(zhì)公園是地質(zhì)科學研究的寶庫，社會大眾科普教育的基地，地質(zhì)公園數(shù)據(jù)庫有以下六個特點：
（1）其科學性決定了數(shù)據(jù)庫必須有豐富的科學內(nèi)容，知識結構要清晰，所有的功能模塊都圍繞著地質(zhì)科學來建設，因為地質(zhì)遺跡的形成是多種地質(zhì)因素共同作用的結果，要覆蓋地質(zhì)科學的不同領域，由淺入深多、由點到面將地質(zhì)現(xiàn)象完整解析；
?。?）獨特的社會性決定了數(shù)據(jù)庫的開放性和共享性，因特網(wǎng)是最好的信息發(fā)布平臺，不僅在中國擁有上億的網(wǎng)民，而且在全世界有超過10億的用戶，每天通過網(wǎng)絡傳播的信息充斥了大家的生活，可以說人們的生活已經(jīng)離不開因特網(wǎng)，網(wǎng)絡成了人們尋找旅游目的地的最好平臺。
?。?）直觀性和美觀性，結合遙感影像等地理信息數(shù)據(jù)直觀的表述地質(zhì)遺跡點的空間位置和空間關系；要符合大眾的審美視覺要求，在圖片處理方面注意美學效果，重視利用多媒體的強大視覺沖擊效果。
?。?）可靠性， 要求系統(tǒng)在發(fā)生故障或用戶輸入數(shù)據(jù)不合理的情況下有較高的抗干擾性和排除故障的能力。
（5）易維護性，本系統(tǒng)的操作人員一般是非計算機專業(yè)人員。因此，要求系統(tǒng)界面簡潔清晰、生動直觀，還要有較高的響應速度；系統(tǒng)的維護升級要簡單易行，歷史和現(xiàn)實數(shù)據(jù)能準確下載和上載，為旅游者，地質(zhì)專家和旅游管理者提供有力的動態(tài)性和現(xiàn)實性的信息支持。
?。?）安全性，系統(tǒng)應對用戶的登陸權。管理任務操作權和數(shù)據(jù)庫訪問權限等方面有高度的控制能力，杜絕對數(shù)據(jù)的非法操作。
5.1 廬山地質(zhì)公園數(shù)據(jù)庫主要內(nèi)容
正是基于這樣的一種理念，廬山世界地質(zhì)公園數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）在廬山風景管理局的支持下建立起來了，廬山地質(zhì)公園數(shù)據(jù)庫是一部廬山地質(zhì)科學的大百科全書，覆蓋了冰川地貌學、地層、構造、生態(tài)學等多個學科，其中冰川地貌學是廬山的特色作為了系統(tǒng)的重點。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用了最新的WEB2.0技術，結合遙感和電子地圖技術，向社會大眾發(fā)布廬山世界地質(zhì)公園相關的地質(zhì)遺跡的成因、地質(zhì)背景、構造演化、空間分布等多方面的知識，幫助人們提高地質(zhì)科學認知水平?，F(xiàn)在數(shù)據(jù)已經(jīng)完成中文版和英文版的開發(fā)。
廬山世界地質(zhì)公園網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是建立在Internet和Intranet技術基礎上的網(wǎng)絡電子信息服務基礎平臺，開發(fā)語言為C#，后臺數(shù)據(jù)庫采用Access，系統(tǒng)采用Browse/Server 體系結構。并且系統(tǒng)基于美國ETM衛(wèi)星遙感影像平臺支持下開發(fā)出廬山數(shù)字遙感地圖系統(tǒng)，結合了遙感影像和電子地圖的優(yōu)點，非常直觀的提供了快速高精度的地圖服務。系統(tǒng)應用前臺服務和后臺維護?？蛻舳瞬粌H是負責數(shù)據(jù)結果的顯示和用戶請求的提交，而且也可以通過后臺程序?qū)?shù)據(jù)庫進行維護，維護系統(tǒng)是需要權限的認證，權限分為管理員和普通人員兩級，管理員可以管理普通人員的權限，所有的響應都在服務器端完成。
一方面是要建立一個基于Web2.0技術的地質(zhì)公園管理信息系統(tǒng)，在地質(zhì)遺跡管理、科學普及的基礎上，運用大量豐富翔實的地質(zhì)知識庫支持地質(zhì)遺跡管理部門提供資源的科學調(diào)度與管理，并在同時提高公眾關于地質(zhì)遺跡重要性的意識，以及用來支持公眾教育。
另一方面，系統(tǒng)設計面向方便地質(zhì)科學數(shù)據(jù)的及時共享的目標，力求為地質(zhì)科學家提供一個科學研究的平臺。
主要功能包括：
基于Internet/Intranet的數(shù)據(jù)分類瀏覽、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)維護，開發(fā)通用的電子地圖導航操作功能模塊，支持基于WEB的地圖瀏覽、移動、放大、縮小功能。
地質(zhì)遺跡點屬性信息管理，包括地質(zhì)背景描述、地質(zhì)屬性信息編輯、刪除等管理功能；
查詢模塊，提供功能強大的模糊查詢功能；
5.2河北省地質(zhì)遺跡WEBGIS電子地圖系統(tǒng)
河北省地質(zhì)遺跡WEBGIS電子地圖系統(tǒng)（簡稱河北地質(zhì)遺跡系統(tǒng)）建立在WEBGIS網(wǎng)絡電子地圖服務基礎上，開發(fā)語言為C#。系統(tǒng)采用Browse/Server 體系結構。并在MAPGIS軟件支持下開發(fā)出系統(tǒng)應用分析模型以及決策模型?？蛻魴C負責數(shù)據(jù)結果的顯示和用戶請求的提交，MAPGIS-IMS地圖應用服務器和Web服務器負責相應和處理用戶的請求，而數(shù)據(jù)服務器負責管理數(shù)據(jù)。所有的地圖數(shù)據(jù)和應用程序都放在服務器端，客戶端只是提出請求，所有的響應都在服務器端完成，只需在服務器端進行系統(tǒng)維護即可。
一方面是要建立一個基于WebGIS的河北省地質(zhì)公園管理信息系統(tǒng)，在地質(zhì)遺跡管理、科學普及的基礎上，運用GIS技術為地質(zhì)遺跡管理部門提供資源的科學調(diào)度與管理，并在同時提高公眾關于地質(zhì)遺跡重要性的意識，以及用來支持公眾教育。
另一方面，系統(tǒng)設計面向方便地質(zhì)科學數(shù)據(jù)的及時共享的目標，力求為地質(zhì)科學家提供一個科學研究的平臺。
主要功能包括：
基于Internet/WEB的地圖顯示，開發(fā)通用的地圖導航操作功能模塊，支持基于WEB的地圖瀏覽、移動、放大、縮小功能。
地質(zhì)遺跡點屬性信息管理，包括空間位置錄入、地質(zhì)屬性信息編輯、刪除等管理功能；
查詢模塊，提供功能強大的查詢功能，包括按鼠標選擇區(qū)域查詢、關鍵字模糊查詢等功能；
旅游相關信息管理查詢；
根據(jù)美觀大方、樸素典雅和方便使用的設計原則，利用GIS軟件提供的二次開發(fā)語言來進行界面開發(fā)。系統(tǒng)的界面設計如圖6所示；
