（固体地球物理学专业论文）航空物探数据库应用系统模块开发.pdf

摘要 摘要 航空物探数据管理信息系统来源于中国地质调查局下达的“航空物探数据 库”建设项目，主要目标是更好地为国土资源大调查和有关行业提供快捷的服务， 实现航空物探资料的信息化管理和资源共享，提供基于网络的航空物探资料查询 和检索服务。本文涉及的航空物探数据库应用系统是基于采集子系统之后的另一 套为数据管理服务的应用子系统。 本文首先分析航空物探数据的测量方式、来源、特点以及分类。介绍了航空 物探技术方法；航空磁力( 含梯度) 测量、航空电磁测量、航空伽玛能谱测量、 航空重力( 含梯度) 测量以及综合站测量技术。数据生产流程：野外测量及数据 预处理、物探位场转换、数据综合解释、远景区域评价、成果报告等。航空物探 数据具有海量数据和数据多元性特点。入库航空物探数据有：项目概况数据、原 始收录数据、原始测量数据、校正及转换数据、解释数据、评价数据、异常数据、 文字图件数据、测试试验数据。 其次，介绍了航空物探数据信息管理系统，分为采集子系统和应用子系统两 个独立的系统。它们分别负责数据的采集管理和应用服务。同时介绍了应用子系 统的设计框架、系统流程和功能特点。 最后，详细地描写了航空物探数据管理和服务系统的若干模块的开发过程。 它们分别是负责生成异常数据的异常点编辑模块、查询项目概况信息的项e t 查询 模块、查询项目各类数据信息的综合查询模块以及为用户提供数据提取服务的数 据提取模块。 关键字：航空物探数据、数据库、数据管理、模块 成都理i ：大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m f o ra i r b o r n eg e o p h y s i c a ld a t ai s o r i g i n a t i n gf r o mc g s ( c h i n ag e o l o # c a ls u r v e y ) w h oh a sd e c i d e dt oc o n s t r u c tt h e p r o j e c to fa l r b o m eg e o p h y s i c a ld a t a b a s e i tw o u l da i mt om a k eb e t t e rs e r v i c ef o r l a n dr e s o u r c e se x p l o r a t i o na n dr a p i ds e w i c ci n g e o l o g y , a c c o m p l i s hm a n a g i n g i n f o r m a t i o nf o rt h ea i r b o r n eg e o p h y s i c a ld a t aa n ds h a r i n g r e s o u r a g s ，p r o v i d ea i r b o r n e g e o p h y s i c a ld a t ai n q u i r i n ga n ds e a r c h i n gs e r v i c e i nt h i sb o o k , t h ea p p l i c a t i o ns y s t e m i sa n o t h e rs u b s y s t e mf o rs e w i n ga n dm a n a g i n gd a t a , w h i c hi sb a s e do nt h ed a t a a c q u i s i t i o ns u b - s y s t e m a t f i r s t ，t h et e x td e s c r i b e st h ea i r b o r n eg e o p h y s i c a l p r o s p e c t i n g d a t a m e a s u r e m e n tw a y , d a t as o u r c e ，d a t ac h a r a c t e r i s t i ca n dc l a s s i f i c a t i o n i th a si n t r o d u c e d a i r b o r n eg e o p h y s i c a ls u r v e y i n gm e t h o d s ：a e r o m a g n e t i e ( i n c l u d eg r a d i e n t ) s u r v e y , a i r b o r n ee l e c t r o m a g n e t i cs u r v e y , a i r b o r n eg a m m a - r a ys u r v e ya n da i r b o r n e g r a v i t y ( i n c l u d eg r a d i e n t ) s u r v e y t h ed a t a b a s e sd a t ai sp r o d u c e df r o mf i e l ds u r v e ya n dd a t a p r e p r o c e s s i n g , p o t e n t i a lf i e l dp r o c e s s i n g , g e o l o g i ci n t e r p r e t a t i o n ，f u t u r es e r v e ， p r o d u c t i o nr e p o r t s ，e t c ag r e a tn u m b e ro fd a t aa n dm u l t i v a r i a b l ea r et h ed a t a c h a r a c t e r i s t i c s t h ed a t a b a s ed a t at y p ei sd i v i d e di n t o ：t h ep r o j e c tg e n e r a ls i t u a t i o n d a t a , p r i m a r yi n c o m i n gd a t a p r i m a r ys u r v e yd a t a , t h ec o r r e c t i o na n dt r a n s f o r md a t a , i n t e r p r e t i v ed a t a , a p p r a i s a b l ed a t a , a n o m a l i s t i cd a t a , w o r d sa n dm a p sf i l ed a t a , t e s t i n g d a t a s e c o n d l y , t h et e x ti n t r o d u c e st h em a n a g e m e n ts y s t e m i ti sd i v i d e di n t ot w o i n d e p e n d e n ts u b s y s t e mo ft h ed a t aa c q u i s i t i o ns u b - s y s t e ma n dt h ea p p l i c a t i o n s u b s y s t e m r e s p e c t i v e l y , t w os u b - s y s t e m sa r ei nc h a r g eo fm a n a g i n gd a t a b a s ed a t a a n ds e r v i n gd a t a a tt h es a m et i m e ，t h ea p p l i c a t i o ns u b - s y s t e md e s i g n i n gf r a m e w o r k a n dt e c h n o l o g i c a lp r o c e s sa n df u n c t i o na r ei n t r o d u c e d f i n a l l y , t h et e x th a sd e p i c t e dd e t a i l e df o rt h ep r o c e s so ft h em o d u l e sc o n s t r u c t i o n f o ra p p l i c a t i o ns y s t e mi st h em o s ti m p o r t a n t t h ea n o m a l i s t i c p o i n te d i tm o d u l ei si n c h a r g eo fc r e a t i n ga n o m a l i s t i cd a t a t h ep r o j e c ts u r v e ym o d u l eh a st oq u e r yt h e p r o j e c tg e n e r a ls i t u a t i o ni n f o r m a t i o n a l lk i n d so fd a t ab e e nq u e r i e db yt h ei n t e g r a t e d s u r v e ym o d u l e p r o v i d i n gd a t as e r v i c ef o ru s e r sb yt h ed a t ap i c k - u pm o d u l e k e y w o r d s ：a i r b o r n eg e o p h y s i c a lp r o s p e c t i n gd a t a ；d a t a b a s e ；m a n a g ed a t a ；m o d u l e n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛都堡王盍堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者导师签名彦孝乞 学位做作者躲卢碧丸 细7 年厂月2 日 f 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛都堡王太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛壑堡王太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 厘边扛 伽- 7 年歹月2 fe t f 第1 章引言 第1 章引言 1 1 背景 1 1 1 研究意义 数据库技术是- f 研究数据结构、存储、管理、设计和使用的软件技术。 g i s 技术是把地图这种独特的视觉化效果和成图分析功能与一般的数据库集成在 一块的计算机工具。而地球物理数据既是空间数据，又是属性数据，海量的地球 物理成果数据，无论在地学理论研究还是在地学应用研究领域，都是非常重要的 基础数据之一。因此，利用数据库技术和g i s 技术建立空间地球物理数据库，实 现数据共享，为地学研究和国民经济建设提供基础资料有着极其重要的意义。 中国国土资源航空物探遥感中心( 简称航遥中心) 自2 0 世纪5 0 年代开展航 空物探工作以来，航空物探工作已覆盖我国陆地面积9 3 4 万k m 2 ，海域面积2 1 0 万k m 2 。目前，航空物探资料约1 1 0 0 多万k m 2 。并且在固体矿产和石油天然气 资源的勘查开发，区域地质填图与基础地质研究等方面完成了数百个项目，取得 了大量的勘查和科研成果。但这些资料大多以光盘、纸介质等形式存放在中心资 料室中。靠人工管理，查询速度慢、资料利用率低；为了更好地为国土资源大调 查和有关行业提供快捷的服务，必须建立航空物探数据库，实现航空物探资料的 信息化管理，提供基于网络的航空物探资料查询和检索服务。 1 1 2 项目来源 2 0 0 2 年4 2 0 专项设立了“海洋磁场和重力场信息系统建设”项目，2 0 0 3 年 中国地质调查局下达了“航空物探数据库”项目，这两个项目的启动为航空物探 资料数字化、信息化、整合航空物探数据库提供大好时机。中心领导要求项目组 用发展的眼光，从宏观上统筹规划航空物探资料的信息化管理与服务问题，充分 利用先进的计算机技术和网络技术，建立航空物探资料数据库，开发航空物探资 料信息系统，实现数据共享，提高航空物探资料管理水平和服务效率，为国家经 济建设和国防建设服务。 1 1 3 国内外研究现状 在国外，随着数据库技术，计算机网络等技术的不断发展，一些发达国家均 采用数字技术建立了相应的地球物理数据库。 美国在2 0 世纪7 0 、8 0 年代就建立了地球物理数据库，并具备检索、查询和 提供社会服务功能。近些来，美国国家地球物理数据中心( n g d c ) 开发了全球 地球物理数据库管理系统g e o d a s ( g e o p h y s i c a ld a t as y s t e m ) ，该系统能运行在 成都理_ 【：大学硕+ 学位论文 w i n d o w s9 5 9 8 n t 和u n i xxw i n d o w s 两种操作系统平台上，可提供按测量区 域、测量年代、地球物理参数等方式的数据查询服务。 2 0 0 1 年，n g d c 又开展了n a t i o n a lg e o p h y s i c a ld a t a b a s ep r o j e c t ，其目的在 于建立、完善、维护航磁、重力、航电数据库，包括从老的存储介质中恢复数据， 矫正原数据库中已发现的错误，编写标准化的数据文档等。 加拿大地球物理数据中心已建立包含1 2 ，0 0 0 ，0 0 0 k m 区域航磁总场和高分辨 率详查航磁数据库，6 7 0 ，0 0 0 点以上和5 , 5 0 0 个控制站点的重力数据库，向社会 提供2 k m 2 k m 网格数据下载服务。 澳大利亚也于1 9 9 9 年完成了全国太陆与海域的重力数据整理与g i s 建库。 在国内，1 9 9 5 年至1 9 9 7 年，航空物探遥感中心在p c 3 8 6 上用f o x p r o ( w i n d o w s 版) 建立了省级航磁数据库，开发了相应的管理系统软件。2 0 0 0 年 至2 0 0 2 年，建立了航空物探异常查证信息库，开发了基于m a p g i s 的数据库管 理软件，实现航空物探异常的可视化查询。 2 0 0 2 年中国地质调查局发展研究中心完成全国电勘查数据库项目，建立了 航空电法和地面电法数据库标准和框架。具备可视化的工区信息与电勘查数据的 查询、检索、浏览、图表图形显示、数据输入输出、以及数据库管理和安全保 密等功能；航遥中心负责完成了航电数据库建设，对我国2 0 0 0 年以前的全部处 理后的航电数据进行了认真整理，并将数据导入数据库。 1 2 论文所处项目研究阶段 本文所涉及的内容如图1 - 1 中“应用系统实现与测试”阶段所做的工作，这 个阶段快接近软件系统开发的尾声。项目的最后一个阶段是系统发布和用户培 训，然后工作人员把航遥中心5 0 多年的物探数据装载到建设好的航空物探数据 库中。最后提交：两套独立的采集系统软件和应用系统软件及开发设计相关文档， 数据装入航空物探数据库和项目成果报告等文件。系统发布和培训用户，项目完 成。 2 第1 章引言 图卜l 项目研究过程 1 3 论文的研究工作 本论文研究的工作范围是属于国家专项的航空物探数据库信息系统开发的 一部份。系统广泛采用了目前比较先进的计算机技术。 该系统的后台采用o r a c l e 数据库存储数据。相比目前比较流行的其它大型 关系数据软件d b 2 和s q l s e r v e r 2 0 0 0 等，o r a c l e 数据库以其数据存储量大、安 全性高等优点占领着主导地位。 在空间数据的展示方面，该系统采用了基于a r c g i s 的二次开发。相比目前 其它的主要g i s 软件( 如国外的a r c g i s 、m a p l n f o ，国内的m a p g i s 等) ，a r c g i s 以其功能强大、科学严谨而处于领先地位。 语言开发工具，采用了v i s u a ls t u d i o n e t2 0 0 3 平台下的v i s u a l 饼n e t 开 发工具。1 2 # 是一种现代的面向对象程序设计语言，它可以最大限度的发挥n e t 平台的功能。甜的优点在于编写的程序简洁而优美、完全面向对象、使用了委 托增强了类型安全、熟悉c c + + j a v a 的程序员可以很快熟练运用雠语法。 另外，在系统架构方面，该系统在物理上采用了包含数据库服务器、应用服 务器和客户端的三层架构。在软件架构方面，根据实际需要，部分模块采用了三 层( 三层主要包括：界面层、业务层和数据层) 架构实现。 涉及到地学信息系统开发是一个复杂的工程，需要具有不同专业知识的开发 人员共同完成，本次航空物探数据库信息系统的开发也不例外，是由物探专家、 3 成都理j ：大学硕士学位论文 数据库专家、g i s 专家组成的科研小组共同调研完成。而本论文所作的具体研究 只是航空物探数库应用系统开发中的一部分，在图1 - 2 中突出显示的模块。 图1 - 2 航空物探数据库应用系统功能模块划分图 1 4 论文的结构 本论文主要是从以下几个方面来阐述： 第1 章引言：介绍了论文的选题背景，以及国内外物探资料数据库的研究 现状，介绍了项目的工作量和本论文的工作量，简述了论文的框架结构。 第2 章航空物探数据分析与系统介绍：介绍了航空物探数据的测量方式、 来源、特点、航空物探资料以及入库航空物探数据分类：航空物探数据信息管理 系统的组成部分，及介绍航空物探数据库应用系统的设计框架、系统流程及功能 特点。 第3 、4 、5 、6 章：分别针对四个模块开发实际研究，从问题的提出、解决 方案分折以及运行结果展示三个方面进行阐述。 最后结论：对本文进行总结，提出工作中不足之处，有待于进一步完善。 4 第2 章航空物探数据分析与系统介绍 第2 章航空物探数据分析与系统介绍 2 1 航空物探数据分析 2 1 1 航空物探技术概述 我国航空物探技术起源于上个世纪5 0 年代，历经了从无到有、不断发展、 不断成熟的过程。航空物探技术属于地球物理勘探范畴，但它的勘探手段已远远 优于传统的地球物理勘探，主要有快捷、低成本、不受地形影响等优势，在地学 应用研究领域中独树一帜，已拥有一定的地位。 我国的五十年来航空磁力测量在我国基础调查、固体矿产及油气资源勘查中 发挥了重要作用，尤其是近年航遥中心自主研制的h c 2 0 0 0 k 型航空氦光泵磁力 仪灵敏度已达到3 p t , 航空磁力测量技术已经达到国际一流水平。航空放射性伽玛 能谱测量技术基本与世界发展趋势同步。航空电磁测量技术，在国外时间域内的 航空电磁测量，它的勘查最大深度可达到1 0 0 0 m ，而国内的研制水平还尚有一定 的差距。由于重力测量技术涉及到军事秘密和国家机密，西方发达国家对中国实 施技术封锁，国内非常缺乏这项技术研究的相关资料；目前，国内的航空重力( 含 梯度) 测量技术尚在研制起步阶段。 航空物探综合站测量技术，指使用上述两种方法以上，把各测量方法的仪器 同时安装在飞机上进行同步测量的一项技术。它的主要优点是使用多种勘探方法 在同一时间同一地区进行同步勘探，不仅可以减轻勘探成本，而且可以进行综合 解释提高地质解释成果。 2 1 2 航空物探数据生产流程 这部分内容用勘查项目的流程介绍航空物探数据的来源。 航空物探处理工作的主要流程：野外测量及数据预处理物探位场转换一 一数据综合解释远景区评价成果报告提交等，详见图2 - 1 。每一步都会 生成相应的阶段成果数据，记录工作的历史轨迹，在整个工作流程中用到的和获 得的阶段数据都要分类保存。 在这些数据中，原始收录数据尤为珍贵，它直接关系到一系列航空物探数据 的生成。同时处理技术越高，成果数据质量就会越好。如果现在受处理水平的限 制，可以把原始收录等数据完整保存下来，等将来处理技术提高后可以进行重新 处理。这样就能避免重复飞行测量，不仅节省勘探成本，还提高了该区域的地质 解释结果。 5 成都理t 大学硕十学位论文 区域工作总体部署 图2 _ 1 航空物探工作流程图 下面介绍下航空物探工作中最主要的几个步骤： 野外测量及数据预处理： 野外测量分为野外飞行测量和地面物性测量。野外飞行测量：装配有磁力仪、 航电仪、能谱仪、g p s 导航定位仪的专业飞机按照预先设计的飞行路线在指定的 区域上空飞行，飞行过程中各个仪器按照一定的时间间隔记录相关的数据，其中 航磁测量的采样率是1 1 5 p s ，航电测量的采样率是1 p s ，航放测量的采样率是 2 p s ，g p s 的采样率是2 p s 。同时地面上设置一些基站，对该地区的一些点位、 6 第2 章航空物探数据分析与系统介绍 场值进行连续观测，包括g p $ 基站、地面磁日变站等，用于对空中飞行测得的 数据进行校正。根据测量目的不同，测量的比例尺是不同的，比例尺指两条航线 之间的距离。一次飞行可以只做单方法测量，也可以做综合测量，如航空磁力测 量、航空磁力+ 伽玛能谱测量等，一般是航空磁力测量必做。飞机的飞行速度大 约1 5 0 - 4 5 0 k m h ；飞机的飞行高度对于航放测量不得高于2 0 0 m 、航电要求飞行 地更低不得高于8 0 m 、航磁就没有前两种严格限制一般不得大于测线间距的二分 之一，当然飞机飞行得越低采集的数据质量就会越高。 地面物性测量：为了与飞行测量的数据进行比较，需要对地面的某些岩石进 行物性测量，对不同的物性点进行的物性测定方法是不同的，有的点仅测量磁的 性质，有的点则测量磁、电、放多种性质。磁性指岩石磁化率值、剩余磁化强度、 剩磁偏角、剩磁倾角，电性指岩石的电阻率，放射性指岩石的钾、铀、镭、钍等 放射性强度。 数据预处理：对野外飞行获得的数据，需要将飞机转弯、机场到预定飞行区 域时记录的数据剔除，保留有用的数据。野外飞行获得的航空磁测数据需要进行 国际参考场校正、磁日变校正、水平调整等处理，航空放射性测量数据需要进行 减少统计噪声处理、康普顿散射改正、飞机本底改正、宇宙射线本底改正、大气 氡改正等处理，航空电法测量数据需要进行零点漂移校正、串馈修正、灵敏度改 正、细调零水平等处理。经过上述处理后的航空物探数据叫做校正后数据( 最终 数据) 。 物探位场转换： 校正后数据是按照采样点记录的，数据量非常大。为了便于分析和使用，数 据处理人员将校正后数据进行转换，再依据转换结果生成相应的剖面线和网格数 据，以图形方式提交给地球物理、地质等专业人员。航空磁测数据转换有延拓( 不 同的延拓公里数) 、化极、反演等数十种方法，航空放射性测量数据转换有钍归 一化、可溶性钾异常、均方差和变异系数、滑动平均法求剩余异常等十几种方法， 航空电法测量数据转换方法主要是电磁场分量转换，求取视电阻率等。每一种转 换方法根据参数不同又可以得到多种转换结果。 航空物探数据综合解释： 航空物探解释数据则有解释专家完成，解释专家一般是地质和物探双料型人 才，他们有丰富的地质知识和物探知识，可以根据地质知识完善物探解释工作， 也可以根据物探知识验证地质推断。解释人员以地质理论为前提，通过剖面数据、 网格数据表现的地球物理场的实践工作，结合其它地质、物化探、遥感、钻井等 数据或图件资料，开展综合解释，探讨异常源的性质、空间形态及其分布规律， 进行地质填图，提出地质认识或结论，并围绕地质任务做出评价意见( 数据) ， 7 成都理r 大学硕十学位论文 得到解释数据。 远景区评价： 以航空物探的解释数据为主，结合地质矿产、物化探和遥感等地质资料，围 绕特定任务的目标要求，通过定性和定量方法的研究，获得的评价性意见，圈出 油气、固体矿产、地下水、环境、构造稳定性等的远景区，确定最有利区域，使 航空物探数据在资源开发方面发挥作用，为经济建设服务，是最能体现航空物探 工作意义的工作。 成果报告提交： 每一个勘查、科研项目工作完成后。项目组都会提交成果报告，包括各种图 件，如基础图、位场转换处理图件、解释评价图件等，文字报告等，为后续工作 的开展提供有价值的参考。 2 1 3 航空物探数据特点 2 1 ；3 1 航空物探数据海量性 中国国土资源航空物探遥感中心自2 0 世纪5 0 年代开展航空物探工作以来， 已经完成约1 1 0 0 万k m 测线工作，覆盖我国陆地面积9 3 4 万k m 2 ，海域面积2 1 0 万k i n 2 。航遥中心现有的数据中，所有的测线都包括航磁测量，有些做了综合站 测量。目前，航磁测量大约每6 m 采一个场值，以采样点个数估计，现有的航空 物探数据仅航磁就达到十几亿个。 按照国土资源“十一五”规划纲要和国务院关于加强地质工作的决定 的相关部署，为了解决矿产资源供需矛盾，加强资源勘查和合理开发利用程度， 做好海洋资源调查评价、开发与管理工作，全面提高基础地质工作程度，未来五 年乃至更长的时间，大、中比例尺航空物探工作会迅速开展，获得的航空物探数 据也会迅速增加。 图2 2 中第一层所示区域为某个航空物探测区，覆盖面积0 4 2 3 万平方公里， 坐标采样点4 7 9 7 9 9 个，场值采样点2 3 9 8 9 9 5 个，其中的蓝、绿、黄、红区域为 南北向的测线采样点密集而成，黑色线为与测线垂直的切割线采样点密集而成。 图中第二层所示区域为第一层中左上角处粉色框内采样点的放大显示。图中第三 层所示区域为第二层中左侧橙色框内采样点的放大显示，图中的绿色小方块表示 坐标采样点位置。如下图，航空物探的数据量可见一斑1 8 第2 章航空物探数据分析与系统介绍 图2 2 航迹线及采样点示意图 2 1 3 2 航空物探数据多源性 多源数据指多类型、多尺度的数据。 航空物探数据类型多样，包括矢量的、栅格的、文档的等。如解释、评价数 据是矢量的( w t 、w l 、w p 等) ，网格数据、成果数据是栅格的( a g b 、a p b 、t i f 等) ，报告是文档的( d o c 、p d f 等) 。 航空物探数据也是多尺度的，如解释数据中的断裂构造在大比例尺时是断裂 构造带( 区域) ，在小比例尺时是断裂构造线( 线条) 。 2 1 4 入库航空物探数据源 2 1 4 1 航空物探资料分类 航空物探资料主要源于航遥中心所完成的项目( 勘查项目、科研项目) 成果 资料( 简称“项目资料”) 和收集的地面物化探资料、地质资料和地形图资料( 简 称“收集资料”) 。 勘查项目作为直接完成地质生产任务的基础性数据和成果数据，是最值得保 存的地质资料；科研项目指物探处理方法研究和软件研制、国内外调研文件资料； 收集资料主要指向国内外地质部门购买、交换或收集的相关物化探、地质、仪器 和软件等方面的资料。项目资料和收集资料的详细划分如下： 9 成都理t 大学硕士学 i ) = 论文 图2 - 3 航空物探资料分类 综合图2 3 ，航空物探资料可分为基础数据、转换数据、解释数据、图件数 据、文字数据( 含软件源代码) 和测试试验数据。 本信息系统不仅对航空物探资料进行信息化管理，而且为资料管理者和用户 提供信息服务。因此，航空物探数据库的数据源不仅仅局限于上述数据，还应包 含资料概况数据、资料管理与服务数据等。下面描述入库的航空物探数据源。 2 1 4 2 入库航空物探数据分类 航空物探数据库的入库数据不仅局限于勘探生产工作流程下的数据，还包含 了科研项目和收集资料的数据。综合各类资料的共同特点，在建立航空物探数据 库数据结构时，把上述数据分成了九大入库航空物探数据： 1 项目概况数据：主要描述航空物探数据的来源背景、产生、质量等信息 的数据。 2 原始收录数据：是指由数据收录系统采集的数据，不经任何加工、处理， 即使数据中可能还存在一些错误。 第2 章航空物探数据分析与系统介绍 3 原始测量数据：原始收录数据经格式转换、错误矫正后的数据。 4 校正及转换数据：校正数据包含用于校正的数据，如磁日变数据、国际 地磁参考场数据等，和经各项校正后的数据，或再经调平后的数据；转换数据为 源数据经数据转换处理而形成的数据。 5 解释数据：用人工或软件的方法将物探数据和物性资料、地质资料进行 综合分析研究后得到的地球物理成果或地质成果。 6 评价数据：以航空物探的解释数据为主，结合地质矿产、物化探和遥感 等地质资料，围绕特定的任务的目标要求，通过定性和定量方法的研究，获得的 评价性意见。 7 异常数据：指物探异常空间位置、形态、规模、及其它特征的数据。 8 文字图件数据：其中文字数据为各种设计书、成果报告、审查意见、软 件源程序、以及多媒体材料等等；图件数据包含基础图件、成果图件等等。 9 测试试验数据：用于软硬件测试的数据、物探试验的结果数据。 此节只分析了航空物探数据，而航空物探数据库的数据除了这些数据，还包 含了数据资料的管理信息数据：如资料目录查询数据，资料外借数据、资料购买 数据、介质位置维护数据，还有数据库采集系统留下的信息数据、权限维护数据、 系统管理数据。 2 2 航空物探数据管理信息系统 根据当前计算机领域的技术状况和发展趋势，航空物探数据管理信息系统开 发设计采用成熟的大型关系数据库( o r a c l e ) 和g i s ( a r c g i s ) 技术产品，在技 术开放和高度集成的基础上进行应用开发，本着“统筹规划、积极稳妥、分步实 施、逐步开展”的工作思路，使系统易用、易维护、易扩展，且安全可行，实现 分布式网络数据共享、提供数据服务的目标。 为了提高系统安全系数，满足不同层次用户的需求，提高系统性能，将航空 物探数据管理信息系统分为航空物探数据库采集子系统和航空物探数据库应用 子系统两个独立的系统。航空物探数据库采集系统，主要负责把航空物探数据采 集到航空物探数据库；而航空物探数据库应用系统，主要负责管理航空物探数据， 提供数据查询、数据统计、数据转换、数据分析、数据提取等服务功能。本文的 重心围绕航空物探应用系统开发展开。 2 2 1 航空物探数据库采集系统 随着信息管理技术向网络化、海量化和分布式及联机计算的方向发展，从技 术的角度来说，已经为航空物探行业的信息管理创造了条件。航空物探数据库是 典型的需要海量数据存储和共享的信息管理服务体系。而数据存储是航空物探数 成都理：大学硕十学位论文 据库采集系统的核心任务。 航空物探数据库采集系统从传统单一系统为基础的架构，开始转变为以信息 为基础的多层网络式的架构。在分析项目需求的基础上，结合数据管理的特点和 航空物探的工作特殊要求，采用c s 模式，充分利用c s 体系结构的优势和已有 资源为航空物探服务。 图2 - 4 采集系统功能模块结构示意图 2 2 2 航空物探数据库应用系统 航空物探数据库应用系统也是航空物探数据库信息系统开发的核心成员之 一。应用子系统用于数据的处理、查询、统计、提取等。用户可以对数据库里的 数据进行处理，也可以处理本地数据，还可以对本地数据与数据库里的数据进行 叠加作对比、分析。同时，应用系统也可以为采集系统准备入库数据。 2 2 2 1 应用系统框架设计 应用系统既可以用于数据库管理，也可以用于本地文件的管理。 应用系统在物理上采用三层架构形式( 图2 - 5 ) ，分为客户端，应用服务器和 数据库服务器。 客户端：即应用系统客户端。 应用服务器：包括a r c s d e 应用服务器。 数据库服务器：包括航空物探资料库。 第2 章航空物探数据分析与系统介绍 图2 - 5 应用系统三级分布图 在应用系统软件架构方面部分模块也采用三层架构方式( 图2 6 ) ，分为显示 层，处理层和数据层。 界面层：用于用户界面显示和界面控制处理逻辑等，在该层中不需要和数据 库打交道，只需调用相应的业务层组件即可。 业务层：主要任务为构造业务对象和调用数据层组件从数据库中获取数据， 这是实现起来最复杂的一个层面，需要熟悉数据库结构，并根据用户需要设计业 务对象及数据库对象。 数据层：负责将存储在航空物探资料库中的数据公开给处理层。根据调用者 提供的s q l 语句、存储过程名称及参数等数据库对象信息返回一定格式的应用 程序对象。数据层组件需要数量相对较少，但使用面很广，一般需加入较全面的 事务及异常处理。 访问航空物探资料库中的空间数据都通过a r c s d e 应用服务器来完成。 成都理一r 大学硕十学位论文 f 界面层f 目层臂司 i i 诟 一掘撮 f ：生t 转接 r 一萄目 ：r - 翻 1 曩哎 图2 - 6 应用系统部分模块设计结构 2 2 2 2 应用系统总流程图 开始软件启动的时候进行用户登入界面，用户登入分为两种方式： 1 本地登入； 2 连接数据库服务器的登入。 本地登录不需输入用户名和密码，只操作本地数据；连接数据库登录输入正 确的用户名和密码，连接到数据库服务器，对用户能否使用软件某些功能模块的 一种授权和对数据库数据访问的权限管理。数据库中通过用户表来管理用户的基 本信息，通过用户角色表对用户进行角色归类，然后通过角色权限表来管理角色 对功能模块的授权管理。用户连接数据库，通过角色和角色权限来达到授权用户 对软件功能模块的使用。如果用户具有功能模块的使用，则用户可以操作该功能 连接数据库的数据，否则其操作数据为用户本地数据。 对数据的操作总则：如果没有登入数据库，则所有的数据操作都是针对本地 数据，这个不对数据进行任何的限制。如果连接数据库进行用户登入，那么对数 据操作的时候必须对数据进行判断，原则上不允许对数据库数据进行编辑、下载， 只允许对数据查看，或是依据用户所拥有的权限在权限范围内的操作。 1 4 叼里 鬻 奎 一 t 軎一 r，一 撕 肿，| 撂 肇 一 数 熏 一 第2 章航空物探数据分析与系统介绍 图2 - 7 应用系统总流程图 2 2 2 3 基本功能和特点 应用系统一方面负责管理数据，并提供数据查询、数据统计、数据转换、数 据分析、数据提取等功能；另一方面也负责为数据采集系统准备数据，如创建图 层，编辑图层等。总之，应用系统是为了实现在数据共享的基础上，提供数据服 务为目的。 成都理。i ：大学硕士学位论文 航空物探数据库应用系统 资 料 处 理 数据的编辑 格式转换 绘制剖面图 绘制等值线图 三维飞行 交叉并集 坐标转换 制图输出 资 料 查 询 空间查询 区域查询 位置查询 简单查询 属性查询 项目查询 高级查询 综合查询 模糊查询 资 料 统 计 查询结果统计 项目经费统计 项目数量统计 获奖情况统计 工作量统计 覆盖面积统计 地质找矿成果 统计 数 据 提 取 经过审批并有 权限的用户获 取指定范围内 的数据 系 统 管 理 系统安全、审 计和用户管理 图2 _ 8 应用系统功能模块结构示意图 应用系统特点： 1 、以w i n d o w s 为平台，采用n e t 2 0 0 3 、a r c e n g i n e 、o r a c l ec l i e n t 开发，用 户界面友好、操作方便。 2 、系统采用c s 结构，系统独立于任何平台，便于维护和开发。 3 、具有直观实用的属性动态定义编辑功能和多媒体数据、多重数据结构的 属性管理能力。 4 、对数据按照不同的类别进行管理。 5 、数据的管理核心采用o r a c l c 9 i 。可以高效的检索数据和最大可能的存储、 管理、处理和浏览数据。 6 、对空间数据的管理按照当前最先迸和最成熟的e s r i 公司的a r c g i s 标准 a r c s d e 进行管理。 7 、同时对空间数据和属性数据进行统一管理，达到数据的一体化和多元话。 8 、对用户的操作进行严格的监控。 9 、具有常规数据查询的同时，还结合航空物探的特点进行多种查询的分析。 1 0 、在保证数据安全的同时，提供对多种数据的浏览。 1 1 、按照一定规则实现对数据库表的界面的定制。 1 2 、支持多种数据文件的存储和多种数据接口。 1 6 第2 章航空物探数据分析与系统介绍 2 2 2 4 应用系统主界面 应用系统登入分本地登入和数据库登入两种：本地登录不需输入用户名和密 码，只能操作本地数据；而数据库登入需要用户名和密码连接到数据库服务器， 对用户能否使用软件某些功能模块访问数据库数据，进行权限管理。所以本地登 入的应用系统界面是不变，给定的操作功能也只能用于本地数据；而数据库登入 需要用户名和密码加载的应用系统是通过管理员角色授权，管理员指定用户名下 有屏蔽或开放某些操作功能，同时也可以对用户角色分配操纵数据库的等级限制 的选择权，所以登入的应用系统界面往往是不一致的。图2 - 9 是数据库管理员的 登入界面，操作数据库的权限为最大。 图2 - 9 应用系统主界面 成都理 大学硕十学位论文 第3 章异常点编辑开发研究 异常点编辑开发，这个模块的功能是集成在编辑工具条的创建要素子模块之 下。主要针对异常等值线中的异常编辑，操作人员可以用该模块生成重要的异常 数据( 包括异常空间位置、形态、规模、及其它特征的数据) 。最后获得的异常 数据存放在s h p 文件中，而这种s h p 异常数据又可以被采集系统导入模块采集到 航空物探数据库中。 3 1 异常点编辑的提出 地质解释，是经过处理过的异常数据结合工区地质资料对这些异常做出地质 上的结论或推断，这是地球物理勘探工作成果解释的最终目的。然而异常数据是 地质解释中最为关键的一个环节，决定着地质解释、评价的最终结果，而异常数 据通过本模块生成。 面对一幅异常图，首先注意观察异常的特征。在平面等值线图上，异常特征 主要是指区域性异常的走向及其变化，从东到西( 或从南到北) 的异常变化幅度 有多大；区域性重力梯级带的方向、延伸长度、平均水平梯度和最大水平梯度值 等。对局部异常来说主要指的是异常的弯曲和圈闭情况，对圈闭状异常应描述其 基本形状，如等轴状、长轴状或狭长带状；是重力高还是重力低；重力高、低分 布特点；异常的走向( 指长轴方向) 及其变化；异常的幅值大小及其变化等。 以前对异常点的编辑是通过手工的方式实现的。在一张异常等值线图上( 含 经纬度的地图投影) 用尺子量取出异常点的经纬度位置、异常长度、异常宽度、 异常方向( 根据计算) 等。 为了可以解放手工操作转变到计算机操作实现，并且异常数据的保存也从纸 介质保存转变到s h p 文件( 导入航空物探数据库的一种数据格式) 中保存，航空 物探数据库应用系统提出了异常点编辑设计方案。 3 2 解决方案 3 2 1 异常点编辑分析 异常点编辑开发是为了在异常等值线圈定有价值的异常点，并且给异常点添 加空间数据和部分属性数据。要完成这个模块功能需要建立在其它二个模块功能 基础之上，首先，有等值线模块画出网格数据a g b ( 航遥中心自主研发的空中探 针软件a i r p r o b e l 0 特有的网格数据格式) 的等值线异常图；然后由新建图层模 块，创建异常要素类空s h p 图层。 通过这些准备后，异常点编辑模块可以在异常等值线图上选取适当地位置选 第3 章异常点编辑开发研究 中异常点，并且根据异常等值线的分布位置，画出这个异常点的异常走向、异常 长度和异常宽度，而且这个异常点的位黄自动从应用子系统加载的异常等值线图 上读取( 读取的是投影坐标，需转变成地理坐标) ，最后这些数据值都记录在异 常要素类s h p 图层中。如果对首次选取的异常点效果不满意，应该满足重新选择 异常点进行互动操作，调整图形中的异常空间位置、长度等异常值到合适为止。 如何确定异常长度和异常宽度? 可以通过比较异常长度和异常宽度哪个更 长，才能确定异常长度，反之则为异常宽度：同时以北向为基准、逆时针为正的 3 6 0 度范围内，计算异常长度与基准方向的角度，即为异常方向。计算异常长度 和异常宽度从地图的投影坐标系下直接读取出来保存( 从屏幕坐标到投影坐标的 机制实现参考3 2 2 节) 。 异常长度与异常宽度的选取原则： 1 异常点的位置要选在异常等值线的正最大值或负最小值内，并且要选在 最值等值线的中央区域内。 2 尽量使异常长度与异常宽度垂直，误差不超过5 度。一旦超过垂直误差， 模块应该有出错提示。 3 异常长度与异常宽度要选在异常等值线的同一根等值线内，一般在选取 异常长度和异常宽度的异常等值线选择处在异常值一半的那根等值线上( 例如异 常等值线的最大值内为+ l o o n t ，那么异常长度与异常宽度的选取最好要选在 + 5 0 n t 的异常等值线上) 。 另外，这个异常点还需要其它的属性数据的补充。由地球物理的解释人员结 合地质知识通过编辑工具条上的属性编辑功能填充完成。这时，一个信息完整的 异常点才算真正生成。 3 2 2 异常点坐标位置实现 由于地球椭球表面是曲面，而地图通常是要绘制在平面图纸上，因此制图时 首先要把曲面展为平面，我国通常采取高斯一克吕格投影。然而等值线异常图就 是一种投影坐标系，它是一种平面坐标系。异常点是记录的现实地球上( 即地理 坐标系) 的真实位置，为了测量的异常数据真实性和易读性，在描述异常点位置 时选择地理坐标系下的坐标。 在地图学中，地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面上点之间的一 一对应关系。地图投影的基本问题就是利用一定的数学法则把地球表面上的经纬 线网表示到平面上( 高斯一克吕格投影正算公式( 3 1 ) ) ；反之，也可以把地图 投影下的平面坐标反算到地理坐标中( 高斯一克吕格投影反算公式( 3 2 ) ) 。 1 9 成都理i ：人学硕士学位论文 x i r + 肌睦m 2 + 去( s r 2 + 。叩2 +