《数字地质调查理论、技术方法与软件平台》

图 书 简 介

继“计算机辅助区域地质调查系统”推广应用至今，数字地质调查技术从数字化走向智能化和智慧化，从2D 地质调查走向支持3D 地质调查从基础地质调查，扩展到地质矿产调查和勘查，从传统工作模式走向现代工作模式等方面进入了新的发展和更高阶段。

2008 年后，数字填图系统全面升级与扩展到数字地质调查系统，使数字地质调查系统贯穿整个地质矿产资源调查完整全过程，涵盖地质调查、矿产资源勘查、矿体模拟、品位估计、资源量估算、矿体三维建模、矿山开采系统优化等内容。数字地质调查系统目前已成为国内地质调查领域的主流软件和工具，并被国土资源部列为地质勘查资质认定可选软件系统之一。

国土资源部国土资源信息化“十二五”规划和中国地质调查局中长期发展规划纲要都把完善和全面推广数字地质调查系统都列入“十二五”规划和中长期发展规划纲要。

该成果主要关键技术和内容为：（1）对数字填图核心PRB 理论从二维向三维扩展和完善,创建了地质填图PRB 双重三维构模技术并创建了PRB 双重三维构模连续层析算法；建立了浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术；完善了中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查一体化全过程的无缝数字过程；（2）建立了《固体矿产勘查数据库内容和结构》标准，其中“数字地质图空间数据库”已成为该行业在地质图数据库建设和成果汇交的标准。（3）面向数字地质调查特点，形成了智能化地质调查DGSGIS 底层自主平台；（4）建立了集国内外主流资源储量估算方法与业务流程一致的地质矿产勘查从野外到矿产资源评价（靶区圈定）、资源量估算及矿体三维建模一体化的软件体系；（5）把新一代信息技术和北斗技术融入数字地质调查体系，形成了现代地质调查工作+管理与服务的新模式；提供现代地质调查工作、管理与服务的新模式。

前 言

数字地质调查技术被公认是区域地质调查工作技术走向现代化过程中的重大革新，使地质填图和地质图生产终于告别“手工式”，迎来“光与电”数字化时代。其理论技术方法研究与推广应用是中国地质调查局中长期发展规划纲要和国土资源部国土资源信息化“十二五”规划重要内容之一。

数字地质调查主流程信息化团队（2013 年首批“国土资源部科技创新团队”）十多年来，累计得到国家863 课题、公益性行业资金、国土资源部公益性行业科研专项、国土资源调查专项、地质矿产调查评价专项以及全国危机矿山接替资源找矿专项等支持，参与该项研究的单位有二十多个，研究人员超过180 人，来自不同的学科和研究领域，既有软件开发人员，也有野外一线的技术负责，还有资深区调专家、大学教授等。

经过十多年持续集成研发和推广应用，形成比较完整的地质矿产调查全流程数字化理论、技术方法和自主软件平台，涵盖地质调查（地质填图）、矿产资源勘查、矿体模拟、品位估计、资源量估算、矿体三维建模、矿山开采系统优化等内容，贯穿整个基础地质矿产资源调查完整全过程。

2010 年后在新一代信息技术的支持下，数字地质调查系统从数字化走向智能化，从数字空间走向智能空间，成为地质调查完全自主版权的智能数字地质调查系统。目前，数字地质调查系统已成为我国地质调查领域全面应用的主流软件和工具，被广大野外地质调查一线地质人员广泛使用，是国土资源部列为地质勘查资质认定可选软件系统之一。

该成果主要关键技术和内容为：①地质填图PRB理论与技术方法；②地质填图PRB 双重三维构模技术，浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术、中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查一体化全过程的无缝数字过程；③建立了《固体矿产勘查数据库内容和结构》标准，其中“数字地质图空间数据库”已成为该行业在地质图数据库建设和成果汇交的标准；④面向数字地质调查特点，形成了智能化地质调查2-3 维一体化DGSGIS底层自主平台；⑤建立了集国内外主流资源储量估算方法与业务流程一致的地质矿产勘查从野外到矿产资源评价、资源量估算及矿体三维建模一体化的软件体系；⑥地质调查智能空间与感知服务理论与技术方法。核心技术包括多样化碎片化复杂地质调查非结构化数据存储模型与数据发现与挖掘模式、地质调查智能感知到认知，物理位置到语义位置服务模式等内容，为地质调查在情境感知、分析、推理等具有普适计算能力的地质调查智能空间现代化工作模式奠定基础。

1）提出了适合任意比例尺的地质填图全过程的数字化PRB 语法结构与模式：基于野外路线观测数据和数据采集的结构方式与关系，通过对地质填图语义粒度、描述粒度、空间粒度和存储粒度的分割及其相关关系的研究，创建了PRB 数字填图基本理论与方法。

2）定义了PRB 数据模型、PRB 基本过程、PRB 基本过程的组合规则、PRB 过程的公共机制、PRB 过程基本程式、PRB 数据操作、PRB 字典、三级PRB 体系、PRB 数据流”栈”、PRBS 数据质量定量评价体系等数字填图技术核心元素，建立了地质填图全过程的数字模式。

（2）创建了中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查全过程无缝数字过程及理论方法 基于3S技术， 格GIS 技术、PRB 粒度理论与技术方法、地质路线（PRB）双重三维建模技术、第三代地质图数据模型技术、不同阶段数据继承与数据流池技术、三级野外与室内数据综合一致性约束技术、不同阶段数据业务流程耦合三维模型技术、野外地质编录图件同步增量覆盖技术、地质调查DGSGIS 中间件等综合技术，开发了数字填图系统（RGMap）、探矿工程编录系统（PEData）、数字地质调查综合平台（DGSInfo）、资源量估算与矿体三维建模系统（REInfo）。在中大比例尺地质填图、地质三维填图与建模、矿产调查与勘查全过程，实现了从野外数据采集到最终成果的数字化和一体化；并在保持全过程数据模型的一致性和继承性等体系方面，从体系架构上支持了地质矿产调查勘查全过程无缝数字过程，并在国内外同类软件系统保持领先水平。

（3）建立了覆盖基础地质调查和矿产调查过程的《固体矿产勘查数据库内容和结构》标准，把数据库建设流程与具体地质矿产勘查业务工作充分地融合在一起，形成新的工作模式该标准采用国外先进标准的思想和技术，基于地理信息应用模式规则（ISO 19109），以地理数据库描述框架、UML 和关系数据库规范化理论为基础，采用面向对象（地理数据库模型）的建模技术，建立基础地质调查和矿产调查过程数据（实体）、数据（实体）之间的联系以及有关语义约束规则的形式化表述，为矿产勘查原始编录数字采集及数据整理的统一描述、组织和管理提供基础。数据库基本内容涉及矿产地质填图、探矿工程、地球化学勘查、地球物理勘查、重砂测量、遥感地质调查、矿产检查、资源量估算和地质图与地质矿产图和成矿规律与矿产预测等综合研究等，涉及数据模型表格339 个，约3499 个数据项。本标准首次对涉及要素类、表、实体进行了统一的表述，大大规范本标准数据模型的统一描述，充分体现了数据库、数据字库、要素类、数据表的层次关系与结构。

（4）实现了PRB 理论从二维向三维的扩展和完善，创建了地质填图PRB 双重三维构模技术，建立了浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术。

由于三维地质建模本身的复杂性，目前国内外常用的三维地质建模软件的建模流程主要是基于钻孔和剖面的建模方式。由于建模方法所限，效率低下是推广应用最大的阻碍。本成果通过对地质填图PRB 核心技术从二维到三维的扩展研究，提出了地质填图PRB 双重三维构模技术，实现了地质填图过程从二维到三维的提升。

地质填图 PRB 双重三维构模技术是始于野外地质路线和实测地质剖面的一种建模方法。通过地质路线（PRB）在水平方向（平面）和深度方向（剖面）的研究和地质建模，动态生成地质图（实际材料图、编稿地质图）。其核心技术包括：①地质语义约束的产状点影响域与地质界线产状推估方法；②多交叉路线剖面与产状约束下的地质界线连续层析算法；③全区域地质体三维模型拓扑一致性检测与无缝建模技术等。

在关键技术支持下，通过地表地质调查数据，能够快速构建工作区初始三维地质模型，集成地表地质、地球物理、钻孔等数据，形成了“地质路线+轮廓线重构与变异函数+晶胞模型+块体模型”的浅地表地质体和深部地质体的一体化建模技术体系，并开发形成地质、地球物理、钻探多专业数据约束的三维地质建模工具。

在保持 GIS 软件特点的基础上，增加了地质调查数据智能处理的特点，如自动适应不同版本操作系统、支持掌上与桌面数据格式的一致性，支持不定长描述信息、简化操作模式、支持新一代智能掌上操作系统、提供野外数据采集阶段的数据组织、存储、可视化、综合分析以及数据传输、跨平台数据零交换等技术，与其他主流软件GIS 格式的无缝交换等。

其中，DGSGIS 移动平台，集智能手机的位置感知、姿态感知、行为感知及环境感知等，融于地质调查野外观察路线，形成了路线地质描述、音视像、产状感知、信手剖面一体化并“语义”化成新一代电子野外记录簿。

DGSGIS 桌面平台针对数字地质调查应用的需求，将属性数据的管理引入轻量级、跨平台的嵌入式关系型数据库，提供了零配置运行模式；DGSGIS Desktop 与DGSGIS Mobile 具有相同的数据格式；属性数据中支持“不定长字符串”数据类型；支持包括国家的CGCS 2000 坐标系多种投影变换方法。GSGIS 还提供二次开发平台DGSGIS SDK，具有API、类库、组件等不同层次的开发接口，支持C++，C#，Java 等开发语言。目前，该软件平台开始对其他专业系统提供基础平台支撑，在地下水、地球物理、地球化学等领域以公益形式推广应用。

（6）建立了集国内外主流资源储量估算方法与业务流程一致的地质矿产勘查从野外到矿产资源评价（靶区圈定）、资源储量估算及矿体三维建模一体化的软件体系

该研究过程立足于开发从我国野外数据采集为入口的勘查项目综合资料整理、资源储量估算和管理的一体化流程与软件系统。实现了整个地质调查过程数字化与无缝一体化。结合国内应用层次的现状，通过数据“层”模型、数据流“池”技术不同阶段数据模型继承技术、数据互操作技术解决了地质调查工作流程与软件流程一致性和无缝的关键和难点，大大降低了使用难度并满足了地质人员工作习惯。

针对国内外地质块段法、地质剖面法、底板等高线法（煤）、地质统计学等方法和三维矿体建模特点，提出了多源地质数据匹配及一致性处理技术；多约束条件的单工程矿体圈定，三维地质结构模型约束下的地质体内非均值属性参数空间分布变化模型的建模；模型重构的反馈机制及修正技术集成了矿山地质多源数据和多方法资源储量估算的耦合三维建模关键技术，形成了地质矿产勘查从野外到矿产资源评价（靶区圈定）、资源量估算及矿体三维建模的软件体系。

该成果与目前国内外市场同类软件相比最大的特点是计算机数字化流程与业务流程完全一致，从槽井坑钻野外数据采集到资源量计算和矿体三维显示无缝连接，零数据交换。在具体应用中，充分体现出提高效率和成果精度、节省大量人力和物力所带来的优势。

根据新一代信息技术发展特点，针对在无人、无通信信 的高原与艰险地区地质调查的特点和智能与智慧地质调查发展趋势，把智能设备、北斗系统充分融入数字地质调查系统，创建了中国地质调查信息 格（地质调查智能空间平台），提出并建立的对等式资源管理器技术与方法，发展与完善了 格资源管理发现监控方法，实现结点资源的自治性及结点间资源的共享和协调；形成了从物理坐标到地质语义位置、从感知到认知的服务流程，构建了野外地质调查工作+管理+安全保障服务的天地空一体化及智能感知服务体系架构和模式。

数字地质调查技术在提高地质调查和研究程度及水平和精度，拓宽服务领域、改变成果的表现形式和服务方式，改变传统工作模式为现代工作模式等方面体现出巨大优越性，是我国地质调查信息化水平的一个窗口，已在地质调查实际生产和许多矿业公司中全面应用。

从 2006 年开始，该成果已广泛应用于全国区域地质调查、矿产远景调查评价、矿产资源调查评价及危机矿山接替资源调查等专项及矿区勘探等领域。推广应用单位超过1000 家、人员超过15000 人，涉及全国地质、冶金、有色、武警黄金、核工业、建材、化工、煤炭等行业部门、高校科研部门和国内大型矿业公司。软件系统通过技术支持 站（www.dgst.cgs.gov.cn）和培训班的形式免费提供。

数字地质调查技术开始走向世界，目前已在丹麦地质调查局格陵兰数字填图计划进行推广试验，并在亚洲、非洲、南美洲等合作项目中应用。自2010 年以来，我国对外举办了8 期专门的数字填图技术培训班，培训学员来自亚洲、非洲、拉丁美洲等十余个国家和地区，培训人员超过120 人，其中从2015 年起培训人员还走出国门对老挝、秘鲁等国技术人员进行培训；已有相关地质人员培训后开始独立开展数字区域地质填图工作。多年来，在商务部举办的援外培训中，已针对亚非拉40 多个国家和地区的300 多名技术官员开展了数字填图技术讲座与交流。

数字地质调查技术推动了 GIS 领域技术发展与应用，形成新一代地质调查工作、服务和管理模式。在我国卫星技术发展与应用等方面也具有明显的推动作用。创立的数字填图技术与方法已被多个大学列入本科生教学课程，培养了一批跨学科的技术人才。

目 录

前言

第一章 数字地质调查理论框架

第一节 地质调查全过程数字化基本框架与组成

第二节 数字化业务流程划分

第三节 数字地质调查关键技术概述

一、适合任意比例尺地质填图PRB 理论与技术方法

二、地质矿产调查全流程无缝数字化技术

三、覆盖基础地质调查和矿产调查过程的“固体矿产勘查数据库内容和结构”

四、自主版权的数字地质调查二、三维GIS 平台

五、数字地质调查软件系统

六、新一代地质调查智能空间平台的服务框架

第二章固体矿产勘查数据库内容和结构

第一节 概述

一、采用国外先进标准的思想和技术，确定了本标准数据库组成关系

二、该标准规范了地质矿产勘查全过程数据库的建设内容

三、开展大量的试验与验证证明本标准的实用性和适用性

四、该标准提供的数据模型为形成新的工作模式奠定基础

第二节标准编制原则

一、数据模型主要对原始数据和最终成果数据库进行规范描述

二、《固体矿产勘查数据库内容和结构》数据描述的方法原则

三、《固体矿产勘查数据库内容和结构》涉及数据内容的基本依据

四、面向对象技术是建立数据模型的基础

五、《固体矿产勘查数据库内容和结构》要有利于综合软件系统的开发和应用

第三节标准中主要内容的确定依据

一、标准中主要内容边界的确定

二、确定标准的主要内容

三、标准的主要依据

第三章野外数据采集、数据处理、成果表达与服务一体化的关键技术

第一节 PRB 数字填图理论与技术方法

第二节 不同阶段数据的零数据交换技术

一、基于业务流程的无缝一体化数据模型建模技术

二、基于无缝一体化技术的数据采集、管理、综合处理、资源储量估算与成果表达

第三节地质图空间数据库建库技术

一、基于一体化建库模式的迭代建库解决方案

二、一站式建库流程

三、基于数字地质调查系统的拓扑重建技术方案

四、数字地质图空间数据库建库工具支撑迭代建库流程

第四节 PRB 双重构模技术与关键算法

第五节 数字地质调查系统软硬件集成创新技术

一、地质调查野外数据采集设备自主产品集成技术

二、结合多项集成创新技术，开发了适合多比例尺的数字地质调查软件

第六节支撑野外地质调查工作+管理+安全保障的天地空一体化服务的信息共享与服务技术

一、中国地质调查信息 格关键技术

二、地质领域本体技术

三、野外地质工作管理与安全保障服务的协同集成技术

第四章数字填图三维地质建模技术流程总体框架

第一节 概述

第二节 数据采集、整理、动态建模、成果发布的总体框架

第三节 地质填图PRB 双重三维构模技术方法与流程

一、三维数字地质填图的PRB 双重构模技术方法

二、构模过程约束规则

四、地质填图的PRB 双重三维构模流程

第四节剖面+轮廓线重构面的三维精细建模技术流程

第五节 变差函数+晶胞模型+矿体模型的三维建模技术流程

第六节 三个阶段的整合技术流程

第五章 地质填图PRB 双重约束动态三维构模关键算法

第一节 概述

第二节 基于 DEM 与地质界线的地表耦合建模算法

第三节 基于二维剖面轮廓线和定位线信息的剖面二三维转换算法

一、剖面二维坐标及定位线的坐标转换模型

二、模型原理技术实现

三、模型实际应用效果

第四节地质界线产状推估与地质体建模方法

一、地质界线顶点的产状插值与推估

二、地质体表面多边形重构算法

第五节基于产状与路线剖面双重约束的地质界线层析推估建模方法

第六节 基于边界曲面的地质体建模算法

一、边界曲面法构造三维曲面模型——原理

二、边界曲面法构造三维曲面模型——流程

三、基于边界曲面邻接地质体公共面建模与褶皱地层建模

四、边界曲面法——三维地质建模应用

第七节基于曲面切割法的地质体三维建模

一、曲面模拟地层分界面

二、图幅区域下方空间空属性体

三、布尔运算实现地层拓扑一致建模

第八节模型相交与自相交检测与修正

一、模型相交检测与修正

二、相邻地质体的拓扑一致性

三、跨越图幅边界的地质体超出部分裁切建模

第六章 地质调查GIS平台

第一节 自主地质调查GIS平台框架

第二节 空间数据组织与管理

一、空间数据格式

二、矢量数据存储设计

三、属性数据存储方案

第三节 空间数据可视化

第四节 基于 Android 的DGSGIS 移动平台二次开发

一、Android 二次开发简介

二、Android 二次开发步骤

第五节 DGSGIS 桌面平台二次开发

一、开发环境配置

二、创建应用程序

第七章 数字地质调查软件

第一节 数字地质调查软件构架

第二节 数据采集与处理的部分智能化工具

一、野外数据采集过程中基于PRB 规则的智能化流程与工具

二、野外智能感知服务应用模式与功能实现

三、基于数据综合整理和建库等环节的微工作流

第三节 数字填图三维建模工具

一、数字填图三维建模体系框架

二、数字填图三维建模流程

第四节 资源量估算与矿体三维建模系统

一、软件构架

二、功能特点

第八章 地质调查信息 格平台与信息服务

第一节 地质调查信息 格平台主要特点

第二节 主要技术特点

一、特色鲜明的地质调查数据服务

二、地质调查智能结点建设与服务模式

三、地质调查 格体系智能位置服务模式

四、基于非结构化地质大数据技术的地质调查成果内容服务

第三节 “立体一张图” 格服务

一、基于业务逻辑的要素服务

二、基于球面模型的三维场景服务

三、多样化用户界面表达

四、“立体一张图”服务的应用

第九章 野外地质调查工作+管理+安全保障服务的天地空一体化服务

第一节 基于新一代信息技术的野外地质工作+管理+ 安全保障服务

一、多通信技术与 格技术的协同集成技术

二、北斗野外地质工作+管理+安全保障服务的静动态可扩展的多级核心组 模式

三、集成开发了蓝牙组合存储式北斗通信定位终端

四、野外地质调查安全保障服务主动服务模式和智慧地质调查技术模式

五、数字化野外地质工作管理服务与安全保障平台的建设、部署、运行、维护和应用模式

六、推广应用示范

第二节 野外地质调查工作+管理+安全保障服务软件

一、基于北斗卫星技术的数字地质调查系统

二、地质调查工作管理与安全保障服务系统

三、基于多种通信技术的野外地质工作信息服务系统

第三节 地质调查生产调度指挥平台

一、系统总体架构

二、关键技术研究及实现

三、系统建设与应用

第十章 智能地质调查技术探索与展望

第一节 国外发达国家相关研究现状

第二节 国内数字地质调查从数字化向智能化发展是主要趋势

第三节 现阶段存在的局限性

一、地质调查领域的整个地质调查智能化支撑体系还未形成

二、数字地质调查技术的应用水平在不同领域存在差别

三、数字地质调查技术体系与相关的智能化需求还有较大差距

四、现代化野外地质调查、管理、安全保障和智能服务刚刚起步

第四节 未来十年的发展目标

第五节 智能地质调查工作模式探索成果

参考文献

版 本 信 息

字 数：400千字

版 次：2016年6月北京第1版

印 次：2016年6月北京第1次印刷

定 价：68.00元 （限时85折销售、包邮）

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