数字实物地质资料馆建设方案.doc

1、1内部参考实物地质资料管理动态与研究2013 年第 7 期（总第 50 期）国土资源实物地质资料中心主办 2013 年 7月 29日编者按：本期实物地质资料管理动态与研究刊发的第一篇文章“数字实物地质资料馆建设浅析” ，作者阐释了数字实物地质资料馆概念，论述了数字实物地质资料馆建设目标、建 设原则、建设内容，提出了数据管理方法及数字 实物地质资料馆建设的构想。刊发的第二篇文章 “2010 年以来 同一个地质 计划的最新进展” ，作者介绍了“同一个地质”计划概况和 2010 年以来有关工作的最新进展，以及中国在该计划中的参与情况。另外刊发了几则简讯，报道了近期有关实物地质资料管理工作动态。2数字

2、实物地质资料馆建设浅析李英康 米胜信 姚聿涛（国土资源实物地质资料中心）实物地质资料是指在地质工作中形成的岩矿心、各类标本、光薄片、副样等。具有唯一性、基础性、分布范围广泛，基本覆盖我国的全部陆地，在国家经济建设的宏观决策、远景规划的制定中起着重要作用。随着国家对地质资料的重视和社会需求的扩大，正在改变传统的地质资料管理和服务模式。人们越来越希望通过网络获取相关实物地质资料数字化信息的需求不断增长，一站式服务理念和管理模式，改变了传统地质资料管理模式，实现了地质资料信息管理计算机化、数据库化、网络化，极大地提升了地质资料的利用效率，也提高了管理服务水平。2002 年以来，在国土资源部、中国地质

3、调查局的支持下，国土资源实物地质资料中心陆续开展了一系列实物地质资料管理服务方面的工作，基本理清了实物地质资料管理工作流程，初步建立了实物地质资料管理制度体系。通过实物地质资料的收集、整理、入库、建档、数字化、服务等实践活动，探索了实物地质资料管理工作模式和方法。在 10 年的实体实物地质资料馆的建设中，积累、库藏钻孔岩心达到了 20 万米以上，岩石标本 8000 多块，光薄片约 3 万片，涵盖了科钻一井主孔岩心、危机矿山勘查项目重要岩心与标本、地质大调查资源评价等一批重要实物地质资料。通过实物地质资料管理信息系统、实物地质资料信息服务集群化研究和实物地质资料集成与服务系统建设项目的开展，初步

4、完成了国家实物库的实物地质资料数据库、管理与服务系统的建设。建立了中国实物地质资料信息网，开发了全国地质资料汇交监管平台，开发了实物地质资料三维全景展示系统，实物地质资料空间查询模块、岩心图象柱状图显示模块，以及实物地质资料信息查询、浏览模块，提供了实物地质资料数字化成果网上服务。包括已经录入到实物地质资料数据库内的 88 个矿区的实物数据，227 个钻孔的岩心 10.9 万米，455 块标本、光片 16 片、薄片 786 片、副样 81 份；以及 109 个钻孔的岩心扫描图像，400 块地质标本三维数字模型。总之，这些实物地质资料数字化资源和相关的服务模块，为整合建立数字实物地质资料馆奠定了

5、基础。3一、数字实物地质资料馆概念数字实物地质资料馆是建立在现代信息技术普遍应用的基础上，利用数字化手段，以实物地质资料信息资源为处理核心，对数字实物资料进行收集、管理，通过高速宽带信息网设施相连接和提供利用，实现共享的数字系统，它基于三大要素：数字化技术、数字化资源和数字化服务，创造一种虚拟环境，将馆藏资料、信息服务和人通过网络联系起来，构成在虚拟环境下向社会提供实物地质资料服务的一个有机整体。数字实物地质资料馆的显著特征是信息资源数字化、信息实体虚拟化、信息传递网络化、信息利用共享化、信息提供专业化。数字实物地质资料馆的建设将应用数据库技术、多媒体技术、虚拟仿真技术、互联网技术等现代高科技

6、展示技术，提升了近程、远程网络实物地质资料服务能力，有助于构建数据源创建、数据传播、数据利用、数据保存全过程的管理模型。二、建设目标以现代信息技术为支撑，以建立数字实物地质资料馆为目标，依托馆藏实物地质资料，集成馆藏实物地质资料服务资源信息，开发实物地质资料系列服务产品，为社会提供实物地质资料信息服务。（1）资源生产：要按照相关的标准和技术要求，建立实物地质资料数字资源的加工体系。包括属性信息的提取、著录要求，不同图像的采集方法与要求（岩心图象扫描、岩石标本的三维激光扫描和照相、光薄片图像的镜下采集等）。（2）资源建设：要通过制定统一规划和标准，建立具有实物地质资料特色的数字化资源数据库。包括

7、实物地质资料属性信息数据库、地理信息空间数据库、实物图象管理数据库和元数据库。（3）服务平台：要针对不同的用户需求，提供个性化、专业化、无障碍的应用服务。广泛应用虚拟化、WEB3D、WEBGIS、高速宽带、服务器集群和海量存储技术，建立向社会、地质资料管理部门提供服务的网络应用，形成实物地质资料数字化资源的管理与服务平台。并依托中国实物地质资料信息网，实现在互联网上快捷、方便访问的数字实物地质资料馆。4三、建设原则数字实物地质资料馆的建设，要以实物地质资料数字资源的集成为中心，以向用户提供方便、快捷的信息服务为目的。坚持“统一组织、统一标准、统一方法、统一平台”的原则，围绕数字资源的加工、数字

8、资源的存储、数字资源的管理、数字资源的服务，开展数字实物地质资料馆的建设，并需要考虑下列问题。（1）先进性与成熟性：采用的技术，应选择稳定可靠、安全简单、易于维护、主流成熟的软硬件平台，尽量保护现有的投资。系统采用 b/s 结构网络平台，采用java、jsp、Java Server Page 等脚本和语言，混合编写 PHP 代码和 HTML 代码，将角本嵌入到 HTML 文件中，调用 sql-server 数据库中的数据，完成实物信息的浏览与查询。采用 WEB-GIS（网络地理信息系统），建立实物地质资料的空间查询模块，在Internet 上运行，实现空间数据的共享和互操作。采用网络虚拟现实

9、web-3d 技术建立实物地质资料数字展厅建模和数字实物图象展示模块。采用 PhotoFamily 软件 ，制作标本、薄片的电子相册。（2）标准化与开放性：采用的技术、方法要符合国家、行业相关技术标准、规范的规定。开发性的体系结构，应遵循信息描述、组织和资源互操作的国际标准或国家标准准，支持各种通用的元数据标准。（3）实用性与可扩充性：建立的系统要具有实用性和可扩充性，应采用模块化设计，具有良好的可维护性和可扩充性，模块之间的关系明确。（4）安全性与可靠性：需要具备完善的系统安全机制，保证数据资源本身的安全、数据传输的安全，整个网络系统的监控与防范安全，数据库系统与用户认证的安全等。整个系统要

10、具有稳定性、可靠性。（5）可维护性与可移植性：数据的更新、维护可进行配置，无须进行任何代码级的改变，就可实现。应具有可移植能力，能在不同的硬件、操作系统环境和网络平台下工作。（6）友好性与方便性：用户界面应采用良好的图文化窗口，简洁、直观，操作性强。系统的个性化功能设计要方便用户使用。四、建设内容数字实物地质资料馆的建设内容包括：数字资源体系建设、软件体系建设、服务网络建设、硬件支撑体系建设和特色服务平台建设。51、数字资源体系建设（1） 数字化的标准化元数据格式采用中国地质调查局 2001 年发布试用的地质调查元数据内容与结构标准。信息著录采用实物地质资料文件级目录标准。实物图象数字化采用实

11、物数字化技术指南。数据库建库基于 SQL-SERVER 软件，按照实物地质资料文件级目录标准内的数据表、数据项建库。（2）数据资源建设实物地质资料的数据资源包括实物地质资料的属性信息、空间信息、图象信息的集成、建库。属性信息建库：包括库藏目录、项目、矿区、图幅、钻孔、岩心、实测剖面、标本、薄片、副样（化探）等。空间信息建库：包括项目、矿区、图幅、钻孔的位置信息（经纬度）。实物图像建库：包括岩心的平面扫描图像、标本的二、三维图像和光薄片的镜下照相图像。图像采集设备：地质钻孔岩心扫描系统，地质标本 FARO Photon120 三维激光扫描仪，NiKon D700 相机和光薄片显微镜照相设备与图像

12、采集系统，显微照相设备有尼康、蔡司、莱卡、奥林巴斯、索尼等。通过自建、共享等手段建立和完善数据实物地质资料馆的数据库，集成实物地质资料数据资源。并形成具有工业化特点的数字资源加工中心，收集、整理、加工有实用价值的数字资源。2、软件体系建设软件体系建设需要购买、开发满足数字资源生产、加工、调度管理和数据保存的软件，以及满足不同人群使用习惯的对外服务、统一认证、智能检索、互动交流、业务咨询等各种服务与管理功能的服务软件体系。（1）数字资源采集类软件，数据著录、图象扫描管理、照相与照片管理等。（2）数字资源加工类软件，图象处理、三维建模，综合成图等。（3）数字资源管理类软件，实物地质资料数据库管理系

13、统等（4）数字地质资料馆门户类软件,中国实物地质资料网、数字馆导航等。（5）数字地质资料馆专业服务类软件，地质钻孔岩心柱状图显示模块、地质标本6三维图象展示系统、标本与光薄片电子相册、数据检索、空间检索等。（6）系统运维管理软件，网页制作、信息发布、日志管理、用户管理等。（7）互联网安全管理软件，局域网管理、邮件管理、上网行为管理、防火墙、杀毒等软件。（8）操作系统及数据库管理软件，Windows Server 和 SQL-SERVER。3、服务网络建设实物地质资料服务网络依托互联网建立服务平台，在较大流量、较高并发的情况下，通过建立一条带宽 100M 的与互联网连接专线，实现快捷的无阻连接访

14、问服务。4、硬件支撑系统建设硬件环境是支撑软件运行和数据资源服务的保障基础，所以需要足够大的数据存储空间，足够强的服务器处理能力，才能满足大的网络流量，大的数据存储量和大的访问并发数的需求。初步考虑采用 100TB 的 NAS 存储设备，集群 20 台服务器及相关设备。5、特色服务平台建设特色服务平台建设主要是围绕实物地质资料的管理与服务，建设“中国实物地质资料信息网”，针对实物地质资料的特点，对内提供数据管理服务，对外向社会提供实物地质资料信息服务。五、数据管理实物地质资料的数字化、数据保存和传输将用到下列相关技术。1、数据建库实物地质资料属性数据的存储，采用关系型数据库。依据实物地质资料文

15、件级目录标准要求的内容建库。实物数字化按照实物数字化技术指南的要求，完成钻孔岩心的扫描，地质标本的三维激光扫描、照相，光薄片的显微镜下照相。地质空间数据的采集、投影等，按照地理信息系统建设的要求执行。对属性、空间数据采用关系数据库管理，对非结构性数据（文本文件、图象等）采用文件管理，在关系数据库表中标明存储路径。2、数据压缩数据压缩技术主要研究数据的表示、传输和转换方法，目的是减少数据所占据的存储空间和缩短数据传输时所需要的时间。7衡量数据压缩的三个主要指标，一是压缩前后所需的信息存储量之比要大；二是实现压缩的算法要简单，压缩、解压缩速度快，尽可能地做到实时压缩和解压缩；三是恢复效果要好，要尽

16、可能地完全恢复原始数据。数据压缩主要应用于两个方面。一是传输：通过压缩发送端的原始数据，并在接收端进行解压恢复，可以有效地减少传输时间和增加信道带宽。二是存储：在存储时压缩原始数据，在使用时进行解压，可大大提高存储介质的存储量。数据压缩按照压缩的失真度分成两种类型，一种叫做无损压缩，另一种叫做有损压缩。（1）无损压缩是指使用压缩后的数据进行重构(或者叫做还原，解压缩)，重构后的数据与原来的数据完全相同；无损压缩用于要求重构的信号与原始信号完全一致的场合。一个很常见的例子是磁盘文件的压缩。根据目前的技术水平，无损压缩算法一般可以把普通文件的数据压缩到原来的 1/21/4。一些常用的无损压缩算法有

17、霍夫曼(Huffman)算法、算术算法、游程算法和 LZW(Lenpel-Ziv & Welch)压缩算法。（2）有损压缩是指使用压缩后的数据进行重构，重构后的数据与原来的数据有所不同，但不影响人对原始资料表达的信息造成误解。有损压缩适用于重构信号不一定非要和原始信号完全相同的场合。例如，图像和声音的压缩就可以采用有损压缩，因为其中包含的数据往往多于我们的视觉系统和听觉系统所能接收的信息，丢掉一些数据而不至于对声音或者图像所表达的意思产生误解，但可大大提高压缩比。3、数据加密数据加密技术是指将一个信息或称明文，经过加密钥匙及加密函数转换，变成无意义的密文，而接收方则将此密文经过解密函数、解密钥

18、匙还原成明文。加密技术广泛用于网络数据的安全。数据加密技术要求只有在指定的用户或网络下，才能解除密码而获得原来的数据，这就需要给数据发送方和接受方以一些特殊的信息用于加解密，这就是所谓的密钥。其密钥的值是从大量的随机数中选取的。按加密算法分为专用密钥和公开密钥两种。（1）专用密钥，又称为对称密钥或单密钥，加密和解密时使用同一个密钥，即同一个算法。如 DES 和 MIT 的 Kerberos 算法。（2）公开密钥，又称非对称密钥，加密和解密时使用不同的密钥，即不同的算法，虽然两者之间存在一定的关系，但不可能轻易地从一个推导出另一个。有一把公用的加密密钥，有多把解密密钥，如 RSA 算法。 4、海

19、量数据存储存储技术经历单个磁盘、磁带、RAID 到网络存储系统的发展历程。网络存储技术8就是将网络技术和 I/O 技术集成起来，利用网络的寻址能力、即插即用的连接性、灵活性，存储的高性能和高效率，提供基于网络的数据存储和共享服务。在超大数据量的存储管理、扩展性方面具有明显的优势。典型的网络存储技术有网络附加存储NAS（Network Attached Storage）和存储区域网 SAN(Storage Area Networks)两种。（1）NAS 技术是网络技术在存储领域的延伸和发展。它直接将存储设备挂在网上，有良好的共享性、开放性。缺点是与 LAN 共同用物理网络，易形成拥塞，而影响性能

20、。特别在数据备份时，性能较低，影响在企业存储应用中的地位。（2）SAN 技术是以数据存储为中心，使用光纤通道连接高速网络存储的体系结构。即将数据存储作为网络上的一个区域独立出来。在高度的设备和数据共享基础上，减轻网络和服务器的负担。因光纤通道的存储网和 LAN 分开，使性能得到很大的提高，而且还提供了很高的可靠性和强大的连续业务处理能力。SAN 存储设备之间通过专用通道进行通信，不占用服务器的资源。因此非常适合超大量数据的存储，成为网络存储的主流。基于存储路由器的 SAN 虚拟化，存储路由器是一种智能化设备，既具有路由器的功能，又针对 I/O 进行专门优化。它部署在存储路由器上，多个存储路由器

21、保存着整个存储系统中的元数据多个副本，并通过一定的更新策略保持一致性。这种结构中，因存储路由器具有强大的协议功能，所以具有更多的优势。能充分利用存储资源，保护投资。能实现软硬件隔离，并辅有大量的自动化工具，提高了虚拟服务器的安全性，降低对技术人员的需求和成本。六、数字馆构建的初步设想利用 web-3D 技术和虚拟建模方法，开发具有三维空间效果的数字实物地质资料馆，实现多用户的网络浏览与交互操作。向用户全面展示数字厅馆的全貌，充分体现地质文化内涵，与地质实物展示主题相结合的布局，达到宣传地学知识和研究成果，以及科普知识的目的。数字实物地质资料馆钻孔岩心展示厅地质标本展示厅岩石薄片展示厅古生物化石

22、展示厅图 1 数字馆包含实物展厅框图9（1）地质实物具有多种类型（岩心、标本、化石、薄片等），在设计时按照实物种类把展区分为 4 个区或分厅，用于展示不同的实物地质资料（图 1）。（2）数字实物地质资料馆的构建属于整箱的建模过程，由人工进行建模完成，建模软件主要有 3DMAX、MAYA、Direct3D 方法（图 2、图 3）。 （3）在每个展厅内设置实物标本的展柜、展台、道路，以及附加设施等进行整体规划，在关键位置设计与地质文化气息相关的装饰、指引牌和内容介绍（图 4、图 5）。图 2 厅体基本布局设计图图 3 厅体设计与建模设计过程图10（4）构建用户为中心的第一人称摄像机，加入键盘控制模块，用键盘控制上下左右移动，鼠标控制摄像机视角旋转。实现场馆内的实时互动游览，行走、移动视角、图 4 走廊道路布局与标本标识牌图 5 标本台、内容简介图