三维地质空间点源数据仓库系统构建及关键技术研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:fever1879
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本文基于地质矿产点源信息系统的设计原理,以及主题式点源数据库设计理论、方法和技术,结合水利水电工程建设以及国家3D GIS研发的实际需要,探讨三维地质空间点源数据仓库系统设计的整体解决方案,以水利水电工程为例,进行了点源数据集市、点源数据仓库、多维数据立方体的设计与开发,点源数据仓库系统ETL组件工具箱的智能化设计,以及基于GEOVIEW3D平台的ADO MD数据访问接口设计的探索,为地矿工作信息化基础信息平台建设、三维地质空间数据挖掘,以及地质勘查工程的决策支持,提供了可靠的技术支撑条件。   点源数据仓库系统具有三层体系结构,包括数据获取层、数据存储层、数据展现层,数据存储层又分为三层数据存储结构,包括点源数据集市、点源数据仓库、空间数据立方体。其中数据存储层是点源数据仓库系统的核心,点源数据仓库是数据存储层中的重中之重,主题式点源数据库是整个点源数据仓库系统的基石。   针对三维地质空间点源数据仓库系统解决方案设计,本文以水利水电工程为例,主要进行了以下几个方面的研究工作。   (1)地质空间维度的研究   地质空间维度实质是从地下空间位置、地质空间属性、空间地质特征观察地质现象的一种角度,钻孔空间维度,就是钻孔起止点位置的空间特性,平洞空间维度就是平洞空间形态特性,这些空间维度既有空间位置特征也有空间属性特征,二者通过维度表形式,真实的反应了地质空间地质实体的本质特征。   (2)地质空间度量的研究   地质空间度量实质是透过空间维度与非空间维度观察某一地质现象的交叉点,具有空间属性特征,通过钻孔空间维度和岩层空间维度观察起孔界面高程、止孔界面高程就是获取某一钻孔中某一岩层的上下界面位置坐标,计算岩段长,通过这三个参数就可描述出该岩段在地质空间中的具体位置。   (3)地质空间数据立方体研究   地质空间数据立方体实质是点源数据仓库数据的二次集成,换句话说是对仓库数据的再重组,关键是仍然需要主题的特征,目的是满足不同客户的定制需求。数据立方体根据内部数据的存储位置,可以分为三种存储模型,即MOLAP、ROLAP、HOLAP,同时还可以实现分布式分区存储。   (4)OLAP分析技术研究   OLAP是联机在线分析处理,是地质空间立方体数据的分析型工具,核心特征是“多维”,以及维度和度量的伸缩性,由此产生了下钻、上卷、旋转等操作,以及切片、切块数据,这些数据即可直接表格透视,也可三维可视化透视,目的是通过数据分析展示三维地质体的真实形态。   (5)ETL工具研究   ETL工具是目标数据的提取、转换、加载过程的方法集,是实现目标数据在点源数据仓库系统中流动的技术保障体系。没有ETL工具,点源数据仓库就是一个空库、废库、无用库,本数据仓库系统也进行了ETL工具的研究,设计实现了多个触发器、存储过程、各种功能函数,还将根据客户需求继续进行二次开发。   通过以上工作的研究成果成功的解决了以下几个问题。   (1)解决了语义的一致性问题   语义一致性是指对同一地质现象的认识统一性,根本还是规范性问题,只要制定了普遍认可的数据集成规范、数据主题组织方案,在加上地质专家的经验,那么点源数据仓库的数据模型、元数据类型,对地质体以及地质现象的属性描述都将统一到同一套标准体系中来,在点源数据仓库设计与数据提取过程中,注重了原子数据项的拆分与合并,通过ETL工具参数来加以规范。   (2)解决了海量数据的存储问题   地学数据具有多源、多类、多量、多维、多主题的特征,地学数据的难以获取性更加提高了数据保存的价值性,保存的目的是更好的利用,分布式服务分区存储机制,正好解决了这个问题,通过分布式服务充分利用了计算机远程服务资源,通过分区存储实现了数据服务器的负载平衡,点源数据仓库系统中,钻孔数据立方体存储效率测试,正好证明了这一点。   (3)克服了信息系统建设出现的“分层”现象   现在的信息系统,出现了用户的分层现象,致使信息系统重复建设,浪费了计算机资源,这实质是需求层次的分离,普通客户只关心钻孔中地层、岩层、地质体的分布状况,高层客户就会关注地质作用产生的异常,如同OLAP分析中出现的空值一样,有可能就是一个矿体尖灭点,或者断层上下盘的距离点。通过点源数据仓库系统的数据集市、数据仓库、数据立方体结构分层,可以提供不同层次客户的数据体,进而满足客户的不同层次需求,所以点源数据仓库数据的分层实质是信息系统的集成。   (4)提供了“一站式”集成服务的共享数据环境   点源数据仓库是主题点源数据的抽取,是数据集市、数据仓库、数据立方体的集成,可以分类分层分级使用,即可以满足不同客户需求,也可满足不同系统需求,是一个以事实表为中心点,以维度表为辐射线的集成数据仓库,对于信息系统和决策支持系统而言,它是一个“一站式”的共享数据环境。   (5)彻底解决了“信息孤岛”问题   解决“信息孤岛”的关键是打通数据连接线路、挖掘数据自身的关系。通过设定主题来组织数据,面向主题来集成数据,利用星形雪花模型来链接数据,使用分布式分区机制来存储数据,充分利用国家数据共享中心平台,国家信息格网来交换数据,在国家各级企事业单位或部门创建数据集市,集成数据仓库,“信息孤岛”问题必将解决。   总之,三维地质空间点源数据仓库系统技术研究,是一个巨大的信息系统建设工程,在水利水电工程勘察项目中应用,也只是一次创新性的尝试。地质工作到目前为止还是一个半定性半定量的工作,水利水电工程勘察数据具有多源、多类、多量、多维、多尺度、多时态、多主题特征,以及获取数据技术手段的多样化特点,在管理和分析上比普通数据复杂的多。但这些数据具有可存储性、可管理性和可共享性,可以充分利用计算机信息技术、国家信息格网技术等,实现水利水电工程勘察过程的数据采集、处理、管理及检索智能化、网络化,更需要引进能够解决不同层次、粒度、级别的数据预处理、数据综合、数据抽取的空间点源数据仓库技术,来提高水利水电工程勘察信息的采集、存储、管理、传输及处理水平,增强其数据分析和决策支持能力。
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