CC BY
99
УДК [551.243:552.11]:519.72
Платэ Алексей Николаевич
кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник, Институт геологии рудных месторождений, минералогии, петрографии и геохимии РАН, 119017, г. Москва, Старомонетный пер., 35 e-mail: plate@igem.ru;
Веселовский Александр Владимирович
доктор технических наук, главный научный сотрудник, Институт геологии рудных месторождений, минералогии, петрографии и геохимии РАН e-mail: valv@igem.ru;
БАЗА ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ (ГИС-ПРОЕКТА)*
Аннотация:
Рассмотрена база геолого-геофизических данных как важная составная часть геоинформационной системы забайкальского сектора Монголо-Охотского подвижного пояса. Разработаны логическая и физическая структуры базы данных, ее ключевые тематические характеристики.
Ключевые слова: база данных, геоинформационная система, технологии ГИС, геолого-геофизические данные, геологические объекты
DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.039
Plate Alexey N.
Leading researcher,
candidate of geographical sciences.
The Institute of ore deposits geology, mineralogy,
petrography and geochemistry, RAS
35, Staromonetny lane,119017, Moscow, Russia
e-mail: plate@igem.ru;
Vesselovsky Alexander V.
chief researcher, Doctor of technical sciences, The Institute of ore deposits geology, mineralogy, petrography and geochemistry, RAS e-mail: valv@igem.ru;
THE BASE OF GEOLOGICAL AND GEOPHYSICAL DATA AS A PART OF GEO-INFORMATIONAL SYSTEM (GIS PROJECT)
Abstract:
The base of geological and geophysical data as an important part of the Trans-Baikal area geo-infor-mational system of the Mongol-Okhotsk mobile belt is considered. Both the logical and physical database structures, their key thematic characteristics are worked out.
Key words: database, geo-informational system, GIS technologies, geological and geophysical data, geological objects
База геолого-геофизических данных в контексте создания геоинформационной системы
Объект исследований - геоинформационная система (ГИС) забайкальского сектора Монголо-Охотского подвижного пояса. В структуру ГИС входят три элемента:
- территориально централизованная и тематически распределенная база геолого-геофизических данных (БД);
- трехмерная модель литосферных блоков с пространственным распределением сейсмогенерирующих структур;
- схема (ГИС-макет) размещения пунктов мониторинга сейсмогеодинамических процессов для оценки влияния природных геодинамических и техногенных процессов на деятельность объектов повышенной техногенной и экологической опасности, расположенных в забайкальском секторе Монголо-Охотского подвижного пояса.
В ГИС вводятся данные о пространственно распределенных объектах, явлениях, событиях. Фактографические данные поддерживаются в ГИС средствами технологий реляционных баз данных и имеют табличную структуру. ГИС-технология в системе комплексного мониторинга территории забайкальского сектора Монголо-Охотского по-
* Работа выполнена в рамках Государственного задания ИГЕМ РАН по базовой теме 80-1 «Развитие интегрированной информационной системы для пространственно-временного моделирования рудных объектов и рудообразующих процессов на основе ГИС-технологий»
движного пояса позволяет решить ряд задач оценки состояния геологической среды. Разрабатываемая система предполагает также сбор и комплексный анализ информации от пунктов наблюдений, данных оценок и прогнозов состояния геологической среды из различных источников. Система призвана обеспечивать подготовку научно-обоснованных управленческих решений. При функционировании системы используются показатели, которые характеризуют геологические объекты.
В систему вводятся сведения о геологических объектах, качестве окружающей природной среды и состоянии здоровья населения, об антропогенных источниках воздействия (их видах, типах и масштабах воздействия), а также программах и мероприятиях, направленных на формирование минерально-сырьевой базы региона, оздоровление и (или) стабилизацию экологической обстановки.
Таким образом, формируется центральная база данных с предметно (тематически) распределенной структурой, непосредственно связанная с базой тематических покрытий регионального и локального масштабов как для Юго-Восточного Забайкалья в целом, так и для наиболее изученных участков территории.
В ходе работ на любой стадии наблюдения или прогноза в ГИС поступает огромное количество информации, которую необходимо в кратчайшие сроки обработать. Современные ГИС-технологии позволяют вносить различную информацию, а затем с помощью математического анализа выбраковывать недостаточно достоверную и маловероятную.
Накапливается огромный багаж геолого-геофизических данных по сейсмоопасно-сти районов территории забайкальского сектора Монголо-Охотского подвижного пояса. Это данные по аэро- и космическим, наземным методам геофизических съемок, геологопоисковым спутниковым данным, разведочным работам.
Для лучшего понимания и эффективного планирования работ моделируется геологическая среда как отдельного участка, района, так и региона в целом. При создании модели геолого-геофизического строения изучаемой территории учитывается вся имеющаяся геолого-геофизическая информация.
Создание базы данных геолого-геофизической информации преследует несколько целей и позволяет решить следующие задачи:
• более эффективное использование полученных данных;
• более достоверный прогноз сейсмических событий за счет корреляции геолого-геофизических данных;
• быстрый и систематизированный поиск геоинформации;
• контроль и организация данных;
• планирование работ по наблюдению за степенью опасности землетрясений;
• сопоставление строения, параметров и напряженности сейсмически опасных участков во времени;
• представление данных как в виде таблицы, так и в виде графического двухмерного или трехмерного изображения.
Ниже описаны логическая и физическая структуры базы геолого-геофизических данных прототипа ГИС исследования сейсмогенерирующих элементов забайкальского сектора Монголо-Охотского подвижного пояса, созданные в ИГЕМ РАН. Целью формирования структуры является обоснование расположения пунктов мониторинга сейсмических событий изучаемого региона с фрагментами информационно-вычислительной среды проектируемой полнофункциональной ГИС.
Организация ведения базы данных
Проявления сейсмической активности на изучаемой территории (в том числе территории расположения предприятий повышенного техногенного риска), природа и возможные последствия которых недостаточно изучены с точки зрения имеющихся данных
о сейсмогенерирующих разломных зонах, наличия методических материалов в комплексном региональном и локальном геологическом, геодинамическом, геофизическом аспектах, обосновывают задачу генерализации данных, в первую очередь геологической информации из различных источников.
Рис. 1 - Концептуальная последовательность создания базы данных
в среде АгсОК 10
Территориально-распределенная база геолого-геофизических данных представляет собой распределенное хранилище информации в форме растровых, векторных данных и табличных данных, трехмерного моделирования (ТГЫ-модели), ведение и систематизация которых регламентируется принципами построения картографических систем и реляционных баз данных. Базовый функциональный состав базы данных организован на системах управления базами данных (СУБД) программного пакета АгсСТБЮ. Концептуальная последовательность создания базы данных представлена на рис. 1.
Логическая структура
В обобщенном представлении можно выделить следующие основные логические составляющие базы геолого-геофизических данных:
• база метаданных - фиксирует различные источники формирования тематического наполнения (преимущественно слоев) и является элементом базы геолого-геофизических данных, представляющих собой данные по сводному каталогу информационного наполнения базы геолого-геофизических данных, фиксирующих источник информации, формат данных, тип, авторов и другие характеристики в зависимости от информационных источников;
• картографическая база данных - включает картографическую информацию (таблицы слоев ГИС-макета схемы пунктов мониторинга) изучения региона;
• блок каталога сейсмических событий - включает данные сейсмических событий и способы преобразования данных для картографического отображения;
• база признаков сейсмических событий - логическая составляющая базы геолого-геофизических данных, отражающая расчетные и (или) экспертные (геологические, геодинамические, геофизические) критерии, влияющие на оценку сейсмической опасности изучаемого региона и обоснование расстановки пунктов мониторинга сейсмической обстановки на всех уровнях.
Обобщенная схема логических составляющих базы геолого-геофизических данных приведена на рис. 2.
Рис. 2 - Концептуальная логическая структура базы геолого-геофизических данных
Схема логической структуры данных, сформированных в ходе работ по построению прототипа ГИС изучения сейсмогеодинамических структур забайкальского сектора Монголо-Охотского подвижного пояса приведена на рис. 3.
| 1.Территориально централизованная и I тематически | распределенная база геолого-геофизических I данных
З.ГИС-макет размещения
пунктов мониторинга сейсмогеодинамических процессов на территории забайкальского сектора Монголо-Охотского подвижного пояса
2.Трехмерная (изометрическая) модель литосферных блоков с
распределением сейсмогенерирующих структур
Рис. 3 - Логическая структура базы данных прототипа ГИС изучения сейсмогеодинамических процессов в забайкальском секторе Монголо-Охотского подвижного пояса
Т е м а т и ч е с к и й с о с т а в включает группы векторных слоев (и атрибутивных данных). Ниже приведена краткая характеристика состава данных по основным тематическим группам, которые входят в базу геолого-геофизических данных.
1) Базовые
- топографическая основа (лист М-50 топоосновы РФ масштаба 1:200 000);
- рельеф территории, в качестве основы использованы данные БЯТМ ОБЕМ у.3;
- водные объекты с топоосновы масштаба 1:1 000 000 (водотоки, водоемы, геоморфологические характеристики речной сети);
2) Геологические
- геологические данные: геологические структуры, геология коренных пород, типы, возраст пород, литология коренных пород, текстуры горных пород (гнейсовид-ность, сланцеватость, слоистость), интрузии, террейны с геологических карт масштаба 1:500 000.
- данные наблюдений предполагают включение результатов исследований геодинамической обстановки разломных зон структурно-геологическими методами, данные полевых исследований.
- карты аномального магнитного поля, карты аномального гравитационного поля и геоморфологическая и тектоническая схемы масштаба 1:1 000 000;
3) Сейсмогенерирующие структуры
- разломы (тектонические контакты), тип (достоверные, предполагаемые), возраст, протяженность, морфолого-генетические типы (сбросы, взбросы, надвиги, сдвиги);
- геодинамика разломов (активный разлом, опасный разлом сейсмогенерирую-щие разломы с прогнозной магнитудой Ммакс=6,0 и более (с бергштрихами - рифтоген-ные разломы с Ммакс=7,0 и более и т. д.). Информация будет сниматься с геологических карт масштаба 1:200 000, уточняться по современным данным;
4) Техногенные объекты
- объекты техногенной (радиационной, химической) опасности (горнорудные и горно-химические комбинаты, радиохимические и металлургические комбинаты, заводы и комбинаты ядерного топливного цикла (ЯТЦ), месторождения урана, тепловые электростанции, объекты по изоляции отработавших ядерных материалов в глубокозалегаю-щих геологических формациях и т. п.);
5) Дистанционные наблюдения
- цифровые космоснимки местности и геообъектов (данные с космических аппаратов Landsat);
6) Сейсмические события
- данные районирования по сейсмической опасности;
- данные исторических и палеоземлетрясений;
- данные пунктов мониторинга региона.
7) Инфраструктура региона - данные используются для организации сети пунктов мониторинга, построения системы взаимодействия, а также могут в последующем рассматриваться специалистами в рамках оценки ущерба от возможных сейсмических событий, мер ликвидации последствий:
- дороги;
- здания и сооружения;
- электрификация;
- коммуникации;
- другие (экспертные) сведения.
8) Другие тематические данные могут включать природные и техногенные объекты инфраструктуры, данные экологического районирования и т. п.
Физическая структура
Общая физическая организация данных прототипа ГИС представляет собой хранилища атрибутивной информации по сейсмогенерирующим структурам забайкальского сектора Монголо-Охотского подвижного пояса. Требования к операционной системе ее обработки диктуются использованием программного пакета ArcGIS10.
Физически база геолого-геофизических данных прототипа ГИС делится на две подбазы: растровые данные и векторные данные.
Растровые слои
1) Топографические карты. Материалы получены из свободного доступа Сети Интернет в виде растровых файлов на исследуемую территорию. Листы карт объединены в единый набор растровых данных.
2) Рельеф. Данные о рельефе представлены растрами GRID, где яркостное значение ячейки (пикселя) соответствует значению относительной высотной отметки. Разрешение растра ~60 м. Для создания выразительной поверхности рельефа в трехмерной модели растровые данные были подвержены процедуре «отмывки рельефа».
3) Региональные геофизические данные. Например, схемы аномалий гравитационного поля построены по данным, полученным на ресурсе Международного гравиметрического бюро (http://bgi.obs-mip.fr/en). Они представлены растрами GRID, где яркост-ное значение ячейки (пикселя) соответствует аномальному значению в мГал.
4) Геологические карты. Материалы по геологии региона получены из различных источников, отсканированы, географически привязаны, спроецированы и объединены по сериям изданий: 1 серия - карты, изданные до 1993 г., 2 серия - карты, изданные после 1993 г.
5) Данные космоснимков Landsat. Спутниковые снимки изучаемого региона получены из открытого ресурса (http://earthexplorer.usgs.gov/). Временной интервал до 2003 г. был предпочтительнее в связи с возникшими в этом году неисправностями на аппарате Landsat. Для территории было отобрано 14 сцен. Все сцены имеют 6 каналов радиометрических данных в видимом диапазоне и 2 тепловых канала, кроме панхроматического с разрешением 15 м: разрешение пространственное - разрешение спектральное - разрешение радиометрическое.
В е к т о р н ы е д а н н ы е
Здесь данные сгруппированы по тематической характеристике. Они представлены группами водных, техногенных и геологических объектов.
1) Водные объекты. Данные по водным объектам включают в себя слои линейных объектов рек и полигональных объектов водоемов. Данные представляют собой совокупность слоев в формате shape, созданных на основе данных проекта OpenStreetMap.
2) Техногенные объекты. Точечный слой содержит данные о местоположении, типе и названии техногенного объекта. Это места складирования горюче-смазочных материалов (ГСМ), угольные разрезы, горно-химические и горнодобывающие предприятия.
3) Геологические объекты. Данные по геологическим объектам включают в себя слои линейных объектов тектонических нарушений, полигональных объектов геологических границ на территории, точечных объектов внемасштабных интрузивных тел, местоположения сейсмособытий. Данные представляют собой совокупность слоев в формате shape, созданных на основе данных из различных источников, в том числе свободно распространяемых данных проекта OpenStreetMap (http://www.openstreetmap.ru).
Соблюдение требований к построению растровых и векторных слоев протестировано в результате исследовательских испытаний.
Главными принципами создания высокоинформативной и качественной базы геолого-геофизических данных являются cинхронизированность, доступность, актуальность, целостность и безопасность:
а) синхронизированность и доступность обеспечиваются за счет совместимости
форматов входных и выходных данных;
б) актуальность: основу базы данных ГИС составляет наиболее поздняя информация из доступных источников:
в) целостность: для обеспечения целостности данных и невозможности объединить информацию с геологических карт первого издания с картами второго (нового) издания было принято решение использовать в качестве основы геологическую карту Читинской области масштаба 1:500 000 (под ред. И.Г. Рутштейна, Чита, 1989 г.);
г) безопасность: защита информации в базе ГИС «Изучение сейсмогенерирующих структур забайкальского сектора Монголо-Охотского подвижного пояса» обеспечивается программно-аппаратными средствами ЛгеСТБЮ.
Таким образом, разработаны логическая и физическая структуры базы данных, определены ключевые тематические характеристики и параметры, сочетание которых в программном пакете ЛгсОК 10 позволяет получить необходимую информацию по лито-сферным блокам и сейсмогенерирующим структурам забайкальского сектора Монголо-Охотского подвижного пояса.
