Question

实物地质资料数字化研究的意义与可行性

Answer 1

实物地质资料是国家投入巨资进行地质勘查和地质科学研究过程中所取得的有关地球科学的最直接的信息载体，是地质工作档案资料的组成部分，具有重要的保存和利用价值。管理和利用好这些宝贵资源，对于促进地质科学研究的进展，提高工作效率，减少地勘投资风险和重复投入，促进地质事业与经济的可持续发展有着重要作用。

从管理层面上，对实物地质资料的管理包括两个方面：一方面是对实物地质资料实体的管理，即对岩（矿）心、各类标本以及相关资料等的管理，属于档案资料管理的范畴；另一方面是对实物所包含的地学信息的管理，即对实物所包含的信息内容的管理，属于信息管理的范畴。

实物地质资料中心作为全国实物地质资料管理机构和国际一流的实物地质资料保管单位，全面收集管理（对实体而言）具有国家级的实物地质资料是单位赖以存在的基础，而更能反映单位实力和发展潜力的是对实物所包含信息的管理。

实物地质资料数字化，是实物地质资料信息管理的重要环节，它包含了对实物信息的采集、识别、传递、储存、处理、可视化等过程。实物地质资料数字化研究，就是对上述各过程中所采取的技术方法和措施以及数字化工作流程的研究。

一、实物地质资料数字化及其研究的必要性

现代科学技术特别是信息技术（IT）迅猛发展，计算机技术、网络技术、图像处理技术、虚拟现实技术、仿真技术的应用逐渐普及，数字化、信息化、网络化已是21世纪我国现代化建设的主题。

作为“数字地球”概念提出的标志，1998年，美国副总统戈尔发表了“数字地球——认识21世纪我们这颗星球”的演讲，提出了实施“数字地球”的目的、意义和建造“数字地球”的六项关键技术，即计算机科学、大规模存储、卫星图像、宽带网络、互操作性和元数据。

所谓“数字地球”，就是在全球范围内建立一个以空间位置为主线，将信息组织起来的复杂系统，即按地理坐标整理并构造一个全球的信息模型，描述地球上每一点的全部信息（既包括地貌和深部组成的自然信息，也包括与该点有关的政治、经济、军事、人文及历史等信息），按地理位置组织、储存起来，并提供有效、方便和直观的检索手段和显示手段，使每一个人都可以快速、准确、充分和完整地了解及利用地球上各方面的信息。

国土资源调查、评价、管理、规划、开发与利用等各个环节，都涉及海量数据资料的采集、管理、处理与决策。利用现代信息技术，来实现国土资源信息的采集、传输、存储、处理和服务的数字化、网络化、可视化和智能化，全面提升国土资源工作的效率，实时地为政府决策和社会应用提供信息服务是充分利用信息资源的迫切需要。为此，新一轮国土资源大调查纲要提出了“数字国土”的概念，要求在2010年之前完成中国陆地和海域国土资源调查资料的信息化和网络化，进入国家“数字地球”信息网络。这是对“数字地球”和“数字中国”战略计划的响应。

“数字地球”从大的方面可以分为三个层次，即全球层、区域层和国家层。现在我国实施的“数字国土”工程，属于国家层。具体来讲，“数字地球”包含各类专业层。测绘数据是基础层，国土资源数据是核心，国土资源数字化是“数字国土”的重要组成部分。

目前，国家测绘局已经建成了1∶100万和1∶25万基础地理数据库；国土资源部信息中心全面进行了地质资料的数字化研究，完成了全国大部分地区基础地质图件和重要地质报告的数字化工作；其他各部门也在建立各类专题数据库。

实物地质资料是指以岩心、标本、岩屑、化石、样品等实物为载体的地质资料，包含地球组成的重要信息，是“数字地球”和“数字国土”必不可少的信息资源。将实物地质资料纳入“数字国土”工程，前提是将实物地质资料进行数字化处理。

实物地质资料所载负的信息包括两种：一种是其自然形态数据，一种是其化学组成数据。自然形态数据又包括用文字或图表表示的描述性数据和用数字化设备采集的数字数据以及由此反映的图像数据。

实物地质资料的数字化，实质上就是利用现代科学技术和手段，将上述两种信息按一定的标准和格式，转化为数字形式，储存于计算机中，并在相应软件支持下，对其检索和利用。

实物地质资料的数字化，有以下几方面的用途。

1.为“数字国土”提供基础数据

实物地质资料是“数字国土”必不可少的信息资源，要了解地球的组成和某地的资源信息以及经济条件，实物信息是最直接的、最基础的。数字化的实物地质资料数据可以直接被“数字国土”系统所利用，成为其重要的信息资源。

2.充分发挥实物地质资料的价值

与其他地质资料不同，实物地质资料具有原始性、惟一性和不可复制的特点。因而，对其实体的直接观察受到很大局限。不同的人和组织不可能同时拥有两块完全一样的实物，对其进行观察、研究和分析，更不可能多人同时占有同一块实物对其研究。而实物地质资料通过数字化处理，利用信息网络，观察者可以在任何地区和任何时间，对其进行观察和分析，结合虚拟现实技术，可以取得身临其境的视觉效果。

3.对实物地质资料起到保护作用

实物地质资料是国家花费巨资获得的宝贵资源，一些样品非常珍贵、稀缺，因而必须对它们加强保护。以往人们对实物地质资料的利用，必须将实物从库房取出，才能对其进行观察、照相、取样等。这势必对实物产生破坏。实物地质资料数字化后，根据研究需要，人们可以通过计算机对实物进行间接观察，即观察已储存在计算机中的实物三维图像，并通过人机交互操作，实现旋转、放大等，对热点部分仔细观察。同时，根据需要，可将实物整体或某一侧面的图像进行下载或打印。

4.便于学术交流

纸质的学术材料，便于携带分发，给学术交流带来了方便。而实物地质资料，比较笨重，不便携带，尤其是整个钻孔或剖面的大量实物，搬运和携带更是困难。在这种情况下，通常是研究者将自己对样品的研究，用文字或图表以及照片形式表达出来，供其他人阅读。由于人们对客观世界的认识存在着不同的感受能力、不同的理解能力和不同的目的性，从同一实物中获取的信息必定各不相同，即实得信息量因人而异。所以有时不得不采取开现场会的形式，进行现场观察。这些给学术交流带来了很大不便。实物数字化，采用现代科学技术，可以从不同角度，全面准确地采集实物的信息，并可方便地储存在大容量光盘中，在软件和设备支撑下，可以再现实物地质资料的固有特征。通过人机交互操作，可以按个人习惯对实物进行观察研究，根据自己的需要和能力，完成对实物的认识。

5.实现远程观察和远程专家会诊

数字化的实物，在网上发布，将给研究者带来很大方便。例如，我国大陆科学钻探取得的岩心，如果采用数字化处理，在大陆科学钻探网上发布，就可供全国乃至全世界的科学家对其观察和研究，实现信息共享，而不必非到东海钻探基地不可。对于某些急需研究确认的样品，可邀请多位专家，在网上观察、研究，结合分析数据，做出判断，发表各自的见解，实现远程专家会诊。

二、实物地质资料数字化研究的可行性

实物地质资料数字化的研究有以下几个有利条件。

1.三维数字化设备已研制成功

随着各行业对于三维彩色信息数字化的需求日益迫切，三维扫描、摄像等技术应运而生。他们能快速地将真实世界的立体彩色信息转换为计算机可以直接处理的数字信号，为实物数字化提供了一种手段。

20世纪80年代，Cyberware公司研制出了可用于人头部扫描的三维扫描仪；我国华中理工大学经过两年的努力，研制成功了我国第一台三维激光彩色扫描系统。

2.三维数字化装置已经广泛应用

作为一种新技术，三维数字化装置已经广泛应用于影视特技制作、虚拟现实、文物保护、产品设计、广告宣传等诸多领域，并取得了很好的效果。如在文物保护方面，使用三维数字化装置，对文物进行数字化处理，已经得到了形象逼真的三维彩色图像。

3.虚拟现实技术（VR）和虚拟现实模型语言（VRML）得到广泛应用

虚拟现实技术是计算机模拟的三维环境，用户走进这个环境（用鼠标控制您的浏览方向）并操纵场景中的对象，实现虚拟场景中人机实时的“可交互性”。虚拟现实技术开辟了人类交流的新领域。

虚拟现实模型语言，是为了解决虚拟现实与WWW的接口问题而创建的，是为了在INTERNET上实现三维图形可视化，它是用于INTERNET上描述三维交互式虚拟场景的独立于平台的开放式语言。

在工业设计中，设计者可以形象逼真地对设计对象进行三维观察，并通过人机交互，对设计进行修改完善。

在医学领域，利用VRML实现三维结构信息可视化，查看人体三维解剖图像，研究细胞三维结构。

在石油勘探领域，美国TEXACO公司，利用SGI超级图形系统，建造了一个三维可视化中心。石油天然气科学家能利用逼真的三维环境，实现与地层数据的交互、分析和模拟石油开采过程。

4.实物地质资料中心技术人员信息技术水平普遍提高

在国家和地调局的支持下，依托《地质调查资料成果与信息社会化服务系统建设》项目，实物地质资料中心计算机及信息技术设备不断更新，中心领导和技术人员通过自学、培训等各种途径，计算机应用水平和软件开发能力得到很大提高，适应了实物地质资料管理工作和地质科研对信息技术的要求。尤其是部分技术人员多年来一直从事计算机网络和数据库建设工作，已具备软件开发的经验，具有独立进行科学实验的经历和丰富的专业知识以及良好的科学研究素质。

三、实物地质资料数字化研究的前景

1.实物地质资料数字化研究的基本任务

（1）开展实物地质资料数字化的技术和设备调研，了解国内外技术现状，综合分析各类设备和软件的优缺点，引进一套适合实物地质资料中心实物数字化的先进设备；

（2）研究出一套实物地质资料数字化的技术方法；

（3）开发出一套实物数字化和可视化系统；

（4）形成实物地质资料数字化生产能力。

2.实物地质资料数字化研究的目标

实物地质资料数字化研究的总体目标是，通过三年左右的广泛调研、认真实验、深入研究工作，确定实物地质资料中心实物数字化的方法，建立实物地质资料可视化系统，提高实物地质资料的管理和服务水平，为将实物地质资料中心建成国际一流的实物地质资料管理和服务单位奠定基础。

3.应用前景

数字化研究将为实物地质资料数字化大规模开展提供先进的数字化设备和数字化技术，为库藏实物数字化奠定基础。实现实物数字化后，作为实物的重要信息，在建成的国土资源部实物地质资料中心网站上发布，利用网络系统，客户可直接在资料目录、文件目录、实体信息等各层次的信息中查询和浏览。