文 蝶，黃 浩，史宇坤*，楊孫容，楊 嬌，王 媛，侯旭東，樊雋軒,3

1. 南京大學 地球科學與工程學院，南京 210023；2. 中國地質(zhì)科學院 地質(zhì)研究所，北京 100037；3. 內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室 南京大學，南京 210023

進入21世紀，隨著越來越多的大型科學裝置的建設和重大科學實驗的開展，科學研究進入到一個前所未有的大數(shù)據(jù)時代（黎建輝等，2017）?？茖W大數(shù)據(jù)驅(qū)動科學研究，開始進入數(shù)據(jù)密集型科學發(fā)現(xiàn)范式的全新階段（郭華東等，2014）。在地球科學領域，研究人員掌握了來自軌道衛(wèi)星、氣象監(jiān)測儀器、生態(tài)觀測站、地震觀測站等持續(xù)監(jiān)測獲得的海量數(shù)據(jù)（Sellars et al., 2013），也積累了大量從各類科學實驗、調(diào)查研究中獲取的數(shù)據(jù)。對于這些數(shù)據(jù)，使用傳統(tǒng)的地學資料管理方式，已經(jīng)越來越難以滿足研究人員甚至公眾對地學資料的高質(zhì)量、高精度，以及獲取的高效率等多元化需求（趙偉等，2013）。同時，傳統(tǒng)模式也大大制約了數(shù)據(jù)的傳遞和共享，成為數(shù)據(jù)高效使用的屏障。建立更加合理高效的地學數(shù)據(jù)管理模式和共享方式，是在地球科學領域建立數(shù)據(jù)密集型科學發(fā)現(xiàn)范式的迫切需求?；谫Y料數(shù)字化基礎之上的數(shù)據(jù)庫管理和基于互聯(lián)網(wǎng)的信息共享，是已被普遍采用的數(shù)據(jù)管理和共享方式，如何加深、拓展這一模式，使之可以滿足海量數(shù)據(jù)管理、展示和傳輸?shù)囊螅堑厍蚩茖W工作者需要深入思考的問題。英國地質(zhì)調(diào)查局在這一領域走在了世界最前列。20世紀九十年代以來，該局成功將其近200年來積累的海量地學數(shù)據(jù)進行了全方位的數(shù)字化，包括地質(zhì)文本、圖件、實體標本、實驗測試和地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)等，建立了相對完整的數(shù)據(jù)管理和共享機制。因此本文將其作為實踐地學大數(shù)據(jù)管理與共享的典范，綜合介紹該局的數(shù)據(jù)資源情況、數(shù)據(jù)管理模式和數(shù)據(jù)共享方式，以期為我國地學大數(shù)據(jù)的未來發(fā)展提供可借鑒的經(jīng)驗。

1 英國地質(zhì)調(diào)查局的轉(zhuǎn)型

英國地質(zhì)調(diào)查局（British Geological Survey, 簡稱BGS）是由英國政府于1835年出資建造，為全球首個國家地質(zhì)調(diào)查局，目前是隸屬于英國自然環(huán)境研究理事會（Natural Environment Research Council，簡稱NERC）的一個公益機構(gòu)。地質(zhì)調(diào)查局總部設在諾丁漢附近的基沃思，并在愛丁堡、瓦林福德、倫敦和卡迪夫設有地區(qū)辦事處。英國地質(zhì)調(diào)查局一直以來的工作重點緊密圍繞國家的戰(zhàn)略需求。它目前的戰(zhàn)略計劃包括三大部分：核心戰(zhàn)略科學計劃、合作伙伴計劃和委托計劃（王立偉等，2019）。其中核心戰(zhàn)略計劃處于首要地位，主要內(nèi)容是實施基礎性、公益性的地質(zhì)調(diào)查任務，獲取具有重要戰(zhàn)略意義地區(qū)的環(huán)境數(shù)據(jù)，進行分析，提供適當?shù)墓蚕恚ㄌ平饦s等，2016）。

該局前身是伴隨著工業(yè)革命的進程而成立的英國地形地質(zhì)調(diào)查局（Geological Ordnance Survey）。建設初期，其任務是進行系統(tǒng)的地質(zhì)填圖，尋找足夠的礦產(chǎn)資源來支撐當時工農(nóng)業(yè)的發(fā)展。之后，地形地質(zhì)調(diào)查局經(jīng)歷了一系列的改革、調(diào)整與創(chuàng)新，在1984年更名為英國地質(zhì)調(diào)查局，工作重點從地質(zhì)填圖逐漸轉(zhuǎn)向綜合的地球科學信息資源管理和共享，具體內(nèi)容包括：提供高分辨率的地質(zhì)圖；解釋和運用地質(zhì)數(shù)據(jù)，協(xié)助政府制定相關政策；幫助公眾了解如何合理使用自然資源，應對環(huán)境的變化并減少對環(huán)境的破壞等。他們的科學研究方法，也從單一的地質(zhì)調(diào)查轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合各種新技術和手段，通過跨學科的調(diào)查、監(jiān)測和研究來增進對固體地球系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和演化過程的理解。如今英國地調(diào)局的主要任務是對英國的大陸及大陸架區(qū)域進行系統(tǒng)測量、檢驗和研究，拓展英國的地學知識儲備，為英國政府提供地球科學方面的相關信息，并在地學相關產(chǎn)業(yè)和學術問題方面為英國政府、工業(yè)界、學術界和公眾提供客觀的建議。

進入大數(shù)據(jù)時代，英國地調(diào)局迅速將多年積累的豐富地學數(shù)據(jù)與先進的大數(shù)據(jù)理念和信息化技術緊密結(jié)合，快速實現(xiàn)了轉(zhuǎn)型。通過近年來系統(tǒng)、高效的數(shù)字化工作，該局地學數(shù)據(jù)已經(jīng)大部分實現(xiàn)了數(shù)字化，并且向全球用戶免費開放共享。地調(diào)局基本實現(xiàn)了從傳統(tǒng)地形地質(zhì)填圖機構(gòu)向更加關注數(shù)據(jù)管理和應用的應用型現(xiàn)代化地學機構(gòu)的轉(zhuǎn)型（張明超等，2017），成為了英國地球科學數(shù)據(jù)、信息和知識的權威提供者。

2 英國地質(zhì)調(diào)查局的在線免費數(shù)據(jù)資源

英國地調(diào)局可以稱作是“英國地球科學數(shù)據(jù)的管理員”，保管著各種重要的、在許多情況下不可替代的實物資產(chǎn)和電子數(shù)據(jù)資源。針對這些資源，他們總體采取了“分散保管、集中服務”的地質(zhì)資料管理方式（許百泉等，2013），即實物資產(chǎn)分散存儲，電子數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一集成。其中，實物資產(chǎn)包括有各種原始的紙質(zhì)檔案記錄、巖芯、巖石和化石樣品等，分散存儲在7個地點的41個倉庫中，合計占據(jù)了超過13000 m2的建筑面積和82000 m3的存儲空間，總重量超過5000 t。雖然在2010年，英國地調(diào)局將愛丁堡吉爾默頓的海洋巖芯轉(zhuǎn)移到了基沃思的英國地質(zhì)資源庫（National Geological Repository, 簡稱NGR），但許多采集資料仍然高度分散。

該局絕大多數(shù)的電子數(shù)據(jù)資源，則由英國地調(diào)局經(jīng)營的英國地球科學數(shù)據(jù)中心（National Geoscience Data Centre, 簡稱NGDC）進行收集和保存，統(tǒng)一集成在地調(diào)局的門戶網(wǎng)站中。迄今為止，英國地調(diào)局內(nèi)的數(shù)據(jù)集已經(jīng)超過400個，涵蓋了地球科學的各個方面，包括環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，各類地質(zhì)學數(shù)據(jù)、檔案和照片等。這些數(shù)據(jù)集中的絕大部分可以在“開放地學”（OpenGeoscience, https://www.bgs.ac.uk/opengeoscience/home.html.）中免費檢索、瀏覽和下載?！伴_放地學”是英國地調(diào)局免費的數(shù)據(jù)共享與信息服務網(wǎng)站，開放于2009年12月，由九大模塊構(gòu)成：網(wǎng)絡地圖查看器（View maps）、移動端應用（Apps）、地圖數(shù)據(jù)下載（Map data downloads）、地質(zhì)體影像（Photos and images）、出版物（Publications）、巖芯和地圖掃描影像（Scanned records）、數(shù)據(jù)集（Data collections）、網(wǎng)絡服務（Web services）、相關專業(yè)軟件（Software）。其中，上文提到的實體樣品的電子數(shù)據(jù)資源，包括照片、出版物、相關數(shù)據(jù)，分別保存在地質(zhì)體影像、出版物、掃描影像和數(shù)據(jù)集幾個模塊中。此外，英國地調(diào)局還廣泛與國內(nèi)外地學機構(gòu)合作，為其他機構(gòu)建設和管理電子數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)托管于英國地調(diào)局的網(wǎng)站，也是英國地調(diào)局的重要數(shù)據(jù)資源之一。本部分將重點介紹“開放地學”中的自主在線數(shù)據(jù)庫、和合作機構(gòu)共建的數(shù)據(jù)庫、地圖數(shù)據(jù)資源、地質(zhì)影像照片庫GeoScenic以及實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2.1 “開放地學”的在線數(shù)據(jù)庫

英國地調(diào)局的古生物、巖石礦物、地球化學標本的采集歷史悠久，僅在英國全境，即已收集了超過一千萬份的標本。英國地調(diào)局結(jié)合專業(yè)知識和數(shù)據(jù)，圍繞地質(zhì)、地球物理、地球化學、水文地質(zhì)學、古生物學、巖石學、礦物學等方面建立了多個數(shù)據(jù)庫（Lumsden and Haworth, 1986）。由于篇幅限制，本節(jié)將介紹巖石、鉆孔、古生物三個完善的基礎類型數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫可在“開放地學”的數(shù)據(jù)集模塊里查看。

2.1.1 巖石數(shù)據(jù)庫BGS Rock collections

現(xiàn)今的巖石實物資料庫里，巖石樣品以及相關的紙質(zhì)記錄超過了一百萬份，分別保存在基沃思總部和愛丁堡分部。英國地調(diào)局中的巖石數(shù)據(jù)庫BGS Rock collections（mineralogy and petrology collection database），用于對巖石樣品的基本信息、礦物學和巖石學信息等的存儲和管理，如編號、捐贈人、巖石名稱、采集層位和產(chǎn)地，以及標本和薄片圖像信息等等。

此數(shù)據(jù)庫所包含的條目現(xiàn)已超過20萬條，可通過關鍵詞（如編號、巖石或所含礦物名稱、采集點等）檢索，或在1:5萬的地質(zhì)圖上通過位置檢索，還可以利用GeoIndex進行檢索。GeoIndex是英國地調(diào)局開發(fā)的基于地圖的數(shù)據(jù)檢索工具，后文將詳細介紹。其中通過關鍵詞檢索的方式最為常見，例如，在數(shù)據(jù)庫中檢索編號S1234，可得到其樣品相關信息如圖1，樣品捐贈人是A. Macconachie，樣品名稱為石英角閃石黑云母玢巖（Quartz hornblende biotite porphyrite），實物資料中除了玢巖之外還附著有黑云母閃長巖（Biotite diorite）的樣品碎片，采集地點位于Dalbeattie以西兩英里的Barskeogh山，在1:5萬的Kirkcudbrihgt圖幅中可以查看產(chǎn)地的地質(zhì)情況。較為特別的是，數(shù)據(jù)庫中提供巖石薄片從平面偏光至正交偏光轉(zhuǎn)換過程中的系列高清照片，模擬顯微鏡下真實觀察薄片的情景，幫助準確判斷薄片中的礦物種類、含量等信息。

圖1 巖石數(shù)據(jù)庫樣品檢索結(jié)果樣例Fig. 1 A sample search from the Rock collections

2.1.2 陸地和海洋巖芯數(shù)據(jù)庫

鉆孔數(shù)據(jù)是地質(zhì)技術人員在野外鉆探現(xiàn)場記錄并整理的第一手技術資料，通常包含鉆孔名稱、編號、位置、類型、礦區(qū)名稱、孔口高程、終孔深度和終孔日期等基礎信息。英國地質(zhì)調(diào)查局內(nèi)的鉆孔數(shù)據(jù)主要分為陸地（Onshore）和海洋（Offshore）兩部分，數(shù)據(jù)庫也相應分為兩個。

陸地鉆孔資料的實物主要是巖芯和巖屑，巖芯有不連續(xù)巖芯、連續(xù)巖芯和代表性巖芯樣品，巖屑有水洗干燥巖屑和未水洗巖屑，大部分保存在基沃思。陸地鉆孔數(shù)據(jù)庫（British onshore borehole collection database）中共有超過15000條記錄，主要提供鉆孔名稱、鉆孔類型和終孔深度三類鉆孔的基礎信息，可提供鉆孔名進行簡單檢索或者使用GeoIndex檢索。

海洋鉆孔指的是通過英國大陸架（United Kingdom Continental Shelf，簡 稱UKCS）油 氣井采集的鉆孔資料，這部分數(shù)據(jù)由英國能源與氣候變化部（Department of Energy and Climate Change, 簡稱DECC）提供。實物有超過300公里的鉆芯和450萬份巖屑，目前保存在基沃思。海洋鉆孔數(shù)據(jù)庫（UKCS offshore hydrocarbon well collection）數(shù)據(jù)包括鉆孔名稱、鉆孔編號、鉆孔位置、鉆芯照片、鉆孔類型和終孔深度等，現(xiàn)擁有8000多口海洋油氣井記錄，13萬張高分辨率巖芯照片。巖芯照片分辨率為7216×5412像素，是長1 m寬0.6 m的巖芯托盤全尺寸進行200 dpi像素分辨率拍攝形成。數(shù)據(jù)庫提供井名、鉆井公司等關鍵詞檢索方式，也支持GeoIndex方式檢索。如檢索井名110/02-6，可得知該鉆井工程由Spirit energy公司執(zhí)行，獲得鉆孔位置坐標、鉆孔深度、存放地點以及所有的巖芯信息。其中1號巖芯，深度從959.51 m（3148英尺）到942.41 m（3088英尺），分置在11個托盤里，并保存有每個巖芯托盤的高清照片。

2.1.3 古生物標本數(shù)據(jù)庫PalaeoSaurus online collections database

英國地調(diào)局收藏的古生物標本超過500萬件，包括大量珍貴的模式標本，目前已經(jīng)有超過15萬件的信息被收入了古生物標本數(shù)據(jù)庫PalaeoSaurus。該數(shù)據(jù)庫中包含英國寒武紀至早白堊世絕大多數(shù)的重要標本數(shù)據(jù)，包括標本入庫編號、模式標本信息、鑒定名稱、產(chǎn)地、所在的地圖幅編號、地層和地質(zhì)時代信息等。該數(shù)據(jù)庫支持輸入化石名稱、產(chǎn)地等相關信息進行簡單檢索。

網(wǎng)站上還特別提供了對標本數(shù)據(jù)的用戶建議功能。網(wǎng)站注明，由于庫中所保存的標本信息來自一百多年前，且來源多樣，鑒定標準陳舊，因此數(shù)據(jù)可能存在與現(xiàn)有標準不一致的地方。用戶對有關內(nèi)容有任何建議和意見，都可以直接點擊鏈接，反饋信息。這一功能的設計，可有力保障對于化石屬種分類、地質(zhì)時代等信息的動態(tài)更新。

2.2 英國地調(diào)局合作的化石模式標本數(shù)據(jù)庫

英國地調(diào)局還通過與其他大學、研究所、地質(zhì)調(diào)查和工業(yè)機構(gòu)合作，共同管理數(shù)據(jù)，來強化科學研究。GB3D化石模式標本數(shù)據(jù)庫（GB3D Type Fossils,http://www.3d-fossils.ac.uk/）就是其中的合作典范。

該數(shù)據(jù)庫是由聯(lián)合信息系統(tǒng)委員會（Joint Information Systems Committee, 簡稱JISC）資助建立的英國館藏式化石標本數(shù)據(jù)庫，由英國地調(diào)局進行管理，其中涵蓋了英國館藏的以及在英國發(fā)現(xiàn)的化石模式標本數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫中的化石數(shù)據(jù)來自分散保存在22個合作博物館和機構(gòu)中的化石標本，其中貢獻最多的博物館和機構(gòu)有塞奇威克地球科學博物館、牛津大學自然歷史博物館、威爾士國家博物館、地質(zhì)館員協(xié)會（The Geological Curator’s Group）和英國地調(diào)局。截止2014年9月22日，該數(shù)據(jù)庫中共存儲了精選的16400個化石標本的28000多張圖片和1800多個3D掃描圖像，包含的化石門類有頭足類、雙殼類、腕足類、節(jié)肢類、刺胞動物、棘皮類、有孔蟲、介形蟲、植物等。 “模式標本”是用來定義化石物種的一個或一組實物化石標本，保存有此物種的典型形態(tài)特征，通常在物種命名時指定。根據(jù)命名時的具體情況，模式標本有不同的類型，這在GB3D中也有詳細的注明。例如正模（Holotype）是指在命名化石時被明確指定的唯一標本；副模（Paratype）是除正模之外對形態(tài)特征可以進行補充的其他標本；新模（Neotype）是原正?；瘉G失后新添加的同種標本等等。對無法確定或者未加定義類型的模式標本，GB3D中以不確定型（Undifferentiated Type）、未定義（Not available）注明。

在面向用戶方面，GB3D數(shù)據(jù)庫提供的數(shù)據(jù)信息包括化石的3D數(shù)字模型、高分辨率照片、立體照片和化石元數(shù)據(jù)（位置、年代、分類標識、注冊號等）。在數(shù)據(jù)庫中，用戶可以通過化石所在的地質(zhì)年代、巖石單元、分類系統(tǒng)和化石發(fā)現(xiàn)國家、位置、研究機構(gòu)和注冊號等關鍵詞進行搜索。用戶也可以根據(jù)是否包括化石的圖像數(shù)據(jù)（2D、3D或立體照片等）進行篩選，并且可以選擇清單、表格或可導出的文字三種不同形式來呈現(xiàn)搜索結(jié)果，同時支持圖片、3D模型的在線展示及下載功能（包括2000分辨率的JPEG格式圖片和obj、ply格式的3D模型）。例如，搜索編號13488（圖2）的化石，得到的結(jié)果顯示化石名稱為Procerites twinhoensisArkell，屬于動物界，軟體動物門，頭足綱，菊石目。該化石是副模標本，實物由T.R.Fry在1923年采自英國威洛巴斯的Twinhoe綠色采石場，現(xiàn)保存在布里斯托大學地質(zhì)收藏庫中。標本產(chǎn)自距今166.1～168.3 Ma的侏羅紀巴通階含鐵鮞粒灰?guī)r中（Bathonian: Twinhoe Ironshot Oolite）。

2.3 數(shù)字地圖數(shù)據(jù)資源

英國地質(zhì)調(diào)查局的制圖能力全球領先，在超過一個半世紀里發(fā)布了種類繁多的地圖，并建立了不同的數(shù)據(jù)庫，來增強其地圖有關的知識管理和交流（Howard et al., 2009）。這些地圖以不同的采集形式分類，收入兩個獨立的數(shù)據(jù)庫中，即紙質(zhì)掃描地圖數(shù)據(jù)庫（BGS maps portal）及可下載的地圖數(shù)據(jù)庫（Map data downloads），前者存儲2014年之前發(fā)表的紙質(zhì)掃描地圖，后者存儲數(shù)字地圖。這兩者的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)和數(shù)據(jù)訪問方式均存在差異，將分別予以介紹。如果用戶需要絕版紙質(zhì)地圖，還可以到網(wǎng)站的在線商店購買打印件。

圖2 GB3D中編號13488的化石Procerites twinhoensis展示頁面Fig. 2 The display results of specimen catalogued as 13488, Procerites twinhoensis in GB3D

2.3.1 紙質(zhì)掃描地圖BGS maps portal

BGS地圖站點（BGS maps portal）的紙質(zhì)掃描地圖保存在“開放地學”的巖芯和地圖掃描影像模塊中。站點存儲了英國地調(diào)局從1832年至2014年出版的超過6000份地圖和剖面圖的高分辨率掃描件，包括英格蘭、威爾士以及蘇格蘭的全部中小比例尺（1:63360/1：50000）重要地圖。所有的圖件可以按照地區(qū)或者學科主題瀏覽，學科主題分類包括地質(zhì)圖、地質(zhì)剖面圖、地球物理地圖、地球化學地圖、水文地質(zhì)圖和其他主題小比例尺地圖。在最為常用的地質(zhì)圖類中，有英國以及周圍大陸架地區(qū)1:25萬的地質(zhì)圖、英國地質(zhì)經(jīng)典區(qū)域的1:2.5萬地質(zhì)圖、英格蘭和威爾士的1:63360地質(zhì)圖、1:5萬地質(zhì)圖、以及各區(qū)域的1:253440地質(zhì)圖等等。這些圖件可直接下載或購買打印版，進行普通的瀏覽和使用。

2.3.2 數(shù)字地圖數(shù)據(jù)Map data downloads

與紙質(zhì)地圖相比，數(shù)字地圖功能強大，用戶可下載數(shù)字地圖數(shù)據(jù)至自己的系統(tǒng)中編輯使用?！伴_放地學”中的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)集按照主題分為地質(zhì)學、地質(zhì)災害、地下水、能源、地球化學和地球物理六個板塊，數(shù)據(jù)可以按照ESRI Shapefile、MapInfo和KML等常用的GIS格式被用戶下載，亦可根據(jù)用戶需求提供其他格式。

地質(zhì)學部分有五個可下載數(shù)據(jù)集，分別是英國地質(zhì)圖數(shù)據(jù)集、鉆孔數(shù)據(jù)集、土壤母質(zhì)模型（Soil parent material model）數(shù)據(jù)集、英國國家基巖柵狀圖（National bedrock fence diagram）數(shù)據(jù)集和英國地表沉積物厚度模型（Superficial deposits thickness model）數(shù)據(jù)集。其中非常特別的是地質(zhì)圖數(shù)據(jù)集和基巖柵狀圖數(shù)據(jù)集。英國地質(zhì)圖數(shù)據(jù)集存儲了英國數(shù)字地質(zhì)圖項目（DiGMapGB）完成的英格蘭、威爾士和蘇格蘭地區(qū)的1:62.5萬、1:25萬、1:5萬和1:1萬比例地質(zhì)圖的數(shù)據(jù)集，包含基巖、巖脈、地表沉積物等的性質(zhì)，以及構(gòu)造斷層等常用信息。其中1:62.5萬的可免費使用，1:5萬對商業(yè)使用收費，其他比例尺的均為有償使用。柵狀圖是認識地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的一種重要手段，可用于建立三維地質(zhì)模型（曾閩山等，2006）。英國國家基巖柵狀圖是在全英國范圍內(nèi)建立的三維柵格狀地質(zhì)截面網(wǎng)絡，可以構(gòu)建起三維的地質(zhì)圖（3D geology for the United Kingdom，UK3D）。這個柵狀圖分布有超過20000 km的剖面線，覆蓋了整個英國的陸地，并向海洋區(qū)域延伸出20 km，剖面向下延伸最深處為地面以下6 km。剖面線的數(shù)據(jù)由一系列的鉆孔數(shù)據(jù)以及其他單剖面數(shù)據(jù)組成，通過地質(zhì)建模軟件GSI3D構(gòu)建出柵格狀地質(zhì)截面，形成柵狀圖。其中的鉆孔數(shù)據(jù)、單剖面數(shù)據(jù)以及構(gòu)建完成的柵狀地質(zhì)截面數(shù)據(jù)均可免費下載，并且單剖面數(shù)據(jù)格式還與谷歌地球匹配，便于用戶使用。通過柵狀圖構(gòu)建的英國區(qū)域地質(zhì)三維模型以pdf文檔的形式供用戶下載，文檔中的三維模型可以多角度、多比例自由查看，高程比例可以調(diào)節(jié)，并且所有的地層單元、地形、地表沉積物、鉆孔位置等都可以自由選擇顯示（圖3）。

地質(zhì)災害圖數(shù)據(jù)集有四個部分，分別是5 km六角網(wǎng)格形式的描述六種自然災害可能性的GeoSure、1 km六角網(wǎng)格形式的采礦災害數(shù)據(jù)集、放射性元素氡的分布圖集以及全球的地震數(shù)據(jù)集。

數(shù)字地圖數(shù)據(jù)部分的其余四個板塊包括1：62.5萬的水文地質(zhì)學的數(shù)據(jù)集、英國陸上煤炭資源的潛力能源數(shù)據(jù)集、不列顛群島自然地球化學基線以及重力和磁力數(shù)據(jù)集。

圖3 倫敦及泰晤士地區(qū)三維地質(zhì)圖Fig. 33D geological map for London and Thames Valley

2.4 地質(zhì)影像照片庫GeoScenic

GeoScenic是英國地調(diào)局建設的一個存儲和共享地球科學高質(zhì)量照片的數(shù)據(jù)庫，目前包含了6萬余張照片，均來自于英國地質(zhì)照片國家檔案館（National Archive of Geological Photographs），可免費用于非商業(yè)用途。該數(shù)據(jù)庫中的照片均支持原尺寸觀看，并可免費下載。這些照片均以地球科學某學科為主題，地球科學研究對象為主體呈現(xiàn)，涵蓋的主題包括巖石學、古生物學、地層學、經(jīng)濟地質(zhì)學、地質(zhì)災害、地表景觀等等。GeoScenic保存了照片相關信息，如照片類型、拍攝地點、拍攝時間、像素分辨率以及照片內(nèi)容的文字描述等（圖4）。GeoScenic支持使用主題詞檢索照片，并且照片同時在GeoIndex中，可通過其在地圖上的位置直接找到。

圖4 GeoScenic數(shù)據(jù)庫中編號為P006749的展示不整合接觸關系的野外露頭照片F(xiàn)ig. 4 The outcrop photo catalogued P006749 in GeoScenic database displaying the unconformity contact

2.5 實時監(jiān)測數(shù)據(jù)Sensor data

通過氣象站等高精度的監(jiān)測傳感器，并配合自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（automated data acquisition system，簡稱ADAS）進行自動化遙測，可以實時、高效地采集高精度信息，獲取實時監(jiān)測數(shù)據(jù)（韓子夜和薛星橋，2005）。英國地調(diào)局在“開放地學”的數(shù)據(jù)集模塊建設了實時監(jiān)測（Instrumenting the Earth）功能，收集來自英國各地以及其他國家的傳感器數(shù)據(jù)，以獲取諸如地下水溫度和水位、大氣壓力和地熱等信息。

英國地調(diào)局目前接收的數(shù)據(jù)主要來自他們的地能觀測項目、滑坡監(jiān)測項目、環(huán)境基線監(jiān)測項目等等。其中支持在線實時訪問數(shù)據(jù)的監(jiān)測點有四個，即瓦林福德河監(jiān)測點，蘭開夏郡環(huán)境基線監(jiān)測點，卡迪夫地源熱泵（Ground Source Heat Pump，簡稱GSHP）監(jiān)測點和約克郡環(huán)境基線監(jiān)測點。這些監(jiān)測點獲得的數(shù)據(jù)被實時傳輸?shù)降卣{(diào)局的中央數(shù)據(jù)存儲器中，在其中進行清洗和標準化后發(fā)布給用戶查看和使用。英國地調(diào)局對于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取和管理還在不斷地測試中，網(wǎng)站表明后續(xù)也將開放更多的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3 英國地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)共享方式

英國地調(diào)局的數(shù)據(jù)共享已有15年之久，近年來，該局致力于實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)集的融合和共享?！伴_放地學”通過各種在線查看器、應用程序、軟件和網(wǎng)絡服務，將各種數(shù)據(jù)集有機鏈接在一起，使得數(shù)據(jù)獲取和使用快捷、方便。這些共享服務包括有地圖查看器View maps；移動應用英國地質(zhì)iGeology、農(nóng)業(yè)土壤MySoil和火山災害MyVolcano；虛擬鉆孔和剖面創(chuàng)建軟件Groundhog和地質(zhì)制圖集成包BGS·SIGMA等。

3.1 在線地圖查看器View maps

此模塊中包含了可以查看最近十余年制作的各類數(shù)字化地圖，主要有四類：面向大眾的英國地質(zhì)圖（Geology of Britain）、適用于專業(yè)人員的地質(zhì)索引圖（GeoIndex，分為陸地和海洋兩個獨立的入口）、地下水位變化圖（Groundwater levels timeline）、英國土壤信息站（UK soil observatory，UKSO）。

3.1.1 英國地質(zhì)圖查看器Geology of Britain viewer

查看器中提供二維和三維兩個版本的英國地質(zhì)圖，二維版本中可在線查看1:5萬至1:62.5萬的數(shù)字地質(zhì)圖，有地表地質(zhì)、3D模型、鉆孔和地震年表四個不同的數(shù)據(jù)模式。其中，地表地質(zhì)數(shù)據(jù)展示的是地面以上地質(zhì)體的基本屬性，可以查看2.6 Ma以來的地表沉積物（Superficial）和基巖（Bedrock）的情況，也就是我們通常意義的地質(zhì)圖。網(wǎng)站使用地形圖和地質(zhì)圖的疊加顯示方式，可以調(diào)整地質(zhì)圖圖層的透明度，實現(xiàn)地質(zhì)體圖層和地形圖層之間的不同疊加效果，對室內(nèi)外工作提供了極大的便利。

3D模型模式提供英格堡、伊普斯威奇、懷特島、瑟羅克、約克、海德公園和溫莎七個地點部分或全部區(qū)域的3D地質(zhì)模型，可在這些區(qū)域內(nèi)的任意地點形成虛擬鉆孔圖（virtual borehole）、水平切面地質(zhì)圖（horizontal section）以及任意兩點之間的地質(zhì)剖面圖（cross section）。以約克地區(qū)為例，網(wǎng)站提供的3D地質(zhì)模型覆蓋了約克以北和東部的50 km2的區(qū)域，是英國地調(diào)局于2005年根據(jù)針對Selby和York地區(qū)進行的1:1000綜合調(diào)查和模型構(gòu)建計劃而建立的。模型綜合了區(qū)域內(nèi)可用的鉆孔數(shù)據(jù)，可提供直至地下約50 m深度的地質(zhì)信息。在該區(qū)域內(nèi)點擊任意點都可以形成以該點為孔心的虛擬鉆孔剖面（圖5），并附上巖性圖例。點擊圖例中的巖石地層單位，可進一步顯示地層單元的更多詳細信息。

鉆孔模式顯示英國的陸地鉆孔分布，用戶可點擊任意鉆孔，獲得在線的鉆孔掃描文件。網(wǎng)站加載了超過一百萬條的陸地鉆孔、井眼、井筒和井的數(shù)據(jù)。地震年表模式顯示英國1956年至今每年的地震信息，包含了震中、震幅和震時，由英國地震監(jiān)測機構(gòu)實時提供。

英國地質(zhì)查看器的三維版本尚處于測試階段，提供可見地下基巖分布的3D瀏覽模式、僅見地表覆蓋與地上巖石的地球儀瀏覽模式以及二維瀏覽模式，每種模式下都可點擊了解任意一點的地質(zhì)信息。同樣也提供地質(zhì)、鉆孔分布、地震年表三種數(shù)據(jù)模式。

3.1.2 地質(zhì)索引GeoIndex

GeoIndex是基于地圖的數(shù)據(jù)集檢索工具，它以地圖作為檢索基底，用戶可自行在上添加開放地學上的各類數(shù)據(jù)集。GeoIndex按照地理范圍分為兩個相對獨立的部分，陸地（Onshore，圖6a）和海洋（Offshore，圖6b）兩者各自都可引用數(shù)十個數(shù)據(jù)集，包括各類地學信息，如鉆孔、地震、滑坡、化石、水文地質(zhì)、巖石樣本、地球化學和地球物理等，其中的數(shù)據(jù)每月都在更新。在網(wǎng)頁界面上，用戶可以輸入地點后導航到感興趣的地區(qū)，添加需要的數(shù)據(jù)集，查看地區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)集信息，通過調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)集圖層的顯示透明度，可將數(shù)據(jù)集信息進行不同程度的疊加，生成定制化的地學信息圖，在“打印”欄形成地學索引報告（GeoIndex report）方式的文檔。用戶還可以進一步框定感興趣的區(qū)域，查看、下載該區(qū)域的數(shù)據(jù)，或者與之前的信息圖一起形成更為詳盡的報告。

3.1.3 地下水位變化圖Groundwater levels timeline

地下水位變化圖可查看從1970年至今英國不同地區(qū)每月的地下水水位情況，從極高到極低分成7個等級，分別用不同顏色的圓點標識，還可以點擊圓點查看具體的水位數(shù)據(jù)。圖上還重點提供了1976年以來的幾次重大干旱與洪水時期的地下水位視圖，所顯示的觀測點數(shù)據(jù)比其他時間要豐富。此項功能可以在移動端上使用。

3.1.4 英國土壤信息站UK soil observatory

圖5 英國地質(zhì)圖查看器二維版及其3D模型數(shù)據(jù)模式（圖a為約克地區(qū)內(nèi)的3D模型數(shù)據(jù)模式展示區(qū)域，紅色點為虛擬鉆孔孔心；圖b為形成的虛擬鉆孔）Fig. 5 Geology of Britain viewer under 3D model mode (a) and an example of a virtual borehole in York area (b)

英國土壤信息站是一個獨立的數(shù)據(jù)網(wǎng)站，匯集了九個研究所提供的英國土壤類型信息，整體由英國地調(diào)局開發(fā)和支持，在“開放地學”上提供的鏈接是它的地圖檢索網(wǎng)頁（UKSO Map viewer），支持在移動設備上使用。這個數(shù)據(jù)網(wǎng)站以托管的形式存在于英國地調(diào)局網(wǎng)站中。網(wǎng)頁也有2D和3D兩種版本，提供6種底圖，分別是地形圖（Topographic）、街道地圖（Streets）、開放街道地圖（OpenStreetMap）、有標注的衛(wèi)星圖像地圖（Imagery with Labels）、有標注的地形圖（Terrain with Labels）和空白地圖（Light Gray）。在底圖上通過加載不同信息的圖層，如英國農(nóng)業(yè)信息、英格蘭地區(qū)作物信息、土壤多樣性等等，可以得到各種與土壤信息有關的數(shù)據(jù)分布，并且還可以按照需求自行添加外部圖層。用戶還可以對數(shù)據(jù)進行補充和修改，通過單擊“添加土壤數(shù)據(jù)”，填寫相關信息并提供支撐材料，管理人員驗證之后，更新的數(shù)據(jù)就可以在網(wǎng)站上顯示。

圖6 GeoIndex平臺界面Fig. 6 The interface of GeoIndex.

3.2 移動端應用

iGeology是英國地質(zhì)調(diào)查局開發(fā)的一款智能手機應用程序，可以在手機上訪問英國地質(zhì)調(diào)查局內(nèi)的地圖和尋找其他的地質(zhì)信息，該程序支持iOS系統(tǒng), Android系統(tǒng)和Kindle Fire平板。自2010年底推出以來，iGeology已經(jīng)被來自56個國家的用戶下載了6萬多次，并在2010年9月成為iTunes上排名第一的免費教育應用。2011年7月，在圣地亞哥舉行的ESRI國際會議上，iGeology榮獲最受社區(qū)歡迎應用獎（Community Favorite Award Best Mobile App）和最佳應用第三名（Third-Place Best Mobile App）。iGeology相當于移動端的英國地質(zhì)圖，它有三種地質(zhì)圖層可進行選擇，包括基巖和地表沉積相結(jié)合、僅基巖或僅地表沉積的圖層。選擇了圖層后，可疊加鉆孔信息層、線性特征層等。鉆孔信息層包括超過一百萬條的陸地鉆孔、井眼、井筒和井的數(shù)據(jù)；線性特征層包括特殊的地質(zhì)特征、構(gòu)造或者邊界，例如，斷層和褶皺軸。添加相應的圖層之后，用戶可以輸入或點擊研究地點以獲取數(shù)據(jù)和信息。此外，iGeology在用戶互動方面極具亮點，地學專業(yè)人員可以貢獻自己的地質(zhì)觀察資料，經(jīng)過專家勘驗后能在地圖上對有關信息進行修訂。其他業(yè)余愛好者也可以向iGeology提交相關照片。在注冊賬號之后，用戶可以保存下載和曾提交的信息。

除iGeology以外，英國地調(diào)局還與生態(tài)與水文中心、歐盟委員會聯(lián)合研究中心和英國氣象局合作開發(fā)了mySoil，為農(nóng)民、園丁和土地使用規(guī)劃者提供更好的土壤信息。應用程序mySoil提供整個歐洲的土壤屬性圖，與英國土壤觀測站一樣，主要包括溫度、PH值和優(yōu)勢作物信息。他們與美國著名的史密森博物館（Smithsonian Institution）共同開發(fā)的MyVolcano，是一個面向公眾的應用程序，用戶可以上傳火山的相關照片和描述，可以用于共同監(jiān)測全球可能的火山災害。MyVolcano現(xiàn)有1553個火山點數(shù)據(jù)和179個相關描述。

3.3 軟件Software

英國地調(diào)局開發(fā)了許多軟件工具，通過建立地學方面的模型，來更加深入地理解地球系統(tǒng)的運作。開放地學的軟件模塊包括四部分，地下水位時間序列模擬模型AquiMod，地下水流量模擬模型GISgroundwater，地質(zhì)制圖集成包BGS·SIGMA和虛擬鉆孔和剖面創(chuàng)建軟件Groundhog。其中，BGS·SIGMA是一個制作數(shù)字化地圖的集成工具包，該軟件通過使用定制的數(shù)據(jù)模型和預定義的詞典，以標準化格式收集數(shù)據(jù)。并通過使用定制的數(shù)據(jù)輸入表格，收集各種地質(zhì)信息、照片、草圖和注釋，并且可以將所有數(shù)據(jù)都鏈接到地圖上的相應數(shù)據(jù)點位。BGS·SIGMA有移動端（Mobile）和桌面端（Desktop）。用戶可在野外使用移動端，標定現(xiàn)場點位并鏈接捕獲的數(shù)據(jù)，回到室內(nèi)，將數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)庫中，用于繪制地圖。隨著BGS·SIGMA的不斷發(fā)展，采集的數(shù)據(jù)不僅可以用于繪制地圖，還可以3D可視化軟件（例如，GeoVisionary）和Groundhog繪制虛擬鉆孔和剖面。虛擬鉆孔和剖面創(chuàng)建軟件Groundhog主要提供3D地質(zhì)模型展示，目前暫停服務。

3.4 網(wǎng)絡服務技術 Web Service

網(wǎng)絡服務技術是基于標準的開放互操作技術，標準是實現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺互操作的靈魂，其思路是共同制定一系列相關標準。這些標準并不規(guī)定各單位如何存儲他們的數(shù)據(jù)（每個單位都可選擇最適合自己單位需求的方式），而是規(guī)定標準的外部接口（姜作勤，2007）。英國地調(diào)局內(nèi)的網(wǎng)絡服務主要由三部分組成，網(wǎng)絡目錄服務（Catalogue Wervice for the Web，簡稱CSW），網(wǎng)絡地圖查看服務（Web Map Service，簡稱WMS），網(wǎng)絡要素下載服務（Web Feature Service，簡稱WFS）。這幾類網(wǎng)絡服務技術的標準是由開放地理空間信息聯(lián)盟（Open Geospatial Consortium, 簡稱OGC）制定。這些網(wǎng)絡服務技術也有助于英國地調(diào)局滿足歐盟的INSPIRE指令。INSPIRE是加強歐盟各部門之間環(huán)境空間數(shù)據(jù)共享的一項法案。

CSW提供基于標準的界面，以發(fā)現(xiàn)、瀏覽和查詢有關英國地調(diào)局的數(shù)據(jù)集和元數(shù)據(jù)。WMS是從地理信息中動態(tài)產(chǎn)生具有地理空間位置數(shù)據(jù)的地圖。WMS產(chǎn)生的地圖一般以圖像格式提供，如PNG、GIF 或JPEG；或按SVG（Scalable Vector Graphics）或WebCGM（Web Computer Graphics Metafile）格式提供基于矢量的圖形元素。WFS為瀏覽器提供經(jīng)過地理標記語言（GML）格式封裝的地理空間數(shù)據(jù)，支持對地理要素數(shù)據(jù)的插人、更新、刪除、查詢和發(fā)現(xiàn)等操作。用戶可以利用標準的網(wǎng)絡服務技術，將數(shù)據(jù)通過混搭的方式集成到自己的GIS系統(tǒng)中。

英國地調(diào)局內(nèi)支持鏈接到WMS的網(wǎng)站上進行使用的地圖相關數(shù)據(jù)集一共有九類，分別是1∶5萬的英國陸地地質(zhì)數(shù)字數(shù)字地圖，1∶62.5萬的英國陸上和海上基巖和表面沉積物地質(zhì)圖，1∶25萬比例的近海地質(zhì)圖，1∶5萬的高分辨率地面穩(wěn)定性數(shù)據(jù)樣本，土壤特征數(shù)據(jù)，英格蘭和威爾士土壤地球化學圖集，康沃爾郡以及德文郡和薩默塞特郡部分地區(qū)的地球物理數(shù)據(jù)，英格蘭北部地區(qū)的地球物理數(shù)據(jù)，GeoIndex的數(shù)據(jù)集，英國土壤數(shù)據(jù)中污染物濃度數(shù)據(jù)，放射性元素氡的分布圖數(shù)據(jù)集。用戶可以通過WMS的網(wǎng)站將這些數(shù)據(jù)集加載到自己的制圖軟件（GIS系統(tǒng)）中，從而可以對來自不同提供商的數(shù)據(jù)進行空間可視化和比較。

用戶可以鏈接到WFS的網(wǎng)站進行使用的地圖相關數(shù)據(jù)集目前有兩個，分別是1∶100萬的OneGeology世界范圍內(nèi)動態(tài)數(shù)字地質(zhì)地圖數(shù)據(jù)和1∶62.5萬的英國陸地基巖數(shù)字地圖數(shù)據(jù)（Jackson, 2009）。

4 地球科學大數(shù)據(jù)的管理與共享

英國地質(zhì)調(diào)查局悠久的數(shù)據(jù)采集歷史為其建設地學大數(shù)據(jù)奠定了良好的基礎，而同時他們在科技和數(shù)據(jù)管理方面及時接納新理念才是形成開放地學的根本。數(shù)字化工作同時也為他們與國際眾多地學機構(gòu)和大數(shù)據(jù)研究機構(gòu)之間創(chuàng)造了廣泛的合作機會，也開啟了建立全球地球科學數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡的進程。如今人類逐步步入大數(shù)據(jù)時代，也經(jīng)歷著類似的數(shù)字化變革，而英國地調(diào)局的數(shù)字化工作正是其他地學機構(gòu)可以取用的他山之石。他們的工作是“深時數(shù)字地球”（Deep-time Digital Earth，DDE）國際科學計劃的重要參考，是建立一站式全球地球科學數(shù)據(jù)匯集、服務、應用平臺的良好模板（Normile, 2019）。

英國地調(diào)局的優(yōu)質(zhì)數(shù)字化經(jīng)驗可總結(jié)如下：

（1）在數(shù)據(jù)管理方面，線下的地質(zhì)資料庫和線上的地球科學數(shù)據(jù)中心相輔相成，共同管理實物資料和數(shù)據(jù)資源。在此基礎之上，做到資料庫的數(shù)據(jù)資源均入庫管理，并入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源平臺——開放地學中。

（2）在數(shù)據(jù)共享方面，所有數(shù)據(jù)資源匯集到開放地學之后，還通過不同的共享和信息服務方式，例如在線查看器、應用程序、軟件和網(wǎng)絡服務等等，將所有的數(shù)據(jù)集有機鏈接在一起。最為重要的是，網(wǎng)站的所有數(shù)據(jù)集均可以在地圖上展示，并形成定制的地學信息圖。三維模型的使用，使得數(shù)據(jù)得到更高效的擴展，形成數(shù)據(jù)+模型的體系，提供了全新的地質(zhì)圖展示方式，更加全面、精準地表達了地質(zhì)體信息。

“深時數(shù)字地球”國際計劃旨在建立全球地學大數(shù)據(jù)的集成，有效促進知識共享，開展數(shù)據(jù)驅(qū)動下的新型地球科學研究。此計劃將實現(xiàn)在三維地質(zhì)體信息的基礎上，加載高精度時間軸，以更高維度的方式展示深時地球演化歷史，為廣大地學科研人員深入探索地學奧秘提供新的視角。 英國地調(diào)局國際一流的地學大數(shù)據(jù)管理和共享經(jīng)驗，為我國在國際舞臺引領“深時數(shù)字地球”國際科學計劃提供了可貴的學習案例。

致謝：本文系“深時數(shù)字地球”（Deep-time Digital Earth）大科學計劃系列成果之一。